運輸部署案例集/纜車

纜車是一種大眾交通工具，它利用操作員操控的抓索器，伸到街道下方，夾住以恆定速度移動的鋼纜。鋼纜本身由滑輪引導，滑輪由位於發電站的固定電機驅動。為了移動，操作員逐漸拉動一個槓桿，將抓索器向下移動到導軌並將其夾到移動的鋼纜上。當操作員想要停止纜車時，他或她透過開啟抓索器並應用制動器來釋放對鋼纜的壓力。如今，這個過程的許多部分都實現了自動化。

纜車最初誕生於舊金山，是為了解決其陡峭山丘的交通問題。然而，其他人意識到它也可以替代畜力。纜車比畜力更便宜、更快、更清潔、更強大。到19世紀末，除了波士頓、底特律和新奧爾良之外，美國每個大城市都擁有纜車線路。儘管纜車迅速獲得了普及，但它也幾乎以同樣的速度衰落。如今，舊金山是美國唯一仍在運營纜車的城市。

西雅圖纜車，1888年。

纜車前的交通工具及其侷限性

在纜車出現之前，大眾交通工具主要依靠動物和蒸汽動力。19世紀的動物動力大眾交通工具包括馬車和其更大的衍生物——馬車牽引的有軌電車。本質上，這些都是帶有長凳的大型馬車，由馬或有時是騾子牽引。

這些交通方式存在明顯的缺點。首先，馬力非常有限。馬的能量有限，每天只能工作幾個小時，通常平均為四到五個小時。它們的載客量和速度也受到限制。馬車非常慢，速度幾乎不比平均步行速度快。如果街道狀況不佳，馬的速度會更慢。在碎石或木板路上行駛最平穩，但並非所有城市都能負擔得起鋪設道路的費用。此外，馬車還受地形限制。通常一匹馬無法將有軌電車拉上坡。其次，馬糞和尿液汙染街道，對公眾健康構成威脅。諸如破傷風之類的疾病威脅著公眾。第三，馬匹價格昂貴。19世紀，一匹馬的平均價格為200美元，這還不包括馬匹的維護費用。可以使用更便宜的騾子，但它們的折舊速度快於馬。然而，一匹馬的預期工作年限只有三到四年。第四，這些交通方式佔用大量道路空間，常常導致擁堵。

動物動力大眾交通工具的第一個解決方案之一是蒸汽動力高架鐵路（或“高架列車”）。蒸汽動力當時已應用於該國龐大的運河網路中的汽船和連線東西海岸的鐵路。在1860年代後期，擁擠的內城道路成為一個嚴重問題。高架鐵路的想法是將地面上已使用的蒸汽和鐵路技術連線起來，並將其移至街道上方。曼哈頓和布魯克林是美國最早建設此類基礎設施的地區。“高架列車”緩解了擁堵，縮短了旅行時間。然而，許多居民認為煤炭產生的蒸汽動力很髒。隨著電力創新解決了這個問題，但居民又認為基礎設施破壞了城市天際線。工程師和規劃師再次將目光投向了街道。

纜車的誕生

安德魯·哈利迪

纜車的創新通常歸功於安德魯·哈利迪。哈利迪最初接觸纜繩和電線的經歷來自他的父親，他曾對兩者進行過研究，並獲得了一些專利發明。年輕時，他移居加州淘金。正是在內華達山脈，他首次萌生了利用鋼纜拉動手推車的想法。他甚至獲得了使用空中索道運輸桶狀物體的專利。1869年，在舊金山期間，哈利迪還目睹了一起可怕的馬車事故，當時四匹馬中的一匹在拉著一輛馬車上坡時滑倒，導致整輛車墜落。憑藉其在纜繩和電線方面的知識，他創新了他的專利，以解決舊金山危險的山區交通問題。哈利迪意識到他的纜索系統可以像在內華達山脈那樣在那裡工作，但他對其進行了創新，將纜索置於地下而不是陡峭的地形上。

抓索器

接下來的步驟是設計一種機制將車輛連線到移動的鋼纜上。哈利迪和工程師威廉·埃珀爾斯海默開發了第一個升降抓索器的槓桿系統，以及開合鉗口機構。然而，這種早期的抓索器被證明不可靠。亨利·凱斯博爾特、艾薩·霍維和T·戴透過讓抓索器從側面而不是底部下降並夾住來改進抓索器技術。這消除了對轉盤的需求，因為操作員現在可以透過改變槓桿上的位置來改變方向。然而，側向抓索器經常會鬆開鋼纜，因此埃珀爾斯海默回到了底部抓索器並對其進行了改進。埃珀爾斯海默改進後的抓索器目前用於所有舊金山的纜車上。除了抓索器外，埃珀爾斯海默還發現瞭如何讓抓索器輕鬆地抓住鋼纜，以減少車輛的顛簸，這是高架列車的一個問題。

