運輸部署案例集/無軌電車

法國里昂的無軌電車

無軌電車是電力驅動的公共汽車。然而，與其他電動汽車不同，無軌電車從沿其路線執行的架空線獲取電力，而不是電池。公共汽車透過兩個杆子和電線連線到線路，而傳統的無軌電車從頭頂的單個連線點獲取電力。 雖然由於車輛在運營期間始終需要連線到線路，因此路線選擇有限，但這種獲取電力的方式確實比傳統電動汽車（以及非電動汽車）具有優勢。

歷史

電動車，約1882年

無軌電車可以追溯到1882年的柏林，最初被稱為“電動車”。電動車在火車站之間 591 碼的軌道上執行。它由一輛四輪馬車組成，配備有從架空電纜獲取電力的電機。這條軌道在進行了幾月的展示後被拆除。

第一輛真正的載客無軌電車是在近 20 年後開發和實施的，位於巴黎附近的楓丹白露，該系統一直執行到 1913 年。 1901 年後期，德國德累斯頓附近的比拉谷開通了一套系統。這輛無軌電車與現代的無軌電車一樣，使用兩條架空電線，並透過彈簧載入的連線杆獲取電力。該系統一直執行到 1904 年，激發了世界各地其他系統的出現。 1903 年，無軌電車在美國康涅狄格州紐黑文和賓夕法尼亞州斯克蘭頓進行了展示。到 1920 年代，美國各地出現了許多系統，並且在接下來的 30 年中數量不斷增加。在該模式的鼎盛時期，也就是 1950 年前後，全球有 900 多套無軌電車系統在運營。

然而，由於私家車和柴油公共汽車的出現，以及 1956 年的聯邦援助公路法案，無軌電車與其他形式的公共交通（如有軌電車）一起迅速衰落。 無軌電車發展成熟，但並未長時間保持在該狀態。到 1951 年和 1952 年，有超過 7000 輛無軌電車在運營。到 1956 年，這一數字降至 6000 輛以下。到 1973 年，這一數字降至 700 輛出頭，僅為 20 年前的十分之一。

到 2010 年，只有大約 570 輛無軌電車在 5 個州運營：加州（舊金山）、馬薩諸塞州（波士頓）、俄亥俄州（代頓）、賓夕法尼亞州（費城）和華盛頓州（西雅圖）。 正如傳統有軌電車在城市規劃者中重獲新生一樣，無軌電車也有可能重獲人氣。在俄羅斯等一些國家，無軌電車從未出現過衰落。莫斯科的系統擁有約 1500 輛車輛和 100 條線路。 然而，隨著越來越多的美國城市正在探索重新實施無軌電車的可能性，西雅圖等擁有現有系統的城市正在考慮減少或完全取消該服務。到 2013 年，西雅圖的整個電動公共汽車車隊都需要更換；2011 年，進行了一次全面的無軌電車系統評估，以確定是否用柴油公共汽車取代無軌電車。

優缺點

無軌電車能夠比非電動同行更快、更平穩、更有效地加速爬坡。電動機在啟動時提供扭矩時比柴油機更有效。此外，它們的橡膠輪胎在鋼軌上的抓地力比鋼輪好。這可能是舊金山和西雅圖這兩個多山的城市今天仍在使用無軌電車，而大多數美國城市已經放棄了這種模式的原因。由於沒有獨立的電池攜帶運營所需的電荷，無軌電車比其同行更輕。

另一個優勢是，雖然無軌電車在固定路線行駛，但故障車輛可以輕鬆地從架空線脫離並移出路面，而不是阻礙同一路線上的其他車輛。此外，這使無軌電車能夠像其他公共汽車一樣停靠在路邊，而不是要求在街道中央設定上車島。這也有助於實現平層上車，與無法提供平層上車的那些模式相比，使行動不便的乘客更容易使用該模式。

這項技術的一個可能是優點和缺點的事情是它在執行時很安靜。行人可能沒有注意到車輛駛近，因為它沒有發出噪音。為了防止因這種情況造成的傷害和事故，可以在車輛前方安裝揚聲器，以便將聲音引導到行人和其他可能在危險區域的駕駛員。

一個缺點是，雖然無軌電車比固定軌道交通方式（輕軌、有軌電車）更靈活，但它不如公共汽車靈活。如果無軌電車線路經過的區域正在進行道路施工，則該線路必須暫時停止運營，而不是重新規劃路線。此外，無軌電車不能像非固定軌道交通方式那樣相互超車。

