標準軌距的1.435米是由兩匹馬定的嗎?
一個段子:
第一條鐵軌是英國的工程師們修的,那麼他們為什麼要選擇這個寬度呢?
他們是照著原來的有軌電車的軌道寬度修建的,電車的寬度為什麼要是一點四三五米呢?
原來的電車軌道是德國人修的,為什麼要選擇這個寬度呢 ?
原來他們是照著原來羅馬戰車在戰場上留下的車轍的寬度來定的。羅馬人為什麼要把戰車的輪距定這麼寬?
原來的戰車都是馬車兩匹馬的馬屁股的寬度加在一起正好是一點四三五米。總覺得這個理由有點扯,當時因為哪些原因確定了這個寬度。
請看台灣清華大學經濟史教授賴建誠的詳細考證:
為什麼國際標準軌寬是143.5厘米?
……
很慚愧,我一直沒去弄清楚五分車、七分車、歐洲車、美國鐵軌的寬度有什麼差別,為什麼會採用這麼不同的規格。這件事拖到2001年初,我讀到Douglas Puffert(2000)的論文後,才把整個事情弄清楚。1995年夏我在慕尼黑大學三個月,在經濟史研討會上認識Puffert,是個溫文儒雅的年輕學者,他在史丹佛大學的博士論文(1991),就是以北美鐵軌的寬度為主題,在主要的經濟史期刊上發表好幾篇論文。我從「維基百科」(Wikipedia)查「軌距」,得到許多具體的數字,摘述如下。維基百科說,1937年制定的國際標準軌(143.5公分=4英呎8吋半)是英國提出的,這個說法不夠正確,稍後詳說。現在歐洲大部份國家都使用標準軌,例外的國家有:愛爾蘭與北愛爾蘭(160公分)、西班牙(167.4公分,正在改為標準軌)、葡萄牙(166.5公分)。阿根廷與智利的軌距是167.6公分;俄羅斯及鄰近國家,以及蒙古、芬蘭都是152公分。
日本的軌距是106.7公分(3呎6吋),日據時期修築的台灣軌寬也是106.7公分,這是國際標準軌(143.5公分)的74%,稱為「七分車」。台灣的糖業鐵路和阿里山的森林鐵路,是76.2公分的窄軌,是143.5公分的53%,簡稱「五分車」。日本在1960年代修建新幹線(高速鐵路)時,採用143.5公分的國際寬軌,提高行駛的穩定性。台灣高鐵、台北和高雄的捷運,都採用143.5公分的標準軌。清朝末年中國的鐵道,由英國和比利時承建,採用143.5公分標準軌。
我在想:現在以電力帶動的火車頭,牽引力比20世紀初期的蒸汽機火車頭大許多,為何不把軌寬擴大為200公分,不是更寬敞又可載更多貨物嗎?維基百科說:以現代的角度來看,(1)寬軌不一定可以載得更重更多;(2)寬軌車不一定較快;(3)建造標準軌與建造窄軌的成本相差不大;(4)窄軌也可以達到和標準軌一樣的負載量。我覺得奇怪,不明白為什麼會這樣。有興趣的讀者,請在維基百科查「軌距」,內有豐富的資料,文末的「外部連結」(科普鐵路館),提供豐富的相關訊息。
其實1937年制定的國際標準143.5公分軌寬,是沿用美國1835年就存在的規格。Puffert(2000)的論文重點,是要分析為什麼143.5公分的軌寬,會在諸多規格的激烈競爭下脫穎而出。這篇文章的主題,可說是美國軌寬的發展與競爭史。
1835-90年間,北美(美國與加拿大)至少有9種軌道:3英呎(91.4公分)、3英呎6吋(106.7公分)、4英呎8吋半(143.5公分)、4英呎9吋(144.8公分)、4英呎10吋(147.3公分)、5英呎(152.4公分)、5英呎4英吋(162.6公分)、5英呎6吋(167.6公分)、6英呎(182.9公分)。
為什麼會這麼複雜?因為:(1)各地區修築鐵路時,鐵路工程師的技術來源與傳承不一,有些采英國體系,有些則否。(2)故意不兼容,阻擋其他地區的農工業產品進入。(3)各地區的地形地勢不一,對軌道的需求自然不同。
為什麼後來會統一使用145.3公分,1937年之後成為國際標準軌寬呢?這就是本文的要點:說不出合乎邏輯的道理,這是政治與經濟交互角力後,一步步發展的結局,這正是典型的path dependence問題(依發展途徑而異、受到隨機性的因素干擾)。市場機能、競爭、效率、最適化這類的觀念,在這個議題上無法發揮功能,因而稱為「市場失靈」。
