运输部署案例集/2020/马里兰有轨电车

马里兰有轨电车 - 1890 年代至 1920 年代

美国的有轨电车

有轨电车（在北美使用）是一种主要用于客运的轨道车辆， 通常在公共道路范围内运行。特别是对于电动有轨电车，对该模式运行至关重要的技术特征包括：

• 在架空线上的滑板或第三轨上的接触滑鞋，通过电力提供动力。这将需要基础设施，包括电力来源和配电网络来供电。
• 电动有轨电车的运动需要提供固定的轨道以提供低滚动阻力，从而使货物能够以更少的努力移动。因此，在有轨电车运行之前，需要对轨道基础设施进行投资。

十九世纪后期和二十世纪初期的其他有轨电车相似，但其动力来源不同（例如，马拉、蒸汽、缆车）。有轨电车技术在研究期间的背景下主要优势不仅适用于马里兰州。在当时，在普通道路表面上行驶的电动无轨电车是主要竞争技术。有轨电车系统的主要优势是使用钢轨，这降低了滚动阻力，使运动平稳，并且比无轨电车移动得更快。

有轨电车系统服务的主要市场是人口相对密集的城市中心。这是在个人机动车出现之前，因此，替代方案有限，例如马拉的马车和步行。马拉的马车运营和维护成本高昂，例如管理马粪、提供饲料、稳定和更换马匹的成本。

电动有轨电车出现之前的马里兰城市景观

在电动有轨电车的时期，马里兰州人口最多的城市巴尔的摩已成为一个重要的制造中心。从 1850 年到 1900 年，巴尔的摩的人口从 169,000 人增长到 508,957 人，这对巴尔的摩的物理基础设施造成了压力。该市在 1888 年从十平方英里扩展到三十平方英里。马车铁路公司开始在巴尔的摩的街道上铺设轨道，沿着历史悠久的收费公路，为发展开辟了新的郊区。

当时可用的其他交通方式是马车和马拉铁路。由于马粪、维护、饲料、稳定和处理牲畜等因素，城市规划者将这种交通方式的局限性作为主要考虑因素。

快速增长的城市人口导致交通运输市场不断发展。马车铁路的可用性使郊区向外扩展，因为从主要就业中心的旅行时间和可达性得到了改善。可达性的改善激发了人们对可达性可以通过新交通技术进一步增强的可能性产生了兴趣。电动有轨电车正是提供了这种可能性，进一步促进了巴尔的摩周边新的郊区村庄的发展。

电动有轨电车的发明和技术转变

弗兰克·J·斯普拉格被认为是电动有轨电车系统的发明者。他的发明涉及使用架空线收集电力，并于 1888 年在弗吉尼亚州里士满的里士满联合客运铁路首次成功安装使用。

在取得成功之后，从最初的马拉汽车到电动系统的转变非常迅速。到 1890 年，美国有约 5,700 英里的马车轨道、500 英里的缆车轨道和 1,260 英里的电动轨道；电动系统在两年内获得了约 17% 的市场份额。到 1903 年，30,000 英里的有轨电车线路中 98% 都是由电力驱动的。

为了实现电动有轨电车铁路系统，电力分配（当时主要由煤炭发电）和电机及齿轮设计的技术专长被整合在一起，以改进现有的有轨电车系统，形成新型的无马车辆。

早期市场开发

电动有轨电车满足的初始市场需求是能够在不使用马拉车辆的情况下运营运输服务。电力被证明比马匹便宜得多，因此，在服务改善的同时，票价可以降低。 最终，更低的票价实现了功能增强，通过将市场扩展到低收入家庭，更好地服务了现有市场。服务的改善，加上城市化的加速，导致巴尔的摩有轨电车系统的扩展，通过功能发现促进了该技术的进一步市场开发。

诞生阶段

现有的铁路系统已经从马车那里铺设出来。这是公众和政府广泛接受的模式。有轨电车借鉴了马车使用的铁路系统，并对其进行了创新，以更低的成本提供更优质的服务。随着弗吉尼亚州里士满第一个电动系统的成功，该技术迅速传播到全球各地，导致从 1888 年开始的诞生阶段相对较短。

增长阶段

巴尔的摩当地政府通过利润分成安排允许有轨电车网络的发展。在托马斯·斯旺担任市长期间，他同意允许马车公司在公共街道上铺设轨道，以换取其总收入的 20% 用于资助公共公园。 这可能减少了在巴尔的摩实现该模式发展的规划障碍。

