交通部署案例集/2022/不列颠哥伦比亚省
有轨电车（北美英语）是一种以轨道为基础的客运系统，主要在城市街道的公共道路权上运行。[1]作为具有更长铰接车辆和专用道路权的现代轻轨系统的先驱，早期的有轨电车通常是单节车厢，使用铺设在路面上的钢轨，并与其他车辆共享街道空间。
在北美，城际电车是一种在城市之间运行更长距离的有轨电车系统。虽然它们与有轨电车有一些区别，例如多节车厢和货运能力，但城际电车基本上使用与有轨电车系统相同的技术，并在农村道路的公共道路权内的轨道上运行。[2]
不列颠哥伦比亚省的有轨电车和城际电车的基本技术特征是
- 铁路——一个固定宽度的钢轮在钢轨上的系统，由挡边引导，最大限度地减少了车辆的滚动阻力，从而减少了移动所需的力[3]; 以及
- 电力牵引——一种使用电动机驱动的系统，电动机由连接到架空线的受电弓供电
虽然早期的有轨电车系统使用马或蒸汽作为推进系统，但不列颠哥伦比亚省的有轨电车从一开始就使用电力牵引。
不列颠哥伦比亚省位于加拿大西海岸，艾伯塔省以西，北至阿拉斯加州，南至华盛顿州。该省的地理环境以山区为主，包括西部的海岸山脉和占据大部分内陆地区的加拿大落基山脉。[4]由于这种地理环境，不列颠哥伦比亚省的人口和主要定居点集中在西南部，包括位于温哥华岛南端的省会城市维多利亚，以及包括大温哥华地区和其他较小城市的相对平坦的下大陆地区。[5]
有轨电车和城际电车在不列颠哥伦比亚省的经济和城市发展中发挥了重要作用，使新兴的殖民小镇能够发展到步行距离之外，并为不断增长的“有轨电车郊区”的工人提供更大、更便宜的住房。[6]城际电车还在连接温哥华和新威斯敏斯特（如今被视为大温哥华地区的一部分）的定居点方面发挥了关键作用，提供客运和货运服务。虽然城镇和新的通勤郊区之间的客运是这些系统的首要市场，但城际电车对农民将货物运送到城市特别有利，因为它们比马车效率更高。[7]
加拿大各地的欧洲定居点历来与交通网络的发展息息相关。虽然新威斯敏斯特于1859年建立为第一个城市中心，但随着加拿大太平洋铁路于1886年建成，温哥华成为最重要的城市，成为一个战略港口。[8]在电动有轨电车出现之前，其他城市使用马车公共汽车服务，后来使用马车或在某些情况下使用蒸汽动力的有轨电车作为其主要的地方交通工具。蒙特利尔和多伦多自1861年以来一直使用马车有轨电车，并辅以马车公共汽车。[3]由于不列颠哥伦比亚省的定居点在1890年电动有轨电车抵达时还仅仅是新兴的边境小镇，因此从未实施过马车有轨电车，马车（称为出租马车）成为主要的交通工具。[9]
随着温哥华取代新威斯敏斯特成为最重要的定居点，这两个城镇之间对乘客和货物的运输需求日益增长，而温哥华作为加拿大太平洋铁路建立的港口城市，经历了快速发展，从而产生了在通勤距离内为工人建造新住房的需求。[6]
弗兰克·J·斯普拉格，被称为“电力牵引之父”，通常被认为是19世纪后期大量涌现的电动有轨电车系统的发明者。[10]虽然有轨电车的初始技术已经以导向钢轮和钢轨的形式存在，但斯普拉格对电动机设计、再生制动和电源的改进，使得电力牵引的有轨电车得以部署。
斯普拉格最初受雇于托马斯·爱迪生，负责开拓电力照明，但斯普拉格对电力更感兴趣，于1884年辞职创办了斯普拉格电力铁路与电机公司，该公司率先开发出一种具有固定电刷的恒速无火花电机，该电机可以在不同负载下保持恒定的旋转速度。[11]斯普拉格还通过开发一种通过制动将电力再生到供电系统的方法提高了这些电机的效率——这对于具有陡峭坡度的铁路尤其有用。[10]
电动有轨电车部署的另一项关键技术是使用电线和受电弓的架空供电。虽然斯普拉格改进了设计，有时也被认为是其发明者，但第一个电车杆是由查尔斯·约瑟夫·范·德波尔于1874年开发的，并于1885年在多伦多工业展览会上展出。[12]
早期的有轨电车于1886年首次在阿拉巴马州和宾夕法尼亚州投入使用，1887年在内布拉斯加州投入使用。然而，里士满联合客运铁路是第一个大规模部署斯普拉格创新电动机和架空电力设计的系统。斯普拉格的公司被爱迪生收购以支持生产，并在两年内，北美、意大利和德国有110个有轨电车系统使用了他的设备。[11] 大多数北美城市将现有的马车牵引的有轨电车转换为电力牵引，不列颠哥伦比亚省也利用这项新技术建立了其首批系统。
