铁路运输史

铁路运输的历史源远流长，其演进过程不仅反映了工程技术的进步，更是推动人类社会工业化与全球化进程的核心动力。铁路历史的发展可依据轨道材质与动力来源的变革，划分为数个具代表性的阶段。

铁路运输的雏形可追溯至前工业时代，早在16世纪德国与英国的矿场中，已出现利用木制轨道铺设的马车铁路（Wagonways）。这种早期的运输系统旨在降低车轮与地面接触的摩擦力，以便利用畜力更高效地运送煤炭与矿石。进入19世纪，随着蒸汽机技术的成熟，铁路运输迎来了革命性的突破。1804年，理查·特里维西克成功研发出世界上首台实用化的蒸汽机车。随后，乔治·史蒂芬生对机车设计进行了系统性的改良，其著名的“火箭号”机车证明了蒸汽动力在速度与可靠性上的优势。

在18世纪初，英国已在铁路技术领域彻底领先欧洲大陆，成为随后工业革命向全球输出铁路文明的核心发源地。1825年开通的斯托克顿和达灵顿铁路，成为全球首条使用蒸汽机车的公共铁路。随后的数十年间，铁路网络在欧洲与北美迅速扩张。1869年，美国第一条横贯大陆铁路的竣工，不仅象征着工程技术的胜利，更大幅缩短了长距离运输的时间。铁路作为工业革命的最具代表性的产物之一，确保了煤炭、原材料与制成品的快速流通，大幅降低了运输成本，并刺激了区域贸易与经济结构的转型。

进入20世纪后，铁路经历了持续的现代化变革。为了追求更高的运输效率，各国铁路系统逐渐从蒸汽动力向内燃与电力牵引过渡。1964年，日本东海道新干线的通车标志着高速铁路时代的降临，高速铁路因较高的能源效益、速度及舒适性，自20世纪末开始在欧洲和东亚地区迅速发展。

## 铁路的起源

### 轨道雏形

铁路运输的基础物理概念，即透过预设轨道导向以降低摩擦力并增加承载力，其起源可追溯至早期的人类文明。考古证据显示，早在4,000年前的青铜时代，人类可能已开始在石场中开凿简单的沟槽以利运输。目前已知最古老的人造路径之一，是位于英格兰萨默塞特平原布鲁河的“波斯特古道”（Post Track）。这条建于约公元前3838年的史前木制堤道，比同一地区著名的“斯威特古道”（Sweet Track）还要早约30年。尽管这类路径主要用于行人穿越湿地，而非供车辆行驶，但其结构展示了早期人类对人工加固路面的初步尝试，部分路段至今已被列为英国在册古迹。

真正具备轨道导向功能的系统，首见于古典时期的古希腊。约公元前600年，古希腊人在科林斯地峡建造了名为“迪奥科斯”（Diolkos）的石制铺面轨道。这条路径长约6至8.5公里，其设计是在石灰岩路面上开凿平行的沟槽，用以固定车轮并导向，确保载运船只的车辆能沿直线行驶。这套系统由人力或畜力牵引，有效缩短了地中海航运的航程，使用时间长达650年以上，直到公元1世纪仍在使用。

此外，古埃及的石场以及罗马帝国治下的埃及地区，均发现了类似的石制铺面轨道遗迹。罗马建筑师在修筑庞大的罗马道路系统时，亦常在铺石路面刻入沟槽，为往来的车辆提供稳定的行驶轨迹。这些古典时代的轨道技术虽然在欧洲中世纪一度式微，但其隐含的力学原理，最终在16世纪德国矿区的木制轨道中重新复苏。

### 木制轨道

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随着中世纪末期采矿业的兴起，人类对重载运输的需求日益增加，使用木制轨道的矿坑轨道系统（Wagonways）应运而生，令车辆不再受限于泥泞不堪的公共道路，显著提升了运输效率。其中一个最著名的古代木制轨道系统，是于1515年由马特乌斯·朗·冯·韦伦堡主教（Cardinal Matthäus Lang）所记录、位于奥地利萨尔茨堡要塞的“莱斯列车”（Reisszug）。这是一条采用木制轨道与麻绳牵引的缆索铁路，初期依靠人力或畜力转动踏车驱动。时至今日，虽然该路线已经过多次升级，但其运作历史超过五百年，被公认为全球现存最古老且仍在营运的轨道运输系统。

16世纪中叶，木制轨道在中欧矿区已相当普及。科学家格奥尔格·阿格里科拉（Georgius Agricola）于1556年在其钜著《论矿冶》（De re metallica）中详述了这类系统。当时的矿车被昵称为“狗”（Hunde），因其运作时在木轨上发出的隆隆声似犬吠。这类车辆采用没有轮缘的车轮，依靠底盘下方的导向销卡入两块木制平板间的缝隙，从而维持行驶路径。虽然此技术有效改善了运输效率，但木轨极易在潮湿的矿坑环境中腐烂，且缝隙常因积藏异物而导致脱轨。

16世纪后半叶的伊丽莎白一世统治时期，许多德意志矿工受聘前往英国来促进采矿业发展，亦将这项技术传入大不列颠。最早的实证出现在1560年代的坎伯里亚郡，标志着英国轨道运输的开端。在16世纪末至17世纪初，英国的轨道技术开始从地下矿区延伸至地面。约于1600年左右，在利物浦附近的普雷斯科特 (马西塞特郡)建成了一条重要的木制轨道。该线路由菲腊·莱顿（Philip Layton）拥有，其主要功能是将煤炭从普雷斯科特广场附近的矿坑，运往约半英里外的终点站。

1604年，亨廷顿·博蒙特（Huntingdon Beaumont）于诺定咸附近兴建了“沃拉顿轨道”（Wollaton Wagonway）。这条路线与早期的系统不同，它不使用导向销技术。随后，这类铁路也在史乐郡等地出现，多用于将煤炭从矿坑直接运往河岸码头。

进入18世纪，轨道技术日趋成熟。1758年建于列斯的米德尔顿铁路（Middleton Railway），随后成为全球持续营运历史最悠久的公共铁路（缆索铁路除外）。而在美洲殖民地，首条轨道系统亦于1764年在今日纽约州刘易斯顿落成。这一时期的技术积累，为即将到来的钢铁轨道与蒸汽动力革命奠定了基础。

### 金属轨道

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18世纪是铁路轨道技术变革的关键时期。约于1730年代，英国发明家劳夫·艾伦（Ralph Allen）研发出单侧轮缘车轮（Single-flanged wheel），这项创新让车轮能安全地卡在轨道内侧行驶。1767年，科尔布鲁克代尔（Coalbrookdale Ironworks）的主理人理察·雷诺兹（Richard Reynolds）在遭遇生铁销路不佳时，为了消化库存，将生铁铸成板状并铺设在厂内已磨损的木轨上。这项权宜之计却意外证明了金属轨道在承载力与耐用度上的优势，被后世视为金属轨道时代的开端。最初，这种轨道只能透过环形回车道（Balloon loops）转向，随后移动式转辙器的发明，使避车线的设置成为可能，极大地提升了单线铁路的营运效率。

在18世纪末至19世纪初，铁路界存在两种竞争系统。首先是约翰·库尔（John Curr）于1787年改良、并由本杰明·奥特拉姆（Benjamin Outram）推广的“板式轨”（Plateway）。这种系统采用L型铁板，利用轨道上的凸起边缘来引导平滑的车轮。1803年开通的素里铁路（Surrey Iron Railway）即采用此制。与此同时，威廉·杰索普（William Jessop）于1789年引入了“边缘轨”（Edge rail）系统，将导向功能从轨道转移至车轮——即采用平滑轨道配以具备轮缘的车轮。1796年启用的莱克洛克铁路（Lake Lock Rail Road）被视为首条采用边缘轨的轨道运输系统。最终，边缘轨系统因摩擦力较小且不易积垢，被证明优于板式轨，成为早期铁路的标准。