私营部门在利润动机的推动下发展了网络。马里兰州的网络规模从 1894 年的 245 英里轨道增长到 1898 年的 450 英里轨道。到那时，大约有八家独立的铁路公司在运营。

巴尔的摩在当时增长得比较快，城市官员也采取措施扩展城市。自然地，这种政策环境引致了对扩展交通服务以满足人口需求的需求。有轨电车提供了解决方案，因此网络可以通过私人资本扩展。

成熟阶段

1899 年，众多独立的铁路公司合并，组成了联合铁路和电力公司。到那时，该网络已达到 357 英里的轨道里程（到 1920 年，该网络已达到 418 英里的轨道里程）。合并使各个系统能够现代化，形成一个协调一致的系统，以有效地为大都市区提供服务。通过合并，有轨电车车队得到了标准化。

到 1915 年，吉普尼已成为有轨电车的普遍竞争对手。 巴尔的摩联合铁路和电力公司试图通过设立巴尔的摩交通公司来适应不断变化的市场。这将是一次尝试避免“锁定”并采用希施曼“退出、声音和忠诚度” (1970) 中提出的“逃逸”策略。

巴尔的摩有轨电车地图

“重新发明”这种模式的机会

在当今，现代有轨电车模式仍然存在，尽管规模远小于 20 世纪初的峰值。它还通过轻轨获得了另一种形式，这仅在通过多个单元的耦合来改变容量方面有所不同。有轨电车在没有私家车提供的点对点运输的情况下服务于市场。重新发明这种模式以使其能够更好地满足当今和未来需求的潜在机会可能是

• 整合到私人车辆使用成本高昂（特别是拥有和储存）的密集城市地区。在没有私家车的情况下，这种情况将吸引乘客。密集的环境将确保有足够的市场规模来证明实施系统的成本，方法是允许适当的规模和旅行目的的多样性。
• 作为一个街道轨道系统，空间要求是明确定义的，并且可能很紧凑。这可以利用到城市形态中，尤其是在行人专用通道内，传统公交和汽车运输无法运行。

马里兰有轨电车网络的定量分析

生命周期模型

生命周期隐喻有助于理解交通系统随时间的行为（Garrison & Levinson，2014）。这种行为通常通过三个阶段来表示

• 出生/创新阶段，
• 增长发展阶段
• 成熟阶段

假设数据形成逻辑函数，S 形曲线对于建模、跟踪和预测其生命周期内的系统很有用。该模型可以用以下三参数函数表示

S(t)= K/(1+e^([-b(t-t_0 )]) ) 其中

• S(t) 是状态度量（例如，客运公里数、轨道里程）
• t 是时间（通常以年为单位）
• t0 是拐点时间（实现 1/2 K 的年份）
• K 是饱和状态水平，并且
• b 是一个系数。

因此，知道 K、t0 和 b，可以预测任何给定年份 t 的系统规模。但是，通常可用的唯一数据是当前系统规模，因此必须迭代确定 K 和 b，并使用线性回归进行测试。

马里兰有轨电车网络分析

来自 McGraw 电气铁路手册（美国有轨电车投资的红皮书）的历史财务和公司数据被用来开发 1894 年至 1920 年间马里兰有轨电车网络的生命周期。该文件中发布了美国每个城市有轨电车系统的“轨道里程”数据，这些数据已被提取用于开发生命周期模型（参见表 1）。这些数据还与使用上述公式的预测模型进行了比较。表 1：马里兰有轨电车网络中的轨道里程；实际值和预测值

以上数据在下面的图 1 中显示。请注意，缺失数据已进行线性插值。

该模型提供以下输出

• 系统的拐点 t0，其中增长率不再增加，是 1901 年。
• 饱和状态水平 K 为 910 轨道英里。
• 系数 b 为 0.079614。

使用具有预测 K 值的线性回归测试模型精度。假设 K = 910，回归分析输出为 R 平方 = 0.9，这表明模型曲线可能是一个很好的拟合。变量的 t 统计量大于 2，表明关系在统计学上是显著的。

生命周期阶段

根据该模型，可以将三个不同的生命周期阶段视为

• 出生：1880-1890。
• 增长发展：1890-1910（拐点为 1901 年）。
• 成熟：1910 年至今。