交通部署案例集/纽约地铁 1901 年至 2012 年

简介

纽约市地铁 系统是世界上最知名的交通系统之一。纽约市的规模、密度和多样性使得城市交通几乎成为绝对必需。尽管其历史悠久，地铁的诞生、发展和成熟过程并不十分顺利。经过多年的实验和政治斗争，地铁于 1904 年首次开通，只有一条线路。在 1913 年的大规模扩建之后，该系统在 1940 年代几乎完成，乘客量激增。在第二次世界大战期间，战时工厂改建为汽车生产，联邦住房政策鼓励郊区发展。因此，成千上万的人能够在他们闪闪发光的全新汽车中逃离拥挤的市中心；地铁乘客量急剧下降。这种下降持续到 1992 年。自 1992 年以来，乘客量一直在增加。本案例研究定量和定性地考察了地铁的发展和部署。特别关注有助于和阻碍地铁的技术和政策创新。

定性分析

地铁的生命周期可以分为三个时期：（1）1901-1947 年的主要增长时期；（2）1948-1991 年的衰退时期；（3）1992-2012 年的复兴时期。本案例研究主要侧重于地铁的早期，包括促进纽约地铁诞生、发展、衰落和复兴的技术进步、市场特点以及政策机制。然而，也讨论了纽约地铁的衰落和最终复兴。下表 1 展示了从 1901 年至今地铁整个历史的年度乘客量统计数据。星号标记了拐点，即乘客量增长率从增加变为减少（或反之）的年份。图 1 显示了地铁整个生命周期的年度乘客量统计数据；每条垂直线代表一个生命周期结束和另一个生命周期开始。
表 1：1901 年至 2012 年年度交通乘客量（百万）

年份	年度乘客量	年份	年度乘客量	年份	年度乘客量
1901	253	1939	1,853	1977	998
1902	285	1940	1,857	1978	1,042
1903	327	1941	1,838	1979	1,077
1904	384	1942	1,870	1980	1,099
1905	448	1943	1,940	1981	1,011
1906	521	1944	1,926	1982	989
1907	595	1945	1,941	1983*	1,005
1908	631	1946	2,002	1984	1,003
1909	663	1947	2,051	1985	1,010
1910	735	1948	2,031	1986	1,030
1911	746	1949	1,764	1987	1,058
1912	779	1950	1,681	1988	1,074
1913	810	1951	1,636	1989	1,073
1914	837*	1952	1,574	1990	1,028
1915	830	1953	1,552	1991	995
1916	891	1954	1,416	1992*	997
1917	990	1955	1,378	1993	1,030
1918	1,029	1956	1,363	1994	1,081
1919	1,118	1957	1,355	1995	1,093
1920	1,332	1958	1,319	1996	1,110
1921	1,419	1959	1,324	1997	1,132
1922	1,438	1960	1,345	1998	1,203
1923	1,506	1961	1,363	1999	1,283
1924	1,612	1962	1,370	2000	1,381
1925	1,681	1963	1,362	2001	1,405
1926	1,752	1964	1,375	2002	1,413
1927	1,830	1965	1,363	2003	1,384
1928	1,919	1966	1,296	2004	1,426
1929	1,972	1967	1,298	2005	1,449
1930	2,049	1968	1,303	2006	1,499
1931	1,996	1969	1,330	2007	1,563
1932	1,867	1970	1,258	2008	1,624
1933	1,756	1971	1,197	2009	1,580
1934	1,799	1972	1,145	2010	1,604
1935	1,817	1973	1,101	2011	1,640
1936	1,877	1974	1,099	2012	1,655
1937	1,891	1975	1,054	2013	1,701
1938	1,864	1976	1,010	2014	1,758

图 1：纽约市地铁年度乘客量，1901 年至 2012 年

]

为了更全面地了解地铁的生命周期，可以使用三参数逻辑模型。此方程式用于开发 S 曲线，该曲线说明了交通模式在诞生、发展和饱和过程中的乘客量变化。使用了以下方程式： $S(t)=K/[1+e^{(-b(t-t_{0})}]$
其中
S(t) 是状态度量（年度乘客量）
t 是时间（年）
t0 是拐点（实现 1/2 K 的年份）
K 是饱和状态水平
b 是一个系数
K 和 b 需要估计
每个生命周期都使用此方程式进行回归
$Y=\ln \left({\cfrac {Passengers(t)}{(K-Passengers(t))}}\right)=bt-bt_{0}$

