鉄道輸送

2006年3月、アラスカで原油を輸送する列車

鉄道輸送（列車輸送とも呼ばれる）は、通常2本の平行な鋼鉄レールからなる線路上を走行する車輪付き車両を用いた輸送手段である。^{[ 1 ]}鉄道輸送は、道路輸送に次ぐ陸上輸送の主要手段の一つである。世界全体では、旅客輸送と貨物輸送の約8% ^{[ 2 ]}に利用されている。これは、そのエネルギー効率^{[ 2 ]}と高速輸送の可能性によるものである。さらに、線路によって列車の重量が分散されるため、道路を走るトラックよりも多くの貨物を運ぶことができる。

レール上の車両は、ゴムタイヤの道路車両よりも摩擦抵抗が一般的に低いため、より長い列車を連結することが可能です。動力は通常、ディーゼル機関車または電気機関車によって供給されます。鉄道輸送は資本集約的で道路輸送よりも柔軟性に欠けますが、よりエネルギー効率が高く、より安全に、大量の乗客や貨物を輸送することができます。^{[ a ]}

人力や動物の力で駆動する鉄道の先駆けは古代から存在していましたが、近代的な鉄道輸送は19世紀初頭にイギリスで蒸気機関車が発明されたことに始まります。最初の旅客鉄道であるストックトン・アンド・ダーリントン鉄道は1825年に開通しました。1830年にイギリスで最初の都市間接続が開通した後、ヨーロッパと北米全域に鉄道が急速に普及したことは、産業革命の重要な要素でした。鉄道輸送の導入により、水上輸送や馬車輸送に比べて輸送コストが削減され、都市間の価格差が小さい「全国市場」が生まれました。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

鉄道は輸送速度を向上させただけでなく、そのコストを劇的に削減しました。例えば、アメリカ合衆国初の大陸横断鉄道は、旅客と貨物を数ヶ月ではなく数日で国中を移動させ、駅馬車や幌馬車輸送の10分の1のコストで輸送できるという成果をもたらしました。西部（かつてはグレート・アメリカン・デザートと呼ばれていました）では経済的な輸送手段が確立されたため、農業、牧場経営、鉱業を利益を上げて行うことができるようになりました。その結果、鉄道は国、特に航行可能な河川が少なかった西部を変革しました。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

1880年代には、路面電車と高速輸送システムによって鉄道の電化が始まりました。1940年代以降、蒸気機関車はディーゼル機関車に置き換えられました。最初の高速鉄道システムは1964年に日本で導入され、現在ではヨーロッパ、東アジア、そしてアメリカ東部の多くの都市を高速鉄道が結んでいます。自動車や航空機との競争により鉄道輸送は衰退しましたが、道路渋滞や燃料価格の高騰、そして二酸化炭素排出量削減策としての政府による鉄道投資により_、近年は回復の兆しを見せています。

歴史

先史時代から、車輪付きの乗り物のために、滑らかで耐久性のある路面が作られてきました。中には、車輪だけを支えるために幅が狭く、2つに分かれているものもありました。つまり、荷馬車道や軌道です。また、車輪を軌道から外さないように溝やフランジなどの機械的な手段が設けられたものもありました。

例えば、紀元前600年頃からギリシャのコリントス地峡を横断する船の輸送に、長さ6～8.5kmのディオルコス舗装軌道が利用されていたことが証拠から明らかになっています。ディオルコスは650年以上、少なくとも紀元1世紀まで使用されていました。^{[ 15 ]}舗装軌道は後にローマ帝国時代のエジプトでも建設されました。^{[ 16 ]}

蒸気以前の近代的なシステム

木製レール導入

16 世紀のトロッコは、動力のない鉄道輸送の初期の例であり、人力で運行されていました。

1515年、マテウス・ラング枢機卿はオーストリアのホーエンザルツブルク城にあったケーブルカー「ライスツーク」について記述しました。この路線は当初、木製のレールと麻の牽引ロープを使用し、踏板を介して人力または動物の力で運行されていました。^{[ 17 ]}この路線は現在も運行されていますが、改良が加えられており、おそらく最も古い運行中の鉄道です。^{[ 18 ]}

馬が引く木製のレールを使ったワゴンウェイ（または路面電車）は、鉱山への鉱石の運搬を容易にするために1550年代に登場し始め、すぐにヨーロッパで普及しました。この運行は、1556年にドイツでゲオルギウス・アグリコラの著書『金属論』に描かれています。^{[ 19 ]}この路線では、フランジのない車輪が木の板の上を走る「フント」と呼ばれる台車が使用され、台車の垂直のピンが板の隙間に差し込まれて正しい方向に進みました。鉱夫たちは、線路上で鳴らす騒音から、このワゴンを「フンデ」 （犬）と呼んでいました。 ^{[ 20 ]}

16世紀の中央ヨーロッパでの使用については多くの言及がある。^{[ 21 ]}同様の輸送システムは後に、おそらく1560年代から、イングランドのカンブリア州カルドベックでドイツの炭鉱労働者によって使用された。 ^{[ 22 ]}幌馬車道は1600年頃、おそらくは1594年にはリバプール近郊のプレスコットに建設された。フィリップ・レイトンが所有していたこの路線は、プレスコット・ホール近くの炭鉱から、約半マイル (800 m) 離れた終点まで石炭を運んでいた。^{[ 23 ]}ケーブルカーは1604年より前のいつか、シュロップシャーのブロズリーにも作られた。これは、ジェームズ・クリフォードの鉱山から石炭をセヴァーン川まで運び、荷船に積んで川沿いの町に運んだ。^{[ 24 ]} 1604年にハンティンドン・ボーモントによって完成したウォラトン・ワゴンウェイは、イギリス最古の鉄道であると誤って言及されることがあります。この鉄道はストレリーからノッティンガム近郊のウォラトンまで走っていました。^{[ 25 ]}

1758年に建設されたリーズのミドルトン鉄道は、改良された形態ではあるものの、後に世界最古の現役鉄道（ケーブルカーを除く）となった。1764年には、ニューヨーク州ルイストンにアメリカ大陸初の鉄道が建設された。^{[ 26 ]}

金属レール導入

1795 年の「リトル イートン トラムウェイ」貨車のレプリカ。線路はプレートウェイです。

1831 年にクロムフォードおよびハイ ピーク鉄道向けにバターリー カンパニーのアウトラム社で製造された鋳鉄製のフィッシュベリー エッジ レール。フランジ付きの車輪用の滑らかなエッジ レールです。

1760年代後半、コールブルックデール社は木製レールの上面に鋳鉄板を固定し始めました。これにより、様々なゲージに対応できるようになりました。当初はバルーンループのみが転回に使用できましたが、後に可動式のポイントが使用され、転回も可能になりました。^{[ 27 ]}

フランジのない車輪がL字型の金属板の上を走るシステムが導入され、プレートウェイとして知られるようになった。シェフィールド炭鉱の経営者ジョン・カーは1787年にこのフランジ付きレールを発明したが、正確な日付は議論の余地がある。このプレートレールはベンジャミン・ウートラムが運河に通じる荷馬車道に採用し、バターリー製鉄所で製造した。1803年、ウィリアム・ジェソップは南ロンドンで複線のプレートウェイであるサリー鉄鉄道を開通させた。これは世界初の公共鉄道と誤って引用されることもある。^{[ 28 ]}

ウィリアム・ジェソップは、1789年にレスターシャー州ラフバラのナンパンタンにあるチャーンウッド・フォレスト運河の延伸工事において、全鉄製のエッジレールとフランジ付き車輪を採用し、成功を収めていました。1790年、ジェソップと彼のパートナーであるアウトラムはエッジレールの製造を開始しました。ジェソップは1790年にバタリー社のパートナーとなりました。最初の公共エッジウェイ（つまり最初の公共鉄道）は、1796年に建設されたレイク・ロック鉄道でした。この路線の主な目的は石炭輸送でしたが、旅客輸送も行われていました。

鉄製の鉄道を建設する2つの方式、「L字型プレートレール」と「滑らかなエッジレール」は、19世紀初頭まで並存していました。フランジ付き車輪とエッジレールは最終的にその優位性を証明し、鉄道の標準となりました。