美國最早的鐵道,是承襲英國的4英呎8英吋(142.2公分)規格,這是18世紀末,在英國礦區發展的原初型鐵路,在Newcastle地區最通行。有位叫George Stephenson(史蒂文森)的工程師,在Stockton和Darlington之間建造一條運煤鐵道。1826-30年間,他被任命在利物浦和曼徹斯特(Liverpool and Manchester, LM)之間建造鐵路,特點是用蒸汽機來推動火車頭。這是第一條靠蒸汽機推動的鐵路,也是第一條完全依靠載運乘客與貨運的鐵路,更是第一條與礦冶完全無關的鐵路,在鐵道史上有顯著的開創地位。不知為什麼原因,Stephenson把鐵軌加寬了半英吋(1.3公分),成為4呎8吋半(143.5公分),這就是日後國際標準軌的規格。1826年,Stephenson在競爭LM鐵路時,他的對手刻意提出5呎6吋(167.6公分)的寬軌(加大24.1公分),但沒被採用。
George Stephenson的兒子Robert,後來在國會的委員會上說:143.5公分軌寬也不是他父親訂的,而是從家鄉地區的系統「承襲」(adopted)來的。Samuel Smiles是Stephenson的朋友與早期傳記的作者,他說143.5公分的軌寬,「沒有任何科學理論上的依據,純粹是因為已經有人在用了。」。
美國早期的鐵路建造者,參觀LM與其他地區的鐵道,認為LM的規格較適合,就把整套工程技術搬回美國。另有一批工程師,1829年參觀英國鐵路,回國後在巴爾的摩(Baltimore)與俄亥俄(Ohio)之間築了另一條鐵路(BO),把原本的4呎6吋軌寬改為4呎8吋半,目的是要和LM系統的火車「接軌」。
但有幾批工程師卻另有盤算,有些採用3呎5吋,有些認為5呎較易使用(整數較簡潔),有些人用4呎9吋(何必用8吋「半」 這麼奇怪的規格呢?),有人堅持4呎10吋也不錯。簡言之,在最複雜的時候,美國鐵路有過9種軌寬並存。
現在回過頭來,看鐵道的發源國(英國)。他們在建築Great Western Railways (GWR)時,把軌寬擴大為7呎(沒錯!213.4公分),幾條較短的路線,用5呎或5呎6吋。有些美國工程師,看到鐵路老大改為寬軌,為了迎頭超越,就把紐約與愛力(Erie)之間的鐵路,建為6呎寬(182.9公分),希望能達到三個目的:最高速、最舒適、最低成本。
但事與願違,有些人認為5呎6吋就夠了。幾經實驗,19世紀中葉的美國鐵道工程師,在考慮火車頭的拉牽力之後,覺得還是以5呎至5呎6吋之間較合適。加拿大的鐵路學者也有同感,而這正是英國當時採用的軌寬。
1860年之後,又有人感覺寬軌太耗動能,對蒸汽機的負擔過重,認為還是老規格(4呎8吋半)較合適。在地勢變化較大的地區,其實3呎6吋更合用,因為較容易轉彎。在多山的地區,若用3呎寬的鐵軌,就不必挖太寬的隧道,可以省下不少成本:3呎的鐵路成本,比4呎8吋半的建造費用便宜三分之一(枕木、石塊、人工、管理都較省)。
建造鐵路時,美國政府只負責土地與公共事務,對具體的投資、興建、技術規範都不插手。如果你是第一位在某個區域的鐵道投資者,只要考慮自己喜歡哪種軌寬;第二位投資者,或許也可以自由選擇軌寬;但第三位投資者,就必須考慮接軌問題,沒有多大選擇空間。在這種機制下,美國的鐵道系統就出現一項特質:地區性的軌寬整合度很高,但全國性的相似度很低。
簡言之,美國的軌寬是由民間工程師決定,而這又受到他們之前的經驗影響:或是向英國某個地區學來的,或是依所購買的火車頭帶動力,來決定軌寬。為什麼4呎8吋半最後會成為主流?因為採用者最多,滾雪球效應最大。換個角度來問:政府為何不居間協調呢?南北戰爭之前,有誰能預期日後會建造出全國性的鐵路網呢?