一個三通無軌電車開關

無軌電車系統另一個主要缺點是需要架空電纜。大多數人認為電纜在視覺上不美觀，安裝新線路可能會引發抗議。線上路匯合的地方，其影響特別難以忽視。除了不美觀之外，電纜聯結器可能會鬆動或被主動斷開。這會導致運輸延誤，因為駕駛員必須重新連線電纜。還要考慮天氣對電纜和電纜杆的影響；如果在潮溼寒冷的氣候條件下安裝，電線可能會結冰，導致線路無法使用。

與非電纜公共汽車一樣，另一個需要考慮的因素是持續重型車輛撞擊對路面的磨損。軌道交通在這方面具有優勢，因為一旦軌道鋪設完畢，就可以消除對路面的過度負荷。與非電纜公共汽車的另一個比較是，人們認為乘坐公共汽車不如其他交通方式舒適。清潔度、人口統計和時間表可靠性是人們在其他交通方式可用時選擇不乘坐公共汽車的潛在原因。

無軌電車的環境影響也是使用這種模式的優勢。任何形式的公共交通都比私家車具有優勢，它使用更少的能源和空間。安裝無軌電車服務比建立柴油動力公共汽車線路的初始成本更高，因為安裝架空線路的成本更高，但由於燃油和維護成本更低，這筆額外成本可能是可收回的。此外，從可持續能源獲取大量電力並使用該電力運營無軌電車系統的城市比沒有使用該系統更加可持續；美國華盛頓州西雅圖市使用哥倫比亞河和其他河流的水力發電來運營該系統。

未來政策

有軌電車和其他形式的軌道交通正在許多城市（如明尼蘇達州的輕軌線路）復興。無軌電車也有可能復興；更可能的復興將來自混合技術。混合動力無軌電車允許將大部分線路置於電纜下，但可以選擇用電池或柴油發動機來覆蓋安裝電纜不可行的地方，或者在需要重新規劃路線的情況下。這仍然可能導致問題；在車輛上新增電池或發動機將增加生產成本，也會增加車輛的重量，並佔用乘客空間。

雖然無軌電車可能不會復興，但一項相關技術——無軌卡車——正在被提議作為貨運列車的補充。無軌卡車的工作原理與無軌電車相同，透過連線到架空電線獲取動力。在 2008 年出版的《運輸革命》一書中，作者理查德·吉爾伯特和安東尼·珀爾提出了一項計劃，該計劃將把大多數貨物運輸從卡車轉移到無軌卡車。 目前，洛杉磯正在考慮實施混合動力柴油無軌卡車，以努力減少因航運業造成的空氣汙染。

定性分析

圖 1：無軌電車生命週期資料

資料取自 APTA 2012 年公共交通事實手冊，可在網上找到。APTA 提供的最早資料來自 1928 年，大約是在美國建立第一個無軌電車系統 25 年後。資料持續到 2010 年。該資料集的獨特之處在於，無軌電車在美國的整個創新時期在大約 1952 年開始後 30 年內完成。^[7]

一項新技術（無論是否為交通運輸）的創新可以描述為具有四個主要部分的 S 型曲線：誕生、增長、成熟和衰退。在技術開發後的最初階段，其增長緩慢，因為人們對適應新技術猶豫不決。一旦它達到一定水平（可能是理解和/或接受度），增長就會呈指數級增加。在另一個特定水平上，這種增長會放緩並保持穩定（可能是由於物理限制，例如可用於建設州際公路的土地裡程、人口可以合理擁有的手機數量）。隨著技術的老化和新技術的開發，舊技術將會衰退，有時會快速，有時會緩慢。

在無軌電車生命週期圖中，顯示了整個生命週期；可以看到明顯的 S 型曲線創新時期，包括誕生、增長和成熟，隨後是急劇的衰退。

圖 2：無軌電車實際資料與統計模型

為了進行統計建模，僅分析了創新時期（1928-1952 年）。應用普通最小二乘（邏輯）迴歸模型來估計以下邏輯函式

S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)]

其中

• S(t) 是狀態度量（車輛數量）
• t 是時間（年度，1928-1952）
• (t0 是拐點時間（峰值的二分之一）
• K 是飽和狀態水平（峰值）

b 是一個係數，衡量對自變數的影響程度。

由於無軌電車的生命週期已經經歷了完整的迭代，因此可以將 K 設定為峰值（1952 年的 7180 輛車），並且可以將 t0 估計為車輛數量達到該峰值一半（大約 3590 輛，在 1944 年）的那一年。使用求解器，進行了多次迭代分析，最終獲得了 K=7951 和 b= 0.225 的值。由此得到的方程為

S(t) = 7951/[1+exp(-0.225(t-1944)]

它給出瞭如圖 2 所示的資料模型。