不列颠哥伦比亚省早期的有轨电车和城际线满足了不同的市场需求。有轨电车在温哥华发展成为加拿大太平洋铁路西端港口城市仅四年后就早期到来。由于城市正经历快速发展，马尔切蒂常数将工人住房的可用面积限制在市中心约2.5公里范围内。与步行相比，有轨电车的更快旅行速度将这一范围扩大到7.5公里，从而使城市得以扩张。在温哥华和维多利亚，有轨电车线路助长了房地产投机，创造了新的“有轨电车郊区”，其中包含商业街和廉价的工人住房。[6]
城际线服务于不同的市场细分，因为它们最初是为了连接温哥华和新威斯敏斯特等现有城市中心而建立的。在为现有的城际旅行提供比出租马车更具吸引力的体验的同时，它们还服务于沿线农田货运这一新的、意外的市场。虽然始终优先考虑客运服务[13]，但农民很快发现，多节车厢的电动城际列车用于将农产品运往市场比马车更经济。[14]
不列颠哥伦比亚省的首批有轨电车于1890年投入使用，采用的是1888年首次部署的爱迪生和斯普拉格的设备（如上所述）。第一个系统于1890年2月22日在维多利亚开通，一条5英里的线路，配备了4辆木制电车，由当地的国家电力有轨电车和照明有限公司运营。[15] 仅仅四个月后，温哥华的第一条有轨电车线路由温哥华电力铁路和照明有限公司开通。次年10月（1891年），威斯敏斯特和温哥华有轨电车公司在新威斯敏斯特开通了第一条本地有轨电车线路，并开通了一条通往温哥华的城际线。[16]
这三家公司都是商业所有和运营，并盈利，除了温哥华市每年收取1美元的象征性费用，允许其使用公共街道外，没有获得任何政府支持。[17] 在最初的几年里，网络扩展微乎其微，直到所有三家公司都经历了财务困难，最终倒闭，然后合并为联合铁路和照明公司，该公司本身于1895年破产。这些网络于1897年以不列颠哥伦比亚电力铁路公司 (BCERC) 的形式重新出现，该公司成功地拥有、运营和扩展了有轨电车和城际网络，直到它们最终在20世纪50年代关闭。[15]
另外，内尔森电力有轨电车有限公司于1899年在不列颠哥伦比亚省南部内陆的一个小镇内尔森建立了一条4英里的有轨电车线路。
在前任企业多次市场失败以及政府政策排除救助的情况下，BCERC 最初对扩展网络犹豫不决。网络的增长从1900年到1910年开始，一直持续到1920年代初。在此期间，维多利亚的有轨电车网络扩展到包括10条有轨电车线路和一条通往北部的萨尼奇的城际线。同样，低陆平原的有轨电车和城际线也扩展到1920年代，在某些情况下甚至先于城市的发展。该系统的总长度在1905年和1910年大幅增加，当时BCERC 租赁并电气化了加拿大太平洋铁路现有的货运线，开通了通往里士满和奇利瓦克的城际线。[13] 尽管书面历史记录讨论了有轨电车和城际线“扩展到1920年代”，但尚未找到1920年以后系统扩展的任何资料。
在1911年至1914年之间的某个时间点，内尔森的单条有轨电车线路从4英里延长到5.5英里。
从系统长度来看，不列颠哥伦比亚省的有轨电车在1918年至1920年左右开始进入成熟期，尽管它们的人气和乘客量一直持续到1920年代初。虽然城市发展仍在继续，对交通的需求仍然强劲，但汽车变得越来越流行，竞争对手运营的汽车巴士开始与有轨电车和城际列车竞争。1924年，BCERC 为应对这一市场竞争，成立了不列颠哥伦比亚快速交通公司，以收购低陆平原竞争对手的机动客运和货运服务。虽然这确保了公司的财务成功，但在实践中，这意味着停止对有轨电车的投资，并开始了衰落阶段。[13]
到20世纪30年代，在大萧条期间，有轨电车的乘客量下降，随着车队老化，公众舆论也发生了动摇。到20世纪40年代和50年代，BCERC 面临着大量投资以更换老化的车队和轨道资产，因此决定启动为期10年的“铁轨换橡胶”转型，将所有有轨电车线路转换为无轨电车。温哥华的最后一条有轨电车于1955年停运，最后一条城际线于1958年停运。[13] 令人难以置信的是，不列颠哥伦比亚省的有轨电车的诞生、发展、成熟和衰落完全由商业企业完成，没有政府资金或干预。
