运输部署案例集/缆车

缆车是一种公共交通工具，它使用由操作员控制的抓钩，伸到街道下方，夹住以恒定速度移动的缆绳。缆绳本身由滑轮引导，滑轮由位于动力站的固定电机驱动。为了移动，操作员逐渐拉动一个杠杆，将抓钩向下移动到管道并夹住移动的缆绳。当操作员想要停止缆车时，他或她会通过打开抓钩和应用制动器来释放对缆绳的压力。如今，这个过程的很大一部分都已自动化。

缆车最初诞生于旧金山，是为了解决该市陡峭山丘的交通问题。然而，其他人意识到它可以替代畜力。缆车比畜力更便宜、更快、更清洁、更强。到 19 世纪末，除了波士顿、底特律和新奥尔良之外，美国所有的大城市都拥有缆车线路。尽管缆车的流行度迅速上升，但它的衰落也几乎一样快。如今，旧金山是美国唯一仍在运营缆车的城市。

1888 年的西雅图缆车。

缆车运输之前的模式及其局限性

在缆车出现之前，人们使用的是畜力和蒸汽动力的公共交通工具。19 世纪的畜力公共交通工具包括由马匹拉动的公共汽车及其更大的衍生物，由马匹拉动的有轨电车。本质上，这些都是里面有长凳的大型马车，由马匹，有时是骡子拉动。

这些交通方式存在重大缺陷。首先，马力非常有限。马匹的能量有限，每天只能工作几个小时，通常平均工作四到五个小时 。它们的运载能力和速度有限。畜力车辆非常慢；几乎与平均步行速度一样快。如果街道状况不好，马匹的速度甚至更慢。在碎石路或铺板路上的旅行最平稳，但并非所有城市都能负担得起铺砌道路。此外，马拉车还受到地形的影响。通常一匹马无法将一辆有轨电车拉上坡。其次，马匹的粪便和尿液会污染街道，对公众健康构成威胁。破伤风等疾病威胁着公众。第三，马匹很昂贵。19 世纪的普通马匹价值 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，但它们比马匹折旧得更快。然而，一匹马预计只能工作三到四年。第四，这些交通方式占据了大量的道路空间，经常导致拥堵。

畜力公共交通工具的首批解决方案之一是蒸汽动力的高架铁路（或“高架列车”）。蒸汽动力已经应用于该国当时广阔的运河网络中的轮船以及连接海岸的铁路。在 19 世纪 60 年代后期，拥挤的城市内道路成为一个严重问题。高架铁路的想法将地面上已经使用的蒸汽和铁路技术结合起来，将它们移到街道上方。曼哈顿和布鲁克林是美国最早建设高架铁路基础设施的地区。“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。这个问题通过电力技术的创新得到解决，但随后居民认为这种基础设施是城市天际线的破坏。工程师和规划人员再次将目光放回到街道上。

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。哈利迪最早接触缆绳和电线的经历来自他的父亲，他的父亲对这两样东西都进行了研究，并拥有几项专利发明。年轻时，他搬到加利福尼亚州淘金。正是在内华达山脉，他第一次想到用缆绳拉车。他甚至获得了一项在山区运输桶的移动索道专利 。1869 年，当哈利迪在旧金山时，他还目睹了一起可怕的马拉车事故，一辆马拉车在四匹马中的一匹在拉车爬坡时滑倒，导致整辆车坠落 。凭借他对缆绳和电线的知识，他创新了他的专利，以解决旧金山危险的山区交通问题。哈利迪发现他的缆绳系统可以在旧金山发挥作用，就像在内华达山脉一样，但他通过将缆绳埋在地下而不是在陡峭的地形上，对它进行了创新。

抓钩

下一步是弄清楚将马车连接到移动缆绳的机制。哈利迪和工程师威廉·艾普斯海默开发了第一个升降抓钩的杠杆系统，以及开闭夹钳机制 。然而，这种早期抓钩不可靠。亨利·凯斯博尔特、阿萨·霍维和 T·戴通过让抓钩从侧面而不是底部下降并夹紧，改进了抓钩技术。这消除了对转盘的需求，因为操作员现在可以在杠杆上改变位置来改变方向。然而，侧向抓钩经常会松开缆绳，因此艾普斯海默回到了底部抓钩，并进行了改进。艾普斯海默改进的抓钩目前应用于所有旧金山缆车。除了抓钩之外，艾普斯海默还发现了如何将抓钩轻松地放到缆绳上，以减少马车的颠簸，而颠簸一直是高架列车的弊病。

罗布林缆绳

至于缆绳，早期的罗布林缆绳大约一英寸厚，由 96 根钢丝组成，缠绕成六股，每股十六根钢丝，然后缠绕在涂有焦油的麻绳上 。平均每根缆绳大约四英里长（6.44 公里），重 60,000 磅（27,215.5 公斤），在 19 世纪 80 年代的价格为 7,000 美元 。它可以伸展高达 2%，因为它在磨合中会断裂 。这意味着缆绳需要不断调整，以使其在正确的水平上工作。在理想条件下，缆绳的平均寿命约为一年。缆绳最初由位于动力站的燃煤蒸汽机驱动。如今，它们是电力驱动的。哈利迪在缆绳方面的专业知识和艾普斯海默在抓钩方面的专业知识，再加上先前在有轨电车方面的知识，创造了第一辆缆车，该缆车于 1873 年 9 月 1 日在旧金山的克莱街投入使用。多年来，剩下的缆车都实现了自动化和电气化；然而，旧金山的缆车仍然是人工操作的。