レールに使用されていた鋳鉄は脆く、重い荷重がかかると破損してしまうため、不十分であることが判明しました。 1820年にジョン・バーキンショーが発明した錬鉄が鋳鉄に取って代わりました。錬鉄（通常は単に「鉄」と呼ばれます）は延性のある素材で、破損するまでにかなりの変形が可能であったため、鉄レールにはより適していました。しかし、ヘンリー・コートが1784年にパドリング法の特許を取得するまで、鉄の生産コストは高く、その後も生産が続きました。1783年には、コートは圧延法の特許も取得しました。この圧延法は、鉄をハンマーで叩くよりも15倍速く固め、成形することができました。^{[ 29 ]}これらの方法により、鉄とレールの生産コストは大幅に削減されました。鉄生産における次の重要な進歩は、ジェームズ・ボーモント・ニールソンが開発した熱風法（1828年に特許取得）で、これにより銑鉄生産に必要なコークス（燃料）や木炭の量が大幅に削減されました。 ^{[ 30 ]}錬鉄はスラグやドロスを含んだ柔らかい素材だった。柔らかさとドロスのために鉄レールは歪んだり剥離したりする傾向があり、10年も持たなかった。交通量が多いと1年しか持たないこともあった。鉄の製造におけるこうした進歩は、最終的に木と鉄の複合レールを優れた全鉄レールに置き換えることに繋がった。ベッセマー法の導入により鋼鉄が安価に製造できるようになり、1860年代後半からは鉄道が大幅に拡張された時代が始まった。鋼鉄レールは鉄よりも数倍長持ちした。^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}鋼鉄レールによってより重い機関車の製造が可能になり、列車の長距離化と鉄道の生産性向上が実現した。^{[ 34 ]}ベッセマー法は鋼鉄に窒素を導入し、鋼鉄が経年変化で脆くなる原因となった。19世紀末頃から、ベッセマー法に代わって 平炉が普及し始め、鋼鉄の品質が向上し、コストもさらに削減されました。こうして、レールにおける鉄の使用は鋼鉄に完全に置き換えられ、あらゆる鉄道の標準となりました。

最初の旅客馬車または路面電車であるスウォンジー・アンド・マンブルズ鉄道は、1807年にウェールズのスウォンジーとマンブルズの間で開通しました。 ^{[ 35 ]}蒸気機関の到来後も、19世紀末まで馬は路面電車の輸送手段として好まれていました。蒸気駆動の路面電車は街の通りに煙を発生させていましたが、馬はクリーンだったからです。

蒸気動力の導入

ウェールズのスウォンジーにある国立ウォーターフロント博物館にあるトレビシックの蒸気機関のレプリカ

1784年、スコットランドの発明家で機械技術者のジェームズ・ワットは、蒸気機関車の設計特許を取得した。ワットは、それまで鉱山の排水に使われていたトーマス・ニューコメンの蒸気機関を改良し、 1769年には車輪を駆動できる往復動エンジンを開発した。これは大型の定置式エンジンで、綿糸工場や様々な機械に動力を与えた。当時のボイラー技術では、シリンダー内の真空に作用する低圧蒸気を使用する必要があり、別途コンデンサーとエアポンプが必要だった。しかし、ボイラーの構造が改良されるにつれ、ワットはピストンに直接作用する高圧蒸気の使用を研究し、車両の動力源として使用できる小型エンジンの可能性を提起した。ワットの特許取得後、その年にワットの従業員ウィリアム・マードックが自走式蒸気車両の実用モデルを製作した。^{[ 36 ]}

最初の本格的な動く鉄道用蒸気機関車は、1804年にイギリスで、コーンウォール生まれのイギリス人技師、リチャード・トレビシックによって建造された。この機関車は高圧蒸気を用いて一回の動力行程でエンジンを駆動した。伝動システムには、ピストンロッドの動きを均一化するために大きなフライホイールが採用されていた。1804年2月21日、世界初の蒸気動力による鉄道の旅が行われた。トレビシックの無名の蒸気機関車が南ウェールズのマーサー・ティドフィル近郊のペニダレン製鉄所の路面電車に沿って列車を牽引したのである。^{[ 37 ] [ 38 ]}トレビシックは後に、ロンドンのブルームズベリーで円形の線路上で機関車が動作する「キャッチ・ミー・フー・キャン」を披露したが、鉄道機関車の実験段階から先には進めなかった。これは主に、彼の機関車が当時使用されていた鋳鉄製のプレートウェイ線路には重すぎたためである。^{[ 39 ]}

最初の商業的に成功した蒸気機関車は、1812年にリーズのミドルトン鉄道向けに製造されたマシュー・マレーのラック式機関車サラマンカでした。この2気筒機関車は、レール端の軌道を破損させないほど軽量で、片方のレール側面に鋳造された歯を使った歯車によって粘着問題を解決しました。そのため、これは最初のラック式鉄道でもありました。

1813年には、クリストファー・ブラケットとウィリアム・ヘドリーがワイラム炭鉱鉄道向けに製作したパッフィング・ビリーという機関車が登場しました。これは粘着力のみで走行することに成功した最初の機関車でした。これは複数の車輪に重量を分散させることで実現しました。パッフィング・ビリーは現在ロンドンの科学博物館に展示されており、現存する最古の機関車です。^{[ 40 ] [ 41 ]}

1814年、ジョージ・スチーブンソンは、トレビシック、マレー、ヘドレーの初期の機関車に感銘を受け、勤務先のキリングワース炭鉱の支配人を説得して蒸気機関車の製作を許可してもらった。スチーブンソンは蒸気機関車の開発と普及に極めて重要な役割を果たした。彼の設計は、初期の先駆者たちの設計を大幅に改良したものだった。彼は、やはり成功したフランジ付き車輪粘着機関車である機関車ブリュッヒャーを製作した。1825年には、イングランド北東部のストックトン・アンド・ダーリントン鉄道向けに機関車ロコモーションを製作した。この鉄道は、異なる区間で馬力と蒸気力の両方を使用していたが、1825年に世界初の公共蒸気鉄道となった。1829年には、機関車ロケットを製作し、レインヒル・トライアルに出場して優勝した。この成功により、スティーブンソンはイギリス、アイルランド、アメリカ、そしてヨーロッパの多くの地域で鉄道用の蒸気機関車を製造する一流企業としての地位を確立した。^{[ 42 ] : 24–30} 常時蒸気機関車のみを使用した最初の公共鉄道は、1830年に建設されたリバプール・アンド・マンチェスター鉄道である。 ^{[ 43 ]}

蒸気動力は、1 世紀以上にわたって世界中の鉄道の主要な動力システムであり続けました。

電力導入

リヒターフェルデ路面電車、1882年

最初の電気機関車として知られるものは、1837年にスコットランドのアバディーンの化学者ロバート・デイビッドソンによって製造されたもので、ガルバニ電池（バッテリー）で駆動されていた。そのため、これは最古のバッテリー式電気機関車でもあった。デイビッドソンは後にガルバニという名のより大きな機関車を製造し、1841年にスコットランド王立芸術協会博覧会に出展した。7トンのこの車両には、各車軸の木製シリンダーに取り付けられた鉄の棒に作用する固定電磁石を備えた2つのダイレクトドライブ式リラクタンスモーターと、単純な整流子が搭載されていた。6トンの荷物を時速4マイル（時速6キロメートル）で1.5マイル（2.4キロメートル）の距離を牽引した。翌年の9月にエディンバラ・アンド・グラスゴー鉄道で試験走行されたが、バッテリーからの電力が限られていたため、一般向けには使用されなかった。鉄道員らは、この機関車を雇用の安定を脅かすものとして扱い、破壊した。^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]} 19世紀半ばまでに、ほとんどのヨーロッパ諸国は鉄道を軍事的に利用していました。^{[ 47 ]}

ヴェルナー・フォン・シーメンスは1879年、ベルリンで電気鉄道の実演を行った。世界初の電気路面電車であるグロース＝リヒターフェルデ路面電車は、1881年にドイツのベルリン近郊のリヒターフェルデで開業した。この電車はシーメンス社によって建設された。この路面電車は、走行レールから供給される直流180ボルトで走行した。1891年に架線が設置され、路線はベルリン＝リヒターフェルデ西駅まで延長された。国民電気鉄道は1883年にイギ​​リスのブライトンで開業した。この鉄道は現在も運行されており、世界最古の現役電気鉄道となっている。また1883年には、オーストリアのウィーン近郊でメードリング・ヒンターブリュール路面電車が開業した。これは架線から電力を得て定期運行する世界初の路面電車であった。 5年後、アメリカ合衆国では1888年にフランク・J・スプレーグが設計した機器を使用し、リッチモンド・ユニオン旅客鉄道で電気トロリーが初めて導入されました。^{[ 48 ]}

本線への最初の電化は、 1895年にボルチモア・アンド・オハイオ鉄道（B&O）のボルチモア・ベルト線の4マイル区間で行われました。この区間は、ボルチモアのダウンタウン周辺を巡る一連のトンネルを通って、B&Oの主要部分とニューヨークへの新線を接続しました。1897年にスプレイグが多重ユニット列車制御を発明したこともあって、電気はすぐに地下鉄の電力供給源として主流となりました。1900年代初頭までに、ほとんどの路面電車が電化されました。