那時投資鐵路的人,只想載運貨物和非乘客的人員,從河運搶些生意做,佔住某個地區的地盤。他們甚至不想和其他區域的鐵路接軌,基本的心態是互不侵擾地盤。加拿大也不希望美國的火車駛入,鐵道的規格因而形成割據。現在美加兩國的鐵路、電話號碼、電壓、影印紙規格都已統一化,那是很後來的事了。
其實加拿大的國會,很早就知道軌寬標準化的重要性:1851年主張採用5呎6吋(167.6公分),他們的GWR在1854年營運時,就是依這個規格。美國國會把橫跨大陸的軌寬選擇權,授給林肯總統,他決定採用5呎寬(152.4公分)。但是中西部的鐵道業者不願接受,就和東部的同行結盟,遊說國會採用最老式的英國軌寬(4呎8吋半,143.5公分)。
某些較貧困的地區,資本不夠,希望採用窄軌,就在1872年另組一個「國家窄軌聯盟」(National Narrow-Gauge Railway Convention):之後全國各地的窄軌,95%採用3呎(91.4公分)的規格。在這種「地區性整合度高、全國性整合度低」的結構下,美國的鐵道系統,怎麼可能在20年內(1866-86),就完成規格統一呢?4呎8吋半的規格獲勝,是因為它有特殊的優越性嗎?
其實在1860年代時,誰也不知道4呎8吋半會成為日後的國際標準,當時存在9種規格,工程師並無明顯的偏好。為何會有統一化的認知呢?主要是各地區的經濟發展後,運輸量大幅增加,東西兩岸的產品與人員相互運送,無法透過較受地域性限制的水運。當時東西橫向的鐵路,大都採用4呎8吋半,產生大者恆大的雪球效應,市場佔有率愈來愈高。各地區的鐵路公司,在利益的考慮下愈來癒合作:發展跨區的鐵道系統,共同管理相互協助,這是推動鐵道標準化的重要因素。
大家會問:把原來不是4呎8吋半的軌寬,不論是拉寬或縮窄,轉換的成本不是很高昂嗎?是的,費用看起來是不小,但相對於鐵道的總價值,百分比並不高。主要的花費是整修路基,尤其是在擴寬軌道時。如果只是把軌道稍微拉寬或縮小,這屬於「移軌」的問題,成本並不高。較貴的部份,是更換為4呎8吋半的車廂和火車頭(機頭)。
1871年時,把Ohio和Mississippi鐵路,從6呎縮為4呎8吋半的平均成本,是每英哩1,066美金,再加上價值5,060美金的新車頭。到了1885-6年間,這些成本更低了:更動南方軌道與設備的成本,每英哩約只需150美金。把窄軌拉寬的成本,每英哩約7,500美金。
對那些和4呎8吋半較接近的軌道(例如4呎10吋),就建造可以調整輪子寬度的車體,來相互通車。一旦整合的意願明確化,確知每英哩的更動成本,占鐵道總價值的百分比不高後,20年內很快地就整合完成了。4呎8吋半成為美加的標準規格,1937年成為國際標準,沿用到今日。
美國軌寬的故事告訴我們:(1)市場的需求,是規格統一化的重要推手。(2)1880年代統一的4呎8吋半,以今日的車頭牽動能力而言,並不是最具能源效率的規格;但這已是國際標準,改動不了了。(3)4呎8吋半能一統天下,並不在於規格上的優越性,而是歷史的偶然造成。(4)並不是最有效率、最具優勢的東西,就能存活得最好。(5)這種path dependence(歷史的偶然)的現象,在度量衡上最常見。聽說1英呎的定義,就是某位國王鼻尖和手指之間的距離。
對美國標準軌寬問題有興趣的讀者,請進一步參閱Puffert(2003)「Path dependence」(http://eh.net/encyclopedia/)16頁的長文,與2大頁的參考書目。
參考文獻
Puffert, Douglas(2000): 「The standardization of track gauge on North American railways, 1830-1890」, Journal of Economic History, 60(4):933-60.