缆车的早期发展

早期市场

在 Clay Street 缆车之后，Hallidie 在三位朋友的资金帮助下，努力在旧金山增加了缆车线路。全国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 Clay Street 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。随着人口的快速增长，畜力无法很好地服务于居民。该市认为缆车和高架铁路是答案。不过，芝加哥会经历冬季，因此工程师必须想办法防止冰雪在管道中积聚。最终，他们使用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公共交通中的马匹元素，从而缓解了拥堵，降低了公共卫生问题，并节省了旅行时间和金钱。许多居民对他们城市的缆车系统感到自豪，其中一位居民甚至写道：“缆车系统构成了迄今为止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力，但洛杉矶和西雅图等其他丘陵城市投资缆车是为了解决山坡问题。缆车使居民能够扩展到以前无法到达的城市新区域。一个例子是洛杉矶的 Temple Street 缆车铁路，它导致了 Angeleno Heights 的发展。

最后一点，需要承认的是，最初的缆车投资成本很高。城市需要挖深沟，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。只有负担得起这项投资的城市才能拥有缆车。最终，大多数大型美国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建设缆车。

早期政策

在缆车的初期，从以前的交通方式（如马车车、高架铁路和铁路）中借鉴的政策被应用。这些政策中的许多都与安全、服务和票价有关。一项安全措施是增加一个铃铛，让过路人知道缆车正在接近。必须添加新的标志，让乘客知道缆车停在哪儿让乘客上下车。目前其他交通方式使用的五美分票价政策也被采用 由于缆车与其他交通方式共用公共道路，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，只是采用了一种新的能源。但是，安全问题将继续增长。

缆车的增长

到 1890 年，缆车在美国运送了 3.73 亿乘客。与第一次世界大战前的大多数交通方式一样，缆车是私人拥有的。总的来说，建立缆车公司很难，因为缆车运营成本很高。发电站必须始终以满负荷运行才能为线路供电。缆绳每年都需要更换，如果更容易断裂，则更换速度会更快。抓手和制动器也很快磨损。但是，一旦有更多缆车运行，规模经济就会降低成本。最有利可图的线路是那些通往城市外环的线路。这些线路允许新的住房开发，从而为缆车提供乘客。洛杉矶的 Temple Street 线就是一个例子。政府的参与包括批准和资助最初的启动。在那之后，自由放任的态度阻止了地方政府干预被认为是私人企业决策的事情。只有一个例外：公共安全。

虽然缆车比马车车效率高得多，但它们也更加危险。缆车的缆绳或抓手杆可能会断裂，导致操作员无法刹车。有时，人们会从车厢里掉下来，或者走到车厢前面，被压碎。许多城市制定了法律，以改善缆车的安全记录。芝加哥就是一个例子。如上所述，如果缆车公司运行更多缆车，它们的利润就会最大化。芝加哥是一个人口不断增长、拥堵问题的城市，这是一个需要更多缆车的城市，以实现更高的运力。芝加哥尝试一次拉三到四辆车，而不是一次拉一到两辆车。事实证明这是非常危险的，因此出台了政策限制车辆数量。

缆车的衰落

缆车在 1893 年达到顶峰，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。电动有轨电车速度更快，组装和运营成本更低，而且负担更轻。有轨电车不需要像缆车那样进行大量昂贵的维护。这种新模式比缆车对城市官员更有吸引力。有人尝试将缆车电气化，但这被证明是无效的。在旧金山，1906 年的地震摧毁了大部分缆车网络，市政府认为建造“现代”的电动有轨电车比恢复“古老”的缆车更实用。仅剩的车厢是那些没有受到严重影响的车厢，或者是在最陡峭的山坡上行驶的车厢。随着时间的推移，其他交通方式取代了缆车。如今，旧金山仅存的三条线路是美国唯一剩下的缆车线路。

缆车的诞生、增长和衰落——S 形曲线

正如已经讨论的那样，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。观察其轨道里程随时间的变化，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，城市也开始建造必要的基础设施。从 1883 年到 1893 年，缆车发展起来，取代了大多数主要美国城市中的马车车。有趣的是，缆车没有成熟阶段。在 1893 年的峰值年份之后，缆车由于电动有轨电车的竞争加剧而开始急剧下降。以下是 1873 年至 1913 年美国缆车轨道里程表，该表摘自 George Hilton 的《美国缆车》（1982 年）。

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

由于它可以显示随时间的推移，因此使用 S 形曲线以图形方式显示缆车的历史。S 形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 形曲线方程。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——第一次是在出生/增长阶段，第二次是在衰退阶段。在出生/增长阶段，发现 b 为 0.47，t0 为 1887。在衰退阶段，发现 b 为 -0.78，t0 为 1904。在运行完回归分析后，将新计算的变量代入 S 曲线方程，以确定预测的轨道里程。然后，将所有这些点与实际的轨道里程一起绘制在图中，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 曲线的 R 平方值为 0.97，这意味着它是一个非常接近的预测。然而，对于衰退阶段，R 平方值为 0.31，反映出一个糟糕的预测。这可能是由于 S 曲线预测了成熟阶段，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

缆车持久的影响

缆车虽然寿命短暂，但对交通运输史产生了持久的影响。正是缆车最终将马匹及其所有负面外部性从运输中剔除。它成为了旧式交通工具——马车，和新型交通工具——有轨电车之间的桥梁。尽管它试图通过自身转向电力来与后一种交通工具竞争，但它却不够强大。然而，有轨电车并没有完全淘汰缆车。由于一个基层组织——拯救缆车公民委员会的努力，旧金山至今仍然拥有三条运营线路供人们欣赏。

旧金山的鲍威尔和市场缆车