1900年代初頭のロンドン地下鉄で電車に乗ろうと待つ乗客たち（作者不明のスケッチ）

世界最古の地下鉄であるロンドン地下鉄は1863年に開業し、1890年にはシティ・アンド・サウス・ロンドン鉄道（現在のロンドン地下鉄ノーザン線の一部）において、第4軌条システムを用いた電化サービスを開始しました。これは、電気牽引を採用した最初の主要鉄道でした。世界初の深層電気鉄道であるこの鉄道は、テムズ川の下を流れるロンドン市から南ロンドンのストックウェルまでを走っています。^{[ 49 ]}

最初の実用的な交流電気機関車は、当時チューリッヒのエリコンに勤務していたチャールズ・ブラウンによって設計された。1891年、ブラウンはラウフェン・アム・ネッカーの水力発電所とフランクフルト・アム・マイン西の間で、三相交流を使用して280km（170マイル）の長距離送電を実証した。ブラウンは、ジャン・ハイルマンの下で蒸気電気機関車の設計に携わっていたときに得た経験から、三相モーターは直流モーターよりもパワーウェイトレシオが高く、整流子がないため製造と保守が簡単であることに気付いた。^{[ b ]}しかし、当時の直流モーターよりもはるかに大きく、床下台車に搭載することができず、機関車車内にしか搭載できなかった。^{[ 51 ]}

1894年、ハンガリーの技術者カールマン・カンドは、電気機関車用の新型三相非同期電動駆動モーターと発電機を開発しました。カンドの1894年初頭の設計は、1896年から1898年にかけて建設されたフランスのエヴィアン＝レ＝バンの短距離三相交流路面電車に初めて採用されました。 ^{[ 52 ] [ 53 ]}

1896年、エリコンはルガーノ路面電車にこのシステムの最初の商用例を導入しました。各30トンの機関車には、110kW（150馬力）のモーター2台が搭載され、二重架線から供給される三相750V 40Hzで駆動されました。三相モーターは一定速度で走行し、回生ブレーキも備えているため、急勾配の路線に適しており、最初の幹線用三相機関車は1899年にブラウン社（当時はヴァルター・ボヴェリ社と提携）によってスイスのブルクドルフ-トゥーン線（40km）に納入されました。

1901年、イタリアのヴァルテッリーナにあるガンツ交流電気機関車のプロトタイプ

イタリア鉄道は、世界で初めて、短い区間ではなく幹線全長に渡って電気牽引を導入した鉄道であった。106kmのヴァルテッリーナ線は1902年9月4日に開通し、カンドとガンツ工場のチームによって設計された。^{[ 54 ] [ 55 ]}電気系統は3kV 15Hzの三相であった。1918年、^{[ 56 ]}カンドは回転位相変換器を発明・開発し、高電圧国内ネットワークの単純な産業周波数（50Hz）単相交流を1本の架空線から供給しながら、電気機関車で三相モーターを使用できるようになった。^{[ 55 ]}

交流牽引の普及に大きく貢献したのは、第二次世界大戦後のフランスのSNCF（フランス国鉄）でした。同社は交流50Hzで試験を行い、それを標準周波数として確立しました。SNCFの試験の成功を受けて、現在では産業周波数とも呼ばれる50Hzは、世界中の幹線鉄道の標準周波数として採用されました。^{[ 57 ]}

ディーゼル発電導入

スイスとドイツの共同生産：世界初の実用的なディーゼル電気鉄道車両 1914年

鉄道用内燃機関の記録に残る最古の例としては、ウィリアム・デント・プリーストマンが設計した試作機が挙げられる。ウィリアム・トムソン卿は1888年にこれを検査し、「石油エンジンを機関車に応用することを示すために、仮設のレール上で稼働する台車に搭載されたプリーストマン石油エンジン」と記した。^{[ 58 ] [ 59 ]} 1894年には、プリーストマン・ブラザーズ社製の20馬力（15kW）2軸機関車がハル・ドックで使用された。^{[ 60 ]}

1906年、ルドルフ・ディーゼル、アドルフ・クローゼ、蒸気・ディーゼル機関製造会社のゲブリューダー・スルツァーは、ディーゼル機関車を製造するためにディーゼル・スルツァー・クローゼ社を設立した。スルツァーは1898年からディーゼルエンジンを製造していた。プロイセン国鉄は1909年に同社にディーゼル機関車を発注した。世界初のディーゼル機関車は1912年夏、スイスのヴィンタートゥール・ローマンスホルン鉄道で運行されたが、商業的には成功しなかった。^{[ 61 ]}機関車の重量は95トン、出力は883kW、最高速度は100km/h（62mph）だった。^{[ 62 ]} 1920年代半ばにかけて、多くの国で少数の試作ディーゼル機関車が製造された。ソ連は1925年後半から3つの異なる設計の実験ユニットを運用したが、技術的に実行可能であることが証明されたのはそのうちの1つ（Eel-2）のみであった。^{[ 63 ]}

1914年に画期的な進歩が起こりました。ゼネラル・エレクトリック社の電気技師であったヘルマン・レンプが信頼性の高い直流電気制御システムを開発し特許を取得しました（その後の改良もレンプによって特許取得されました）。^{[ 64 ]}レンプの設計では、エンジンと発電機の両方を協調的に制御するために1つのレバーを使用し、これがすべてのディーゼル電気機関車制御システムのプロトタイプになりました。1914年に、ブラウン、ボベリ＆シー社の電気機器とスイスのスルツァーAG社のディーゼルエンジンを使用して、世界初の機能的なディーゼル電気鉄道車両がケーニヒ＝ザクセン州鉄道（ロイヤルザクセン州鉄道）向けにワゴンファブリック・ラシュタット社によって製造されました。これらはDET 1およびDET 2に分類されました（de.wiki）。最初に常用されたディーゼル電気機関車はスイッチャー（入換）機関車でした。ゼネラル・エレクトリック社は 1930 年代に小型のスイッチャー機関車をいくつか製造しました (有名な「44 トン」スイッチャーは 1940 年に導入されました)。ウェスティングハウス・エレクトリック社とボールドウィン社は 1929 年からスイッチャー機関車の製造に協力しました。

1929年、カナダ国鉄はウェスティングハウス社製の9000と9001の2両を導入し、北米で初めて本線でディーゼル機関車を導入した鉄道会社となった。^{[ 65 ]}

高速鉄道

ヨーロッパでは1960年代以前に最高速度200 km/h (120 mph) に達する蒸気機関車やディーゼル機関車の運行が開始されましたが、あまり成功しませんでした。

1964年に日本で導入された0系新幹線は、高速鉄道ブームのきっかけとなりました。

日本初の電化高速鉄道である東海道新幹線は、 1964年に東京と大阪間で開業しました。それ以来、最高時速300km（190mph）以上で運行する高速鉄道は、日本、スペイン、フランス、ドイツ、イタリア、中華人民共和国、台湾（中華民国）、イギリス、韓国、スカンジナビア諸国、ベルギー、オランダで建設されてきました。これらの路線の建設により、ロンドン・パリ・ブリュッセル間、マドリード・バルセロナ間、ミラノ・ローマ・ナポリ間などの接続都市間の短距離航空便や自動車交通量、そしてその他多くの主要路線が劇的に減少しました。

高速列車は通常、標準軌の連続溶接レールを走行し、大きな旋回半径を持つ立体交差軌道を 敷設しています。高速鉄道は旅客輸送を目的として設計されることがほとんどですが、一部の高速システムでは貨物輸送も行われています。

保存

1980 年以降、鉄道輸送は劇的に変化しましたが、多くの歴史的鉄道は、観光列車の運行のために古い鉄道路線を保存・維持するために、生きた歴史の一部として運行を続けています。

電車

列車は、線路上を走行する連結された複数の鉄道車両であり、通常は粘着牽引によって走行します。列車の推進力は、独立した機関車、または自走式多連装ユニット内の個々のモーターによって供給されます。ほとんどの列車は営業列車ですが、線路保守など鉄道会社独自の使用目的の非営業車両も存在します。機関士（北米では機関士）は機関車やその他の動力車を制御しますが、ピープルムーバーや一部の高速輸送システムは自動制御されています。

運搬

ナポリ中央駅のプッシュプル列車

伝統的に、列車は機関車によって牽引されます。これは、列車の先頭に1台以上の動力車を配置し、列車全体の重量を牽引するのに十分な牽引力を提供することを意味します。この配置は貨物列車で現在も主流であり、旅客列車にもしばしば用いられます。プッシュプル列車では、先頭の客車に運転席が設けられ、機関士が機関車を遠隔操作することができます。これにより、列車の方向転換のたびに機関車を先頭に移動させる必要がなくなるため、機関車牽引列車の欠点の一つが解消されます。鉄道車両は、旅客または貨物を牽引するために使用される車両です。

