交通部署案例集/2022/安大略

有轨电车介绍

技术特点

有轨电车是一种在道路上固定轨道上运行的轻轨交通车辆，通常以单节车厢运行，并由电力驱动。 钢轮在轨道上的低滚动阻力和简单的导向机构使有轨电车更加舒适和高效，在城市交通应用中具有很强的吸引力。 早期的有轨电车在加拿大开始运营，使用马匹和蒸汽作为动力，但由于动力不足和污染城市环境而被淘汰。 随着电力技术的成熟，有轨电车通过受电弓或接触鞋获取电力，并通过电机驱动。

优点

• 与汽车、马车和步行相比，有轨电车在钢轨上运行，滚动阻力更低，能源效率更高，行驶更稳定。
• 与汽车相比，有轨电车拥有更大的客运能力。
• 电力有轨电车由电力驱动，没有尾气排放，更加环保。
• 与公交车相比，由于客运能力更大，有轨电车的每位乘客的劳动力成本更低。
• 与地铁相比，有轨电车的投资成本更低。

主要市场

有轨电车市场主要是客运市场，起源于欧洲，在亚洲、美洲和大洋洲拥有巨大的市场。 同时，随着电力有轨电车的发展，有轨电车的市场不再局限于市中心，郊区也成为了有轨电车的市场。

历史

有轨电车之前的交通方式

在有轨电车诞生之前，马车和水上交通是主要的交通工具。 马车有一些局限性，例如客运能力低、速度慢、舒适度低、运行时间有限以及街道环境污染（粪便）。 水上交通受到自然条件的很大限制，无法应用于内陆城市。 由于马车客运能力低和舒适性差的限制，马拉有轨电车诞生了。 由于使用钢轨，行驶阻力可以降低，客运能力可以提高，车辆可以更快更平稳地行驶。 但是，马拉有轨电车仍然存在污染街道环境和运行时间有限的局限性，因此诞生了蒸汽驱动有轨电车。 1875年，由于交通需求增加，蒸汽有轨电车动力不足的限制，电力有轨电车诞生了。 电力有轨电车由电机驱动，提高了动力，可以通过铺设电线到达更远的地方，也扩大了有轨电车的市场范围。

有轨电车的发明

马拉有轨电车

马拉有轨电车是对马车的第一项重要改进。 马拉有轨电车也是由马匹牵引，但车辆的轮子是钢制的，沿着铺设在道路上的特殊轨道滚动。 钢轮在钢轨上的低滚动阻力，再加上翼缘提供的简单的导向机构，不仅可以提高舒适度，还可以提高客运能力。

蒸汽有轨电车

随着蒸汽机的诞生，蒸汽有轨电车逐渐取代了马拉有轨电车。 蒸汽有轨电车以蒸汽机为动力源，通过蒸汽压力推动活塞，然后通过连杆装置旋转车轮，这在很大程度上克服了马拉有轨电车污染街道环境和运行时间有限的缺陷。 但是，它仍然存在一些缺陷，例如动力不足、客运能力低、空气污染。

电力有轨电车

随着电动机的发明和城市电力网的普及，1875 年出现了有轨电车。有轨电车由电机驱动，通常由天线上的受电弓供电，在某些情况下由第三轨上的接触滑块供电。^[4] 由于其强大的驱动力、大型载客量和低运营成本，有轨电车在 19 世纪末和 20 世纪初很大程度上取代了其他形式的动力。

诞生阶段

早期市场发展

安大略省的第一辆有轨电车诞生于 1861 年的多伦多。^[6] 最初，有轨电车市场主要针对市中心的客运。由于价格昂贵以及马拉有轨电车的局限性，它无法为整个城市的所有居民提供服务。直到 1894 年，安大略省 12 个城市运行的有轨电车总长度为 194.41 英里。在那个时候，有轨电车市场同时存在马拉有轨电车和电力有轨电车。电力有轨电车的出现逐渐降低了有轨电车票价，并扩展了有轨电车服务范围。有轨电车市场逐渐扩大，更多市中心和郊区的居民可以享受有轨电车服务。电力有轨电车的兴起使有轨电车成为城市主要的交通方式，为居民提供了新的生活方式，并在允许低密度住宅的情况下提供了城市交通的可达性。^[3]

