运输部署案例集/2020/华盛顿有轨电车

有轨电车或无轨电车（北美英语中欧洲单词“电车”的对应词）曾经是数百个北美城市和城镇的主要公共交通方式。大多数原始的城市有轨电车系统在 20 世纪中期被拆除，或转换为其他运营模式，例如轻轨。

技术特点

有轨电车在街道上铺设的轨道上运行，通常以单节车厢运行，通常由电动机驱动。早期的有轨电车要么是马拉的，要么依靠储能电池供电，而储能电池价格昂贵且效率低下。发电机（发电机）的发明导致了将传输电力应用于有轨电车线路，随后在英国、欧洲和美国得到普及。 有轨电车沿着公共城市街道的有轨电车轨道运行。一些有轨电车包括专用路权的段落。有轨电车通常比干线和快速公交列车更轻、更短。早期的大多数有轨电车都是通过滑靴或弓形集电器供电。有轨电车由在其路线上方拉线的电力线驱动，电力线传递电流。电流通过连接到汽车的延伸部分流动，而金属车轮与金属轨道的接触充当电回路的“接地”。 电动机通常驱动有轨电车，但也有马拉、蒸汽和缆索驱动的有轨电车。

优势和对其他模式的压缩

世界上第一辆载客有轨电车是在英国制造的，由马匹牵引。 在 19 世纪，由于大多数街道仍然铺设着鹅卵石，马车比公共马车提供了更舒适的乘坐体验。 马匹只能在一天的有限时间内工作，必须日复一日地进行安置、整理、喂养和照顾，这使得运营成本大幅增加。 在弗兰克·J·斯普拉格改进了有轨电车上的架空滑线系统以从架空电线收集电力后，马车在很大程度上被电动电车取代。

缆车于 1873 年在旧金山推出。缆车由一根无休止的缆绳牵引，缆绳在轨道之间的槽中运行，并经过发电厂的蒸汽动力轴。该系统非常适合在陡峭的山坡上运行，在旧金山和西雅图得到最广泛的应用。缆车的运行比早期的电动汽车更加平稳，但它们只能以恒定的速度运行。缆绳的断裂或卡住会导致线路上的所有汽车停运。随着电动机的改进，缆车开始失去优势。

有轨电车相对于早期的交通形式的一大优势是金属车轮在钢轨上的滚动阻力低，这使得电车能够在给定努力下牵引更大的载荷。 有轨电车的建设成本低于重型快速公交。早在 19 世纪，由于技术限制，公共汽车并不是一种成本效益高的选择。

主要市场

有轨电车主要用于乘客，但目前也有货运电车在运行。历史上，有轨电车在欧洲、北美、大洋洲得到广泛应用。

有轨电车发明

第一辆有轨电车由马匹牵引，沿着放置在街道中间的特殊钢轨滚动，而不是沿着街道行驶。 马车比公共马车提供了更舒适、更实惠、更高效的出行方式。随着马车的发明，美国各地广泛安装了轨道。马匹和骡子一次只能工作大约两个小时，因此公司必须备好 8-10 只动物才能让一辆汽车持续运行。它们每天吃掉相当于自己体重的食物，产生的粪便遍布街头，这对行人来说不仅仅是一点小麻烦。1872 年的马流感爆发使数千匹马死亡，并大大减缓了许多交通系统。

安德鲁·史密斯·哈利迪开发了旧金山的第一辆缆车。缆车由一根无休止的缆绳牵引，缆绳在轨道之间的槽中运行，并经过发电厂的蒸汽动力轴。 新的缆车系统消除了马匹在旧金山无休止的山坡上挣扎着拉动马车所需的必要性。尽管该系统比马车肯定有了改进，但第一批缆车非常不安全。缆绳容易断裂，有时在旧金山陡峭的山坡上造成危险事故。大多数有能力的汽车在投入使用后不久就退役了。