複数ユニットは、列車全体に動力車輪を備えています。これらは、高速輸送システムや路面電車、そして多くの短距離および長距離旅客列車に使用されています。鉄道車両は、単一の自走式車両で、電気で駆動するか、ディーゼルエンジンで駆動します。複数ユニットは、ユニットの両端に運転室を備えており、客車の下に収まるほど小型の電動モーターやその他のエンジンを製造できるようになったことを受けて開発されました。貨物用複数ユニットはごくわずかで、そのほとんどは高速郵便列車です。

動力

蒸気機関車は、粘着力を提供する蒸気エンジンを搭載した機関車です。石炭、石油、または木材が火室で燃焼し、ボイラーで水を沸騰させて加圧蒸気を生成します。蒸気は煙室を通過し、煙突または煙突から排出されます。その過程で、ピストンが駆動され、駆動輪（米国ではメインドライバー）のコネクティングロッド（米国ではメインロッド）とクランクピン（米国ではリストピン）を介して、または駆動車軸のクランクに直接動力を伝達します。蒸気機関車は経済性と安全上の理由から世界のほとんどの地域で段階的に廃止されていますが、多くの蒸気機関車が歴史的鉄道によって稼働可能な状態で保存されています。

電気機関車は、架線または第三軌条を介して固定電源から電力を取得します。一部の機関車はバッテリーも、または代わりに使用します。高圧交流で駆動する機関車では、機関車内の変圧器が高圧低電流電力を低電圧高電流に変換し、車輪を駆動する牽引モーターで使用します。現代の機関車は、三相交流誘導モーターまたは直流モーターを使用します。特定の条件下では、電気機関車が最も強力な牽引力となります。また、最も安価に運転でき、騒音が少なく、局所的な大気汚染もありません。ただし、架線とそれを支えるインフラストラクチャ、および発電に必要な発電所の両方に多額の資本投資が必要です。したがって、電気牽引は都市システム、交通量の多い路線、および高速鉄道で使用されます。

ディーゼル機関車はディーゼルエンジンを原動機として用います。エネルギー伝達方式はディーゼル・電気式、ディーゼル・機械式、ディーゼル・油圧式のいずれかですが、ディーゼル・電気式が主流です。電気ディーゼル機関車は、非電化区間ではディーゼル・電気式として、電化区間では電気機関車として走行するように設計されています。

代替的な動力源としては、磁気浮上、馬車、ケーブル、ラック・ピニオン、重力、空気圧、ガスタービンなどがあります。

旅客列車

中国で製造された高速新幹線の内部

旅客列車は、乗客が乗降する駅に停車します。列車の監視は、車掌/列車管理者/車掌の職務です。旅客列車は公共交通機関の一部であり、多くの場合、バスが駅まで運行する中核を成しています。旅客列車は、長距離都市間移動、毎日の通勤、または地域の都市交通サービスを提供しており、多様な車両、運行速度、優先権要件、および運行頻度（ヨーロッパでは、運行会社は列車種別を適宜使用します）で運行されています。運行頻度は、多くの場合、1時間あたりの列車本数（tph）で表されます。^{[ 66 ]}旅客列車は通常、都市間鉄道と都市内輸送の2種類の運行方法に分けられます。都市間鉄道は速度が速く、ルートが長く、運行頻度が低い（通常は時刻表通り）のに対し、都市内輸送は速度が低く、ルートが短く、運行頻度が高い（特にピーク時）です。^{[ 67 ]}

都市間列車は、都市間の停車駅が少ない長距離列車です。列車には通常、食堂車などの設備が備わっています。路線によっては、寝台車による夜行サービスも提供しています。長距離列車の中には、特定の名称が付けられているものもあります。地域列車は、都市と周辺地域を結ぶ中距離列車、または停車駅が多く速度が遅い地域列車です。通勤列車は都市部の郊外を走り、毎日の通勤サービスを提供しています。空港鉄道は、市内中心部から空港への迅速なアクセスを提供します。

VRクラスSm3ペンドリーノ高速列車

高速鉄道は、従来の鉄道よりもはるかに高速で運行する特別な都市間列車であり、最高速度は時速200～350キロメートル（120～220マイル）とされています。高速列車は主に長距離サービスに使用され、ほとんどのシステムは西ヨーロッパと東アジアにあります。上海のリニアモーターカーなどの磁気浮上式列車は、ガイドウェイの下側に向かって上向きに引き寄せられる下乗り磁石を使用しており、この路線は、短距離ではありますが、日常的な運行において従来の高速鉄道よりもいくらか高い最高速度を達成しています。速度が高いため、高速鉄道の路線配置は従来の鉄道よりも曲線が広くなる傾向がありますが、大きな運動エネルギーを持つ列車がより容易に登れるように、より急な勾配になることがあります。

高い運動エネルギーは、馬力対トン比（例えば、ショートトンあたり20馬力、またはトンあたり16キロワット）の向上につながります。これにより、列車は加速・高速維持が可能になり、運動量が蓄積され下り勾配で回復することで急勾配を走行することが可能になります（切土・盛土やトンネル掘削の必要性が軽減されます）。曲線では横方向の力が作用するため、曲線は可能な限り大きな半径で設計されます。これらの特徴はすべて貨物輸送とは大きく異なるため、経済的に実現可能であれば、高速鉄道専用線を建設することが正当化されます。^{[ 67 ]}

高速鉄道サービスは、従来の都市間列車よりも最高速度が高い都市間鉄道サービスですが、高速鉄道ほどの速度ではありません。これらのサービスは、従来の鉄道インフラを改良し、列車がより高速かつ安全に運行できるよう支援することで提供されます。

都市鉄道

高速輸送システムとは、大都市で建設され、あらゆる旅客輸送システムの中で最も輸送能力が高いシステムを指します。高架構造で、通常は地下または高架で建設されます。高速輸送システムは統一性に欠けるため、路線の配置は様々で、権利の種類（私有地、道路脇、中央分離帯）や幾何学的特徴（急カーブまたは広いカーブ、急勾配または緩勾配）も異なります。例えば、シカゴのL線は、ループ線の急カーブに対応するため、非常に短い車両で設計されています。ニュージャージー州のPATHは、トランスハドソントンネルのカーブに対応するため、同様のサイズの車両を使用しています。サンフランシスコのBARTは、路線で大型車両を運行しています。^{[ 67 ]}

地上では、小型の路面電車が利用できます。ライトレールシステムは、改良された路面電車技術を採用しており、専用の軌道を敷設し、場合によっては地下区間も備えています。モノレールシステムは高架で、中容量のシステムです。ピープルムーバーは、無人運転の高架式車両で、少数の駅のみを運行し、シャトルまたはループ運行で運行されることが多いです。より大容量のシステムは、自動ガイドウェイ輸送と呼ばれます。

貨物列車

列車に積まれた鉱物のバルク貨物

貨物列車は、貨物の種類に応じて専用化された貨車を用いて貨物を輸送します。貨物列車は、規模の経済性と高いエネルギー効率を備え、非常に効率的です。 ^{[ 68 ]}しかし、集配地点までの線路が不足しているため、輸送の両端で積み替えが必要となる場合、柔軟性に欠け、利用が減少する可能性があります。当局は、その効率性と道路交通量の削減を理由に、貨物鉄道輸送の利用を推奨することがよくあります。^{[ 69 ]}

コンテナ列車は、特に二重積み重ねによってコストが削減される北米で、一般貨物用として多くの場所で広く使用されるようになりました。コンテナは、船とトラックなど他のモード間や、ゲージの区切りで簡単に積み替えることができます。コンテナは、貨物を列車に手動で積み下ろししなければならなかったボックスカー（貨車）の後継者です。貨物の複合輸送コンテナ化は、サプライチェーン物流業界に革命を起こし、輸送コストを大幅に削減しました。ヨーロッパでは、スライド壁貨車が普通の幌馬車にほぼ取って代わりました。他のタイプの車には、冷蔵車、家畜用のストックカー、道路車両用のオートラックがあります。鉄道と道路輸送を組み合わせると、ロードレイラーによってトレーラーを列車に乗せることが できるため、道路と鉄道間の移動が容易になります。

バルク貨物の取り扱いは鉄道輸送の重要な利点です。積み替えコストが低い、あるいはゼロであることに加え、エネルギー効率と在庫コストが低いため、鉄道は道路輸送よりもはるかに安価にバルク貨物を輸送できます。典型的なバルク貨物には、石炭、鉱石、穀物、液体などがあります。バルク貨物は、オープントップ車、ホッパー車、タンク車で輸送されます。