继20世纪中期有轨电车衰落之后，现代轻轨系统在过去二十年里经历了复苏。从1986年的俄勒冈州波特兰开始，数十个北美城市在其中心区域实施了新的轻轨或有轨电车系统。[19] 现代有轨电车系统的实施原因与前身大不相同。虽然20世纪的有轨电车与以前的交通方式相比扩大了可达性，但现代有轨电车通常在旅行时间或覆盖范围方面相较于现有的巴士服务几乎没有提供任何优势。相反，它们往往位于人口稠密的城市地区，旨在支持城市更新，并创造适宜步行的、有吸引力的城市。[20] 这些不断变化的驱动力表明，有轨电车从主要的交通方式转变为一种塑造场所和促进经济发展的工具。[21] 考虑到这一点，现代有轨电车系统可能会表现出不同的特性，例如服务质量、乘客舒适度和城市设计，而不是系统长度和服务覆盖范围。
*没有证据
生命周期模型将运输系统的行为随时间推移划分为三个阶段：诞生、增长和成熟。[22] 这三个阶段可以使用S曲线进行估计，采用三参数函数
S(t)= Smax/[1+exp(-b(t-t0)]
其中
- S(t) 是状态度量（例如，乘客公里数、轨道里程），
- t 是时间（通常以年为单位），
- t0 是拐点时间（达到1/2 K 的年份），
- Smax 是饱和状态水平，以及
- b 是一个系数。
由于不列颠哥伦比亚省有轨电车网络的饱和状态水平 (Smax) 未知，因此已在一个线性回归电子表格模型中测试了一系列值，并根据其t统计量和R平方值选择了最佳值。
为了进行此分析，各年份的轨道里程数（以英里为单位）的系统长度数据来源是麦格劳电力铁路手册——美国有轨电车投资的红皮书。[23] 虽然理想情况下应该将有轨电车线路与城际线路分开，但公司结构的多次变化和不一致的报告格式使得难以以一致的结果将两者分开。缺失数据的年份已使用线性插值法进行插值，并使用脚注尽可能地将城际线路与城市扩张分开。此外，由于报告变化导致两个部门之间系统长度随时间推移而合并或重新分配，因此温哥华和新威斯敏斯特被分析为一个系统。
| 变量 | 值 |
|---|---|
| Smax | 80 |
| b | 0.124293773 |
| t0 | 1911.758838 |
| 年份 | 长度（实际） | 长度（预测） |
|---|---|---|
| 1890 | 5.00 | 5.02 |
| 1891 | 7.25 | 5.63 |
| 1892 | 9.50 | 6.32 |
| 1893 | 11.75 | 7.08 |
| 1894 | 14.00 | 7.93 |
| 1895 | 14.33 | 8.86 |
| 1896 | 14.67 | 9.89 |
| 1897 | 15.00 | 11.02 |
| 1898 | 14.63 | 12.25 |
| 1899 | 14.25 | 13.60 |
| 1900 | 13.88 | 15.06 |
| 1901 | 13.50 | 16.64 |
| 1902 | 13.50 | 18.33 |
| 1903 | 12.00 | 20.15 |
| 1904 | 14.00 | 22.08 |
| 1905 | 15.00 | 24.12 |
| 1906 | 15.00 | 26.27 |
| 1907 | 17.25 | 28.50 |
| 1908 | 17.30 | 30.82 |
| 1909 | 17.30 | 33.21 |
| 1910 | 17.30 | 35.65 |
| 1911 | 20.73 | 38.12 |
| 1912 | 24.15 | 40.60 |
| 1913 | 51.87 | 43.08 |
| 1914 | 55.30 | 45.54 |
| 1915 | 58.73 | 47.95 |
| 1916 | 62.15 | 50.31 |
| 1917 | 65.58 | 52.59 |
| 1918 | 65.84 | 54.78 |
| 1919 | 65.84 | 56.88 |
| 1920 | 65.84 | 58.87 |
| 阶段 | 年份 |
|---|---|
| 诞生 | 1890年至1905年 |
| 增长 | 1905年至1915年 |
| 成熟 | 1915年及以后 |
| 变量 | 值 |
|---|---|
| Smax | 550 |