早期的实验证明，虽然在木轨表面覆盖铸铁板能提升耐用度，但这种大面积的铸铁板不仅成本高昂，且在重压下容易脆裂。为了克服这些缺陷，工程师开始研发更窄、更厚实的铸铁条形轨道，1795年启用的德比运河铁路（Derby Canal Railway）便是最早使用实心铁轨的例子。然而，早期的铸铁轨道因质地脆弱，在重载下极易断裂。这项瓶颈直到1820年约翰·比金绍（John Birkinshaw）发明锻铁轨道后才得到解决。锻铁具备良好的延展性，能承受巨大冲击而不碎裂。配合亨利·科特（Henry Cort）早前发明的搅炼法与轧制法，以及詹姆斯·博蒙特·尼尔森（James Beaumont Neilson）的热风炉炼铁技术，锻铁轨道的生产成本大幅下降，促使全铁制轨道全面取代木铁复合轨道。

尽管锻铁解决了断裂问题，但其材质较软，在频繁使用下容易产生剥落与变形，寿命通常不足十年。1860年代末，贝塞麦转炉炼钢法的引入实现了钢材的大规模生产，铁路历史遂进入“钢轨时代”。钢轨的寿命较铁轨高出数倍，且能支撑重量更大的车辆。至19世纪末，平炉炼钢法进一步提升了钢材品质。钢轨的普及与钢铁工业的扩张形成了互惠循环。

在轨道支撑结构方面，英国于1770年左右曾尝试废除木制轨枕，转而将铁轨直接安装在沉重的石座上，以期获得更长的使用寿命。然而，随着19世纪初蒸汽机车等机械动力的引入，列车运作产生的巨大震动与重量令石座暴露出致命缺陷：它们缺乏缓冲弹性且难以维持精确的轨距。为了应对更高强度的负载，最终重新采用木制横向轨枕。这种具备韧性且能有效固定两条钢轨相对位置的设计，在随后的近两个世纪中成为全球铁路的标准规格。

### 马车铁路

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在蒸汽机车全面普及之前，早期铁路主要依赖畜力（以马匹为主）作为牵引动力。18世纪末，技术革新集中于轨道材质的提升。例如1787年启用的劳恩达尔轨道（Rauendahler Schiebeweg），于1794年将原有的木制轨道更换为铸铁轨。随后在1795年开通的德比运河铁路（Derby Canal Railway），因其运输服务开放予沿线多个不同用户，而非仅限于单一企业自用，在史学界常被视为具备“公共”性质铁路的开端。

这一时期的铁路运作巧妙地利用了自然地形。在北英格兰等山区，载重的货车常利用重力沿坡道自行滑下至谷底或港口，全程辅以手动刹车控制速度；空车则由马匹重新拉回山上的矿区。1801年，英国国会正式授权兴建从旺兹沃思至克罗伊登的铁路，这是首条获得法规保障的公共运输铁路。有趣的是，该铁路的营运模式类似于收费道路，使用者必须自备马车及牵引用的马匹方可使用轨道。

与此同时，马车铁路技术亦在欧洲大陆与北美快速扩散。1809年，美国首条马车铁路在费城出现。在德国，工业家腓特烈·哈科特（Friedrich Harkort）于1820年代推动了多项铁路计划，其中1828年完工的施莱布施-哈斯佩煤炭铁路（Schlebusch-Harkorter Kohlenbahn），全长约7.5公里，是德国早期具规模的窄轨马车铁道。随后于1831年启用的威廉王子铁路（Prinz-Wilhelm-Eisenbahn），更成为德国境内首间铁路股份公司，营运初期长达13年完全依赖马力，并在1833年开始尝试提供带有娱乐性质的客运服务。

在奥地利帝国，1827年至1832年间兴建的布德维斯-林兹马车铁路（Pferdeeisenbahn Budweis–Linz），连接波希米亚与奥地利，全长达128公里，曾是当时世界上最长的马车铁路。虽然法国的圣德田和安德烈齐厄铁路（Ligne de Saint-Étienne à Andrézieux）在营运时间上略早，但奥地利系统的庞大规模展示了铁路在整合跨区域交通方面的巨大潜力。随着1830年代蒸汽技术的成熟，这些马车铁路系统亦逐渐转型为蒸汽动力。

## 蒸汽时代的黎明

### 瓦特与高压蒸汽机

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18世纪末至19世纪初，英格兰与苏格兰凭借工业革命的领先地位，成为铁路与蒸汽动力结合的发源地，使蒸汽机逐渐从矿坑抽水机演变为铁路牵引动力。18世纪中叶，苏格兰工程师詹姆斯·瓦特（James Watt）大幅改良了汤玛斯·纽科门（Thomas Newcomen）的定置式发动机蒸汽机。早期的尝试多集中于定置式蒸汽机驱动的缆索牵引系统，但工程师们始终未放弃开发自走式动力车辆的理想。虽然瓦特在1784年提出了蒸汽机车的专利设计，并试制了一台小型玩具大小的移动式蒸汽机，其汽缸冲程仅51毫米，驱动直径19毫米的活塞。但受限于当时的锅炉技术，其庞大的冷凝器与低压蒸汽运作机制并不适合安装于车辆。同年，其助手威廉·默多克（William Murdoch）成功制成自走式蒸汽车模型，预示了交通工具变革的可能。

真正实现蒸汽铁路运输的是来自康和郡的工程师理察·特里维西克（Richard Trevithick）。1804年，他利用高压蒸汽驱动活塞，舍弃了笨重的冷凝器，为南威尔士梅瑟蒂德菲尔的潘尼达伦铁工厂铁路开发出首台实用化的蒸汽机车。据文献记载，该机车于同年2月13日首次运行，仅耗时4小时5分钟便牵引10吨货物及70名乘客行驶了15公里，达成人类史上首次由蒸汽机车牵引的铁路旅程；同年2月21日，这台机车在南威尔士潘尼达伦铁路上成功牵引载重列车。尽管特里维西克随后在伦敦展示了名为“谁能捉我号蒸汽机车”（Catch Me Who Can）的机车，但由于铸铁轨道无法承受巨大重量而频繁断裂，这台先驱机车最终被撤下轨道，改作轧钢厂的动力设备。

特里维西克的机车当时仍采用无缘轮设计，依靠轨道内侧的凸缘进行导向，这种设计沿袭自当年的板式轨道。这段历史证明，高性能钢轨（锻铁或轧制钢）的出现是铁路普及的必要前提。19世纪初的欧洲局势意外推动了技术变革：拿破仑战争导致饲料价格暴涨，畜力运输成本激增，迫使矿主转向寻求更具经济效益的机械动力。在随后的十年间，多位工程师致力于完善机车设计，技术瓶颈逐步获得突破。

1812年，马修·默里（Matthew Murray）为米德尔顿铁路研制了“萨拉曼卡号蒸汽机车”（Salamanca）。为解决早期边缘轨承重力不足及黏着式铁路（黏着力）未知的担忧，该机车采用了首创的齿轨铁路设计。翌年，克里斯多福·布莱克特（Christopher Blackett）与威廉·赫德利（William Hedley）研制出“喷气比利号蒸汽机车”蒸汽机车（Puffing Billy），透过多轮传动成功证明单靠轮轨黏着力即可产生足够牵引力。这台机车现存于伦敦科学博物馆，是世上现存最古老的火车头。

### 史蒂芬生与现代铁路

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在蒸汽铁路的普及与发展过程中，出身北英格兰的工程师乔治·史蒂芬生（George Stephenson）扮演了决定性的角色。他在吸取前人经验后，将蒸汽铁路推向成熟。1814年，他推出首台机车“布吕歇尔号蒸汽机车”（Blücher），这也是一辆成功的轮缘黏着式机车。1821年，当爱德华·皮斯（Edward Pease）获得国会授权兴建连接蒂斯河畔斯托克顿与达灵顿的马车铁路时，史蒂芬生成功游说其采用铸铁轨道与蒸汽动力。1825年9月27日，他为斯托克顿和达灵顿铁路（Stockton and Darlington Railway）建造了“机车一号”（Locomotion No. 1），开创了公共蒸汽铁路的先河。值得注意的是，史蒂芬生在该铁路采用的1,435毫米（4英尺8½吋）轨距，随后因史蒂芬生机车外销至欧美各地，最终演变成全球铁路的“标准轨”。然而，早期的蒸汽机车仍充满风险，“机车一号”于1828年发生锅炉爆炸，导致司机约翰·克里丧生。1829年，史蒂芬生设计的“火箭号”（Rocket）机车在雨山选拔赛（Rainhill trials）中凭借多管锅炉设计脱颖而出，彻底证明了蒸汽机车在速度与效率上的绝对优势。

