佛罗里达有轨电车系统的早期历史生命周期

0. 导言

有轨电车，或称电车/无轨电车，是19世纪后期和20世纪早期城市的主要客运交通方式，并成为那个时代城市的标志之一。如今，它只能在少数城市作为旅游景点的遗产铁路或在博物馆中看到。

有轨电车最初以“公共汽车”的形式引入美国，然后在电气化后，有轨电车网络在美国许多城市迅速扩展，并在1900年代初期达到顶峰，然后在1930年后开始衰落。在佛罗里达州，1894-1920年期间，有15个城市地区发展了有轨电车系统。

本文将深入研究这一时期，通过进行定性分析（US）和定量分析，对美国佛罗里达州的有轨电车系统进行详细的生命周期分析。（专门针对佛罗里达州）

1. 定性分析

1.1 有轨电车之前

在有轨电车发明之前，北美城市中最常见的城市公共交通工具是马拉公共汽车或所谓的公共汽车，由马匹牵引，在城市中按固定路线行驶，被认为是第一种公共交通工具。虽然其他驿马车或马车大多是私人的，但大型驿马车采用了一种即停即走的模式。1827年，马拉公共汽车/公共汽车服务出现在纽约，在百老汇从波西邦德街到电池公园（Ephemeral New York, 2011）。然而，尽管公共汽车取得了成功，但它仍然无法完全满足城市地区对公共交通的需求。马匹或其他动物的维护以及马匹有限的工作时间都限制了这项业务。19世纪的工业革命促使城市蔓延和人口增长，这迫切需要改进公共交通服务。为了克服这一问题，公共汽车运营商一直在寻找能够满足需求的改进方案，这推动了有轨电车的发明。与此同时，铁路技术随着金属轨道的引入而发展，蒸汽机的发明为有轨电车的发明提供了基础。从这里，发展出了两种途径来改进公共汽车：高架轨道和机车动力。（舒尔茨）

1.2 发明和技术演变

1.2.1 美国第一个公认的有轨电车

在公共汽车取得成功的基础上，1832年约翰·斯蒂芬森将第一辆有轨电车引入纽约。它仍然由马匹牵引，但运行在鲍厄里的街道上铺设的轨道上。这种创新的改进使有轨电车能够承载更多乘客，增加行程距离，并使旅程更加平稳。这种改进导致了铁路网络，覆盖了更大的城市范围。（Builders of Wooden Railway Cars, 2006）

1.2.2 蒸汽动力有轨电车

为了替代原始的动物动力，蒸汽机从铁路机车移植到有轨电车，被称为有轨电车虚拟机。制定了一些标准来确保蒸汽动力有轨电车的运行不会对城市环境造成破坏，而城市环境中仍有许多马匹在街道上行驶。安全预防措施包括封闭车轮，并将发动机封闭起来以降低噪音。为了避免产生黑色烟雾，焦炭代替煤炭作为燃料。为了减少另一种排放蒸汽的破坏，部署了过热器和冷凝器等装置使其变得不可见。尽管做出了所有这些努力，蒸汽动力有轨电车或蒸汽虚拟机由于发动机室有限造成的动力不足问题以及比传统的马拉有轨电车更高的运营成本，难以推广。它逐渐被电力所取代。（Wingler, 2019）

1.2.3 电缆牵引有轨电车

电缆牵引有轨电车是当时改进有轨电车的另一种动力替换方案。电缆技术已被安德鲁·哈利迪在矿山用于运输矿石和煤炭。但是，控制不断滚动电缆的抓取和释放的想法是一种创新，它使有轨电车能够在车站停靠并在城市中使用。在安德鲁·哈利迪设计之后，旧金山是世界上第一个拥有缆车的城市。一个动力室，那里有蒸汽机燃烧煤炭，为驱动电缆提供动力。移动的电缆被埋在地下通道内，有轨电车通过带有抓取装置的槽口拉动这条电缆。（旧金山缆车博物馆）旧金山多山的地形使其成为缆车运行的理想环境。然而，缆车系统的缺点是建设成本高昂。因此，它只适用于需求量很大的线路。（舒尔茨）