1901-1947

从 1901 年开通到第二次世界大战结束，纽约地铁的诞生、扩建和成熟与描述技术生命周期的经典 S 曲线相吻合。从 1901 年到大约 1914 年，增长非常巨大，几乎呈指数级增长。然后，在 1914 年之后，乘客量继续快速增长，但乘客量增长的速度开始下降。乘客量在 1947 年达到历史最高水平，甚至超过了目前的水平，达到 20.5 亿人次。下表显示了回归结果。图 2 展示了逻辑曲线。

回归结果

变量	值
K	2051
b	0.118143863
tnought	1914.642311
截距	-226.2032385
R 平方	0.742697507

图 2：纽约市地铁年度乘客量，1901 年至 1947 年，采用 Logit 模型

1948-1991

1947 年乘客量峰值到 1991 年之间的几年对于地铁来说是黯淡的。乘客量降至该系统最初几年从未见过的水平。地铁在这几年里声名狼藉：犯罪和破坏活动猖獗，车站破败不堪，地铁车辆的质量迅速下降。在这段时间里，乘客量下降了近 51%，最终降至自 1915 年以来的最低水平。利润微乎其微，联邦和公共补贴几乎是绝对必需的。BMT 和 IRT 的合并失败了，公共管理的引入加速了这一失败。在 1980 年代初，纽约市交通局实施了一项大规模的修复计划，该计划与乘客量损失率下降相吻合：地铁似乎已准备好扭转局势。下表和图 3 说明了这种大幅下降。
回归结果

变量	值
K	2031
b	-0.034185559
tnought	1983.727938
截距	67.81484866
R 平方	0.811190584

图 3：纽约市地铁年度乘客量，1983 年至 1991 年，采用 Logit 模型

1991-2012

纽约地铁经历了一次重生。政治和环境因素迫使纽约人重新考虑使用汽车，并回归地铁。作为世界商业、金融、艺术文化和国际治理中心的纽约，其重要地位不断提升，也使得地铁作为“城市本身的一部分”的重要性得到加强，并且其融合程度不断加深。地铁有助于促进纽约人之间的重要社会、文化和经济差异，并使他们能够大幅改善生活质量。 下表和图 4 图示地描绘了纽约地铁的重生和复兴。

回归结果

变量	值
K	2000
b	0.081019615
tnought	1992.107757
截距	-161.3998043
R 平方	0.975066165

图 4：1991 年至 2012 年纽约地铁年度客流量，含 Logit 模型

定量描述

模式描述

纽约市的地下快速交通系统是世界上最大、最著名、最有魅力的地铁系统之一。然而，它并不是世界上最古老的系统：伦敦在 1863 年开通了地铁，比纽约开通第一条线路早 41 年。 遍布纽约五个区 的 468 个车站使其成为世界上拥有公共交通车站数量最多的系统。 就日均和年均客流量而言，它是世界上最繁忙的地铁系统之一。只有 6 个系统更大：东京、首尔、北京、莫斯科、上海和广州。 2012 年，平均工作日客流量超过 500 万，年客流量达到 17 亿，为近 50 年来的最高水平。 总共有 22 条相互连接的线路；7 条编号线路（1-7）和 15 条字母线路（A、B、C、D、E、F、G、J、L、M、N、Q、R、S、Z）。

图 1：该系统的当前范围，以及系统使用的数字、字母和颜色区分

基础设施的特点是规模庞大。当前的地铁系统由总计 659 英里 的营收轨道组成，是任何系统中最长的。实际路线长度要短得多，只有 232 英里。 大约 60% 的距离完全在地下。有些人可能认为，只有位于地下的轨道才算真正的地铁。但是，由于轨道完全整合，并且一张车票可以进入所有车站和目的地，因此将其视为一个交通系统是合理的。纽约的系统还拥有大量的车辆——近 6,500 辆车。 这些车辆总共行驶了 3.41 亿英里，平均每次维修之间行驶 166,138 英里。 火车由沿轨道运行的 625 伏直流 (DC) 第三轨供电。 火车包括多节车厢，并且全部由弗兰克·斯普拉格于 1898 年首次开发的多单元控制器控制。