19世纪初，铁路的发展从理论构想迈向了商业实践。早在1812年，美国工程师奥利弗·埃文斯（Oliver Evans）率先提出以长途铁路网连结城镇的远景，提升物资与人员的流动速度。与此同时，英国测量师威廉·詹姆斯 (测量师)（William James）受特里维西克早期蒸汽实验的启发，积极规划英国国家铁路网络。尽管詹姆斯后来因破产而被迫将其规划交予乔治·史蒂芬生，但他对利物浦和曼彻斯特铁路的初步勘测，使其在史学界赢得“铁路之父”的美誉。1830年启用、连接利物浦海港与纺织重镇曼彻斯特的利物浦及曼彻斯特铁路（L&MR）标志着现代铁路制度的确立。这是首条完全由蒸汽机车牵引，并严格执行客货运时刻表的公共铁路。在同年9月15日的通车典礼上，国会议员威廉·赫斯基森不幸被“火箭号”机车撞倒并伤重不治，成为铁路史上首位因事故丧生的公众人物。虽然投资者最初侧重于货运利润，但通车后客运需求的爆发性增长让各界惊觉铁路在社交与通勤上的巨大潜力。

早期的铁路多为短程，目的在于连接矿区或特定城市。直到1837年，全长约82英里（132公里）的“大交汇铁路”（Grand Junction Railway）在英格兰中部通车，成为当时欧洲最长的蒸汽铁路。随后在1838年，伦敦和伯明翰铁路亦全线通车。利物浦和曼彻斯特铁路的成功经验，随后成为全球铁路建设者的范本，吸引了无数工程师前往观摩学习，为19世纪中叶横跨欧美的“铁路狂热”（Railway Mania）拉开了序幕。

铁路网的扩张直接促成了现代旅游业的诞生。1841年，英国禁酒运动者汤玛斯·库克（Thomas Cook）利用铁路运输费用低廉的特性，策划了全球首个团队旅游活动并获得巨大成功，库克亦因此被誉为“近代旅游之父”。随着铁路技术向欧洲及世界各地扩散，令旅游活动的受众层面迅速由精英阶层向下扩张，引发了“大众旅游业”的兴起。至1850 年，全球已启用的铁路里程约为4万公里，其中绝大部分集中于西方工业化国家。

## 全球扩张与工业革命

### 北美洲铁路的兴起

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自英国斯托克顿和达灵顿铁路取得成功后，美国展现了对蒸汽技术的浓厚兴趣。与欧洲大陆初期情况相似，美国铁路早期深受英国技术与经验影响，累计从英国进口了114台蒸汽机车。1829年8月8日，由特拉华和哈德逊运河公司向英国订购的“斯图尔布里奇狮子号蒸汽机车”（Stourbridge Lion）成为北美首台投入运用的蒸汽机车。

美国很快便展现出强大的自主研发能力。1830年，两台标志性的国产机车相继问世：分别是纽约制造的“查尔斯顿之友号蒸汽机车”（Best Friend of Charleston）以及由彼得·库珀（Peter Cooper）研发的“拇指汤姆号蒸汽机车”（Tom Thumb）。后者在同年与马匹进行的竞赛中获胜，奠定了机械动力优于畜力的社会共识。随后在1831年，马修·威廉·鲍德温（Matthias William Baldwin）于费城创办了鲍德温机车厂，该厂后来发展成为全球最大的蒸汽机车生产商，产品远销至世界多国。

美国铁路网的扩张速度极快，迅速超越了铁路发源地英国。1827年，为了与当时计划兴建的切萨皮克和俄亥俄运河竞争，美国第一家公共铁路公司巴尔的摩与俄亥俄铁路（B&O）在马里兰州成立。1833年，南卡罗来纳运河与铁路公司便建成了全长219公里的铁路。此后，铁路建设逐渐加速，并吸引大量私人资本投入，引发了被称为“铁路狂热”的投资潮。1835年，美国境内已铺设逾1,600公里轨道；及至1850年代，密西西比河以东的所有州份均已建立铁路连接。铁路网的扩展不仅改善了运输效率，也刺激了煤炭、铁与钢铁产业的成长，形成交通建设与工业发展相互促进的循环。1869年5月10日，金道钉被钉入铁轨，象征第一条横贯大陆铁路的完工，美国东西沿岸首次实现铁路连结，将原本需要四个月甚至更长时间的旅程缩短到短短一周，成为美国“西进运动”与经济崛起的核心动力。

相比之下，加拿大的铁路发展进程略显迟缓。虽然1836年在满地可附近出现了首条铁路，但直到1849年《铁路担保法案》出台后才进入大规模建设期。与美国旨在“征服荒野”的开发导向不同，铁路对加拿大而言是维系国家统一与政治主权的重要工具。1885年，加拿大太平洋铁路（Canadian Pacific Railway）首条横贯大陆铁路竣工，这条钢铁大动脉将广袤的国土紧密联系在一起，象征着加拿大现代国家的初步成型。

### 欧陆铁路网的扩张

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1835年后，铁路技术从英国向欧洲大陆大规模扩散。比利时凭着密集的煤铁工业与高人口密度，成为欧洲大陆首个由国家主导并大规模建设铁路的国家。1835年5月5日，由利奥波德一世国王下令修建、连接布鲁塞尔与梅赫伦的铁路通车（今已成为比利时铁路25号线之一部分），成为欧陆首条纯蒸汽动力铁路。比利时铁路网的迅速成型，不仅缓解了因荷兰封锁水路造成的运输困境，更促成了1846年巴黎至科隆跨国铁路的贯通，其路网密度至今仍居世界前列。

在德意志邦联，铁路时代以纽伦堡至菲尔特之间的巴伐利亚路德维希铁路（Ludwigs-Eisenbahn-Gesellschaft）于1835年12月7日开通为标志，被普遍视为德国铁路的诞生日。然而，由于早期煤炭运费高昂，该铁路在初期仍以畜力为主，蒸汽动力为辅。真正意义上的纯蒸汽动力长途铁路是1837年启用的莱比锡-德累斯顿铁路公司莱比锡至阿尔滕线。随后，在经济学家弗里德里希·李斯特的宏观规划下，德意志各邦国开始有系统地构建全国铁路网，为后来德意志统一提供了重要基础。

奥地利哈布斯堡王朝于1837年开启蒸汽铁路史，其技术成就集中于山区铁路的开发。1854年完工的塞默灵铁路（Semmering Railway）是全球首条高山铁路，证明了蒸汽火车亦能克服复杂的地形障碍。与此同时，法国在经历早期的争议与犹疑后，于1842年透过立法确立了以巴黎为核心的放射状路网规划。这种由国家征收土地、私人资本建设营运的模式，使法国铁路网在1880年代迅速突破三万公里。

瑞士虽然因地理险峻与资金匮乏而起步较晚，直到1847年，瑞士第一条铁路——连接苏黎世和巴登的瑞士北方铁路（Schweizerische Nordbahn）才正式开通，但随后凭借卓越的隧道工程技术反超邻国。1882年哥达铁路（Gotthardbahn）及当时全球最长的15公里隧道竣工，彻底改变了欧洲南北交通。在东欧，如今波兰境内首条铁路于1842年在西里西亚地区（当时还不属于波兰）出现，即上西里西亚铁路的弗罗茨瓦夫至奥瓦瓦段。而在俄属波兰，1843年由民间筹建、随后由政府接管的华沙-维也纳铁路，尽管位于俄国境内，却坚持采用1435毫米的欧洲标准轨距，成为连结东西欧的关键纽带。