弗兰克·朱利安·斯普拉格发明了电动有轨电车。弗兰克于 1880 年发明了弹簧加载滑线杆，该滑线杆使用车轮沿着电线移动。1888 年，弗兰克发明了一种有轨电车从架空电线收集电力的系统。凭借现有的电动机技术，斯普拉格在弗吉尼亚州里士满建造了有轨电车系统。架空电线安装在城市街道上，为有轨电车提供电力。在运行过程中，有轨电车会用屋顶上的长杆接触这条电线。发电厂中的大型蒸汽机需要转动发电机，为有轨电车运行提供电力。由于有轨电车能够使用马车和缆车系统中现有的轨道和车厢，因此切换起来非常容易。

早期市场发展

华盛顿最早的有轨电车，由交通运输创新者弗兰克·奥斯古德运营，从 1884 年开始在第二大道上运行，由马匹牵引。由于马拉公共交通系统并不完全适合像西雅图这样丘陵城市，因此 1889 年，一些其他投资者开始运营缆车，就像在同样丘陵的旧金山一样。

1888 年后，许多城市转向电力有轨电车。在一年内，电力有轨电车取代了更多昂贵的马拉电车。 1889 年，西雅图拥有第一辆电力有轨电车，取代了马拉电车。随着有轨电车相对于马拉电车的显著优势，繁荣开始了。到 1892 年，也就是首次测试电力有轨电车三年后，西雅图拥有近 50 英里的有轨电车轨道，以及 22 英里的缆车轨道。

'诞生阶段'的政策

自 1840 年以来，联邦政府开始推动铁路和有轨电车等交通基础设施建设。因此，大量私人和公共资金投入了交通基础设施建设，这有助于有轨电车的诞生和繁荣。 从 19 世纪 30 年代到 20 世纪 60 年代，几乎所有交通运输系统都是私人所有的。特许经营权的使用对于有轨电车来说至关重要，因为有轨电车必须侵入公共通行权，在街道上铺设轨道才能运营马拉电车，后来还运营缆车和电力有轨电车。 通过限制有轨电车的特许经营权，可以防止不必要的竞争，这使得有轨电车系统可以覆盖更多区域，并保护有轨电车运营公司的收入。交通运输行业应该得到认可，因为它在一个多世纪以来一直秉持着最佳私人企业传统的企业家精神。

成熟与衰落

到第一次世界大战前夕，西雅图电力公司（最大的有轨电车运营公司）由于规定的五美分车费、多次罢工以及来自汽车和私人巴士的日益激烈的竞争而开始亏损。通勤者也对老化的设备和不稳定的服务感到厌烦。在 1911 年未能收购西雅图-伦顿城际铁路后，西雅图于 1914 年开通了第一条连接市中心和波拉德的市政有轨电车线路。 由于规定的五美分车费、多次罢工、政府干预以及来自汽车和私人巴士的日益激烈的竞争，私人投资者对有轨电车的兴趣减弱，从而减缓了有轨电车的增长速度。

第一次世界大战后，当汽车开始出现在城市街道上时，有轨电车开始衰落。规定的五美分车费使得公司越来越难以支付维护费用。特别是在第一次世界大战之后，五美分的价值暴跌，但有轨电车必须获得市政委员会的批准才能进行任何票价调整，这些委员会中的任何人都不会批准票价上涨以支付成本，因为这样做会让他们惹恼选民。自 20 世纪 20 年代以来，一些有轨电车公司开始破产，尽管它们当时仍然是其所在城市的交通主力。巨大的成本和票价的贬值迫使他们削减服务，逐渐将人们推向越来越实惠的汽车。在经济大萧条期间为生存而斗争时，许多公司投资了巴士，因为巴士更便宜、更灵活。到 20 世纪 50 年代，几乎所有有轨电车公司都处于糟糕的境地。通用汽车和其他石油和轮胎公司拥有的国家城市总共收购了 46 个交通运输网络。国家城市拆除了有轨电车线路，用巴士取代了它们，这有利于通用汽车和其他石油和轮胎公司，因为这从长远来看，会增加巴士的使用率。尽管国家城市只参与了大约 10% 的案例，但它仍然加速了有轨电车死亡的过程。