纽约州立法机构授权成立的“公益公司”大都会运输署 (MTA) 运营着纽约市都会区内的各种交通系统。 董事会由州长推荐并经纽约州参议院确认的 17 名成员组成。 这些系统包括公共汽车、地铁、通勤铁路以及桥梁和隧道。 MTA 的公共汽车车队是全国最大的，地铁系统规模更大，而且载客量超过了美国所有其他系统之和。 该局为都会区内超过 1500 万人提供服务。 在纽约市超过 300 万名适龄工作人口中，有 55.7% 的人乘坐公共交通上下班。 这个数字非常庞大，包括所有级别的工人。然而，MTA 声称，在纽约市中心商业区的通勤高峰时段，近五分之四的通勤者乘坐公共交通上下班。 MTA 的 2013 年运营预算为 132 亿美元。 其中包括超过 65,000 名员工的工资 以及全国第五大规模的交通警察队伍。

地铁诞生的社会和经济背景

人口增长
可以说，在 20 世纪初，世界上很少有城市像纽约市那样适合大规模投资城市交通。1800 年，纽约市只有 79,216 名居民。 到 21 世纪初，这座城市变得无比巨大：近 350 万居民挤满了五个区，完全统一的城市。 值得注意的是，人口增长的绝大部分发生在本世纪后半叶。从 1840 年到 1870 年，曼哈顿的人口增长了三倍。人口增长继续爆炸式增长，到世纪末又增长了 294%。 这部分归因于埃利斯岛上设有美国主要移民站，埃利运河的强大商业流量，以及自纽约作为贸易站成立以来就根深蒂固的商业道德。 这部分人口中很大一部分是穷人或工人阶级，他们被隔离在位于下东区的肮脏、危险、过度拥挤的公寓楼里。 拥挤程度几乎难以忍受。改革者和资本家都呼吁找到解决问题的方案。地铁是其中一个解决方案：如果拥有足够的有效交通工具，城市的人口就可以更加均匀地分布。
竞争模式
地铁绝不是纽约第一次体验城市公共交通。马拉车或“公共汽车”是纽约人最初的公共交通工具。它们由一辆安装在法兰车轮上的木制车厢组成，车轮是木制的，边缘带有金属法兰。 车厢由两匹或多匹马拉着沿着路面上铺设的金属轨道行驶。 投资者发现，公共汽车是一项非常有利可图的投资，有时可以带来巨额利润。公共汽车是纽约和世界各地最早尝试城市公共交通的工具之一。这是第一种沿着固定路线、在预定时间运行、使用固定票价并根据公共承运原则运行的技术。 虽然马拉车价格便宜，可靠性高，而且比步行有很大改进，但它们也会产生大量的粪便，而且对马匹来说是致命的，而且需要几十匹马（在丘陵路线中需要数百匹马）才能运行。 此外，随着人口的爆炸式增长，扩大城市规模已成为必然。需要一种更快、更便宜、更可靠的快速公共交通方式。

图 2：一辆在纽约市第五大道上运营的公共汽车示例

布鲁克林、曼哈顿和皇后区出现了几条高架蒸汽机铁路，或称“高架铁路”。快速交通采用标准的铁路技术，包括缩小的蒸汽机。这些列车沿着几条重要大道，以及从曼哈顿南端到南渡轮码头的距离（用于连接跨过河流）的高架平台上运行。 在第一年，大约有 60,000 名乘客乘坐了高架铁路。两年后，这些列车载客量超过了 70 万。 尽管高架铁路的表现令人印象深刻，但它们也产生了重大的负面影响。发动机噪音很大，而且很脏，容易起火和爆炸。 未来的铁路交通领域的主要参与者在此时出现，包括曼哈顿铁路公司和布鲁克林快速交通公司。高架铁路为建造和运营地铁提供了母体逻辑。

图 3：比奇希望他的气动地铁看起来像什么

第一个地铁是由休·B·威尔逊提出的。威尔逊在 1863 年出席了伦敦地下铁路的开通仪式，回到美国后，他获得了 500 万美元的融资，并游说立法机构获得建造第一条地铁的权利。^[38] 由于公共汽车所有者和纽约市政治老板的强烈游说，他未能成功。^[39] 几年前，即 1868 年，有抱负的发明家阿尔弗雷德·E·比奇获得了州政府的许可，可以在百老汇地下建造两条气动“调度管道”。比奇向“腐败头目”图伊德和其他强大的马车所有者隐瞒了他的真实意图，提出了一项包裹递送系统的提案。实际上，比奇希望利用这些管道进行人员运输。^[40] 比奇设计并建造了一条长一街区的地下气动管道，一台小型空气压缩蒸汽机将通过管道吹送一个罐子。^[41] 虽然该设计最终失败，但比奇在开挖隧道盾构方面进行了创新，极大地提高了施工速度和安全性。^[42]