在南欧，意大利首条铁路是1839年在那不勒斯王国开通的那不勒斯-波蒂奇铁路（Ferrovia Napoli-Portici）。随着各小邦国于1861年统一为意大利王国，各地分散的私人与国营铁路相继成立了多个区域铁路协会，经历了一段由私营和国有交替管理的动荡历史，最终在1905年成立意大利国家铁路（Ferrovie dello Stato）。

在巴尔干地区，希腊首条铁路是于1869年建成的雅典—比雷埃夫斯电气铁路（Athens & Piraeus Railway），连结雅典与比雷埃夫斯港。19世纪时，奥斯曼帝国在今日希腊北部修建了相当规模的铁路网，铁路里程甚至超过整个希腊王国。直到1916年，比雷埃夫斯—普拉提铁路（Piraeus–Platy Railway）建成，才将希腊南部和北部地区的铁路网连接起来。塞尔维亚与后来成立的南斯拉夫铁路，则是整合了奥匈帝国与奥斯曼帝国遗留的铁路，成为连结欧亚的重要陆路枢纽。

在伊比利亚半岛，基于军事战略考量，西班牙与葡萄牙最初采用了与欧洲主流不同、各自基于当地计量单位的“宽轨”标准，即西班牙或卡斯蒂利亚轨距（1,674毫米）和葡萄牙宽轨（1,665毫米），试图以此防范法军利用铁路长驱直入。伊比利亚半岛的第一条铁路于1848年10月28日开通，是连接巴塞罗那和马塔罗的巴塞罗那-马塔罗-马萨内-马萨纳斯铁路（Ferrocarril Barcelona-Mataró）。葡萄牙的第一条铁路是里斯本至卡雷加多铁路（今葡萄牙铁路北线的一部分），于1856年10月28日投入营运。然而，不同轨距导致半岛与欧洲其他地区的铁路网长期脱节，跨境货物必须在边境进行繁琐的换装。葡萄牙和西班牙之间相对较小的轨距差异使得两国铁路能够较早实现直通运输，直到二战后两国的轨距才被统一标准化为1,668毫米的折衷轨距，即伊比利亚轨距。

在俄罗斯帝国，铁路最初被视为贵族的消遣工具。1837年开通的皇村铁路连接圣彼得堡与沙皇村，采用罕见的1,829毫米轨距。随后，铁路成为俄罗斯帝国扩张版图与巩固边疆的主要工具，俄国政府并将1,524毫米（5英尺）定为国家宽轨标准，这一规格后来演变为现今东欧与中亚地区普遍采用的1,520毫米（俄罗斯轨距）。1872年，连接波蒂与第比利斯的铁路落成，强化了俄国对高加索地区的统治。1880年代，俄国进一步将铁路延伸至中亚地区，外里海铁路于1888年抵达撒马尔罕。1891年，俄国正式启动西伯利亚铁路工程，该计划主要引进法俄同盟下的法国资本，其军事潜力引起了英国的高度戒备，而日本亦对俄国能快速向远东调动大军感到恐惧，这种共同的战略忧虑最终促成1902年英日同盟的建立。1896年，俄国透过《中俄密约》取得横跨清帝国满洲北部（今中国东北）的“东清铁路”建设权，作为西伯利亚大铁路的远东支线。日俄战争后，俄国为避免过度依赖位于满清境内的东清铁路，改于国内修筑阿穆尔线，全长约9,300公里的西伯利亚铁路最终于1916年全线贯通，成为全球最长的铁路线。十月革命后建立的苏维埃政权，在俄国内战结束后，于1922年成立了苏联铁路（СЖД）。

北欧地区因人口稀疏且经济活动集中于沿海，铁路发展相对迟缓。丹麦王国首条铁路是1847年启用的哥本哈根-罗斯基勒铁路（今哥本哈根-腓特烈西亚/陶洛夫线之一部分）。瑞典则在1850年代起由政府主导建设，以连结斯德哥尔摩与哥德堡，即现今的西部干线铁路（Västra stambanan）。挪威第一条公共铁路是1850年建成、连接克里斯蒂安尼亚（今奥斯陆）与埃兹沃尔的挪威干线铁路（Norsk Hoved-Jernbane），挪威因地形破碎、陆路交通建设难度极大，其铁路网建设横跨一个世纪，直到1962年才完成向北延伸至博德的干线。在19世纪时仍属于俄罗斯帝国的芬兰，铁路建设始于1862年建成的赫尔辛基至海门林纳铁路（今芬兰干线铁路之一部分），并沿袭了俄国的宽轨标准。

### 铁路在亚洲的发展

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印度是亚洲铁路发展的先驱。1853年4月，大印度半岛铁路的孟买至塔那铁路通车，成为印度第一条正式营运的铁路。19世纪中叶，英属印度开启了规模宏大的铁路建设浪潮，主因在于德干高原等平坦地形利于施工，且南亚河流在旱季多不具备航运能力，加上陆路基础设施落后，铁路遂成为大规模货运的唯一选择，将内陆生产的棉花、小麦、茶叶及鸦片运往孟买、加尔各答等港口出口，并将英国工业品销往内陆。为了支撑庞大的殖民贸易与军事需求，英属印度政府确立了1,676毫米的“印度宽轨”作为轨距标准，并在部分地区引入成本较低的1,000毫米（米轨）及其他窄轨轨距。印度铁路总长度从1860年的1,350公里迅速扩张至20世纪初的逾4万公里，当时仅次于美、加、俄三国，位居世界第四。然而，铁路系统内部实施严格的种族隔离与等级制度，这种体制化的歧视使铁路成为印度民族主义觉醒的催化剂，反英运动与铁路建设几乎同步兴起，绝非偶然。

明治维新后的日本政府奉行“殖产兴业”政策，在伊藤博文与大隈重信的极力倡议下，铁路建设被列为国家现代化的首要任务。由于初期财政拮据，日本政府于1870年在英国募集了100万英镑外债，并由新成立的工部省展开“京滨铁道”（东京至横滨）的测绘工作。1872年（明治5年），日本首条铁路正式在东京新桥与横滨（今樱木町）之间开通。当时，日本铁路高度依赖外籍专家指导，但政府同时亦积极培育本土人才。曾留学伦敦大学学习矿业与土木工程的“长州五杰”之一井上胜，出任铁路寮长官后，致力推动技术自主。1877年，他在大阪成立工技生养成所，培育首批本土铁路工程师。1880年，京都至大津间的铁路竣工，标志着日本首次在无外籍专家现场指导下完成铁路工程。至1880年代，日本已基本掌握铁路建设与营运技术。1890年前后，东海道线（新桥至神户）及日本铁道线（上野至青森）相继全线贯通。1890年代，以京都为首的大城市亦开始引入路面电车。

相比之下，中国铁路的早期历程则充满波折。1865年英国商人在北京宣武门外修建的展览铁路，以及1876年在由欧洲商人在上海强行兴建的吴淞铁路（也是中国首条正式营运的铁路），均因清政府的排斥、主权考量及社会迷信而先后遭到拆毁。1882年建成的唐胥铁路则属开平煤矿专用铁路，也是中国第一条自行修建的铁路，最初为避嫌使用骡马牵引，后改为蒸汽机车。直到20世纪初，中国才开始真正大规模建设铁路，里程从1900年的470公里激增至1913年的近1万公里。这种增长并非源于内需，而是列强疯狂争夺铁路利权的结果，这些利权通常捆绑了沿线矿产采掘权、免税特权，甚至驻军与警察权，使铁路沦为列强蚕食中国主权的工具，1911年的保路运动更直接导致武昌起义和随后辛亥革命的爆发。1905年日俄战争后，日本透过《朴茨茅斯和约》夺取俄国在东北的东清铁路南段（长春至大连），并结合战争期间非法修筑的安奉线（安东至奉天），于1907年正式成立“南满洲铁道株式会社”（简称满铁），这家巨型企业不仅垄断了中国东北的交通与资源开发，更成为日本在华扩张势力的核心堡垒。

