交通部署案例集/紐約地鐵 1901 年至 2012 年

簡介

紐約市地鐵 系統是世界上最知名的交通系統之一。紐約市的規模、密度和多樣性使得城市交通幾乎成為絕對必需。儘管其歷史悠久，地鐵的誕生、發展和成熟過程並不十分順利。經過多年的實驗和政治鬥爭，地鐵於 1904 年首次開通，只有一條線路。在 1913 年的大規模擴建之後，該系統在 1940 年代幾乎完成，乘客量激增。在第二次世界大戰期間，戰時工廠改建為汽車生產，聯邦住房政策鼓勵郊區發展。因此，成千上萬的人能夠在他們閃閃發光的全新汽車中逃離擁擠的市中心；地鐵乘客量急劇下降。這種下降持續到 1992 年。自 1992 年以來，乘客量一直在增加。本案例研究定量和定性地考察了地鐵的發展和部署。特別關注有助於和阻礙地鐵的技術和政策創新。

定性分析

地鐵的生命週期可以分為三個時期：（1）1901-1947 年的主要增長時期；（2）1948-1991 年的衰退時期；（3）1992-2012 年的復興時期。本案例研究主要側重於地鐵的早期，包括促進紐約地鐵誕生、發展、衰落和復興的技術進步、市場特點以及政策機制。然而，也討論了紐約地鐵的衰落和最終復興。下表 1 展示了從 1901 年至今地鐵整個歷史的年度乘客量統計資料。星號標記了拐點，即乘客量增長率從增加變為減少（或反之）的年份。圖 1 顯示了地鐵整個生命週期的年度乘客量統計資料；每條垂直線代表一個生命週期結束和另一個生命週期開始。
表 1：1901 年至 2012 年年度交通乘客量（百萬）

年份	年度乘客量	年份	年度乘客量	年份	年度乘客量
1901	253	1939	1,853	1977	998
1902	285	1940	1,857	1978	1,042
1903	327	1941	1,838	1979	1,077
1904	384	1942	1,870	1980	1,099
1905	448	1943	1,940	1981	1,011
1906	521	1944	1,926	1982	989
1907	595	1945	1,941	1983*	1,005
1908	631	1946	2,002	1984	1,003
1909	663	1947	2,051	1985	1,010
1910	735	1948	2,031	1986	1,030
1911	746	1949	1,764	1987	1,058
1912	779	1950	1,681	1988	1,074
1913	810	1951	1,636	1989	1,073
1914	837*	1952	1,574	1990	1,028
1915	830	1953	1,552	1991	995
1916	891	1954	1,416	1992*	997
1917	990	1955	1,378	1993	1,030
1918	1,029	1956	1,363	1994	1,081
1919	1,118	1957	1,355	1995	1,093
1920	1,332	1958	1,319	1996	1,110
1921	1,419	1959	1,324	1997	1,132
1922	1,438	1960	1,345	1998	1,203
1923	1,506	1961	1,363	1999	1,283
1924	1,612	1962	1,370	2000	1,381
1925	1,681	1963	1,362	2001	1,405
1926	1,752	1964	1,375	2002	1,413
1927	1,830	1965	1,363	2003	1,384
1928	1,919	1966	1,296	2004	1,426
1929	1,972	1967	1,298	2005	1,449
1930	2,049	1968	1,303	2006	1,499
1931	1,996	1969	1,330	2007	1,563
1932	1,867	1970	1,258	2008	1,624
1933	1,756	1971	1,197	2009	1,580
1934	1,799	1972	1,145	2010	1,604
1935	1,817	1973	1,101	2011	1,640
1936	1,877	1974	1,099	2012	1,655
1937	1,891	1975	1,054	2013	1,701
1938	1,864	1976	1,010	2014	1,758

圖 1：紐約市地鐵年度乘客量，1901 年至 2012 年

]

為了更全面地瞭解地鐵的生命週期，可以使用三引數邏輯模型。此方程式用於開發 S 曲線，該曲線說明了交通模式在誕生、發展和飽和過程中的乘客量變化。使用了以下方程式： $S(t)=K/[1+e^{(-b(t-t_{0})}]$
其中
S(t) 是狀態度量（年度乘客量）
t 是時間（年）
t0 是拐點（實現 1/2 K 的年份）
K 是飽和狀態水平
b 是一個係數
K 和 b 需要估計
每個生命週期都使用此方程式進行迴歸
$Y=\ln \left({\cfrac {Passengers(t)}{(K-Passengers(t))}}\right)=bt-bt_{0}$