メトロ

ニューヨーク市地下鉄は、駅の数で言えば世界最大の単一運営会社の高速輸送システムです。

ミラノ地下鉄は、長さ、駅数、乗客数においてイタリア最大の高速交通システムであり、ヨーロッパでも8番目に長い。^{[ 70 ]}

高速輸送システム（MRT）、大量高速輸送システム（MRT）、あるいはヘビーレール（重軌道）^{[ 71 ] [ 72 ]}は、一般的に都市部に建設される大容量の公共交通機関の一種です。トンネルを通って地下を通る高架式の高速輸送システム路線は、地域によって地下鉄、チューブ、メトロ、またはアンダーグラウンドと呼ばれます。^{[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]}高架鉄道では高架化されることもあり、その場合は「エレベーテッド（高架）」の略称であるエルトレインまたはスカイトレインと呼ばれることもあります。高速輸送システムは通常、電気鉄道であり、バスや路面電車とは異なり、歩行者や他の車両が通行できない専用通行権で運行されます。 ^{[ 77 ]}

近代的な高速輸送システム（Rapid Transit System）は、通常、鉄道線路上の電車を用いて駅間の指定路線で運行されている。一部のシステムでは、誘導ゴムタイヤ、磁気浮上（マグレブ）、またはモノレールが使用されている。駅は通常、プラットフォームが高く、車内には段差がないため、列車とプラットフォームの隙間を最小限に抑えるために特注の車両が必要となる。これらのシステムは他の公共交通機関と統合されており、多くの場合、同じ公共交通機関の当局によって運営されている。一部のRapid Transit Systemでは、Rapid Transitの路線と道路の間、または2つのRapid Transitの路線の間に平面交差が設けられている。^{[ 78 ]}

世界初の高速輸送システムは、1863年に蒸気機関車を使用して開通した部分的に地下化されたメトロポリタン鉄道であり、現在はロンドン地下鉄の一部となっています。^{[ 79 ]} 1868年にはニューヨークで高架のウェストサイド・アンド・ヨンカーズ・パテント鉄道が開通しましたが、当初は固定式の蒸気機関を使用したケーブル牽引の路線でした。

2021年現在、中国は世界最多の高速輸送システムを保有しており 、その数は40で^{[ 80 ]} 、総線路距離は4,500km（2,800マイル）を超え、2010年代の世界の高速輸送システムの拡張の大部分を担った。^{[ 81 ] [ 82 ] [ 83 ]}路線長で世界最長の単一事業者による高速輸送システムは上海地下鉄である。^{[ 84 ] [ 85 ]}駅数（合計472駅）で世界最大の単一高速輸送サービス提供者はニューヨーク市地下鉄である。^{[ 86 ]}年間乗客数で世界で最も混雑する高速輸送システムは上海地下鉄、東京地下鉄、ソウル地下鉄、モスクワ地下鉄である。

インフラストラクチャー

2022年時点の世界鉄道網地図

通行権

鉄道線路は、鉄道会社が所有または賃借している土地に敷設されます。丘陵地帯や山岳地帯では、緩やかな勾配を維持することが望ましいため、線路はしばしば迂回して敷設されます。路線の長さと勾配要件は、切土、橋梁、トンネルの設置によって短縮できます。これらの方法はすべて、用地開発に必要な資本支出を大幅に増加させる一方で、運行コストを大幅に削減し、より長い曲線半径での高速運転を可能にします。都市化が進む地域では、既存の土地への影響を最小限に抑えるため、トンネル内に鉄道を敷設することもあります。

追跡

左: 鉄道の分岐器、右:シカゴ交通局の制御ボックスは、高架のシカゴ L 線を南北行きのパープルラインとブラウンラインに誘導します。パープル ラインとブラウン ラインは、東西行きのピンクラインとグリーンライン、およびループ状のオレンジ ラインと交差し、ウェルズ ストリートとレイク ストリートの交差点の上空で高架上の権利のあるループを形成します。

線路は2本の平行な鋼製レールで構成され、枕木（枕木）と呼ばれる木材、コンクリート、鋼、またはプラスチック製の部材に垂直に固定され、一定の間隔（レールゲージ）を維持します。また、整地された地盤上に設置されたコンクリート基礎にレールを固定する「スラブ軌道」など、他のバリエーションも存在します。

軌間は通常、標準軌（世界の既存鉄道路線の約70%で使用）、広軌、狭軌に分類されます。^{[ 87 ]}軌間に加えて、線路は橋梁、トンネル、その他の構造物を安全に通過できるように、鉄道車両とその積荷の最大高さと幅を定義する積載限界に合わせて敷設されます。

軌道は円錐形のフランジ付き車輪を誘導し、操舵することなく車両を軌道上に維持します。そのため、列車は道路車両よりもはるかに長くなります。レールと枕木は通常、圧縮土で作られた基礎の上に敷かれ、その上にバラストが敷かれます。バラストは枕木からの荷重を分散し、上を通過する車両の重量によって地盤が時間の経過とともに沈下しても軌道が座屈するのを防ぎます。

バラストは排水手段としても機能します。特殊な地域では、より近代的な線路の中にはバラストを使用せずに直接取り付けられているものもあります。線路はプレハブ式の場合もあれば、現場で組み立てられる場合もあります。レールを溶接して連続レールにすることで、レール間の接合部におけるわずかな表面隙間によって生じる車両の摩耗を軽減できます。また、乗り心地も静粛になります。

曲線部では、外側のレールが内側のレールよりも高い位置にある場合があります。これは片勾配またはカントと呼ばれます。これにより、線路を変位させる力が減少し、立っている家畜や立っている乗客、あるいは座っている乗客にとってより快適な乗り心地が得られます。一定の片勾配は、限られた速度範囲で最も効果的です。

ポイントと分岐器（分岐器とも呼ばれる）は、列車を線路の分岐部に誘導するための装置です。通常の線路と同様に敷設されており、ポイントは通常、フロッグ（共通クロッシング）、チェックレール、そして2本の分岐器レールで構成されます。分岐器レールは信号システムの制御下で左右に動かすことで、列車の進路を決定します。

木製枕木の釘は経年劣化により緩むことがありますが、割れたり腐ったりした枕木は、新しい木製枕木またはコンクリート製の代替品に個別に交換できます。コンクリート製の枕木もひび割れや亀裂が生じることがあり、これも個別に交換可能です。地盤沈下によりレールが沈下した場合は、専用の機械で持ち上げ、枕木の下にバラストを詰めてレールを水平にすることができます。

適切な排水を確保するため、定期的にバラストを除去し、清浄なバラストと交換する必要があります。暗渠やその他の水路は、道床に水が溜まって土砂崩れが発生しないよう、常に清浄な状態に保つ必要があります。河川沿いに道床が設置されている場合は、通常、増水時の河岸浸食を防ぐため、追加の保護対策が施されます。橋梁は、重量のある列車が通過する際に短時間で大きな応力を受けるため、点検とメンテナンスが必要です。

ゲージの非互換性

世界の異なる地域、時には同じ国内でも異なる軌間が使用されている場合、旅客や貨物の移動に支障をきたす可能性があります。軌間の異なる2本の線路が交わる場所には、軌間の移動を容易にするために、複雑な乗り換え機構が設置されることがよくあります。インドやオーストラリアなど、複数の軌間を使用している国は、鉄道網の統一に多額の投資を行ってきました。中国は、西ヨーロッパへの貨物輸送を目的とし た近代化されたユーラシア・ランドブリッジを開発しています。

列車検査システム

高温ベアリング検出器を備えた牽引装置ユニット

鉄道設備の検査は、列車の安全な運行に不可欠です。世界中の鉄道では、様々な種類の欠陥検出装置が使用されています。これらの装置は、単純なパドルとスイッチから赤外線やレーザースキャン、さらには超音波音響分析まで、様々な技術を採用しています。70年以上にわたり、これらの装置の使用により、多くの鉄道事故が回避されてきました。

シグナリング

イギリスのバードン ヒルボックス(ここでは 2009 年に撮影) は、 1899 年に建てられたミッドランド鉄道のボックスですが、元の機械式レバー フレームは電気スイッチに置き換えられています。

鉄道信号は、列車の衝突を防ぐために鉄道の運行を安全に制御するシステムです。摩擦の少ない固定レールで走行する列車は、運転士の視認距離内で停止できない速度で頻繁に走行するため、衝突のリスクが特に高くなります。一方、ゴムタイヤと路面の間の摩擦が大きい道路車両は、制動距離がはるかに短くなります。ほとんどの列車制御では、鉄道網の各区間の責任者から乗務員に運行権限が委譲されます。すべての方法で信号の使用が必須というわけではなく、単線鉄道に特有のシステムもあります。