伊朗（旧称波斯）的铁路发展早期深受宗教与政治因素影响。波斯的第一条铁路——德黑兰—雷伊铁路（Tehran–Rey Railway）于1888年建成，连接首都德黑兰和南部约10公里处的伊斯兰教圣地——阿卜杜勒·阿齐姆沙阿圣陵，由一家比利时公司修建。这条窄轨铁路通车后，因发生致命事故，被当时的伊斯兰神职人员抨击为“恶魔之物”，导致建设长期停滞。直至1920年代礼萨汗建立巴列维王朝，方才推动伊朗纵贯铁路的建设。二战期间，这条铁路成为著名的波斯走廊，承载了数百万吨盟军援苏物资。

### 拉丁美洲与南美洲

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铁路在拉丁美洲的发展，最初是由制糖业的出口需求及矿产开发所带动。古巴在该地区扮演了领先角色，其首条蒸汽动力铁路于1837至1838年间落成，连结首都哈瓦那与东南部的甘蔗产区（如贝胡卡尔及圭内斯）。这条铁路不仅早于其他拉丁美洲和南美洲国家，甚至还领先其宗主国西班牙。至1853年，古巴已建成一套成熟的铁路网，将西部主要的种植园、制糖厂与主要港口紧密联系。

在南美州，铁路时代始于1848年的英属圭亚那，连接乔治敦与普莱桑斯 (圭亚那)的德梅拉拉—伯比斯铁路（Demerara–Berbice Railway），是整个南美洲的第一条公共铁路。继圭亚那之后，智利亦于1851年建成了卡尔德拉—科皮亚波铁路（Ferrocarril Caldera–Copiapó），主要用于矿产运输，连接太平洋沿岸港口和阿塔加马地区的矿业中心。

与智利同年，秘鲁首条铁路连接利马及其外港卡亚俄，主要目的在于改善利马与港口之间的货运与客运效率，其起源可追溯至“蒸汽火车之父”理察·特里维西克于1817年提出的设想。随后在1860年代，美国工程师亨利·梅格斯（Henry Meiggs）延续了这项壮举，修建了极具工程挑战性的秘鲁中央铁路。该铁路在位于加莱拉站（Galera）的制高点海拔达4,781米，曾连续一个世纪蝉联全球海拔最高的标准轨铁路，这项纪录直至2006年才被中国的青藏铁路打破。

阿根廷则拥有南美洲规模最庞大且最密集的铁路系统。自1857年布宜诺斯艾利斯西部铁路（Ferrocarril Oeste de Buenos Aires）通车起，阿根廷发展出以布宜诺斯艾利斯为中心、向内陆呈放射状分布的路网，有效促进了其草原畜牧业产品的外销。然而，受早期英、法等国不同建筑商竞争的影响，阿根廷铁路遗留了宽轨、标准轨与窄轨三种规格并存的轨距混乱问题。这种技术上的不统一严重削弱了全国铁路网的整合效率，导致现今阿根廷的铁路客运大多仅局限于布宜诺斯艾利斯省内运作。

### 非洲自然环境的挑战

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相比其他大陆，非洲铁路网的普及进程显得极其滞后且不平衡。1851年，奥斯曼帝国驻埃及瓦利阿拔斯一世与英国工程师罗伯特·史蒂芬生（乔治·史蒂芬生之子）签署协议，兴建连结地中海港口亚历山大港与首都开罗的铁路，主要目的是缩短从英国前往印度的转运时间（当时苏彝士运河尚未开通）。1856年，全长约200公里的铁路全线完工，这不仅是非洲第一条铁路，也是当时奥斯曼帝国境内的首条铁路。19世纪后期，铁路建设主要集中于殖民化较早的北非（如埃及、阿尔及利亚）以及矿产丰富的南非地区（如开普殖民地、奥兰治自由邦及德兰士瓦殖民地）。

然而，在撒哈拉以南的热带非洲，铁路开发面临着独特的生物与地理阻碍。当地由于吸血采采蝇广泛传播昏睡病，导致马、牛等大型役畜无法生存。在铁路问世前，内陆运输几乎全部依赖效率低下的人力搬运。为克服这一交通瓶颈，殖民当局开始兴建铁路，却陷入了技术悖论：在轨道铺好前，所有建设铁路所需的沉重机械与物资，仍必须依靠大量人力强行搬运至内陆。最具代表性的悲剧发生在比利时国王利奥波德二世的私产——刚果自由邦。1890年动工的马塔迪-利奥波德维尔铁路，旨在连接刚果河下游与内陆航运。由于地形崎岖，加上疟疾、痢疾、脚气病等传染病肆虐，大量当地劳工死亡。尽管殖民当局随后从加勒比海地区甚至中国招募大批劳工补缺，但极端苛刻的待遇引发了频繁的暴动与逃亡。这段仅约360公里的铁路，最终耗时8年、在付出无数生命代价后才于1898年勉强竣工。

这种建设模式决定了非洲铁路的畸形特征：路线大多呈孤立的直线，仅用于将内陆的矿产或木材运往沿海港口，缺乏构建区域市场的横向网络。由于当时撒哈拉以南非洲内陆缺乏大型城市中心，铁路客运需求微乎其微，营运利润完全依赖资源出口。这类资源采掘型铁路虽然带来了局部交通变革，但其本质是列强掠夺非洲财富的工具，对当地社会的长远发展几乎未留下任何经济红利。19世纪末至20世纪初，非洲多个殖民地在“瓜分非洲”时期经历了铁路网的大规模扩张，英国、法国、德国、比利时等殖民强权都以铁路作为控制领土、运输矿产与军事部署的核心工具，其中以英属殖民地（如肯亚、乌干达、罗德西亚、南非）最为积极，形成了东非与南部非洲的主要铁路网。英国殖民扩张者塞西尔·罗兹（Cecil Rhodes）当时大力推动宏大的“开罗—开普敦铁路”计划（Cape-Cairo Railway），试图建立一条贯穿非洲大陆南北的交通动脉，以巩固英国从地中海到好望角的统治势力。虽然最终未能全线建成，但其部分路段（如南非、罗德西亚、乌干达铁路）已在20世纪初陆续完成。

### 澳洲轨距的冲突与统一

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澳洲铁路建设始于1854年的维多利亚殖民地。澳洲第一条真正的公共蒸汽铁路，是1854年9月启用的墨尔本港铁路（Sandridge Line），连接墨尔本和港口桑德里奇（今墨尔本港），以应付淘金潮带来的巨大交通需求，这条铁路如今已改造成墨尔本电车路线。在1901年澳洲联邦成立前，由于各殖民地在法律与经济上均为独立实体，导致各地在规划铁路时缺乏统一标准，形成了澳洲铁路史上著名的“澳洲铁路轨距”时代（Gauge Muddle）。

当时各州基于领土面积与经济实力，分别采纳了三种互不兼容的轨距：昆士兰、西澳及塔斯曼尼亚采用了成本较低的1,067毫米窄轨；新南威尔士州坚持使用1,435毫米标准轨；而维多利亚州与部分南澳地区则使用1,600毫米宽轨。这种技术屏障导致澳洲铁路网在州界处断裂，乘客与货物必须在不同轨距的列车间频繁转运，严重影响了全国物流效率。直至20世纪中叶，澳洲才展开大规模的轨距统一工程。

## 铁路技术的革新

### 从手动闸瓦到贯通制动

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在19世纪中叶，当时的铁路制动装置仍然相当原始，列车制动主要依赖机车司机操作螺旋连杆，或由制动员在车厢间奔走手动锁紧闸瓦。这种原始系统因反应迟缓且制动力不均，导致制动距离极长，例如在1870年代，当列车以时速约77公里行驶时，需近一公里的距离才能煞停，这段时期频繁发生因制动失效导致的铁路事故，制动装置成为制约铁路发展的安全瓶颈。