1.2.4 高架铁路

高架铁路是一种专门的轨道，它高出街道水平，以便有轨电车能够在上面运行，从而将有轨电车与街道上的其他交通流隔离开来。这种方法可以消除有轨电车与其他街道使用者（如马车和行人）之间的相互干扰。虽然在高架铁路运营的有轨电车的运载能力有所提高，但建设成本也随之增加。因此，它只在纽约和芝加哥等主要城市经济可行。（舒尔茨）

1.2.5 电气化有轨电车

电气化是有轨电车市场的一项变革性技术，它促进了有轨电车在美国的繁荣。第一次尝试对有轨电车进行电气化是通过使用托马斯·戴文波特在1835年发明的电池。但是，这种类型电动有轨电车的短程限制了其实用性。然后，只有在发电机和电机技术发展之后，电气化有轨电车才成为可能。1888年，弗兰克·斯普拉格在弗吉尼亚州建造了里士满联合客运铁路，并利用了电动汽车技术。他的有轨电车由一个安装的电机驱动，并通过一根集电杆从悬挂的电缆中收集所需的电力。他通过他的多单元控制发明进一步完善了他的有轨电车，该发明将多个滚动车厢组合在一起作为一个单元，这启发了今天的地下铁。他的有轨电车系统取得了巨大成功，很快就在美国各地推广开来。在12年的时间里，电力有轨电车几乎完全占领了整个有轨电车市场。（美国的有轨电车（火车）：定义和历史）

有轨电车起源于公共汽车，其发展历时约一个世纪。从由马匹和骡子等动物牵引，到由电力驱动。有轨电车的发展也反映了19世纪城市的工业化。来自不同领域的工程师推动了有轨电车的发展，利用各种技术并从不同的途径对其进行改进。为了改善运营环境，铺设了钢轨，建造了高架铁路。为了找到最佳的动力装置，人们尝试了多种方案，如蒸汽动力、电缆牵引、电池动力、燃气动力，最后电力有轨电车成为最佳解决方案。

1.3 市场发展

有轨电车系统的早期市场利基是由公共汽车系统发现的。工业化后，城市人口迅速增长，城市蔓延将工业/商业区和住宅区分隔开来，并增加了它们之间的距离。急需一种公共交通方式，能够以经济实惠的方式让乘客进行日常市内出行。1827 年，公共汽车在美国纽约出现，填补了大众公共交通的空白，改变了纽约市许多中产阶级人士的生活方式。五年后，第一条有轨电车线路在同一城市开通，金属轨道让马拉车可以搭载更多人，从而增加了有轨电车的供应量。城市中的有轨电车网络也得到了扩展。后来，蒸汽机和缆车等动力部件的技术改进也提高了有轨电车的运载能力、工作时间和速度，进一步增加了有轨电车系统的供应量。然而，由于这些系统的建设成本高昂，只有需求量很大的主要城市的线路才能与供应量相匹配。因此，这些系统只扩展了纽约和芝加哥等主要城市的市场份额。直到 19 世纪末，有轨电车系统实现电气化后，有轨电车市场才迎来了革命性的变化。电动有轨电车不仅比其他旧式有轨电车系统更安静、更清洁、更高效，使其成为城市地区运营的理想选择，而且更具经济效益。更多需求量较小的路线可以被纳入有轨电车网络，由于票价更低，更多人可以使用有轨电车服务。此外，现在人口较少的更多城市在经济上也可以发展有轨电车。有轨电车系统的这一进步也改变了城市的发展方式，人们现在可以住得离市中心更远。

1.4 政策和模式发展

斯普拉格在 1888 年的伟大发明标志着电动有轨电车的迅猛发展，大约十年内，铺设了 15,000 英里的轨道，占领了整个有轨电车系统的市场份额。（美国有轨电车（火车）：定义和历史）