信号処理は伝統的に信号ボックスで行われ、信号係が分岐器や信号装置を操作するために必要なレバーフレームを収容する小さな建物です。これらは鉄道のルートに沿ってさまざまな間隔で設置されており、特定の線路区間を制御します。最近の技術開発により、信号操作が地域の制御室に集中化されたため、このような運用原理は不要になりました。これはコンピュータの使用が増えたことにより容易になり、広大な線路区間を一箇所から監視できるようになりました。一般的な閉塞信号方式では、線路を複数のゾーンに分割し、閉塞信号、運用規則、自動制御装置の組み合わせによって保護することで、常に1つの閉塞内に列車が1本だけになるようにします。

電化

電化システムは列車に電力を供給するため、車両に原動機を搭載せずに運行できます。これにより運行コストは削減されますが、沿線には多額の設備投資が必要になります。本線や路面電車では通常、線路沿いの電柱から架線が張られています。立体交差方式の高速輸送システムでは、地上に設置された第三軌条が使用される場合もあります。

電力は直流（DC）または交流（AC）で供給されます。最も一般的な直流電圧は、路面電車や高速輸送システムでは600Vと750V、幹線鉄道では1,500Vと3,000Vです。交流電圧は、主に15kVと25kVの2種類です。

駅

スイス、ルツェルンの貨物駅

鉄道駅は、乗客が列車に乗降する場所として機能します。貨物駅は、貨物の積み下ろし専用のヤードです。大規模な旅客駅には、切符の購入や食事など、乗客に便利な施設を提供する建物が少なくとも1つあります。小規模な駅は通常、プラットフォームのみで構成されています。初期の駅には、旅客と貨物の両方の施設が併設されていることもありました。^{[ 88 ]}

プラットフォームは列車への容易なアクセスのために使用され、地下道、歩道橋、踏切によって相互に接続されています。一部の大規模駅は袋小路として建設されており、列車は一方通行で運行されています。小規模な駅は通常、地元の住宅街に拠点を置き、フィーダーバスサービスに接続している場合もあります。大規模駅、特に中央駅は、都市の主要な公共交通ハブとして機能し、鉄道サービス間の乗り換え、高速輸送システム、路面電車、バスサービスへの乗り換えが可能です。

オペレーション

所有

1980年代以降、鉄道会社を分割し、車両を所有する会社とインフラを所有する会社を分離する傾向が強まっています。これは特にヨーロッパで顕著で、欧州連合（EU）はこの取り決めを義務付けています。これにより、どの鉄道事業者でもヨーロッパの鉄道網のどの部分にも自由にアクセスできるようになっています。英国では、鉄道線路は国有であり、公的機関（ネットワーク・レール）が線路の運営、保守、開発を行っています。一方、 1990年代の民営化以降、列車運行会社（Train Operating Companies）が列車の運行を行っています。^{[ 89 ]}

米国では、北東回廊を除くほぼすべての鉄道網とインフラは、貨物鉄道会社によって民営化されています。旅客鉄道、主にアムトラックは、貨物線のテナントとして運行されています。そのため、貨物鉄道と旅客鉄道の運行は緊密に同期・調整されなければならず、旅客列車は多くの場合、貨物鉄道会社によって運行されます。この共通システムのため、両社は連邦鉄道局（FRA）によって規制されており、AREMA（米国鉄道管理局）の線路工事に関する推奨基準と車両に関するAAR基準に従うことができます。^{[ 67 ]}

資金調達

鉄道会社の主な収入源は、旅客輸送の乗車券収入と貨物輸送の輸送料である。 ^{[ 90 ] [ 91 ]}頻繁に利用する乗客向けに、割引や月間パス（定期券や鉄道パスなど）が提供される場合がある。貨物輸送の収入は、コンテナスロット単位または列車単位で販売される。荷主が車両を所有し、輸送のみをレンタルする場合もある。旅客輸送の場合、広告収入が大きな割合を占めることがある。

鉄道輸送は他の主要な輸送手段に比べて外部性が低いため、政府は鉄道事業への補助金支給を選択する可能性がある。鉄道会社が国有企業である場合、政府は生産量の増加と引き換えに、単に直接補助金を支給するだけでよい。運営が民営化されている場合、いくつかの選択肢が考えられる。一部の国では、インフラを政府機関または企業が所有し、安全要件を満たす企業であれば線路への自由なアクセスを認める制度を採用している。このような場合、政府は線路を無償で提供するか、あるいは全費用を賄わない料金で提供するかを選択できる。これは、政府が道路への無料アクセスを提供するのと類似していると考えられる。旅客事業については、公有事業者に直接補助金が支払われるか、公共サービス義務入札が行われ、最低入札者に期間限定の契約が授与される可能性がある。EUの鉄道補助金総額は、2005年に730億ユーロに達した。 ^{[ 92 ]}

カナダのヴィア・レールと米国の旅客鉄道会社アムトラックは、それぞれの国の政府から認可を受けた民間鉄道会社です。自動車や航空会社との競争により民間旅客サービスが衰退するにつれ、民間企業は現金による入会金の支払い、あるいは機関車や車両の譲渡によってアムトラックの株主となりました。政府はアムトラックに対し、創業資金の供給と年度末の損失補填を通じて補助金を支給しています。^{[ 93 ]}

安全性

ユーロスタットと欧州鉄道機関によると、欧州の鉄道の乗客と乗員の死亡リスクは、自動車を使用する場合と比較して28倍低い（EU加盟27カ国の2008～2010年のデータに基づく）。^{[ 94 ] [ 95 ]}

一部の列車は道路車両よりも速く走行します。列車は重量があり線路から逸脱できず、停止距離が長くなります。起こりうる事故には、脱線（線路からの逸脱）、他の列車や道路車両との衝突、または踏切における歩行者との衝突があり、鉄道事故および死傷者の大部分を占めています。リスクを最小限に抑えるための最も重要な安全対策は、鉄道信号、踏切の遮断機または立体交差など、厳格な運用規則です。列車の汽笛、ベル、または警笛は列車の存在を警告し、線路脇の信号は列車間の距離を維持します。安全性を高めるために使用される別の方法は、プラットホームと線路を分離するプラットホームドアの追加です。これにより、重大な傷害または死亡につながる事故につながる可能性のある線路への不正侵入が防止されるほか、火災の危険をもたらす可能性のある線路上のゴミの堆積を防ぐなどの利点もあります。

日本の新幹線をはじめとする多くの高速都市間ネットワークでは、列車は踏切のない専用線を走行します。これはシステムの安全性にとって重要な要素であり、自動車、他の車両、歩行者との衝突の可能性を効果的に排除し、他の列車との衝突確率を大幅に低減します。また、都市間ネットワークの運行が定時性を維持できることも利点です。

メンテナンス

他のインフラ資産と同様に、鉄道も定期的な検査と保守を実施し、貨物輸送や旅客サービスに支障をきたすインフラの故障の影響を最小限に抑える必要があります。旅客は最も重要な貨物とみなされ、通常、より高速、より急勾配、そしてより高い輸送力／頻度で運行されるため、鉄道路線は特に重要です。検査方法には、軌道幾何学検査車や歩行検査などがあります。特に公共交通機関における曲線保守には、ゲージ測定、締結具の締め付け、レール交換などが含まれます。

レールの波状摩耗は、交通システムにおいて一般的な問題です。これは、軽量車軸の車輪通路が多く、車輪とレールの接触面が摩耗するからです。保守作業は運行と重なる場合があるため、保守時間帯（夜間、閑散時間帯、列車のダイヤやルートの変更など）を厳密に守る必要があります。さらに、保守作業中は常に乗客の安全（線路間の柵、資材の適切な保管、線路作業に関する通知、州付近の設備の危険性など）を考慮する必要があります。トンネル、高架構造物、混雑した都市景観などにより、保守作業員のアクセスに問題が生じる場合があります。このような場合、特殊な保守装置や従来の保守装置の小型版が使用されます。^{[ 67 ]}

高速道路や道路網では、個々の路線区間における連結されていない移動に容量が分散していますが、鉄道の容量は基本的にネットワークシステムとして考えられています。そのため、多くの要素がシステム障害の原因と結果となります。保守においては、路線の運行状況（列車の種類、発着地、季節的影響）、路線の容量（長さ、地形、線路数、列車制御の種類）、列車のスループット（最高速度、加減速率）、そして旅客貨物共用線におけるサービス特性（側線、ターミナル容量、分岐ルート、設計タイプ）など、多岐にわたる要素を考慮する必要があります。^{[ 67 ]}

社会、経済、エネルギーの側面

エネルギー

鉄道輸送は、エネルギー効率に優れている^{[ 96 ]}が、資本集約型である^{[ 97 ]}。軌道は滑らかで硬い表面を備えており、列車の車輪は比較的低い摩擦で転がることができる。