为解决同步制动问题，铁路工程师开发了贯通制动（Continuous Braking）系统，使列车的任何一点（例如机车或者制动车）均可对全列车的制动装置进行控制，例如德国早期的“海伯莱因制动”（Heberlein brake），利用贯穿全车的缆线操作，同时对几节车厢的闸瓦施行制动。该系统并引入了重要的失效安全（fail-safe）概念：缆线维持张力以松开刹车，若缆线断裂，制动器会因重力或弹簧自动锁死。然而，机械式贯通制动受限于物理摩擦与链条松紧，难以应付长编组列车。

制动技术的真正革命源于1869年美国发明家乔治·威斯汀豪斯（George Westinghouse）发明的直通空气制动系统。该系统利用压缩空气推动活塞，使闸瓦压向轮缘。1872年，威斯丁豪斯进一步研发出关键的“三通阀”（Triple Valve），即自动空气制动机，让司机能够从驾驶室统筹控制全列车制动，并确保在气管漏气或断裂时自动触发紧急制动。1878年，这套系统在英国进行的实验中，成功令时速96公里的列车在短短183米内完全停止，创下当时世界纪录，并促使空气制动成为美、法等国的技术标准，而英国与部分殖民地则倾向采用构造较简单但压力上限较低的真空制动（Vacuum Brake）。

### 电力革命与电气化铁路

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电力牵引技术的起源可追溯至19世纪上半叶的苏格兰。1837年，阿伯丁化学家罗伯特·戴维森 (发明家)（Robert Davidson）研发出全球首台电力机车，这同时也是最早的电池动力机车。戴维森随后在1841年展示了规模更大的“伽伐尼号”（Galvani），该机车重约7吨，搭载两组直驱式磁阻电动机，利用伽伐尼电池供电，能以时速6公里的速度牵引约6吨负荷。尽管1842年在爱丁堡和格拉斯哥铁路的测试取得进展，但受限于电池技术的瓶颈，该机车始终未能商业化。最终，“伽伐尼号”遭到一群担心铁路自动化会威胁生计的工人恶意破坏。

19世纪后半叶，电力技术的发展为铁路运输带来了颠覆性的变革。这场革命始于1866年维尔纳·冯·西门子（Werner von Siemens）研发出的实用发电机，并在1878年经汤玛斯·爱迪生（Thomas Edison）改良后，使电力逐渐取代蒸汽机成为工业动力的核心。1880年代后期变压器的发明与高压输电技术的成熟，更突破了地理限制，容许工业区与动力源分离，远距离输送的电力成为推动工业化与交通现代化的新引擎。

电气化铁路的尝试最早见于俄国。乌克兰工程师费奥多尔·皮罗茨基（Fyodor Pirotsky）于1875年在俄国境内的米勒铁路谢斯特罗列茨克和贝洛斯特鲁普间进行电力驱动轨道车辆的试验，并于1880年在圣彼得堡将一台传统双层马车改装成电力驱动的路面电车。虽然皮罗茨基的电车项目未能获得官方进一步支持，但其研究成果在全球范围内激发了巨大的兴趣。

卡尔·弗里德里希·冯·西门子（Carl von Siemens）曾深入研究皮罗茨基的技术展示，西门子兄弟随后迅速吸收相关技术。1879年，西门子与哈尔斯克公司（Siemens & Halske）在柏林工业博览会展示了示范性的电气化铁路和首台实用化的电力机车。随后的1881年，柏林近郊建成全球首条投入公共服务的路面电车路线——格罗斯-利希特费尔德电车。1883年，位于白礼顿的沃尔克电气铁路（Volk's Electric Railway）建成通车，为英国第一条电气化铁路。这几条条路线早期均利用行车轨道作为正负极导体。然而，在公共街道上使用裸露导体显然存在安全隐患，当时必须将线路封闭隔离方能运作，因而限制了电车的普及。西门子公司在1889年巴黎博览会进行架空铜线供电的实验。同年，在夏洛滕堡试验利用双架空线与集电滑轮车取电。虽然这些欧洲实验奠定了理论基础，但真正让电力牵引技术取得商业突破的关键发展，则发生在随后的美国。

法兰克·史伯格（Frank Sprague）是一位曾追随爱迪生的前海军军官，于1887年承接了维珍尼亚州里士满的电车工程。史伯格改良了配电系统和底触式集电杆技术，研发出带有固定电刷并能承受瞬间高电流的直流串励牵引电动机，并首创以轴悬式驱动装置以减轻齿轮磨损。1888年里士满联合客运铁路的成功启用，成为全国典范并掀起了各地的电车热潮。

1897年，法兰克·史伯格发明了多单元列车控制（MU），并于同年在芝加哥地铁的环线 (芝加哥地铁)（Union Loop）率先投入使用，该系统使车厢能以动力单元形式灵活组合并由单一驾驶室操控，取代了传统的机车牵引模式；这项技术直接推动了地铁的电气化进程，由于蒸汽机车在隧道内严重影响空气质量，各地的地铁系统迅速转向电力驱动。与此同时，铁路电气化技术在19世纪末开始从路面电车迈向铁路干线。1895年，美国巴尔的摩与俄亥俄铁路（B&O）在其巴尔的摩环线（Baltimore Belt Line）的4英里路段引入直流电力牵引，成为全球首个铁路干线电气化案例。密尔沃基铁路于1915年起对其越过洛矶山脉至太平洋沿岸的路段进行大规模电气化改造，以提升重载运输效率。而东岸如维珍尼亚铁路等则针对特定困难区段实施局部电气化，以应对大坡度区段的运输需求。

交流电技术的发展则为更长距离的电气化铁路奠定基础。1891年，在苏黎世欧瑞康集团（Oerlikon）工作的查理斯·布朗（Charles Brown）成功演示了280公里的长距离三相交流电传输。布朗发现，尽管当时的三相交流电动机体积庞大，无法安装在机车的转向架，只能安置在机车车体内，但其功率重量比远优于直流电动机，且省去了复杂的整流子结构，使制造与保养成本大幅下降。1896年，卢加诺电车是世界上第一个商业化运行的三相交流电气化铁路系统，由欧瑞康公司设计与安装。每台30吨重的机车都配备两台110千瓦（150马力）的交流电动机，由双架空电缆提供750伏特40赫兹三相交流电。1899年，布朗公司（当时已与沃尔特·博韦里合作）为40公里长的瑞士布格多夫-图恩铁路提供了三相交流电力机车。

匈牙利工程师卡尔曼·坎多（Kálmán Kandó）开发的三相异步电动机，于1896年在法国埃维昂莱班的电车路线进行了试验，并将该项技术应用于1902年通车的意大利瓦尔泰利纳铁路（Ferrovia della Valtellina），成为全球首条实现全线电化（而非仅局部路段）的铁路干线。该线全长106公里，采用坎多设计的3,000伏特15赫兹三相交流电供电制式。由于三相电动机具备恒速运行及再生制动的优点，在山岳地区展现出极大优势，且山区丰富的水电资源弥补了煤炭运输的困难。

交流电气化技术的重大突破，始于1920年代末匈牙利对电力供应系统的革新。1929年，匈牙利成功试行将国家电网的“工频”（工业频率，即50赫兹）单相交流电直接用于铁路牵引，并在卡尔曼·坎多领导下于1932年建成了全球首条长达187公里的单相工频电气化铁路，连接首都布达佩斯与海吉什豪洛姆，透过机车内部的旋转相位转换器，将单相电转为三相电来驱动牵引电动机。然而，受限于当时的电动机和整流技术的瓶颈，单相工频电流制要到二战后才逐渐成熟，并由法国国家铁路率先大规模应用。

### 内燃牵引动力的崛起

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19世纪末，内燃机技术的突破为铁路动力带来了除蒸汽与电力之外的第三种选择。历史上最早的内燃机车并非使用现今常见的柴油引擎，而是使用石脑油或煤油为燃料的石油引擎（Oil Engine）。1888年，物理学家开尔文勋爵对威廉·登特·普里斯特曼（William Priestman）设计的石油引擎原型机给予高度评价。1894年，普里斯特曼兄弟公司制造的一台20匹马力两轴机车已在英国侯城码头投入运作，标志着内燃机车的初步尝试。