地铁崛起

如上所述，纽约市的公共交通始于马车，短暂地尝试了缆车，部署了庞大的蒸汽动力高架铁路系统。但从蒸汽动力到电力汽车的转变是地下铁路运输效率和安全性的关键一步。托马斯·爱迪生和一些欧洲发明家在 19 世纪末正在尝试将电力作为一种推进方式。蒸汽机的恶劣排放使其在地下使用不可行。纽约地铁从一开始就使用电力汽车作为标准。1879 年，E·维尔纳·冯·西门子博士展示了一种基于轨道的电气化客运系统。一年后，托马斯·爱迪生在新泽西州创建并运营了一条窄轨电气化铁路。^[43] 这些早期的电动机功率太小，无法牵引多节车厢，因此电气化铁路的长度和客运能力有限。^[44]
有轨电车创新者弗兰克·斯普拉格找到了多单元控制 (MUC) 的解决方案。斯普拉格设计了一种方法，让司机可以从头车同时控制多节车厢的电机，而不是让单个电机牵引或推动一组联锁的车厢。斯普拉格于 1888 年在弗吉尼亚州里士满的有轨电车系统中首次展示了这项技术。^[45] 在纽约，高架铁路迅速采用了这项技术；州立法禁止蒸汽机在隧道中运行，进一步加速了该技术的采用。IRT 的首席工程师约翰·B·麦克唐纳在游览了世界各地的地下铁路系统后，建议将系统电气化；快速交通委员会同意了这一建议。^[46]

第一条地铁线路的建设始于 1900 年 3 月 24 日。设计、建造和运营整个系统的招标被授予了 Interborough Rapid Transit (IRT) 公司。^[47] 该合同被称为“合同 1”，至今仍被称为“合同 1”。该公司由约翰·B·麦克唐纳运营，由奥古斯特·贝尔蒙特提供资金。^[48] 第一条地铁线路于 1904 年 10 月 27 日在纽约开通。^[49] 它运营着从曼哈顿市政厅到市中心的单线，在东 42 街有两个 90 度弯道，在繁华的时代广场下方，到哈莱姆的 145 街。^[50] 在对新系统进行短暂考察后，普通乘客获准使用新地铁。正如设计的那样，该系统几乎无法处理城市公共交通的积压需求。在运营仅七年后，IRT 每天服务超过 800,000 人——而它最初的设计是每天运送不超过 600,000 人。^[51] 巨大的客流量带来了巨大的利润：IRT 的回报率在 1915 年达到了 15%。^[52] 很快便有呼声要求扩建。同时，为了改善运营并解决严重拥堵问题，进行了一些小的调整。例如，在车厢中央切割出额外的门，以加快登车速度并减少车站停留时间。^[53] 其他改进包括用全钢车厢取代木制车厢。尽管重量增加了近 4000 磅，但改进后的电动机可以让其性能保持在同一水平。^[54]

图片 3：合同 1 和 2 之后 Interborough Rapid Transit 地铁的地图

市场发展

在发展初期，曼哈顿人口的激增，以及其他区人口的少量增长，是地铁发展的重要原因。政策制定者和投资者认识到，地铁有能力取得巨大成功，因为对公共交通的需求十分明显：公共汽车、有轨电车和高架铁路几乎总是产生巨大的收益。奥古斯特·贝尔蒙特等人将这种经验直接运用到地铁系统的运营和管理中，他招募了经验丰富的铁路工人来运营和管理地铁系统。^[55] 纽约州立法机构相信（或者被鼓励相信）贝尔蒙特这样的投资者能够完全独立地管理交通系统。这一点在 1894 年的铁路交通法案中得到了体现，纽约的城市交通变得十分自由放任。^[56] 因此，像贝尔蒙特的 Interborough-Metropolitan 控股公司这样的垄断企业于 1905 年成立。尽管地铁系统极其拥挤，但 Interborough 拒绝考虑扩建，因为它从每天数十万乘客身上获得了巨额利润。^[57] IRT 也拒绝考虑将票价从五美分提高，这得到了居民、政客和希望保持地铁对所有阶层都负担得起的改革团体的支持。事实上，扩建地铁的合同中包含一项条款，保证在租约的有效期内维持五美分的票价。^[58]