Puffert, Douglas(2003): 「Path dependence」(http://eh.net/encyclopedia/).
我比較贊同 @Raymond Wang 提到的答案,但事實上這個世界上存在兩種標準軌距:
UIC的1435軌距和前蘇聯國家及芬蘭的1524/1520軌距。後者事實上就是一個當地的國際標準。不是。
http://www.lixiaolai.com/archives/488.html
英文部分摘要翻譯:
沒有證據證明鐵軌寬度是由羅馬道路寬度決定的。
D. Gabe Gabriel 在 http://www.railway.org 上發表的一篇文章說:這個傳說在二戰之後曾流行過。但歷史並不支持這一說法。羅馬的道路上跑的並不是戰車,而是狹窄的手推貨車。羅馬道路雖然隨處可見,但是沒理由認為1400年後的英國鐵軌標準形成與其有關。此外,另一個說法是羅馬道路寬容取決於羅馬戰車寬度需要,而戰車寬度由馬車兩匹馬的馬屁股的寬度決定。在 Vatican 博物館有一尊由Franzoni 創作的羅馬戰車雕塑,被認為是對羅馬戰車最精確的塑造。(在這一雕塑中)兩匹馬屁股的寬度比他們身後的戰車要寬,也比戰車的車輪間距要寬。
後面的內容與很多人提到的George Stephenson有關,就不譯了。匆匆之間,必有錯漏,見諒。
還是建議大家讀一讀李笑來的文章,破除了另一些謠言。我來說一下吧。
歸根到底,這是英國人搞出來的,特別是史蒂芬森起了很大作用。馬的影響也有,但不是很大。
18世紀的時候,英國內陸交通幹線是運河,英國大部分地區是平原,平原外是低山,我們看來就是丘陵,英國人管這叫山。
在低山區,出產大量的煤和石材,煤和石材的運輸是鐵路發達的動力。一開始的鐵路沒有火車,是馬拉鐵路,零零星星的分散在煤礦採石場到運河或港口的道路上。這時候的鐵路軌距是五花八門,大都偏窄以減少工程量,用馬,騾子等拉車。
蒸汽車的先驅是特里維奇克,兩條路線都走過,他的倫敦無軌車試驗證明運費比馬車要貴,因此放棄,轉而推行有軌車,他搞了一個可拆卸的環形軌道,配上他研製的機車,在英國巡迴表演,但反響一般,特里維奇克愛好廣泛,就改變目標去研究高壓蒸汽機了。特里維奇克的失敗,可以說未抓住市場的心理。他的有軌車對客運馬車來說威脅不大,在短軌道上,早期的機車和馬車相比快不了多少,黑煙雜訊和震動卻明顯影響乘客的舒適度。實際早期機車的速度優勢在於長距離和不受晝夜,天氣變化的影響,在五公里的距離上,馬車不比早期機車慢,在長距離上,機車不會累和軌道能在夜間行駛的優勢才會體現,但沒人願意投入巨資去修建長軌道。
史蒂芬森本來就是煤礦的工程師,曾發明安全燈(和另一科學家戴維間還有一段公案,不多說了),也是蒸汽機的專家。特里維奇克的機車出現後,史蒂芬森隨後開始研究機車,一開始他就把目標放在礦用上,不追求速度而追求運量,史蒂芬森的初期機車,能用4公里每小時的速度把30噸煤拉上小山,開創了一車頭拉多節車廂的列車。在這個過程中,史蒂芬森不僅製造機車,也改造原有的礦山鐵路使之能承載沉重的機車。
史蒂芬森的首輛機車起名布魯歇爾,這是紀念滑鐵盧之戰中支援威靈頓的普魯士將軍布魯歇爾。」布魯歇爾「是為基嶺沃斯煤礦設計,該煤礦本來只想用固定蒸汽機拖曳礦車,史蒂芬森卻說服他們製造了這輛機車。配套的鐵路軌距,使用4尺八寸,相當於1422毫米。