1892年，德国工程师鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）发明了压燃式内燃机，即“狄塞尔引擎”（后通称柴油引擎）。这种引擎透过压缩空气产生的高温引燃燃料，并于1893年取得专利。虽然柴油引擎随后在航运与工业领域率先取得成功，但其在铁路车辆上的初期应用却颇为坎坷。1898年起生产柴油机的苏尔寿公司，于1906年与鲁道夫·狄塞尔及阿道夫·克罗泽（Adolf Klose）合组公司，专注研发柴油机车。1912年夏季，全球首台柴油机车在瑞士温特图尔—罗曼斯霍恩铁路进行测试。这台名为“狄塞尔-苏尔寿-克罗泽柴油机车”（Diesel-Sulzer-Klose）的机车重达95吨，最高时速可达100公里，采用引擎直接驱动动轮的设计。然而，由于柴油引擎在静止状态下无法产生起动扭矩，必须依赖复杂的空气压缩机辅助启动，加上连杆与汽缸等零部件在运作中频繁破损，且伴随震耳欲聋的轰鸣声，这场实验最终于1914年以失败告终。这次经验证明了柴油引擎必须配备有效的传动装置，方能适应铁路运输的需求。

内燃机车真正的技术突破发生在1914年。通用电气公司（GE）的电气工程师赫尔曼·伦普（Hermann Lemp）研发并取得了一项电力传动内燃机车控制系统专利。该系统透过励磁发电机和负载调节变阻器的作用，司机只需一个控制手柄便能同时调节发动机转速与发电机输出，解决了内燃机车在各种负载条件下保持引擎输出功率恒定的难题，并成为后世所有直流传动柴油机车控制系统的原型。在欧洲，对内燃机车的研究和改进也在同步进行。1914年，由苏尔寿提供柴油机、布朗-博韦里负责电气设备的皇家萨克森州立铁路DET 1/2型内燃动车组在德国萨克森州投入服务，成为全球首批投入使用的内燃电传动铁路车辆，其传动控制方式实际上与伦普的逻辑异曲同工。BBC开发了精密的继电器控制系统，解决引擎与发电机的配合问题。

1920年代至1930年代，小型电力传动内燃机车或内燃动车开始在部分国家投入生产。早期内燃机车主要被应用于调车作业，这主要归功于柴油引擎快速启动的特性，远比需要长时间预热且在停车时仍需耗煤的蒸汽机车更具效率。1929年起，西屋电气与鲍德温机车厂展开合作研发调车机车；而通用电气公司则在1930年代推出多款小型调车机车，1940年面世的44吨调车机车更是其中的经典车型。此外，铁路客运也在追求更高的速度，流线型内燃动车组列车如美国的“先锋者微风号”（Pioneer Zephyr）和德国的“飞跃的汉堡人号”（Fliegender Hamburger）均展现了优异的燃料效率与商业潜力。

在此期间，一些国家也曾尝试了几种较大型的干线柴油机车，例如苏联的ShchEL1型柴油机车（该车也是现存最古老的柴油机车，静态保存于俄罗斯铁路博物馆）、法国的262 AD 1型柴油机车等，但由于结构复杂笨重而未能大量生产。与此同时，德国也在研究使用液力变矩器的液力传动内燃机车，这项技术源于赫尔曼·弗廷格（Hermann Föttinger）在1905年获得的专利，第一批实用化的车型在1930年代中期面世，但这类机车的开发在第二次世界大战期间一度中断。

### 铁路运输与城市交通

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随着城市发展和铁路技术的进步，铁路运输在城市公共交通的角色亦与日俱增。铁路利用部分或完全独立的路权，演化出三种轨道交通运输模式：由城际铁路衍生出的“郊区铁路”（Suburban Railways）、连接城镇间的“城际电车”（Interurbans），以及城市内部完全隔离路权的“捷运系统”（Rapid Transit）。

郊区铁路最初源于城际铁路在市中心与近郊间提供的接驳服务。伦敦和伯明翰铁路是此模式的先驱，其首条线路于1838年启用。英国政府为鼓励聚居在市中心的人口迁往郊区，于1883年通过《1883年廉价乘车法》（Cheap Trains Act），每年拨款补贴铁路公司维持低廉票价，使中低收入家庭亦能负担通勤开支。随后，汉堡、柏林及利物浦等地亦相继仿效。在美国，波士顿和伍斯特街铁路于1838年引入年票制度，开启了“通勤铁路”的先河。

在19世纪中叶，伦敦作为当时全球最大的城市，地面交通因为过度拥挤的马车而近乎瘫痪，为此工程师提出了将市中心铁路转入地下的崭新构想。1863年世界上第一条地铁——大都会铁路建成通车，即现今伦敦地铁的前身。该铁路早期使用蒸汽机车作为动力，车厢及车站空气质量饱受垢病。然而，高效率的服务依然吸引了大量乘客，并开启了伦敦长达30年的地下铁路发展期，至20世纪初改为采用电力牵引及第三轨供电，克服了蒸汽动力的污染问题。随着技术趋于成熟，欧洲各大城市于19世纪末相继建立地铁系统。布达佩斯于1896年开通欧陆首条地铁线。巴黎地铁与柏林地铁分别于1900年及1902年投入服务。

与欧洲倾向地下化不同，美国早期更偏好兴建高架铁路。纽约于1860年代末已在格林威治街建设由铸柱支撑的高架铁路，惟初期的蒸汽动力产生的噪音与遮挡光线的问题引发沿线居民强烈反对。至19世纪末，纽约州的捷运委员会意识到高架铁路难以应付急剧增长的客流量，决定转向地下化发展。1904年，纽约地铁首段路线正式通车，与此同时，波士顿、费城与芝加哥亦相继建立捷运系统。在1890年至1910年间，全球三大洲已有11个城市建立了捷运系统。

19世纪末，路面电车技术催生了城际电车。这种运输模式多运行于独立路权的电气化铁路，连接距离约15至80公里的城市与城镇，不仅能穿梭于城市街道，亦能在市郊高速行驶。城际电车在1900年代的美国爆发式发展，美国的城际电车网络总长于1913年达到近26,000公里的巅峰，但随着汽车普及及大萧条的冲击，多数路线已于1950年代消失。相比之下，部分国家的城际电车系统获得保留并成功转型。德国莱茵-鲁尔地区于1960年代将旧有线路升级，转化为连接多个核心城市的区域轻轨系统——莱茵-鲁尔城铁。比利时海岸轻轨及瑞士、意大利的部分路线亦沿用了此模式。如今，日本的私铁系统是目前全球最发达、且保留了城际电车原始功能的典范，虽然这些私铁在部分技术特征上已接近捷运或区域铁路，但其核心功能仍是连接城市与卫星城镇。

## 战争中的铁路运输

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铁路对军事的冲击，在1830年利物浦和曼彻斯特铁路通车之初已见端倪。当时英军仅用两小时便将整团士兵运送至34英里外，而在以往这需要两天的长途跋涉。这种时空距离的缩减，被当时的军事家誉为继火药发明后最重大的战术变革。1839年的宪章运动期间，英军再次利用铁路迅速平定曼彻斯特的起义威胁，士兵抵达时精神饱满且建制完整，彻底颠覆了传统步兵机动的限制。

1838年，美军《军需署规章》已明确将铁路列为军事运输的重要途径。虽然最初仅限于军官行李与营房装备的转运，但这种体制化的尝试，为随后南北战争中的大规模铁路军事运输，提供了组织架构与法律依据。南北战争证明了工业化铁路网的威力，拥有密集标准轨铁路网的北方联邦，在运输效率上完全碾压路网分散且轨距不一的南方邦联。1865年，华盛顿特区举行庆祝战争结束的陆军大阅兵之后，美国陆军军需兵团负责将西部军团和波托马克军团的士兵运送回各自的驻地，短短四十天内通过铁路共运送了超过23万名士兵、12,000匹马和430磅行李。

