運輸部署案例集/纜車

纜車是一種公共交通工具，它使用由操作員控制的抓鉤，伸到街道下方，夾住以恆定速度移動的纜繩。纜繩本身由滑輪引導，滑輪由位於動力站的固定電機驅動。為了移動，操作員逐漸拉動一個槓桿，將抓鉤向下移動到管道並夾住移動的纜繩。當操作員想要停止纜車時，他或她會透過開啟抓鉤和應用制動器來釋放對纜繩的壓力。如今，這個過程的很大一部分都已自動化。

纜車最初誕生於舊金山，是為了解決該市陡峭山丘的交通問題。然而，其他人意識到它可以替代畜力。纜車比畜力更便宜、更快、更清潔、更強。到 19 世紀末，除了波士頓、底特律和新奧爾良之外，美國所有的大城市都擁有纜車線路。儘管纜車的流行度迅速上升，但它的衰落也幾乎一樣快。如今，舊金山是美國唯一仍在運營纜車的城市。

1888 年的西雅圖纜車。

纜車運輸之前的模式及其侷限性

在纜車出現之前，人們使用的是畜力和蒸汽動力的公共交通工具。19 世紀的畜力公共交通工具包括由馬匹拉動的公共汽車及其更大的衍生物，由馬匹拉動的有軌電車。本質上，這些都是裡面有長凳的大型馬車，由馬匹，有時是騾子拉動。

這些交通方式存在重大缺陷。首先，馬力非常有限。馬匹的能量有限，每天只能工作幾個小時，通常平均工作四到五個小時 。它們的運載能力和速度有限。畜力車輛非常慢；幾乎與平均步行速度一樣快。如果街道狀況不好，馬匹的速度甚至更慢。在碎石路或鋪板路上的旅行最平穩，但並非所有城市都能負擔得起鋪砌道路。此外，馬拉車還受到地形的影響。通常一匹馬無法將一輛有軌電車拉上坡。其次，馬匹的糞便和尿液會汙染街道，對公眾健康構成威脅。破傷風等疾病威脅著公眾。第三，馬匹很昂貴。19 世紀的普通馬匹價值 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，但它們比馬匹折舊得更快。然而，一匹馬預計只能工作三到四年。第四，這些交通方式佔據了大量的道路空間，經常導致擁堵。

畜力公共交通工具的首批解決方案之一是蒸汽動力的高架鐵路（或“高架列車”）。蒸汽動力已經應用於該國當時廣闊的運河網路中的輪船以及連線海岸的鐵路。在 19 世紀 60 年代後期，擁擠的城市內道路成為一個嚴重問題。高架鐵路的想法將地面上已經使用的蒸汽和鐵路技術結合起來，將它們移到街道上方。曼哈頓和布魯克林是美國最早建設高架鐵路基礎設施的地區。“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。這個問題透過電力技術的創新得到解決，但隨後居民認為這種基礎設施是城市天際線的破壞。工程師和規劃人員再次將目光放回到街道上。

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。哈利迪最早接觸纜繩和電線的經歷來自他的父親，他的父親對這兩樣東西都進行了研究，並擁有幾項專利發明。年輕時，他搬到加利福尼亞州淘金。正是在內華達山脈，他第一次想到用纜繩拉車。他甚至獲得了一項在山區運輸桶的移動索道專利 。1869 年，當哈利迪在舊金山時，他還目睹了一起可怕的馬拉車事故，一輛馬拉車在四匹馬中的一匹在拉車爬坡時滑倒，導致整輛車墜落 。憑藉他對纜繩和電線的知識，他創新了他的專利，以解決舊金山危險的山區交通問題。哈利迪發現他的纜繩系統可以在舊金山發揮作用，就像在內華達山脈一樣，但他透過將纜繩埋在地下而不是在陡峭的地形上，對它進行了創新。