重生

2001 年，俄勒冈州波特兰成为北美 50 多年来第一个开通新的有轨电车系统的城市。 由于容量更大、速度更快、拥有专用车道，有轨电车的现代版本通常被称为轻轨。 凭借现代技术，轻轨提供了比巴士更舒适的乘坐体验。轻轨可以提供比巴士更高的客运量。轻轨在运营期间没有燃气排放，这对于高架区域非常有利。轻轨可以有效地支持高密度开发。行人更容易穿越轻轨，而不是穿越交通。 凭借这些优势，现代轻轨在全球范围内越来越受欢迎。由于轻轨必须在轨道上运行，一旦轨道出现中断，轻轨就必须停止运营。铺设轻轨轨道可能需要数年时间，并对当地经济造成重大干扰，例如悉尼轻轨。初始投资明显高于巴士。一项名为“无轨电车”的新技术可以克服现代轻轨的这些缺点。无轨电车既不是电车也不是巴士，尽管它们有橡胶轮胎，可以在街道上运行。无轨电车更适合骑自行车的人，因为不需要轨道，这消除了骑自行车的人在穿越轨道时跌倒的可能性。无轨电车的容量和乘坐质量与轻轨相似，但不需要建造轨道。 无轨电车的车载系统可以与智能信号通信功能交互，使车辆能够像现代轻轨一样在交通灯处优先通过。由于建设和维护成本低，无轨电车预计在不久的将来会越来越受欢迎。

定量分析

为了分析华盛顿从 1894 年到 1920 年的有轨电车生命周期，使用了“麦格劳电力铁路手册——美国有轨电车投资红皮书”。预计总轨道长度将形成一个 S 曲线，S 曲线模型使用以下三参数方程

$S(t)=\left({\frac {K}{[1+e^{(-b(t-t_{i})}]}}\right)$

其中

• $S(t)$ 是状态度量（例如轨道里程）
• $t$ 表示时间（年）
• $t_{i}$ 是拐点时间（达到 ${\frac {1}{2}}K$ 的年份）
• $K$ 是饱和状态水平
• $b$ 是一个系数

由于历史数据的质量，进行了调整。本研究仅分析了电气有轨电车。这些城市按都市区分组，每个都市区被视为一个系统。该研究针对州总和每个都市区进行。

州总

州总有轨电车轨道长度

州总模型结果

变量	描述	值
$K$	饱和状态水平	1700
$b$	系数	0.19628
$r^{2}$	R 平方	0.93887
$t_{i}$	拐点时间	1908

西雅图都市区

西雅图都市区有轨电车轨道长度

西雅图都市区模型结果

变量	描述	值
$K$	饱和状态水平	1400
$b$	系数	0.14038
$r^{2}$	R 平方	0.94588
$t_{i}$	拐点时间	1913

波特兰-温哥华都市区

波特兰-温哥华都市区有轨电车轨道长度

波特兰-温哥华都市区模型结果

变量	描述	值
$K$	饱和状态水平	23
$b$	系数	0.18287
$r^{2}$	R 平方	0.74190
$t_{i}$	拐点时间	1912

贝灵汉都市区

贝灵汉都市区有轨电车轨道长度

贝灵汉都市区模型结果

变量	描述	值
$K$	饱和状态水平	67
$b$	系数	0.06539
$r^{2}$	R 平方	0.29178
$t_{i}$	拐点时间	1914

斯波坎都市区

斯波坎都市区有轨电车轨道长度

斯波坎都市区模型结果

变量	描述	值
$K$	饱和状态水平	407
$b$	系数	0.34182
$r^{2}$	R 平方	0.86133
$t_{i}$	拐点时间	1906

瓦拉瓦拉都市区

瓦拉都市区有轨电车轨道长度

瓦拉瓦拉都市区模型结果

变量	描述	值
$K$	饱和状态水平	29.5
$b$	系数	0.26417
$r^{2}$	R 平方	0.88413
$t_{i}$	拐点时间	1906.275