現代の典型的な貨車は、2台の四輪台車に最大113トン（125米トン）の貨物を積載できます。軌道は列車の重量を均等に分散するため、道路輸送に比べて車軸と車輪当たりの積載量が大幅に増加し、エネルギー効率が向上します。列車は積載量に比べて正面面積が小さいため、空気抵抗が低減し、エネルギー消費量も削減されます。

さらに、車輪を誘導する軌道の存在により、非常に長い列車を 1 台または数台の機関車で牽引し、カーブでも 1 人の運転士で運転することが可能となり、人員とエネルギー使用の両方において規模の経済が実現します。対照的に、道路輸送では、連結部が2 台を超えると横滑りが発生し、車両が安全ではなくなります。

エネルギー効率

輸送手段の移動に費やされるエネルギーだけを考え、リスボン市街地を例にとると、同様の乗車率で乗客1人当たりの距離あたりのエネルギー消費量を考えると、乗客の輸送に関しては電気鉄道が自動車より平均で2​​0倍効率的であると思われる。^{[ 98 ]}約6 L/100 km (47 mpg _‑imp ; 39 mpg _‑US )の燃料を消費する自動車を考えると、ヨーロッパの平均的な車は1台あたり約1.2人の乗客が乗車しており (乗車率約24%)、1リットルの燃料は約8.8 kWh (32 MJ) に相当し、平均441 Wh (1,590 kJ) の乗客1人当たりkmに相当します。これに対し、現代の電車の平均乗車率は 20%、消費電力は約 8.5 kW⋅h/km (31 MJ/km、13.7 kW⋅h/mi) で、1 人当たり 1 キロメートルあたり 21.5 Wh (77 kJ) となり、自動車の 20 分の 1 に相当します。

使用法

フィンランドのクオピオにあるサヴォ鉄道の跳ね橋を渡るSr1牽引の木材列車

これらの利点により、鉄道輸送は多くの国で旅客・貨物輸送の主要な手段となっている。^{[ 97 ]}ヨーロッパでは鉄道輸送が広く普及しており、統合されたネットワークが事実上大陸全土をカバーしている。インド、中国、韓国、日本では、何百万もの人々が鉄道を定期的な交通手段として利用している。北米では貨物鉄道輸送が広く普及し、頻繁に利用されているが、北東回廊以外では、自動車や飛行機など他の交通手段の好ましさが高まっているため、都市間旅客鉄道輸送は比較的少ない。^{[ 93 ] [ 99 ]}しかし、近隣地域でのアクセスを容易にするなど、新しく改良された方法を実施することで、通勤者が自家用車や飛行機を使用するのを減らすのに役立つ可能性がある。^{[ 100 ]}

南アフリカ、北アフリカ、アルゼンチンには広範囲にわたる鉄道網があるが、アフリカや南アメリカのその他の地域では、一部の鉄道は孤立した路線となっている。オーストラリアは人口密度に見合った疎らな路線網だが、特に南東部には重要な路線網を有する地域もある。オーストラリアには以前から存在する東西大陸横断線に加え、南北を結ぶ線が建設された。世界で最も標高の高い鉄道はチベットのラサへの路線で、^{[ 101 ]}部分的に永久凍土地域を走っている。西ヨーロッパは世界で最も鉄道密度が高く、各国の路線網の技術的・組織的差異にもかかわらず、多くの個別の列車が複数の国を通過している。

社会的および経済的影響

近代化

歴史的に、鉄道は近代性と進歩の理念の中心であると考えられてきた。^{[ 102 ]} 19世紀の近代化の過程では、空間志向の世界から時間志向の世界への移行が起こった。時間管理の重要性が高まり、鉄道駅には時計塔、公共の場には時計、鉄道員や旅行者は懐中時計を使うようになった。列車は正確な時刻表をたどり、早く出発することはなかったが、前近代では、客船は船長が十分な乗客を乗せるといつでも出発した。前近代では、現地時間は太陽が最も高い正午に設定されていたが、これは標準時間帯の導入により変わった。印刷された時刻表は旅行者には便利だったが、列車オーダーと呼ばれるより詳細な時刻表は列車乗務員、保守作業員、駅員、修理・保守作業員には不可欠であった。鉄道の時刻表の構造は、後にバス、フェリー、飛行機の時刻表、ラジオやテレビ番組、学校の時刻表、工場のタイムクロックなど、さまざまな用途に合わせて適応されました。^{[ 103 ]}

19世紀初頭の電信の発明は、鉄道網の発展と運営にも極めて重要な役割を果たしました。悪天候でシステムが混乱した場合、電信士は即座に修正情報と最新情報をシステム全体に中継しました。さらに、ほとんどの鉄道は単線で、待避線と信号機が設置されており、優先度の低い列車を待避させたり、列車を待ち合わせたりすることが可能でした。

国家建設

学者たちは鉄道を国家建設の成功と結びつけている。^{[ 104 ]}

企業経営モデル

歴史家ヘンリー・アダムスによれば、鉄道網には以下が必要であった。

鉄道は世代のエネルギーを消費する。なぜなら、資本、銀行、鉱山、溶鉱炉、商店、発電所、技術的知識、機械的な人口といったあらゆる新しい機械の創出が必要だったからだ。同時に、社会・政治の習慣、思想、制度を新たな規模と条件に適合させるよう着実に再構築する必要もあった。1865年から1895年までの世代は既に鉄道に担保されており、そのことを世代自身以上によく理解していた者はいなかった。^{[ 105 ]}

その影響は、輸送、財務、管理、キャリア、世間の反応という 5 つの側面から検証できます。

貨物と旅客の輸送

鉄道は、広大な国内市場を横断する貨物と旅客の輸送のための効率的なネットワークを形成し、その発展は製造業、小売・卸売業、農業、金融など、国家経済の多くの側面に恩恵をもたらしました。1940年代までに、アメリカ合衆国はヨーロッパに匹敵する規模の統合された国内市場を構築しましたが、国内障壁や関税はなく、共通の言語、金融システム、そして法制度によって支えられていました。^{[ 106 ]}

金融システム

鉄道への資金調達は、民間（非政府）金融システムの劇的な拡大の基盤となった。鉄道建設は工場建設よりもはるかに費用がかかった。1860年には鉄道の株式と債券の合計額は18億ドルだったが、1897年には106億ドルに達した（国家債務総額は12億ドル）。^{[ 107 ]}

資金はアメリカ北東部の金融業者とヨーロッパ、特にイギリスから提供された。^{[ 108 ]}資金の約10%は政府からのもので、特に一定量の線路が完成すると土地の無償提供という形で提供された。^{[ 109 ]}アメリカの金融システムは鉄道債券を基盤としており、1860年までにニューヨークが主要な金融市場となっていた。イギリスは世界中の鉄道に多額の投資をしたが、中でもアメリカへの投資は目立った。債券の総額は1914年までに約30億ドルに達した。しかし、1914年から1917年にかけて、イギリスは軍需品の購入資金としてアメリカの資産を売却した。^{[ 110 ] [ 111 ]}

現代的な経営

鉄道経営陣は、当時の他の産業で一般的だったものよりもはるかに複雑な同時関係を処理できる複雑なシステムを設計しました。土木技師が鉄道の上級管理職に就きました。アメリカにおける主要な革新者としては、1840年代のマサチューセッツ・ウェスタン鉄道とボルチモア・アンド・オハイオ鉄道、1850年代のエリー鉄道、そして1860年代のペンシルバニア鉄道が挙げられます。^{[ 112 ]}

キャリアパス

鉄道の発展は、ブルーカラーとホワイトカラーの両方にとって民間部門でのキャリアの出現につながりました。鉄道員は若い男性にとって生涯の仕事となり、女性はほとんど雇用されませんでした。典型的なキャリアパスは、18歳で工場労働者として雇用され、24歳で熟練整備士、25歳でブレーキマン、27歳で貨物車掌、57歳で旅客車掌に昇進するというものでした。ホワイトカラーのキャリアパスも同様に明確化されました。教育を受けた若い男性は事務職や統計業務からスタートし、駅係員や支部や中央本部の官僚へと昇進し、各レベルで知識、経験、そして人的資本を蓄積していきました。彼らの後継者は非常に少なく、事実上、終身雇用が保証され、保険と医療が提供されました。

雇用、解雇、賃金は、職長ではなく中央管理者によって決定され、えこひいきや性格の対立を最小限に抑えました。すべてが規則通りに行われ、ますます複雑化する一連の規則によって、あらゆる状況で何をすべきか、そして階級と賃金が正確に定められました。1880年代までに、鉄道員の定年退職が始まり、彼らのための年金制度が創設されました。^{[ 113 ]}