史蒂芬森選軌的理由也簡單,他出生在英格蘭東北部,長期在這裡的煤礦工作,基嶺沃斯也在英格蘭東北部,這裡的人習慣用四尺八寸寬輪距的馬車,史蒂芬森從俗,因為他的火車拖車也是找馬車製造商製造,他自己只造機車。
全英國的軌距則各行其事,英國第一條用機車的鐵路是米德爾頓鐵路,4尺1寸,這本來是一條運煤到運河的馬拉鐵路,1812年穆雷和索普基於特里維奇克的設計,將其改造為齒輪鐵路,並製造了名為薩拉曼卡的機車,由於性能不夠優越,未能推行開來。
史蒂芬森在基嶺沃斯煤礦建設了四尺八寸鐵路和機車,大獲成功,他的大運量列車有很大的運輸成本優勢,因此比薩拉曼卡成功的多。另一家大煤礦赫頓煤礦慕名請史蒂芬森去設計煤礦鐵路,史蒂芬森將基嶺沃斯的鐵路和機車予以改進用在赫頓煤礦,當然軌距還是四尺八寸。
同期史蒂芬森還為蘇格蘭艾爾郡的吉爾馬諾克鐵路製造了機車,這條鐵路建造時候是馬拉,採用4尺軌距。運行效果一般,馬拉鐵路建立時並未考慮超大載重,很多地方用了木軌,機車只能輕載運行。
1821年,duham郡(史蒂芬森故鄉和長期工作的郡)議會打算修建一條鐵路用來拉煤,並成立了一家公司,本來也打算使用馬拉,史蒂芬森得知後,向公司董事推銷他的蒸汽機車計劃,董事們考察赫頓煤礦鐵路後認為可行,遂任命史蒂芬森為工程師,這就是斯托克頓-達靈頓鐵路,長達40公里。史蒂芬森按機車的要求提高了鐵路的標準,並親自設計了一座鐵橋。鐵路的成本遠遠超出了預算,但總算完成了,1825年9月,史蒂芬森開著自己製造的火車運動1號,拉了21節車廂,載著幾百名看熱鬧的和幾百噸煤跑完全程,用時3小時。由於火車的運力超出煤礦產量,鐵路遂對公眾開放。
達靈頓鐵路仍然使用四尺八寸的軌距,這條鐵路和史蒂芬森此前的煤礦鐵路略有不同的是,有一些較急的彎路,而且運行速度比較高(為了和馬車競爭提速到20公里),此前史蒂芬森製造機車時候力求車輪和鐵軌嚴絲合縫,在低速的平直鐵路上沒什麼問題,在較高速的達靈頓鐵路上,這造成了車輪的易損,經常需要更換車輪。
解決方法要麼減少輪距,要麼擴大軌距,史蒂芬森選擇了後者,將達靈頓鐵路的彎道」微調「到1435mm,並在後來的利物浦鐵路中全程使用,成為後來的標準軌距。
達靈頓鐵路開通之前,利物浦和曼徹斯特的商人們已經在策劃一條鐵路,利物浦富商詹姆斯在英格蘭東北部擁有煤礦,和史蒂芬森有往來,在他推動下,決定採用蒸汽機車拉動,讓史蒂芬森負責修建,在鋪軌的時候,史蒂芬森使用1435mm的軌距。
利物浦商人們眼光很高,他們希望機車能像馬車一樣飛奔,在開通前,在雨山進行了一次招標試驗,史蒂芬森的機車和其他競爭者的車輛進行了比試,參與比試的不僅有其他人製造的蒸汽機車,還有另類的馬驅動機車(一個車架上裝了一台跑步機樣的東東,馬在跑步機上行走)。史蒂芬森的機車運作良好,順利完成全程,而其餘數輛均在完成前故障退出。
1830年,利物浦-曼徹斯特鐵路開通,很多顯貴都來觀看和乘坐。史蒂芬森成了英國公認的第一鐵路專家,馬上又被拉去修建倫敦-伯明翰鐵路,實際工作多由其子羅伯特代勞。1838年開通。
為什麼大家多選擇1435mm軌距,因為史蒂芬森擁有最好的機車製造技術和鐵路建造,從雨山試驗里看出,當時沒人能和史蒂芬森比機車製造。史蒂芬森公司也向其他軌距的鐵路提供機車,但對未建成的鐵路,史蒂芬森公司總會推薦使用1435mm軌距,並熱心提供技術。在史蒂芬森的影響下,大部分新建的機車鐵路都選用了1435mm軌距,而馬拉鐵路依舊我行我素。
