运输部署案例集/缆车

缆车是一种大众交通工具，它利用操作员操控的抓索器，伸到街道下方，夹住以恒定速度移动的钢缆。钢缆本身由滑轮引导，滑轮由位于发电站的固定电机驱动。为了移动，操作员逐渐拉动一个杠杆，将抓索器向下移动到导轨并将其夹到移动的钢缆上。当操作员想要停止缆车时，他或她通过打开抓索器并应用制动器来释放对钢缆的压力。如今，这个过程的许多部分都实现了自动化。

缆车最初诞生于旧金山，是为了解决其陡峭山丘的交通问题。然而，其他人意识到它也可以替代畜力。缆车比畜力更便宜、更快、更清洁、更强大。到19世纪末，除了波士顿、底特律和新奥尔良之外，美国每个大城市都拥有缆车线路。尽管缆车迅速获得了普及，但它也几乎以同样的速度衰落。如今，旧金山是美国唯一仍在运营缆车的城市。

西雅图缆车，1888年。

缆车前的交通工具及其局限性

在缆车出现之前，大众交通工具主要依靠动物和蒸汽动力。19世纪的动物动力大众交通工具包括马车和其更大的衍生物——马车牵引的有轨电车。本质上，这些都是带有长凳的大型马车，由马或有时是骡子牵引。

这些交通方式存在明显的缺点。首先，马力非常有限。马的能量有限，每天只能工作几个小时，通常平均为四到五个小时。它们的载客量和速度也受到限制。马车非常慢，速度几乎不比平均步行速度快。如果街道状况不佳，马的速度会更慢。在碎石或木板路上行驶最平稳，但并非所有城市都能负担得起铺设道路的费用。此外，马车还受地形限制。通常一匹马无法将有轨电车拉上坡。其次，马粪和尿液污染街道，对公众健康构成威胁。诸如破伤风之类的疾病威胁着公众。第三，马匹价格昂贵。19世纪，一匹马的平均价格为200美元，这还不包括马匹的维护费用。可以使用更便宜的骡子，但它们的折旧速度快于马。然而，一匹马的预期工作年限只有三到四年。第四，这些交通方式占用大量道路空间，常常导致拥堵。

动物动力大众交通工具的第一个解决方案之一是蒸汽动力高架铁路（或“高架列车”）。蒸汽动力当时已应用于该国庞大的运河网络中的汽船和连接东西海岸的铁路。在1860年代后期，拥挤的内城道路成为一个严重问题。高架铁路的想法是将地面上已使用的蒸汽和铁路技术连接起来，并将其移至街道上方。曼哈顿和布鲁克林是美国最早建设此类基础设施的地区。“高架列车”缓解了拥堵，缩短了旅行时间。然而，许多居民认为煤炭产生的蒸汽动力很脏。随着电力创新解决了这个问题，但居民又认为基础设施破坏了城市天际线。工程师和规划师再次将目光投向了街道。

缆车的诞生

安德鲁·哈利迪

缆车的创新通常归功于安德鲁·哈利迪。哈利迪最初接触缆绳和电线的经历来自他的父亲，他曾对两者进行过研究，并获得了一些专利发明。年轻时，他移居加州淘金。正是在内华达山脉，他首次萌生了利用钢缆拉动手推车的想法。他甚至获得了使用空中索道运输桶状物体的专利。1869年，在旧金山期间，哈利迪还目睹了一起可怕的马车事故，当时四匹马中的一匹在拉着一辆马车上坡时滑倒，导致整辆车坠落。凭借其在缆绳和电线方面的知识，他创新了他的专利，以解决旧金山危险的山区交通问题。哈利迪意识到他的缆索系统可以像在内华达山脉那样在那里工作，但他对其进行了创新，将缆索置于地下而不是陡峭的地形上。

抓索器

接下来的步骤是设计一种机制将车辆连接到移动的钢缆上。哈利迪和工程师威廉·埃珀尔斯海默开发了第一个升降抓索器的杠杆系统，以及开合钳口机构。然而，这种早期的抓索器被证明不可靠。亨利·凯斯博尔特、艾萨·霍维和T·戴通过让抓索器从侧面而不是底部下降并夹住来改进抓索器技术。这消除了对转盘的需求，因为操作员现在可以通过改变杠杆上的位置来改变方向。然而，侧向抓索器经常会松开钢缆，因此埃珀尔斯海默回到了底部抓索器并对其进行了改进。埃珀尔斯海默改进后的抓索器目前用于所有旧金山的缆车上。除了抓索器外，埃珀尔斯海默还发现了如何让抓索器轻松地抓住钢缆，以减少车辆的颠簸，这是高架列车的一个问题。