交通機関

鉄道は、多くの顧客や労働者を都市中心部や郊外へ輸送することで、社会の活性化と経済競争力の向上に貢献しています。香港は鉄道を「公共交通機関のバックボーン」と認識し、鉄道サービスと包括的に連携したフランチャイズバスシステムと道路インフラを整備しました。^{[ 114 ]}北京、上海、広州などの中国の大都市では、鉄道路線を都市交通システムの枠組み、バス路線を主体としています。^{[ 115 ]}日本の新幹線は、東京・神戸線に位置する「日本の産業と経済の中心」の増大する交通需要を満たすために建設されました。 ^{[ 116 ]}

軍事的役割

1914 年 8 月、前線へ向かう鉄道車両に乗ったドイツ兵。車両に書かれたメッセージは「ミュンヘンからメス経由でパリへ」。

鉄道輸送は軍事活動にとって重要となる場合がある。1860年代、鉄道は南北戦争[117]や普墺戦争、普仏戦争[118]において兵士や物資を迅速に移動させる手段を提供した。20世紀を通じて、鉄道^は迅速な軍動員の^{ための戦争}計画の重要な要素であり、多数の予備役を集合場所へ、歩兵を前線へ迅速かつ効率的に輸送することを可能にした。^{[ 119 ]}いわゆる戦略鉄道は、主に軍事目的で建設された。第一次世界大戦中のフランス西部戦線では、1日に多数の列車に積まれた軍需品が必要だった。^{[ 120 ]逆に、その戦略的価値のため、ドイツや占領下のフランスの鉄道操車場や橋は、第二次世界大戦中、}連合軍の空襲の主要目標となった。^{[ 121 ]}鉄道輸送とインフラは、ロシアのウクライナ侵攻のような今日の紛争において重要な役割を果たし続けており、ベラルーシとロシアの鉄道の破壊行為も戦争の進路に影響を与えた。

プラスの影響

鉄道は、成長を密集した都市圏とその幹線道路沿いに誘導する。これは、第二次世界大戦後の米国交通政策を象徴する高速道路の拡張とは対照的である。高速道路の拡張は、大都市圏周辺の郊外開発を奨励し、自動車走行距離の増加、炭素排出量の増加、未開発地域の開発、そして自然保護区の枯渇を招いた。こうした政策は、都市空間、地方税、^{[ 122 ]}住宅価格、そして複合開発の促進を再評価する。^{[ 123 ] [ 124 ]}

悪影響

鉄道網の発展には、反対意見もいくつかありました。例えば、1840年代にオーストリアに鉄道と蒸気機関車が導入された際、列車の騒音、悪臭、大気汚染、そして機関車の煤や燃えさしによる家屋や周辺の土地への被害が地元住民の怒りを買いました。また、移動距離が長距離でなかったため、新路線を利用する人はほとんどいませんでした。^{[ 125 ]}

汚染

2018年の研究では、北京地下鉄の開通により「大気汚染物質の濃度（PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO）のほとんどが減少した_が、_オゾン汚染_には_ほとんど影響がなかった」ことが判明した。^{[ 126 ]}

経済発展の指標としての近代鉄道

ヨーロッパの開発経済学者は、近代的な鉄道インフラの存在は、国の経済発展の重要な指標であると主張しており、この観点は、特に基本鉄道輸送インフラ指数（BRTI指数として知られる）を通じて示されている。^{[ 127 ]}

補助金

中国

2010年、 中国の鉄道支出は年間8400億円（2023年には1780億米ドル）であったが、2014年から2017年にかけて中国は年間8000億円（2023年には1680億米ドル）の目標を掲げ、2016年から2020年にかけて3.5兆円（2023年には6270億米ドル）を支出する計画であった。^{[ 128 ]}

インド

インド鉄道は約2,600億ルピー（2023年には50億米ドル）の補助金を受けており、そのうち約60％が通勤鉄道と短距離旅行に充てられている。^{[ 129 ]}

ヨーロッパ

2008年の欧州鉄道補助金（旅客キロ当たりユーロ） ^{[ 130 ]}

2017年欧州鉄道パフォーマンス指数（利用頻度、サービスの質、安全パフォーマンス）によると、欧州の国営鉄道システムの上位は、スイス、デンマーク、フィンランド、ドイツ、オーストリア、スウェーデン、フランスです。^{[ 131 ]}パフォーマンスレベルは、公共コストと特定の鉄道システムのパフォーマンスの間に正の相関関係があることを示しており、また、各国が公共コストに対して受け取る価値の違いも明らかにしています。デンマーク、フィンランド、フランス、ドイツ、オランダ、スウェーデン、スイスでは、費用に対して比較的高い価値を獲得していますが、ルクセンブルク、ベルギー、ラトビア、スロバキア、ポルトガル、ルーマニア、ブルガリアでは、欧州諸国の平均コスト対パフォーマンス比を下回っています。^{[ 131 ]}

国	数十億ユーロの補助金	年
ドイツ	17.0	2014年[ 132 ]
フランス	13.2	2013年[ 133 ]
イタリア	8.1	2009年[ 134 ]
スイス	5.8	2012年[ 135 ]
スペイン	5.1	2015年[ 136 ]
イギリス	4.5	2015年[ 137 ]
ベルギー	3.4	2008年[ 130 ]
オランダ	2.5	2014年[ 138 ]
オーストリア	2.3	2009年[ 130 ]
デンマーク	1.7	2008年[ 130 ]
スウェーデン	1.6	2009年[ 139 ]
ポーランド	1.4	2008年[ 140 ]
アイルランド	0.91	2008年[ 140 ]

ロシア

2016年、ロシア鉄道は政府から949億ルーブル（約14億ドル）を受け取った。^{[ 141 ]}

アメリカ合衆国

2015年に米国連邦政府からアムトラックに提供された資金は約14億ドルでした。^{[ 142 ]} 2018年までに、割り当てられた資金は約19億ドルに増加しました。^{[ 143 ]}

参照

• バッテリー電気マルチユニット - ゼロエミッションの無配線列車
• 電気式多連装ユニット - 機関車のない電車
• 電気蒸気機関車 - 電気で加熱されるボイラーを備えた蒸気機関車
• 鉄道輸送における環境設計
• 地面効果列車 – 列車の種類
• 国別の路面電車とライトレール交通システムの歴史
• 輸送の歴史
• 水素列車 – 水素を輸送または使用する列車
• 国際鉄道連合 – 国際鉄道輸送業界団体
• 鉄道輸送網の規模による国別リスト
• 鉄道利用国一覧
• 鉄道関連定期刊行物一覧
• 鉄道会社一覧
• 鉄道業界の職業一覧
• メガプロジェクト – 非常に大規模な建設・投資プロジェクトリダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• 鉱山鉄道 – 鉱山内で運行される鉄道の種類
• 鉄道輸送の概要 – 鉄道輸送の概要とトピックガイド
• 旅客鉄道用語 – 旅客鉄道の路線と設備に使用される用語
• 国別の鉄道輸送
• 鉄道システム工学 - 鉄道の建設と運営に必要な工学原理の研究リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• 蒸気タービン機関車 - 蒸気タービンを使用する機関車
• Vactrain  – 真空管内の列車

注記

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出典

• ダフィー、マイケル・C. (2003). 『電気鉄道 1880–1990』IET . ISBN 978-0-85296-805-5。

さらに読む

• バートン、アンソニー著『鉄道帝国：イギリスはいかにして世界に鉄道をもたらしたか』（2018年）抜粋
• チャント、クリストファー著『世界の鉄道：鉄道輸送の歴史と発展』（チャートウェル・ブックス、2001年）。
• フェイス、ニコラス著『鉄道が創った世界』（2014年）抜粋
• フリーマン、マイケル. 「文化的メタファーとしての鉄道：『鉄道史とはどのようなものか？』再考」交通史ジャーナル20.2（1999年）：160-167。
• ムコパディアイ、アパラジタ著『帝国の技術と「現地」主体性：植民地インドにおける鉄道の社会史、1850-1920』（テイラー＆フランシス、2018年）。
• ノック、OS鉄道の今と昔：世界史（1975年）オンライン
• ノック、OS世界鉄道地図帳（1978年）オンライン
• ノック、OS 『幹線鉄道150年史』（1980年）オンライン
• ピリー、ゴードン. 「鉄道史の追跡」交通史ジャーナル35.2（2014年）：242-248。
• 澤井実編『東アジアにおける鉄道技術の発展と比較』（#Sringer、2017年）
• トレインズ・マガジン『北米鉄道歴史ガイド』（第3版、2014年）
• ウォルマー、クリスチャン著『血と鉄と金：鉄道はいかに世界を変えたか』（パブリック・アフェアーズ、2011年）。

外部リンク