1901-1947

從 1901 年開通到第二次世界大戰結束，紐約地鐵的誕生、擴建和成熟與描述技術生命週期的經典 S 曲線相吻合。從 1901 年到大約 1914 年，增長非常巨大，幾乎呈指數級增長。然後，在 1914 年之後，乘客量繼續快速增長，但乘客量增長的速度開始下降。乘客量在 1947 年達到歷史最高水平，甚至超過了目前的水平，達到 20.5 億人次。下表顯示了迴歸結果。圖 2 展示了邏輯曲線。

迴歸結果

變數	值
K	2051
b	0.118143863
tnought	1914.642311
截距	-226.2032385
R 平方	0.742697507

圖 2：紐約市地鐵年度乘客量，1901 年至 1947 年，採用 Logit 模型

1948-1991

1947 年乘客量峰值到 1991 年之間的幾年對於地鐵來說是黯淡的。乘客量降至該系統最初幾年從未見過的水平。地鐵在這幾年裡聲名狼藉：犯罪和破壞活動猖獗，車站破敗不堪，地鐵車輛的質量迅速下降。在這段時間裡，乘客量下降了近 51%，最終降至自 1915 年以來的最低水平。利潤微乎其微，聯邦和公共補貼幾乎是絕對必需的。BMT 和 IRT 的合併失敗了，公共管理的引入加速了這一失敗。在 1980 年代初，紐約市交通局實施了一項大規模的修復計劃，該計劃與乘客量損失率下降相吻合：地鐵似乎已準備好扭轉局勢。下表和圖 3 說明了這種大幅下降。
迴歸結果

變數	值
K	2031
b	-0.034185559
tnought	1983.727938
截距	67.81484866
R 平方	0.811190584

圖 3：紐約市地鐵年度乘客量，1983 年至 1991 年，採用 Logit 模型

1991-2012

紐約地鐵經歷了一次重生。政治和環境因素迫使紐約人重新考慮使用汽車，並回歸地鐵。作為世界商業、金融、藝術文化和國際治理中心的紐約，其重要地位不斷提升，也使得地鐵作為“城市本身的一部分”的重要性得到加強，並且其融合程度不斷加深。地鐵有助於促進紐約人之間的重要社會、文化和經濟差異，並使他們能夠大幅改善生活質量。 下表和圖 4 圖示地描繪了紐約地鐵的重生和復興。

迴歸結果

變數	值
K	2000
b	0.081019615
tnought	1992.107757
截距	-161.3998043
R 平方	0.975066165

圖 4：1991 年至 2012 年紐約地鐵年度客流量，含 Logit 模型

定量描述

模式描述

紐約市的地下快速交通系統是世界上最大、最著名、最有魅力的地鐵系統之一。然而，它並不是世界上最古老的系統：倫敦在 1863 年開通了地鐵，比紐約開通第一條線路早 41 年。 遍佈紐約五個區 的 468 個車站使其成為世界上擁有公共交通車站數量最多的系統。 就日均和年均客流量而言，它是世界上最繁忙的地鐵系統之一。只有 6 個系統更大：東京、首爾、北京、莫斯科、上海和廣州。 2012 年，平均工作日客流量超過 500 萬，年客流量達到 17 億，為近 50 年來的最高水平。 總共有 22 條相互連線的線路；7 條編號線路（1-7）和 15 條字母線路（A、B、C、D、E、F、G、J、L、M、N、Q、R、S、Z）。

圖 1：該系統的當前範圍，以及系統使用的數字、字母和顏色區分

基礎設施的特點是規模龐大。當前的地鐵系統由總計 659 英里 的營收軌道組成，是任何系統中最長的。實際路線長度要短得多，只有 232 英里。 大約 60% 的距離完全在地下。有些人可能認為，只有位於地下的軌道才算真正的地鐵。但是，由於軌道完全整合，並且一張車票可以進入所有車站和目的地，因此將其視為一個交通系統是合理的。紐約的系統還擁有大量的車輛——近 6,500 輛車。 這些車輛總共行駛了 3.41 億英里，平均每次維修之間行駛 166,138 英里。 火車由沿軌道執行的 625 伏直流 (DC) 第三軌供電。 火車包括多節車廂，並且全部由弗蘭克·斯普拉格於 1898 年首次開發的多單元控制器控制。