最终，改革者在一些其他政策问题上取得了胜利：建造和运营新地铁线路的合同被分开，租期从五十年缩短到二十五年。^[59] 这是对 Interborough Rapid Transit 公司在“合同 1”中签订的 99 年租约的重大改变，第一条地铁线路是在此合同下建造和运营的。更重要的是，新当选的州长查尔斯·伊文斯·休斯提倡立法，对公共事业进行彻底改革。新成立的公共事业委员会 (PSC) 将对电力、燃气、铁路和所有形式的公共交通拥有广泛的管辖权和权力。^[60] 改革者希望 PSC 能够为前所未有的拥挤和交通堵塞提供解决方案：扩建地铁。地铁似乎是一种灵丹妙药：价格低廉、高效、快速，可以让工薪阶层家庭从拥挤的曼哈顿下城搬到郊区，同时继续工作——人口需要“分布”开来。^[61] 最终，从 1910 年到 1920 年，纽约市、IRT 和 BMT 建造了被称为“双重合同”的大规模系统扩展项目。^[62] 地铁和高架铁路网络的这次大规模扩张，为许多以前没有交通服务的地区提供了交通服务。^[63] 在建设结束时，官方估计的成本达到 3.66 亿美元，按今天的价格计算，大约相当于 220 亿美元。^[64] 纽约市承担了 2 亿美元的成本，IRT 和 BMT 分别承担了 1.05 亿美元和 6100 万美元。

政策在促进地铁发展中的作用

在 1947 年出现首次预算赤字后，统一地铁在 20 世纪 50 年代初期又经历了多次赤字年份。 拉瓜迪亚政府时期的“五美分黄金时代”已经远去， 运营盈余也不复存在。 随着汽车导致乘客量大幅下降，地铁陷入严重的财务困境。1953 年，州议会成立了纽约市交通管理局（NYCTA，简称 TA）来运营新统一的地铁系统。 为了解决巨额运营赤字，TA 实行了新的十美分票价，并安装了新的检票口来收取票价。 尽管有了新的票价和 TA 的新领导，列车越来越晚点，车辆状况也持续恶化。事实上，在接下来的几十年里，票价经常被提高。 直到 20 世纪 60 年代后期，才引入了机械式洗车设备。 然而，花哨的机械洗车设备无法与 20 世纪 70 年代几乎无处不在的涂鸦之害相抗衡。

劳工问题在这个时期一直都是令人头疼的问题。TA 在法律上被要求在平衡预算下运营，因此一直在与交通工人联盟（TWU）就合同问题进行斗争。 服务和车辆状况恶化可能是 TWU 赢得的苛刻协议的结果。提前退休、人员流失和熟练劳动力短缺迫使 TA 延迟重要的维护和维修工作。 这些问题因维持低票价而变得更加复杂。 NYCTA 最终在 1968 年被更大、更全面的大都会交通管理局（MTA）吸收。MTA 的 1968 年“行动计划”包括几条新的地铁线路、新的车辆、新的车站和扩大的维修服务。它还包括几条计划中的线路关闭。 这些改进，特别是新的车辆，主要由 MTA 的员工设计，基于战前模型，但有一个区别：长度从 66 英尺增加到 75 英尺。这使得八节新车拥有与十节旧车相同的运载能力。 这些新车也不再永久耦合，可以以不同的配置运行。 最后，在 20 世纪 80 年代，纽约市交通管理局带来了一线希望：它翻新了所有地铁车厢，重建了所有主线轨道，并维修了 50 多个车站。 最终，地铁恢复了活力，1991 年以后，地铁乘客量再次开始增长。

结论

纽约地铁系统无疑对这座城市的过去和现在发展至关重要。该模式采用了技术、运营原则，甚至实际参与的劳动力，这些都来自先前的模式，包括公共汽车、高架铁路和普通铁路以及有轨电车。它的生命周期绝非从诞生到部署，再到成熟和市场饱和的平稳过渡。相反，地铁经历了多次繁荣和萧条时期。不仅乘客量受到社会视角变化的影响，而且全球事件，如二战、20 世纪 70 年代的石油危机以及经济萧条和衰退，都造成了多年后仍然感受到的影响。目前，地铁（以及其他形式的城市公共交通）使得纽约人拥有全国最低的碳足迹。此外，地铁是纽约市建筑环境和社会心理不可分割的一部分。根据目前的趋势以及上述定性分析得出的预测，地铁应该继续发展。然而，最终的增长水平几乎无法确定。

参考文献

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