| b | 0.234742972 |
| t0 | 1912.24568 |
| 年份 | 长度（实际） | 长度（预测） |
|---|---|---|
| 1890 | 2.95 | |
| 1891 | 3.73 | |
| 1892 | 4.71 | |
| 1893 | 5.94 | |
| 1894 | 24.00 | 7.49 |
| 1895 | 24.00 | 9.43 |
| 1896 | 24.00 | 11.88 |
| 1897 | 24.00 | 14.93 |
| 1898 | 26.50 | 18.75 |
| 1899 | 26.50 | 23.50 |
| 1900 | 26.50 | 29.38 |
| 1901 | 35.00 | 36.64 |
| 1902 | 35.00 | 45.53 |
| 1903 | 30.30 | 56.34 |
| 1904 | 35.00 | 69.37 |
| 1905 | 35.00 | 84.89 |
| 1906 | 35.00 | 103.14 |
| 1907 | 46.25 | 124.27 |
| 1908 | 58.70 | 148.28 |
| 1909 | 58.70 | 175.03 |
| 1910 | 58.70 | 204.15 |
| 1911 | 244.25 | 235.08 |
| 1912 | 380.64 | 267.07 |
| 1913 | 385.99 | 299.28 |
| 1914 | 439.61 | 330.84 |
| 1915 | 450.89 | 360.93 |
| 1916 | 462.18 | 388.90 |
| 1917 | 473.46 | 414.29 |
| 1918 | 471.41 | 436.84 |
| 1919 | 466.93 | 456.49 |
| 1920 | 469.32 | 473.33 |
| 阶段 | 年份 |
|---|---|
| 诞生 | 1890年至1905年 |
| 增长 | 1905年至1915年 |
| 成熟 | 1915年及以后 |
| 变量 | 值 |
|---|---|
| Smax | 6 |
| b | 0.096980604 |
| t0 | 1904.098249 |
| 年份 | 长度（实际） | 长度（预测） |
|---|---|---|
| 1900 | 3 | 2 |
| 1901 | 3 | 3 |
| 1902 | 3 | 3 |
| 1903 | 3 | 3 |
| 1904 | 3 | 3 |
| 1905 | 3 | 3 |
| 1906 | 3 | 3 |
| 1907 | 3 | 3 |
| 1908 | 3 | 4 |
| 1909 | 3 | 4 |
| 1910 | 3 | 4 |
| 1911 | 3 | 4 |
| 1912 | 3.833333333 | 4 |
| 1913 | 4.666666667 | 4 |
| 1914 | 5.5 | 4 |
| 阶段 | 年份 |
|---|---|
| 诞生 | 1899年至1900年 |
| 增长 | 1900年至1915年 |
| 成熟 | 1915年及以后 |
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- ↑ ArchDaily。2017。“美国有轨电车复兴的真正原因（剧透：不是为了交通）”。2017年8月12日。https://www.archdaily.com/877521/the-real-reason-for-the-resurgence-of-streetcars-in-america-spoiler-its-not-for-transport
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- ↑ 麦格劳电力铁路手册。1894-1920。电力铁路杂志，1。检索自http://hdl.handle.net/2027/mdp.39015089286168