紐約州立法機構授權成立的“公益公司”大都會運輸署 (MTA) 運營著紐約市都會區內的各種交通系統。 董事會由州長推薦並經紐約州參議院確認的 17 名成員組成。 這些系統包括公共汽車、地鐵、通勤鐵路以及橋樑和隧道。 MTA 的公共汽車車隊是全國最大的，地鐵系統規模更大，而且載客量超過了美國所有其他系統之和。 該局為都會區內超過 1500 萬人提供服務。 在紐約市超過 300 萬名適齡工作人口中，有 55.7% 的人乘坐公共交通上下班。 這個數字非常龐大，包括所有級別的工人。然而，MTA 聲稱，在紐約市中心商業區的通勤高峰時段，近五分之四的通勤者乘坐公共交通上下班。 MTA 的 2013 年運營預算為 132 億美元。 其中包括超過 65,000 名員工的工資 以及全國第五大規模的交通警察隊伍。

地鐵誕生的社會和經濟背景

人口增長
可以說，在 20 世紀初，世界上很少有城市像紐約市那樣適合大規模投資城市交通。1800 年，紐約市只有 79,216 名居民。 到 21 世紀初，這座城市變得無比巨大：近 350 萬居民擠滿了五個區，完全統一的城市。 值得注意的是，人口增長的絕大部分發生在本世紀後半葉。從 1840 年到 1870 年，曼哈頓的人口增長了三倍。人口增長繼續爆炸式增長，到世紀末又增長了 294%。 這部分歸因於埃利斯島上設有美國主要移民站，埃利運河的強大商業流量，以及自紐約作為貿易站成立以來就根深蒂固的商業道德。 這部分人口中很大一部分是窮人或工人階級，他們被隔離在位於下東區的骯髒、危險、過度擁擠的公寓樓裡。 擁擠程度幾乎難以忍受。改革者和資本家都呼籲找到解決問題的方案。地鐵是其中一個解決方案：如果擁有足夠的有效交通工具，城市的人口就可以更加均勻地分佈。
競爭模式
地鐵絕不是紐約第一次體驗城市公共交通。馬拉車或“公共汽車”是紐約人最初的公共交通工具。它們由一輛安裝在法蘭車輪上的木製車廂組成，車輪是木製的，邊緣帶有金屬法蘭。 車廂由兩匹或多匹馬拉著沿著路面上鋪設的金屬軌道行駛。 投資者發現，公共汽車是一項非常有利可圖的投資，有時可以帶來鉅額利潤。公共汽車是紐約和世界各地最早嘗試城市公共交通的工具之一。這是第一種沿著固定路線、在預定時間執行、使用固定票價並根據公共承運原則執行的技術。 雖然馬拉車價格便宜，可靠性高，而且比步行有很大改進，但它們也會產生大量的糞便，而且對馬匹來說是致命的，而且需要幾十匹馬（在丘陵路線中需要數百匹馬）才能執行。 此外，隨著人口的爆炸式增長，擴大城市規模已成為必然。需要一種更快、更便宜、更可靠的快速公共交通方式。

圖 2：一輛在紐約市第五大道上運營的公共汽車示例

布魯克林、曼哈頓和皇后區出現了幾條高架蒸汽機鐵路，或稱“高架鐵路”。快速交通採用標準的鐵路技術，包括縮小的蒸汽機。這些列車沿著幾條重要大道，以及從曼哈頓南端到南渡輪碼頭的距離（用於連線跨過河流）的高架平臺上執行。 在第一年，大約有 60,000 名乘客乘坐了高架鐵路。兩年後，這些列車載客量超過了 70 萬。 儘管高架鐵路的表現令人印象深刻，但它們也產生了重大的負面影響。發動機噪音很大，而且很髒，容易起火和爆炸。 未來的鐵路交通領域的主要參與者在此時出現，包括曼哈頓鐵路公司和布魯克林快速交通公司。高架鐵路為建造和運營地鐵提供了母體邏輯。

圖 3：比奇希望他的氣動地鐵看起來像什麼

第一個地鐵是由休·B·威爾遜提出的。威爾遜在 1863 年出席了倫敦地下鐵路的開通儀式，回到美國後，他獲得了 500 萬美元的融資，並遊說立法機構獲得建造第一條地鐵的權利。^[38] 由於公共汽車所有者和紐約市政治老闆的強烈遊說，他未能成功。^[39] 幾年前，即 1868 年，有抱負的發明家阿爾弗雷德·E·比奇獲得了州政府的許可，可以在百老匯地下建造兩條氣動“排程管道”。比奇向“腐敗頭目”圖伊德和其他強大的馬車所有者隱瞞了他的真實意圖，提出了一項包裹遞送系統的提案。實際上，比奇希望利用這些管道進行人員運輸。^[40] 比奇設計並建造了一條長一街區的地下氣動管道，一臺小型空氣壓縮蒸汽機將透過管道吹送一個罐子。^[41] 雖然該設計最終失敗，但比奇在開挖隧道盾構方面進行了創新，極大地提高了施工速度和安全性。^[42]