19世纪中叶，欧洲列强开始将铁路视为外交与战争的延伸。1850年，奥地利帝国凭借铁路网的优势，在三周内向西里西亚边境集结7.5万兵力及8,000匹军马，成功以武力威压迫使普鲁士在外交上低头并签订了《奥尔米茨条约》。在1853年爆发的克里米亚战争中，由于俄国忽视铁路建设，导致物资运送速度远逊于跨海远征的英法联军。随后在1859年的法奥战争中，法国亦展示了惊人的运输效率，将13万大军透过铁路快速投送到热那亚。

普鲁士陆军初期曾担心铁路建设会破坏要塞防御，曾规定铁路必须与堡垒保持安全距离，但1850年代欧洲地区的多次军事冲突，显示铁路不仅是传统的交通工具，也是决定战争胜负的关键。1857年就任普鲁士总参谋长的赫尔穆特·冯·毛奇，是将普鲁士国家铁路战略化最彻底的领袖。他早于1843年便极具前瞻性地指出，与其虚耗巨资兴建防御要塞，不如将资金投入铁路建设以提升全国动员能力。1860年，他在普鲁士军队参谋部增设“铁道部”，将铁路调度与作战计划高度结合，这使普军能以优于对手的速度完成战略部署。

普鲁士在1864年对丹麦的普丹战争中初步尝试铁路补给，随后更吸收了美国南北战争中大规模军事运输的经验。1866年，普鲁士正式参照美国“建设军团”（Construction Corps）模式，组建首批专业军事铁路单位。这些部队由陆军工程师指挥，并由经验丰富的铁路职员操作，负责战时线路的快速修复与维护。普奥战争期间，毛奇成功利用五条铁路线实现了史无前例的动员规模。1870年普法战争中，普鲁士更凭借更优越的铁路调度能力，在色当之战中迅速包围法军，奠定了胜局。

步入20世纪，铁路成为大规模消耗战的基础。第一次世界大战西线战场之所以陷入僵持，主因是军队无法脱离铁路补给线，当时的汽车运输仍不足以应付庞大的弹药消耗。第二次世界大战期间，尽管德国推行高度机动性的闪击战，但在基础设施恶劣的东线战场，德军仍不得不耗费巨大人力将苏联宽轨改建为标准轨，并大量生产“战争机车”（Kriegslokomotive）以支撑漫长的补给线。然而，铁路在战争中亦留下了最黑暗的历史痕迹。纳粹德国铁路当时被系统性地用于将数以百万计的犹太人和其他受难者运往集中营，成为纳粹大屠杀的重要参与者。相比之下，大洋彼岸的美国铁路则在二战期间迎来了黄金时期，从大萧条后的疲态中迅速复苏，透过大规模运送兵员与军需物资至港口，成为盟军获胜的后勤支柱。

## 战后铁路发展与趋势

### 铁路现代化与转型

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第二次世界大战后，全球铁路工业经历了深刻的范式转移。各国铁路在面对公路及航空运输的剧烈竞争下，夺走了铁路的中短途客运市场，铁路客运量显著下降，尤其在美国和西欧国家更为明显。为应对挑战及重建战后基础设施，英国等多个欧洲国家实施了铁路国有化；同时，铁路运输重心转向大宗商品运输，美国于1950年代中期率先采用多式联运货物运输（Intermodal freight）模式，包括公路拖车驼背运输（trailer-on-flatcar，TOFC）与集装箱由铁路运输（container-on-flatcar，COFC），反映铁路逐步尝试与公路运输形成互补。

为了应对与其它运输方式的激烈竞争，主要工业化国家从1950年代开始，大规模地进行铁路运输业的现代化，其中，牵引动力现代化是最重要的环节之一，当时主要指由蒸汽动力转向更高效率的内燃及电力牵引，停产蒸汽机车并将其陆续退役，代之以性能日益进步的内燃机车或电力机车。多数国家用了约15至20年基本上完成了向新型牵引动力过渡的过程，例如，美国用了12年（1951年至1962年），苏联用了15年（1956年至1970年），英国则历时约13年（1955年至1968年）。

与此同时，电气化牵引由于更适合高速、重载、高密度的营运要求，兼具能合理利用各种能源、减少环境污染的特性, 成为部分国家发展的主要发展趋向，特别是在欧洲和亚洲地区得到迅速发展，这项突破主要是因25千伏工频交流供电的成功。法国国家铁路公司在重新评估各种电气化制式后，决定引进并改良匈牙利的工频技术。1950年至1951年间，法国在萨瓦省兴建了单相工频试验线，实验结果证明了高压单相交流电制式的经济性与技术优势，其优点是固定设备简单、接触网电压高、导体断面小、变电所间距大、节省投资成本。机车设计水准的提升也促成这一系统的成功, 受益于半导体和电力电子技术的快速进步，使电力机车性能不断提升、设备大为简化，并为高速铁路的诞生奠定基础。

### 高速铁路与未来发展

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高速铁路技术在经过一段较长时间的研究试验过程之后，于1960年代进入商业应用阶段。1964年10月，日本率先建成世界上第一条高速铁路——东海道新干线，在东京至大阪间列车最高时速达210公里。这条高速铁路的成功营运经验产生了轰动效应，西欧各国继而纷纷仿效，加速研究和采用这项先进技术。1983年9月，巴黎至里昂间的法国高速铁路东南线全线通车，列车营运速度进一步提高到270公里/小时。其后，瑞典（1990年）、德国（1991年）、意大利（1988年）、西班牙（1992年）等国在20世纪末先后进入高速铁路领域，英国、法国、比利时、荷兰之间的欧洲之星高速列车亦于1994年投入服务。步入21世纪之后，传统城际铁路服务正因高密度城市间高速铁路的兴起而大幅扩张，采用轮轨技术的现代高速铁路列车的最高时速可达350公里甚至更高。2007年4月3日，法国高速列车“V150计划”在东部高速铁路试验时创下574.8公里/小时的钢轮列车世界纪录，至今仍未被超越。

除了传统的轮轨粘着式铁路外，磁浮列车亦是铁路运输的另一个选择。磁浮列车借助无接触的磁悬浮技术，而使车体悬浮在轨道的导轨面上运行，消除了车轮与轨道之间的阻力，使列车更容易实现高速行驶。1960年代末，美国布鲁克黑文国家实验室的科学家詹姆斯·R·鲍威尔（Jame Powell）与戈登·丹比（Gordon Danby）获得了全球首项磁浮列车设计专利。早期磁浮技术主要应用于中低速城市交通。1984年，英国伯明翰启用全球首条商业磁浮线“AirRail Link”，连结伯明翰机场与铁路车站，运作至1995年为止。与此同时，西德亦积极研发，并于1989年在柏林墙边界开通“M-Bahn”系统，惟随着两德统一及路网重整，该路线仅运作两年便告拆除。

随后，德国工业巨头西门子与蒂森克虏伯随后合组Transrapid财团，致力于高速磁浮系统的开发，并在下萨克森州建成长约32公里的埃姆斯兰磁浮试验线。2006年，该试验线曾发生列车与维修车相撞的严重事故，但调查证实肇因为人为失误而非技术漏洞。虽然德国本土最终未有将高速磁浮商业化，但Transrapid的技术成功输出至中国。2004年，采用常导磁悬浮技术（EMS）的上海磁浮示范线正式通车，成为全球首条投入商业营运的高速磁浮铁路。与此同时，日本则积极投入超导磁浮列车（SCMaglev）的研发，并将其应用于计划在2027年通车的中央新干线。2015年4月，东海旅客铁道的一列L0系超导磁浮列车在山梨磁浮实验线上创下了603公里/小时（374英里/小时）的轨道车辆速度世界纪录。

## 外部链接

- International Union of Railways (UIC)
- National Railway Museum (NRM)
- UNESCO World Heritage Centre - Railways