鲁布林钢缆

在缆绳方面，早期的鲁布林缆绳大约有一英寸厚，由96根钢丝缠绕成六股，每股十六根钢丝，并缠绕在涂有焦油的麻绳上。平均每根缆绳约长四英里（6.44公里），重60,000磅（27,215.5公斤），1880年代的价格为7,000美元。它在断裂时可以伸长达2%。这意味着缆绳需要持续调整才能在正确的水平上工作。在理想条件下，缆绳平均可以使用一年左右。缆绳最初由动力房内的燃煤蒸汽机驱动。如今，它们已改为电力驱动。哈利迪在缆绳方面的专业知识和埃珀尔斯海默在抓钩方面的经验，以及之前有轨电车的知识，共同创造了第一辆缆车，于1873年9月1日在旧金山的克莱街投入使用。多年来，保留下来的缆车实现了自动化和电气化；然而，旧金山的缆车仍然是手动操作的。

缆车的早期发展

早期市场

在克莱街缆车之后，哈利迪在三位朋友的资助下，努力在旧金山增加缆车线路。全国各地的许多投资者看到了缆车相对于马车车的优势，并进行了投资。旧金山扩展了克莱街线路后，其他城市也采用了缆车。芝加哥是第二个使用缆车的城市。随着人口的迅速增长，畜力无法很好地服务于居民。该市将缆车以及高架铁路视为解决问题的方案。然而，芝加哥经历冬季，因此工程师们必须想办法防止管道中积冰。最终，他们使用了昂贵的超坚固的铁制品来解决这个问题。这两种交通方式共同消除了大众交通中的马匹因素，缓解了交通拥堵，降低了公共卫生问题，并节省了旅行时间和金钱。许多居民为他们城市的缆车系统感到自豪，其中一位居民甚至写道：“缆车系统构成了有史以来在这里或其他地方引入的最佳交通方式”。

虽然大多数城市投资缆车是为了取代马车车，但其他丘陵城市，如洛杉矶和西雅图，则投资缆车来应对山地问题。缆车使居民能够扩展到以前无法到达的城市新区域。例如，洛杉矶的天使街缆索铁路促成了天使诺高地的发展。

最后需要指出的是，最初的缆车投资成本很高。一个城市需要挖掘深沟，安装数百个铁制轭以支撑轨道，建造管道和滑轮系统，以及安装缆绳。只有能够负担得起这项投资的城市才能拥有缆车。最终，大多数美国大城市都选择进行投资。只有波士顿、底特律和新奥尔良选择不使用缆车。

早期政策

在缆车发展初期，采用了之前交通方式，如马车车、高架铁路和铁路的政策。许多这些政策涉及安全、服务和票价。一项安全措施是增加铃铛，以便让路人知道缆车正在靠近。必须添加新的标志，让乘客知道缆车在哪里停靠以让乘客上下车。采用了目前其他交通方式使用的五美分的票价政策。由于缆车与其他交通方式共享公共道路，因此通行权不是问题。总的来说，从马车车到缆车的过渡对乘客来说并不困难。这是一种类似的交通方式，只是采用了新的能源。然而，安全问题将继续加剧。

缆车的增长

到1890年，缆车在美国运送了3.73亿乘客。与第一次世界大战之前的大多数交通方式一样，缆车是私有的。总的来说，创办缆车公司很困难，因为缆车的运营成本很高。动力房必须持续满负荷运行以供电。缆绳必须每年更换一次，如果不更换，由于断裂的可能性很高，需要更早更换。抓钩和制动器也很快磨损。然而，一旦有更多缆车投入运营，规模经济降低了成本。最赚钱的线路是那些通往城市外环的线路。这些线路允许开发新的住宅区，从而为缆车提供乘客。洛杉矶的天使街线路就是一个例子。政府的参与包括批准和资助最初的启动。此后，自由放任的态度禁止地方政府干预被视为私人商业决策的事情。有一个例外：公共安全。

虽然缆车比马车车效率高得多，但它们也更危险。缆车的缆绳或抓钩杆可能会断裂，导致操作员无法制动。其他时候，人们会从车厢里摔出来或走到缆车前面被压死。许多城市制定了立法来改善缆车的安全记录。芝加哥就是一个例子。如前所述，如果运营更多缆车，缆车公司可以实现利润最大化。芝加哥是一个不断发展的城市，存在交通拥堵问题，这是一个需要更多缆车来提高运力的缆车城市。芝加哥尝试一次拉动三到四辆车，而不是一次拉动一两辆车。事实证明这非常危险，因此制定了政策来限制车辆数量。