地鐵崛起

如上所述，紐約市的公共交通始於馬車，短暫地嘗試了纜車，部署了龐大的蒸汽動力高架鐵路系統。但從蒸汽動力到電力汽車的轉變是地下鐵路運輸效率和安全性的關鍵一步。托馬斯·愛迪生和一些歐洲發明家在 19 世紀末正在嘗試將電力作為一種推進方式。蒸汽機的惡劣排放使其在地下使用不可行。紐約地鐵從一開始就使用電力汽車作為標準。1879 年，E·維爾納·馮·西門子博士展示了一種基於軌道的電氣化客運系統。一年後，托馬斯·愛迪生在新澤西州建立並運營了一條窄軌電氣化鐵路。^[43] 這些早期的電動機功率太小，無法牽引多節車廂，因此電氣化鐵路的長度和客運能力有限。^[44]
有軌電車創新者弗蘭克·斯普拉格找到了多單元控制 (MUC) 的解決方案。斯普拉格設計了一種方法，讓司機可以從頭車同時控制多節車廂的電機，而不是讓單個電機牽引或推動一組聯鎖的車廂。斯普拉格於 1888 年在弗吉尼亞州里士滿的有軌電車系統中首次展示了這項技術。^[45] 在紐約，高架鐵路迅速採用了這項技術；州立法禁止蒸汽機在隧道中執行，進一步加速了該技術的採用。IRT 的首席工程師約翰·B·麥克唐納在遊覽了世界各地的地下鐵路系統後，建議將系統電氣化；快速交通委員會同意了這一建議。^[46]

第一條地鐵線路的建設始於 1900 年 3 月 24 日。設計、建造和運營整個系統的招標被授予了 Interborough Rapid Transit (IRT) 公司。^[47] 該合同被稱為“合同 1”，至今仍被稱為“合同 1”。該公司由約翰·B·麥克唐納運營，由奧古斯特·貝爾蒙特提供資金。^[48] 第一條地鐵線路於 1904 年 10 月 27 日在紐約開通。^[49] 它運營著從曼哈頓市政廳到市中心的單線，在東 42 街有兩個 90 度彎道，在繁華的時代廣場下方，到哈萊姆的 145 街。^[50] 在對新系統進行短暫考察後，普通乘客獲准使用新地鐵。正如設計的那樣，該系統幾乎無法處理城市公共交通的積壓需求。在運營僅七年後，IRT 每天服務超過 800,000 人——而它最初的設計是每天運送不超過 600,000 人。^[51] 巨大的客流量帶來了巨大的利潤：IRT 的回報率在 1915 年達到了 15%。^[52] 很快便有呼聲要求擴建。同時，為了改善運營並解決嚴重擁堵問題，進行了一些小的調整。例如，在車廂中央切割出額外的門，以加快登車速度並減少車站停留時間。^[53] 其他改進包括用全鋼車廂取代木製車廂。儘管重量增加了近 4000 磅，但改進後的電動機可以讓其效能保持在同一水平。^[54]

圖片 3：合同 1 和 2 之後 Interborough Rapid Transit 地鐵的地圖

市場發展

在發展初期，曼哈頓人口的激增，以及其他區人口的少量增長，是地鐵發展的重要原因。政策制定者和投資者認識到，地鐵有能力取得巨大成功，因為對公共交通的需求十分明顯：公共汽車、有軌電車和高架鐵路幾乎總是產生巨大的收益。奧古斯特·貝爾蒙特等人將這種經驗直接運用到地鐵系統的運營和管理中，他招募了經驗豐富的鐵路工人來運營和管理地鐵系統。^[55] 紐約州立法機構相信（或者被鼓勵相信）貝爾蒙特這樣的投資者能夠完全獨立地管理交通系統。這一點在 1894 年的鐵路交通法案中得到了體現，紐約的城市交通變得十分自由放任。^[56] 因此，像貝爾蒙特的 Interborough-Metropolitan 控股公司這樣的壟斷企業於 1905 年成立。儘管地鐵系統極其擁擠，但 Interborough 拒絕考慮擴建，因為它從每天數十萬乘客身上獲得了鉅額利潤。^[57] IRT 也拒絕考慮將票價從五美分提高，這得到了居民、政客和希望保持地鐵對所有階層都負擔得起的改革團體的支援。事實上，擴建地鐵的合同中包含一項條款，保證在租約的有效期內維持五美分的票價。^[58]