'诞生阶段'的政策

随着城市人口的增长，安大略省的马车服务非常受欢迎。与步行相比，马车服务更舒适快捷。一辆马车可以容纳近 10 名乘客。马车的运营大多是自营的。^[4] 马车的普及证明了城市公共交通对市议会和各商业利益组织的可行性。然而，在 1861 年，随着马拉有轨电车的诞生，由多伦多当地企业主组成的企业集团在安大略省建造了第一辆有轨电车，并从政府获得了有轨电车的特许经营权。^[8] 尽管马车服务试图与这项新服务竞争，但由于企业集团拥有更强大的财力、更大的载客量和政策支持，企业运营的有轨电车服务逐渐取代了自营马车服务。在有轨电车诞生阶段，政府颁布的特许经营权不仅保护了有轨电车公司的经营收入，而且避免了众多企业和个体商户进入有轨电车领域带来的恶性竞争。

增长阶段

私营部门的贡献

私营部门在安大略省有轨电车快速发展中发挥了重要作用。作为当时城市的主要交通工具，有轨电车被私营部门视为一个有利可图的行业。根据特许经营协议的要求，私营部门筹集了大量资金用于启动有轨电车的建设，为有轨电车市场规模的扩大奠定了基础。^[4] 然而，私营部门对利润的贪婪阻碍了安大略省有轨电车的健康发展。每家公司的线路都有不同的票价、不同的时刻表和不同的运营模式，难以充分发挥最大效率。^[4][8]

公共部门的贡献

公共部门在控制和规范有轨电车行业的发展中发挥了作用。公共部门需要为企业运营有轨电车业务颁发特许经营许可协议。^[8] 特许经营许可协议将要求最高票价、运营范围和运营期限。^[8] 在公共部门的监督下，更多的人可以负担得起票价，并扩大有轨电车市场的受众。

政策问题

虽然公共部门颁布的特许经营许可协议可以抑制高票价，但也限制了企业的盈利能力。电力有轨电车的建设需要大量投资，较低的票价限制使得企业难以盈利。此外，政策没有明确说明城市如何获得控制权，以及企业如何在特许经营权到期后转让经营权。这也导致了许多法律问题。由于无法盈利以及许多法律问题，多伦多市政府在 1891 年尝试将有轨电车公有化。^[4] 然而，由于有轨电车的财务风险增加，多伦多铁路公司在市政府运营有轨电车 8 个月后获得了新的特许经营权。^[4]

成熟阶段

1920 年后，安大略省有轨电车的发展逐渐趋于稳定和成熟。到 1920 年，安大略省 25 个城市拥有 1083.526 英里的有轨电车线路。由于锁定政策实施的限价措施，有轨电车难以盈利。^[6] 私人投资者对有轨电车投资失去兴趣，有轨电车增长开始放缓。与此同时，随着企业特许经营权到期，许多有轨电车公司合并，以实现规模经济，优化资源配置，节省运营成本。^[6] 安大略省各城市的轨道交通市场逐渐从多家竞争转变为一家独大。然而，随着公共汽车的出现，公共汽车被视为有轨电车的有力竞争对手。公共汽车的购买成本低，灵活性高。购买一套公共汽车的成本低于维修老化的轨道。因此，在 20 世纪 30 年代的大萧条加速了有轨电车从交通市场撤出时，安大略省的温莎等一些城市最终纷纷取消了有轨电车的运营，因为他们无法维持有轨电车的维修成本。^[9]