魯布林鋼纜

在纜繩方面，早期的魯布林纜繩大約有一英寸厚，由96根鋼絲纏繞成六股，每股十六根鋼絲，並纏繞在塗有焦油的麻繩上。平均每根纜繩約長四英里（6.44公里），重60,000磅（27,215.5公斤），1880年代的價格為7,000美元。它在斷裂時可以伸長達2%。這意味著纜繩需要持續調整才能在正確的水平上工作。在理想條件下，纜繩平均可以使用一年左右。纜繩最初由動力房內的燃煤蒸汽機驅動。如今，它們已改為電力驅動。哈利迪在纜繩方面的專業知識和埃珀爾斯海默在抓鉤方面的經驗，以及之前有軌電車的知識，共同創造了第一輛纜車，於1873年9月1日在舊金山的克萊街投入使用。多年來，保留下來的纜車實現了自動化和電氣化；然而，舊金山的纜車仍然是手動操作的。

纜車的早期發展

早期市場

在克萊街纜車之後，哈利迪在三位朋友的資助下，努力在舊金山增加纜車線路。全國各地的許多投資者看到了纜車相對於馬車車的優勢，並進行了投資。舊金山擴充套件了克萊街線路後，其他城市也採用了纜車。芝加哥是第二個使用纜車的城市。隨著人口的迅速增長，畜力無法很好地服務於居民。該市將纜車以及高架鐵路視為解決問題的方案。然而，芝加哥經歷冬季，因此工程師們必須想辦法防止管道中積冰。最終，他們使用了昂貴的超堅固的鐵製品來解決這個問題。這兩種交通方式共同消除了大眾交通中的馬匹因素，緩解了交通擁堵，降低了公共衛生問題，並節省了旅行時間和金錢。許多居民為他們城市的纜車系統感到自豪，其中一位居民甚至寫道：“纜車系統構成了有史以來在這裡或其他地方引入的最佳交通方式”。

雖然大多數城市投資纜車是為了取代馬車車，但其他丘陵城市，如洛杉磯和西雅圖，則投資纜車來應對山地問題。纜車使居民能夠擴充套件到以前無法到達的城市新區域。例如，洛杉磯的天使街纜索鐵路促成了天使諾高地的發展。

最後需要指出的是，最初的纜車投資成本很高。一個城市需要挖掘深溝，安裝數百個鐵製軛以支撐軌道，建造管道和滑輪系統，以及安裝纜繩。只有能夠負擔得起這項投資的城市才能擁有纜車。最終，大多數美國大城市都選擇進行投資。只有波士頓、底特律和新奧爾良選擇不使用纜車。

早期政策

在纜車發展初期，採用了之前交通方式，如馬車車、高架鐵路和鐵路的政策。許多這些政策涉及安全、服務和票價。一項安全措施是增加鈴鐺，以便讓路人知道纜車正在靠近。必須新增新的標誌，讓乘客知道纜車在哪裡停靠以讓乘客上下車。採用了目前其他交通方式使用的五美分的票價政策。由於纜車與其他交通方式共享公共道路，因此通行權不是問題。總的來說，從馬車車到纜車的過渡對乘客來說並不困難。這是一種類似的交通方式，只是採用了新的能源。然而，安全問題將繼續加劇。

纜車的增長

到1890年，纜車在美國運送了3.73億乘客。與第一次世界大戰之前的大多數交通方式一樣，纜車是私有的。總的來說，創辦纜車公司很困難，因為纜車的運營成本很高。動力房必須持續滿負荷執行以供電。纜繩必須每年更換一次，如果不更換，由於斷裂的可能性很高，需要更早更換。抓鉤和制動器也很快磨損。然而，一旦有更多纜車投入運營，規模經濟降低了成本。最賺錢的線路是那些通往城市外環的線路。這些線路允許開發新的住宅區，從而為纜車提供乘客。洛杉磯的天使街線路就是一個例子。政府的參與包括批准和資助最初的啟動。此後，自由放任的態度禁止地方政府幹預被視為私人商業決策的事情。有一個例外：公共安全。