也有少部分另類人士,1836年的東部國家鐵路選用了5英尺軌道,1835年的大西部鐵路更選擇了7英尺寬軌。這些鐵路建成後,很快發現自己處在大量的准軌鐵路包圍中,此後大都不得不選擇改軌。堅持不走准軌的只有那些不聯網的礦山鐵路。
法國第一條鐵路是馬克塞甘建立,塞甘是考察了達靈頓鐵路後選用標準軌距。
實際上大部分的軌距,都能在英國早期鐵路里找到,很多是用馬拉的。標準軌距鐵路在推廣的時候,一部分國家出於各種目的微調了軌距,成為各種寬軌。而一些窮困的國家和地區因為成本問題,選擇了各種窄軌。
1067MM窄軌在18世紀末的英國就有,是馬拉的。史蒂芬森准軌路推廣到挪威,挪威第一條鐵路採用准軌,因為運量不足,經濟效益不佳,在1856年修建第二條鐵路時,挪威選擇了3尺6寸的窄軌,此軌距從挪威開始興起,旋即又在英國殖民地澳大利亞和紐西蘭受到追捧,並在英國的非洲殖民地大量興建,成為英屬非洲的主要軌距。
米軌很接近三尺六寸軌,最早也是在英國,由史蒂芬森為一家採石場設計,為馬拉鐵路。但米軌在英制的老家沒有什麼發展,卻在使用公制的南美州迎來了大發展。此後德國和法國用米軌作為幹線鐵路的補充,法國又將米軌推廣到東南亞和非洲的法國殖民地。
馬也有個體差異,有的胖有的瘦,不可能寬度都一樣的。
這段子只是噱頭而已。
一般客運是這樣.其實還有其它軌距的.具體參考
http://parovoz.com/spravka/gauges-en.php
這個回答跑題了,但發現也還是很有意思的.
路徑依賴(Path-Dependence),又譯為路徑依賴性,它的特定含義是指人類社會中的技術演進或制度變遷均有類似於物理學中的慣性,即一旦進入某一路徑(無論是「好」還是「壞」)就可能對這種路徑產生依賴。一旦人們做了某種選擇,就好比走上了一條不歸之路,慣性的力量會使這一選擇不斷自我強化,並讓你輕易走不出去。
鐵軌間距
一個廣為流傳、引人入勝的例證是:現代鐵路兩條鐵軌之間的標準距離是四英尺又八點五英寸。原來,早期的鐵路是由建電車的人所設計的,而四英尺又八點五英寸正是電車所用的輪距標準。那麼,電車的標準又是從哪裡來的呢?最先造電車的人以前是造馬車的,所以電車的標準是沿用馬車的輪距標準。馬車又為什麼要用這個輪距標準呢?英國馬路轍跡的寬度是四英尺又八點五英寸,所以,如果馬車用其他輪距,它的輪子很快會在英國的老路上撞壞。這些轍跡又是從何而來的呢?從古羅馬人那裡來的。因為整個歐洲,包括英國的長途老路都是由羅馬人為它的軍隊所鋪設的,而四英尺又八點五英寸正是羅馬戰車的寬度。
任何其他輪寬的戰車在這些路上行駛的話,輪子的壽命都不會很長。可以再問,羅馬人為什麼以四英尺又八點五英寸為戰車的輪距寬度呢?原因很簡單,這是牽引一輛戰車的兩匹馬屁股的寬度。故事到此還沒有結束。美國太空梭燃料箱的兩旁有兩個火箭推進器,因為這些推進器造好之後要用火車運送,路上又要通過一些隧道,而這些隧道的寬度只比火車軌道寬一點,因此火箭助推器的寬度是由鐵軌的寬度所決定的。
所以,最後的結論是:路徑依賴導致了美國太空梭火箭助推器的寬度,竟然是兩千年前便由兩匹馬屁股的寬度所決定的。
正好看到路徑依賴這一概念,以上解釋來自於百度百科。
鐵軌間距是路徑依賴的典型案例。
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