抓鉤

下一步是弄清楚將馬車連線到移動纜繩的機制。哈利迪和工程師威廉·艾普斯海默開發了第一個升降抓鉤的槓桿系統，以及開閉夾鉗機制 。然而，這種早期抓鉤不可靠。亨利·凱斯博爾特、阿薩·霍維和 T·戴透過讓抓鉤從側面而不是底部下降並夾緊，改進了抓鉤技術。這消除了對轉盤的需求，因為操作員現在可以在槓桿上改變位置來改變方向。然而，側向抓鉤經常會鬆開纜繩，因此艾普斯海默回到了底部抓鉤，並進行了改進。艾普斯海默改進的抓鉤目前應用於所有舊金山纜車。除了抓鉤之外，艾普斯海默還發現瞭如何將抓鉤輕鬆地放到纜繩上，以減少馬車的顛簸，而顛簸一直是高架列車的弊病。

羅布林纜繩

至於纜繩，早期的羅布林纜繩大約一英寸厚，由 96 根鋼絲組成，纏繞成六股，每股十六根鋼絲，然後纏繞在塗有焦油的麻繩上 。平均每根纜繩大約四英里長（6.44 公里），重 60,000 磅（27,215.5 公斤），在 19 世紀 80 年代的價格為 7,000 美元 。它可以伸展高達 2%，因為它在磨合中會斷裂 。這意味著纜繩需要不斷調整，以使其在正確的水平上工作。在理想條件下，纜繩的平均壽命約為一年。纜繩最初由位於動力站的燃煤蒸汽機驅動。如今，它們是電力驅動的。哈利迪在纜繩方面的專業知識和艾普斯海默在抓鉤方面的專業知識，再加上先前在有軌電車方面的知識，創造了第一輛纜車，該纜車於 1873 年 9 月 1 日在舊金山的克萊街投入使用。多年來，剩下的纜車都實現了自動化和電氣化；然而，舊金山的纜車仍然是人工操作的。

纜車的早期發展

早期市場

在 Clay Street 纜車之後，Hallidie 在三位朋友的資金幫助下，努力在舊金山增加了纜車線路。全國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 Clay Street 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。隨著人口的快速增長，畜力無法很好地服務於居民。該市認為纜車和高架鐵路是答案。不過，芝加哥會經歷冬季，因此工程師必須想辦法防止冰雪在管道中積聚。最終，他們使用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公共交通中的馬匹元素，從而緩解了擁堵，降低了公共衛生問題，並節省了旅行時間和金錢。許多居民對他們城市的纜車系統感到自豪，其中一位居民甚至寫道：“纜車系統構成了迄今為止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力，但洛杉磯和西雅圖等其他丘陵城市投資纜車是為了解決山坡問題。纜車使居民能夠擴充套件到以前無法到達的城市新區域。一個例子是洛杉磯的 Temple Street 纜車鐵路，它導致了 Angeleno Heights 的發展。

最後一點，需要承認的是，最初的纜車投資成本很高。城市需要挖深溝，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。只有負擔得起這項投資的城市才能擁有纜車。最終，大多數大型美國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建設纜車。

早期政策

在纜車的初期，從以前的交通方式（如馬車車、高架鐵路和鐵路）中借鑑的政策被應用。這些政策中的許多都與安全、服務和票價有關。一項安全措施是增加一個鈴鐺，讓過路人知道纜車正在接近。必須新增新的標誌，讓乘客知道纜車停在哪兒讓乘客上下車。目前其他交通方式使用的五美分票價政策也被採用 由於纜車與其他交通方式共用公共道路，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，只是採用了一種新的能源。但是，安全問題將繼續增長。