并且，年客运量从 20 亿迅速增加到 50 亿，在 1890 年至 1905 年期间增长了 250%。（杨，2015 年）

在那些日子里，有轨电车是一个非常有利可图的行业，由私人投资者拥有，例如有轨电车制造商、私人银行家等等。后来，改善的交通便利性可以提高土地价值，吸引了房地产开发商投资有轨电车业务。在有轨电车发展上升阶段，所有有轨电车系统，无论是缆索驱动、蒸汽动力还是电动化，都需要大量的预先投资来建设基础设施。为了扩大投资回报，这些有轨电车所有者变成了“牵引磁铁”，在每个城市的有轨电车网络上形成了垄断。一些垄断是通过与地方政府签订合同，成为市政特许经营权而实现的。与政府的合同通常包含一些条款，例如固定票价，维护路边人行道的义务。

这种商业模式预示了有轨电车在后来与汽车的竞争中逐渐消失。（斯特罗姆伯格，2015 年）

1.5 成熟阶段的发展和复兴。

有轨电车的发展从 1910 年代开始放缓，并在 1920 年代开始走下坡路，此时汽车开始普及。来自汽车的强烈竞争反映在客运量的下降上。从 1910 年开始的通货膨胀迫使有轨电车公司由于原材料成本、劳动力成本和维护成本上升而减少投资。更糟糕的是，许多特许经营权无法调整票价，因为它们与政府达成了固定票价协议。基于自发明以来，有轨电车一直是私营部门而非公共部门，而且被认为是与政府腐败的业务，因此没有来自公共方面的补贴或支持。随着经济和大众交通的发展，市场已经相当成熟，并要求对不同用户群提供更好的服务。所有这些因素都导致了有轨电车几十年的衰落。在 1920 年代引入汽车后，与有轨电车相比，汽车提供了更高的机动性和自由度，而且它们不需要为使用道路支付任何费用。政治也残酷地影响了有轨电车。1924 年，一项关于优先发展公共汽车而不是有轨电车的官方政策出台，尽管有技术事实表明，有轨电车在缓解交通拥堵和解决其他城市交通问题方面可能比公共汽车更有优势。1924 年之后，即使是有轨电车公司也转向了公共汽车，因为公共汽车更灵活，而且购买公共汽车车队的投资更少，另一个重要的原因是，这被认为是一种绕过固定票价规则和人行道维护义务的方式。（施拉格，2000 年）。1920 年代的大萧条加速了这些转变。然后，在二战期间，由于燃料管制和汽车以及轮胎生产的停止，有轨电车的客运量达到了历史最高纪录。然而，这并不能拯救有轨电车交通，反而加强了公众拥有汽车的决心，因为他们对拥挤的有轨电车的糟糕旅行体验感到厌恶。政府在 1950 年代接管了有轨电车业务，但未能恢复。（杨，2015 年）。同时，所有级别的政府都在城市规划中优先考虑高速公路，这促进了汽车出行模式。（斯特罗姆伯格，2015 年）

如今几乎没有有轨电车系统幸存下来，而那些幸存下来的系统大多是吸引游客的历史有轨电车，它们是城市历史的象征。

在联邦政府的补贴下，城市市长和铁路公司之间开始合作。1964 年，林登·约翰逊总统颁布了《城市大众交通法案》（UMTA），该法案允许联邦政府对交通项目的投资，投资额最高可达项目总成本的三分之二。利用联邦政府提供的资金，当地城市掀起了一股收购私营系统的浪潮。到了 1970 年代，人们越来越关注汽车对环境的影响，以及重新审视汽车、道路在城市设计中的优先地位，这启发了大众交通的新愿景。（杨，2015 年）

自 1980 年代以来，有轨电车以一种稍微新的形式“轻轨交通”在一些城市卷土重来，再次解决城市交通问题，并在这同一战场上与汽车再次竞争。得益于更清洁的能源、安静的运行和高运载能力。轻轨被许多城市采用，成为解决城市拥堵、机动车污染和城市机动性的有利选择。