缆车的衰落

1893年，缆车达到顶峰，拥有305英里的轨道。随着电力加入，有轨电车在1892年成为缆车的主要竞争对手。电气化有轨电车速度更快，组装和运营成本更低，负担更轻。有轨电车不需要像缆车那样进行大量昂贵的维护。这种新的交通方式比缆车对城市官员更有吸引力。人们曾尝试对缆车进行电气化，但这被证明是无效的。以旧金山为例，1906年的地震摧毁了大部分缆车网络，城市官员认为建造“现代”的有轨电车比恢复“过时”的缆车更实用。唯一剩下的缆车是那些受损不严重或行驶在最陡峭山坡上的缆车。随着时间的推移，其他交通方式取代了缆车。如今，旧金山的剩余三条线路是美国仅存的缆车线路。

缆车的诞生、发展和衰落——S型曲线

正如我们所讨论的，交通方式经历四个阶段：诞生、增长、成熟和衰落。缆车也不例外。观察其随时间推移的轨道里程，我们可以看到这些阶段。从1873年到1882年，缆车处于诞生阶段。人们逐渐熟悉这种新的交通方式，城市开始建设必要的基础设施。从1883年到1893年，缆车发展壮大，取代了美国大多数主要城市中的马车车。有趣的是，缆车没有成熟阶段。在1893年的顶峰年份之后，由于电动有轨电车的竞争加剧，缆车开始急剧下降。以下是根据乔治·希尔顿的《美国缆车》（1982年）获得的1873年至1913年美国缆车轨道里程表。

年份	轨道里程	年份	轨道里程
1873	0.6	1895	289.5
1877	2.1	1896	255.7
1878	4.6	1897	241.7
1879	7.0	1898	220.2
1880	11.2	1899	183.3
1881	11.2	1900	147.9
1882	20.3	1901	120.3
1883	31.1	1902	108.4
1884	31.1	1903	101.4
1885	46.5	1904	95.3
1886	62.3	1905	95.3
1887	93.0	1906	29.9
1888	151.4	1907	29.3
1889	213.0	1908	28.2
1890	266.4	1909	27.7
1891	272.3	1910	25.9
1892	287.6	1911	25.0
1893	305.1	1912	21.0
1894	302.3	1913	20.0

由于可以显示随时间推移的状态，因此使用S型曲线以图形方式显示缆车的历史。S型曲线是通过以下公式创建的

$S(t)=K/[1+e^{(-b(t-t_{0})}]$

其中
S(t) = 某一年度的总里程
K = 饱和状态水平（在本例中为最大轨道里程 - 305.1）
b = 系数
t = 年份
t0 = 拐点（达到1/2 k 的年份）
需要进行线性回归以确定系数 (b) 和拐点 (t0)，以便使用 S 型曲线方程。这是通过以下方程完成的
$Y=\ln \left({\cfrac {S(t)}{(K-S(t))}}\right)=bt-bt_{0}$
这进行了两次——第一次针对出生/增长阶段，第二次针对衰退阶段。在出生/增长阶段，b被发现为0.47，t0为1887。在衰退阶段，b被发现为-0.78，t0为1904。运行此回归后，将新计算的变量代入S曲线方程以确定预测的轨道里程。总而言之，然后将这些点与实际轨道里程一起绘制成图表以进行比较。这可以在下面的图表中看到。对于出生/增长阶段，s曲线R平方为0.97，这意味着它是一个非常接近的预测。但是，对于衰退阶段，R平方为0.31，反映出预测不佳。这可能是由于S曲线预测了一个成熟阶段，而实际上缆车从未有过成熟阶段。

美国缆车的实际和预测里程

缆车的持久影响

缆车可能生命短暂，但它对交通历史产生了持久的影响。正是缆车最终将马匹及其所有负外部性从等式中剔除。它充当了从旧模式（马车）到新模式（有轨电车）的桥梁。虽然它试图通过转向电力本身来与后一种模式竞争，但这还不够。然而，有轨电车并没有完全淘汰缆车。由于一个基层团体“拯救缆车公民委员会”的努力，旧金山至今仍有三条运营线路供人们享受。

旧金山鲍威尔和市场街缆车