最終，改革者在一些其他政策問題上取得了勝利：建造和運營新地鐵線路的合同被分開，租期從五十年縮短到二十五年。^[59] 這是對 Interborough Rapid Transit 公司在“合同 1”中籤訂的 99 年租約的重大改變，第一條地鐵線路是在此合同下建造和運營的。更重要的是，新當選的州長查爾斯·伊文斯·休斯提倡立法，對公共事業進行徹底改革。新成立的公共事業委員會 (PSC) 將對電力、燃氣、鐵路和所有形式的公共交通擁有廣泛的管轄權和權力。^[60] 改革者希望 PSC 能夠為前所未有的擁擠和交通堵塞提供解決方案：擴建地鐵。地鐵似乎是一種靈丹妙藥：價格低廉、高效、快速，可以讓工薪階層家庭從擁擠的曼哈頓下城搬到郊區，同時繼續工作——人口需要“分佈”開來。^[61] 最終，從 1910 年到 1920 年，紐約市、IRT 和 BMT 建造了被稱為“雙重合同”的大規模系統擴充套件專案。^[62] 地鐵和高架鐵路網路的這次大規模擴張，為許多以前沒有交通服務的地區提供了交通服務。^[63] 在建設結束時，官方估計的成本達到 3.66 億美元，按今天的價格計算，大約相當於 220 億美元。^[64] 紐約市承擔了 2 億美元的成本，IRT 和 BMT 分別承擔了 1.05 億美元和 6100 萬美元。

政策在促進地鐵發展中的作用

在 1947 年出現首次預算赤字後，統一地鐵在 20 世紀 50 年代初期又經歷了多次赤字年份。 拉瓜迪亞政府時期的“五美分黃金時代”已經遠去， 運營盈餘也不復存在。 隨著汽車導致乘客量大幅下降，地鐵陷入嚴重的財務困境。1953 年，州議會成立了紐約市交通管理局（NYCTA，簡稱 TA）來運營新統一的地鐵系統。 為了解決鉅額運營赤字，TA 實行了新的十美分票價，並安裝了新的檢票口來收取票價。 儘管有了新的票價和 TA 的新領導，列車越來越晚點，車輛狀況也持續惡化。事實上，在接下來的幾十年裡，票價經常被提高。 直到 20 世紀 60 年代後期，才引入了機械式洗車裝置。 然而，花哨的機械洗車裝置無法與 20 世紀 70 年代幾乎無處不在的塗鴉之害相抗衡。

勞工問題在這個時期一直都是令人頭疼的問題。TA 在法律上被要求在平衡預算下運營，因此一直在與交通工人聯盟（TWU）就合同問題進行鬥爭。 服務和車輛狀況惡化可能是 TWU 贏得的苛刻協議的結果。提前退休、人員流失和熟練勞動力短缺迫使 TA 延遲重要的維護和維修工作。 這些問題因維持低票價而變得更加複雜。 NYCTA 最終在 1968 年被更大、更全面的大都會交通管理局（MTA）吸收。MTA 的 1968 年“行動計劃”包括幾條新的地鐵線路、新的車輛、新的車站和擴大的維修服務。它還包括幾條計劃中的線路關閉。 這些改進，特別是新的車輛，主要由 MTA 的員工設計，基於戰前模型，但有一個區別：長度從 66 英尺增加到 75 英尺。這使得八節新車擁有與十節舊車相同的運載能力。 這些新車也不再永久耦合，可以以不同的配置執行。 最後，在 20 世紀 80 年代，紐約市交通管理局帶來了一線希望：它翻新了所有地鐵車廂，重建了所有主線軌道，並維修了 50 多個車站。 最終，地鐵恢復了活力，1991 年以後，地鐵乘客量再次開始增長。

結論

紐約地鐵系統無疑對這座城市的過去和現在發展至關重要。該模式採用了技術、運營原則，甚至實際參與的勞動力，這些都來自先前的模式，包括公共汽車、高架鐵路和普通鐵路以及有軌電車。它的生命週期絕非從誕生到部署，再到成熟和市場飽和的平穩過渡。相反，地鐵經歷了多次繁榮和蕭條時期。不僅乘客量受到社會視角變化的影響，而且全球事件，如二戰、20 世紀 70 年代的石油危機以及經濟蕭條和衰退，都造成了多年後仍然感受到的影響。目前，地鐵（以及其他形式的城市公共交通）使得紐約人擁有全國最低的碳足跡。此外，地鐵是紐約市建築環境和社會心理不可分割的一部分。根據目前的趨勢以及上述定性分析得出的預測，地鐵應該繼續發展。然而，最終的增長水平幾乎無法確定。

參考文獻

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