纜車的增長

到 1890 年，纜車在美國運送了 3.73 億乘客。與第一次世界大戰前的大多數交通方式一樣，纜車是私人擁有的。總的來說，建立纜車公司很難，因為纜車運營成本很高。發電站必須始終以滿負荷執行才能為線路供電。纜繩每年都需要更換，如果更容易斷裂，則更換速度會更快。抓手和制動器也很快磨損。但是，一旦有更多纜車執行，規模經濟就會降低成本。最有利可圖的線路是那些通往城市外環的線路。這些線路允許新的住房開發，從而為纜車提供乘客。洛杉磯的 Temple Street 線就是一個例子。政府的參與包括批准和資助最初的啟動。在那之後，自由放任的態度阻止了地方政府幹預被認為是私人企業決策的事情。只有一個例外：公共安全。

雖然纜車比馬車車效率高得多，但它們也更加危險。纜車的纜繩或抓手杆可能會斷裂，導致操作員無法剎車。有時，人們會從車廂裡掉下來，或者走到車廂前面，被壓碎。許多城市制定了法律，以改善纜車的安全記錄。芝加哥就是一個例子。如上所述，如果纜車公司執行更多纜車，它們的利潤就會最大化。芝加哥是一個人口不斷增長、擁堵問題的城市，這是一個需要更多纜車的城市，以實現更高的運力。芝加哥嘗試一次拉三到四輛車，而不是一次拉一到兩輛車。事實證明這是非常危險的，因此出臺了政策限制車輛數量。

纜車的衰落

纜車在 1893 年達到頂峰，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。電動有軌電車速度更快，組裝和運營成本更低，而且負擔更輕。有軌電車不需要像纜車那樣進行大量昂貴的維護。這種新模式比纜車對城市官員更有吸引力。有人嘗試將纜車電氣化，但這被證明是無效的。在舊金山，1906 年的地震摧毀了大部分纜車網路，市政府認為建造“現代”的電動有軌電車比恢復“古老”的纜車更實用。僅剩的車廂是那些沒有受到嚴重影響的車廂，或者是在最陡峭的山坡上行駛的車廂。隨著時間的推移，其他交通方式取代了纜車。如今，舊金山僅存的三條線路是美國唯一剩下的纜車線路。

纜車的誕生、增長和衰落——S 形曲線

正如已經討論的那樣，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。觀察其軌道里程隨時間的變化，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，城市也開始建造必要的基礎設施。從 1883 年到 1893 年，纜車發展起來，取代了大多數主要美國城市中的馬車車。有趣的是，纜車沒有成熟階段。在 1893 年的峰值年份之後，纜車由於電動有軌電車的競爭加劇而開始急劇下降。以下是 1873 年至 1913 年美國纜車軌道里程表，該表摘自 George Hilton 的《美國纜車》（1982 年）。

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

由於它可以顯示隨時間的推移，因此使用 S 形曲線以圖形方式顯示纜車的歷史。S 形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 形曲線方程。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——第一次是在出生/增長階段，第二次是在衰退階段。在出生/增長階段，發現 b 為 0.47，t0 為 1887。在衰退階段，發現 b 為 -0.78，t0 為 1904。在執行完迴歸分析後，將新計算的變數代入 S 曲線方程，以確定預測的軌道里程。然後，將所有這些點與實際的軌道里程一起繪製在圖中，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 曲線的 R 平方值為 0.97，這意味著它是一個非常接近的預測。然而，對於衰退階段，R 平方值為 0.31，反映出一個糟糕的預測。這可能是由於 S 曲線預測了成熟階段，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

纜車持久的影響

纜車雖然壽命短暫，但對交通運輸史產生了持久的影響。正是纜車最終將馬匹及其所有負面外部性從運輸中剔除。它成為了舊式交通工具——馬車，和新型交通工具——有軌電車之間的橋樑。儘管它試圖透過自身轉向電力來與後一種交通工具競爭，但它卻不夠強大。然而，有軌電車並沒有完全淘汰纜車。由於一個基層組織——拯救纜車公民委員會的努力，舊金山至今仍然擁有三條運營線路供人們欣賞。

舊金山的鮑威爾和市場纜車