“重新发明”这种交通方式的机会

虽然传统的有轨电车已逐渐消失，但更适合当今和未来的现代有轨电车（轻轨）已被安大略省的多个城市使用和规划。与传统的有轨电车相比，轻轨能够以更快的速度和更高的客运量行驶，并且拥有独立的路权，不应与机动车发生干涉。^[10] 随着城市人口的逐步增长，轻轨能够更好地满足交通市场的需求。此外，为了更好地满足城市交通市场，无轨电车也被发明出来。与有轨电车相比，无轨电车具有启动成本低、爬坡能力强、避免交通拥堵、灵活性强等优点。此外，尽管有轨电车运营商很难通过收取票价获得巨额利润，但有轨电车运营商可以通过改变其商业模式，例如参与有轨电车线路周围的房地产开发并通过房地产升值获得收入，从而获得更高的利润。

定量分析

从 "McGraw electric railway manual - the red book of American street railway investment " 收集的数据被用来拟合安大略省有轨电车从 1894 年到 1920 年的轨道长度，以确定有轨电车发展的三个阶段：诞生、增长和成熟。拟合到数据的三个参数函数是

$S(t)=K/[1+exp(-b(t-t_{i}))]$

其中

• $S(t)$ 是状态度量（例如，乘客公里数）
• $t$ 是时间（年）
• $t_{i}$ 是拐点时间（$1/2K$ 达成的年份）
• $K$ 是饱和状态水平
• $b$ 是一个系数

由于使用的数据的时间限制，需要使用普通最小二乘回归进行估计 K 和 b。使用以下公式估计系数

$Y=bX+c$

其中

$Y=\ln(Miles/(K-Miles))$

$X=Year$

安大略省

安大略省模型结果

变量	描述	值
$K$	饱和状态水平	1500
$b$	系数	0.11448
$r^{2}$	R 平方	0.93059
$t_{i}$	拐点时间	1910

预测拟合良好。所有系统的总里程数显示出清晰的增长和成熟生命周期阶段。但是，由于研究时间较短，没有明显的下降迹象。安大略省的增长阶段约为 1894 年至 1910 年。1910 年后进入成熟阶段，而出生和下降阶段超出了测量的时段。

渥太华

渥太华模型结果

变量	描述	值
$K$	饱和状态水平	65
$b$	系数	0.07786
$r^{2}$	R 平方	0.85452
$t_{i}$	拐点时间	1898

预测拟合良好。渥太华在很早的时候就经历了出生阶段。在 1894 年至 1920 年之间，它显示出明显的增长和成熟生命周期阶段。但是，由于研究时间较短，没有明显的下降迹象。渥太华的增长阶段大约从 1894 年到 1898 年。1898 年后，它进入成熟阶段，直到达到 65 英里才达到饱和。

多伦多

多伦多模型结果

变量	描述	值
$K$	饱和状态水平	500
$b$	系数	0.08656
$r^{2}$	R 平方	0.90300
$t_{i}$	拐点时间	1913

预测拟合良好。多伦多在很早的时候就经历了出生阶段。在 1894 年至 1920 年之间，它显示出明显的增长和成熟生命周期阶段。但是，由于研究时间较短，没有明显的出生和下降迹象。多伦多的增长阶段大约从 1894 年到 1913 年。1913 年后，它进入成熟阶段，直到达到 500 英里才达到饱和。下降阶段超出了测量的时段，图中没有明显的下降迹象。

伦敦

伦敦模型结果

变量	描述	值
$K$	饱和状态水平	185
$b$	系数	0.08958
$r^{2}$	R 平方	0.87876
$t_{i}$	拐点时间	1919

预测拟合良好。在 1894 年至 1920 年之间，它显示出明显的增长和成熟生命周期阶段。但是，由于研究时间较短，没有明显的出生和下降迹象。伦敦的增长阶段大约从 1894 年到 1919 年。1919 年后，它进入成熟阶段，直到达到 185 英里才达到饱和。下降阶段超出了测量的时段，图中没有明显的下降迹象。

汉密尔顿

汉密尔顿模型结果

变量	描述	值
$K$	饱和状态水平	2000
$b$	系数	0.06491
$r^{2}$	R 平方	0.57183
$t_{i}$	拐点时间	1950

预测缺乏良好拟合的可能原因是汉密尔顿有轨电车在快速增长后于 1912 年迅速下降。S 形曲线不适合这种非典型的发展模式。