雖然纜車比馬車車效率高得多，但它們也更危險。纜車的纜繩或抓鉤杆可能會斷裂，導致操作員無法制動。其他時候，人們會從車廂裡摔出來或走到纜車前面被壓死。許多城市制定了立法來改善纜車的安全記錄。芝加哥就是一個例子。如前所述，如果運營更多纜車，纜車公司可以實現利潤最大化。芝加哥是一個不斷發展的城市，存在交通擁堵問題，這是一個需要更多纜車來提高運力的纜車城市。芝加哥嘗試一次拉動三到四輛車，而不是一次拉動一兩輛車。事實證明這非常危險，因此制定了政策來限制車輛數量。

纜車的衰落

1893年，纜車達到頂峰，擁有305英里的軌道。隨著電力加入，有軌電車在1892年成為纜車的主要競爭對手。電氣化有軌電車速度更快，組裝和運營成本更低，負擔更輕。有軌電車不需要像纜車那樣進行大量昂貴的維護。這種新的交通方式比纜車對城市官員更有吸引力。人們曾嘗試對纜車進行電氣化，但這被證明是無效的。以舊金山為例，1906年的地震摧毀了大部分纜車網路，城市官員認為建造“現代”的有軌電車比恢復“過時”的纜車更實用。唯一剩下的纜車是那些受損不嚴重或行駛在最陡峭山坡上的纜車。隨著時間的推移，其他交通方式取代了纜車。如今，舊金山的剩餘三條線路是美國僅存的纜車線路。

纜車的誕生、發展和衰落——S型曲線

正如我們所討論的，交通方式經歷四個階段：誕生、增長、成熟和衰落。纜車也不例外。觀察其隨時間推移的軌道里程，我們可以看到這些階段。從1873年到1882年，纜車處於誕生階段。人們逐漸熟悉這種新的交通方式，城市開始建設必要的基礎設施。從1883年到1893年，纜車發展壯大，取代了美國大多數主要城市中的馬車車。有趣的是，纜車沒有成熟階段。在1893年的頂峰年份之後，由於電動有軌電車的競爭加劇，纜車開始急劇下降。以下是根據喬治·希爾頓的《美國纜車》（1982年）獲得的1873年至1913年美國纜車軌道里程表。

年份	軌道里程	年份	軌道里程
1873	0.6	1895	289.5
1877	2.1	1896	255.7
1878	4.6	1897	241.7
1879	7.0	1898	220.2
1880	11.2	1899	183.3
1881	11.2	1900	147.9
1882	20.3	1901	120.3
1883	31.1	1902	108.4
1884	31.1	1903	101.4
1885	46.5	1904	95.3
1886	62.3	1905	95.3
1887	93.0	1906	29.9
1888	151.4	1907	29.3
1889	213.0	1908	28.2
1890	266.4	1909	27.7
1891	272.3	1910	25.9
1892	287.6	1911	25.0
1893	305.1	1912	21.0
1894	302.3	1913	20.0

由於可以顯示隨時間推移的狀態，因此使用S型曲線以圖形方式顯示纜車的歷史。S型曲線是透過以下公式建立的

$S(t)=K/[1+e^{(-b(t-t_{0})}]$

其中
S(t) = 某一年度的總里程
K = 飽和狀態水平（在本例中為最大軌道里程 - 305.1）
b = 係數
t = 年份
t0 = 拐點（達到1/2 k 的年份）
需要進行線性迴歸以確定係數 (b) 和拐點 (t0)，以便使用 S 型曲線方程。這是透過以下方程完成的
$Y=\ln \left({\cfrac {S(t)}{(K-S(t))}}\right)=bt-bt_{0}$
這進行了兩次——第一次針對出生/增長階段，第二次針對衰退階段。在出生/增長階段，b被發現為0.47，t0為1887。在衰退階段，b被發現為-0.78，t0為1904。執行此迴歸後，將新計算的變數代入S曲線方程以確定預測的軌道里程。總而言之，然後將這些點與實際軌道里程一起繪製成圖表以進行比較。這可以在下面的圖表中看到。對於出生/增長階段，s曲線R平方為0.97，這意味著它是一個非常接近的預測。但是，對於衰退階段，R平方為0.31，反映出預測不佳。這可能是由於S曲線預測了一個成熟階段，而實際上纜車從未有過成熟階段。

美國纜車的實際和預測里程

纜車的持久影響

纜車可能生命短暫，但它對交通曆史產生了持久的影響。正是纜車最終將馬匹及其所有負外部性從等式中剔除。它充當了從舊模式（馬車）到新模式（有軌電車）的橋樑。雖然它試圖透過轉向電力本身來與後一種模式競爭，但這還不夠。然而，有軌電車並沒有完全淘汰纜車。由於一個基層團體“拯救纜車公民委員會”的努力，舊金山至今仍有三條運營線路供人們享受。

舊金山鮑威爾和市場街纜車