2. 定量分析

已进行定量分析，以评估佛罗里达州有轨电车系统的生命周期。分析时间段为 1894 年至 1920 年。在此期间，佛罗里达州的各个城市地区发展了 14 个有轨电车系统。在这些系统中，包括在人口较少的地区（如费南迪纳、福特米德、代托纳、帕拉特卡、奥兰多）的马拉轨道，以及在主要城市地区（如杰克逊维尔、彭萨科拉和坦帕）的电动有轨电车网络。

2.1 数据来源

本次分析的数据输入（轨道里程）来自“麦克格劳电力铁路手册：美国有轨电车投资红皮书 1894-1920”。

2.2 方法

为了区分四个不同的阶段：诞生、增长和成熟，使用 S 型曲线拟合数据。S 型曲线是一个包含三个参数的逻辑函数：S(t) 反映了这种情况下的状态，即轨道里程，t 是年份，t0 是达到 1/2k（总市场规模的一半）的年份，K 是总开发市场规模，b 是系数。

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

为了进行回归分析以找到最合适的 K 值，将上述函数推导为这种线性形式

Y = bX + c

其中

Y = LN(Track/(K-Track Miles))

X = 年份

b 是截距

c 是常数

K 值是根据最终年份的市场规模（轨道里程）假设的。在进行线性回归分析后，选择最合适的 K 值（拥有最高的 R 平方值），然后计算 b 和 c 的系数。（加里森和莱文森，2006 年）

2.3 结果

杰克逊维尔

变量	值
S_max	64.143
b	0.153980933
K	70
t_i	1907.672764

预测拟合良好。预测图反映了总体趋势，只是在诞生阶段和成熟阶段存在一些差异。

坦帕

变量	值
S_max	53.66
b	0.183541751
K	55
t_i	1902.755715

预测拟合良好，在诞生阶段存在一些重大差异，并在 1907 年突然增加，但准确反映了总体趋势。

彭萨科拉

变量	值
S_max	21.68
b	0.111602711
K	22
t_i	1886.179591

预测拟合良好。

圣奥古斯丁

变量	值
S_max	10.5
b	0.013449074
K	13
t_i	1820.781762

预测与记录数据不匹配，可能的原因可能是圣奥古斯丁已经处于成熟阶段，轨道里程处于停滞状态，因此 S 型曲线无法很好地拟合。

圣彼得堡

变量	值
S_max	46.11
b	0.320950045
K	50
t_i	1915.075969

预测拟合良好，在增长阶段存在一些差异，但在成熟阶段与记录数据收敛。差异的可能原因是记录年份不足。

基韦斯特

变量	值
S_max	7.1
b	0.007275486
K	15
t_i	1893.502926

预测拟合很差，可能的原因是基韦斯特系统非常极端：主要是在停滞阶段保持在 5 英里，然后在 1907 年突然增加，然后又回到 5 英里。S 型曲线无法像圣奥古斯丁的情况那样，拟合这种非典型的发展模式。

2.4 结论

佛罗里达州的有轨电车系统发展总体上符合美国整体趋势，尤其是在拥有超过 50 英里的轨道网络的主要城市地区，例如杰克逊维尔和坦帕。而在轨道里程不足 20 英里、人口较少的城市，如基韦斯特和圣奥古斯丁，有轨电车系统与全国趋势不太一致，更多地是为了满足当地的特殊需求，例如旅游/观光。

根据美国全国趋势，在 19 世纪 90 年代的“诞生阶段”之后，全国所有主要城市的有轨电车网络在电气化后进入了快速增长阶段。直到 1914 年第一次世界大战以及汽车的普及，佛罗里达州的有轨电车系统进入了成熟阶段，增长速度放缓。然后到 1920 年末，除了坦帕和杰克逊维尔之外，大多数有轨电车都开始缓慢衰落。

3. 参考文献

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