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过年返乡回程,你是否观察过那些“错综复杂”的立交桥

发布于:2022-03-28 10:20:28 来自:水利工程/水利工程资料库 [复制转发]

本文经微信公众号“星球研究所”授权转载

原标题: 立交桥交立交桥交立交桥交立交桥

↑一群国家地理控,专注于探索极致世界


本文由  东风风神奕炫  特约制作



毋庸置疑的是

现代城市发展至今

已然是一个不折不扣的

垂直空间


不仅高楼大厦拔地而起

如同钢铁森林一般 直指苍穹

(中国香港,摄影师@静言 )

▼


甚至连路面也脱离地表

在立体空间中垂直展布

层层叠叠交织错落

(请横屏观看, 连通6个方向的 上海莘庄立交桥,下图仅可见5个方向,摄影师 @蔡震宇)

▼


在这个垂直世界里往来穿行

早已是人们习以为常的视角

但如若从高空俯瞰

呈现在我们眼前的

将是一个极为复杂

却又极为惊艳的

几何世界

(广东佛山顺德立交桥,摄影师 @梁文生)

▼


那么

人们为何要修建如此复杂的工程?

又是如何做到的呢?



终极难题的曙光


以一个十字路口为例

4个直行方向、8个转弯方向

共计12个方向的往来车流

在这里分离、汇合、相交

形成32个潜在冲突点

一旦车流量增大

极易发生拥堵和事故

(十字路口潜在冲突点,制图 @郑伯容&赵榜/星球研究所)

▼


为了减少车辆的冲突

红绿灯、环道等多种解决方案相继诞生

令十字路口 “四通八达”


然而随着车流量日益增加

路口的通行能力逐渐捉襟见肘

加之高速公路和城市快速路的建设

传统路口已然无法承担如此重担

寻找新的通行方式迫在眉睫

(城市高峰期的车流,拍摄于广州猎德大道和花城大道交叉口,图片来源@VCG )

▼


于是
人们将原本平面交叉的道路
在垂直空间上进行分离
令车流 在不同高程上实现跨越
各行其道、互不干扰

成为 立交桥

(上海南浦大桥引桥立交,图片来源@东风风神奕炫 )

▼


而连接立交桥正线

专门用于转弯的单向道路

则被称为 “匝道”

(立交桥和匝道示意,制图 @郑伯容/星球研究所)

▼


在右侧通行的规则下

立交桥右转匝道的设置

往往直接、简单、灵活

相较之下

如何有效地实现左转

便成为了立交桥设计和建设的

终极难题

(深圳黄木岗立交,最上方为两条跨越正线的左转匝道,摄影师@陈炜坚)

▼


自上世纪20年代

西方国家开始修建

一种 特殊的环圈匝道

在这种匝道上

车辆需要连续右转270°

才能最终完成左转


凭借四条环圈匝道

以及四条右转匝道

上下分离的两条正线

便能在所有方向上均实现连通

这种立交形式也因其独特的外型

被人们称为 苜蓿叶式立交

(所有方向均实现连通的立交桥也被称为 全互通式立交 ;下图为苜蓿叶式立交的通行示意,制图 @郑伯容&陈思琦/星球研究所)

▼


此类立交形式

没有道路交叉

外观完美对称

且只需一座跨线桥梁

因其建设简单、造价经济

在世界各地应用极为广泛

尽管其问世近50年后才引入中国

但如今已是 大江南北、遍地开花

(请横屏观看,“长在水上”的武汉梅子立交,摄影师 @高照)

▼


可这并非是一种完美的形式

其中最大的缺陷之一

便是 交织问题


汇入正线的车辆想靠左

即将驶出的车辆想靠右

二者交织下

令正线的通行 效率和安全性

都大打折扣

(交织路段示意,制图 @郑伯容&陈思琦/星球研究所)

▼


为此

人们设计了一种 集散道

将交织区域从正线中分离

从而保证直行方向畅行无阻

(集散道功能示意,制图 @郑伯容&陈思琦/星球研究所)

▼


在苜蓿叶式立交中

为了避免转弯过于急促

环圈匝道 必须保持足够大的半径

以提高行驶速度和安全性

这就意味着 较大的占地面积

而增设集散道则 令问题愈发严峻


一般情况下

苜蓿叶式立交可占地 7-9万平方米

相当于10个标准足球场的大小

因而在寸土寸金的密集城区

减少土地占用势在必行

例如 压缩环圈匝道面积

令其变得扁平细长

( 在空间有限的城市中,往往多见扁形的苜蓿叶式立交,下图为 北京国贸立交 , 摄影师@李子韬 )

▼


又或者

干脆将占地较大的环圈舍去

选择新的左转模式

比如 菱形立交

这种较为“粗糙”的立交形式

直接将左转匝道全部省去

由次级道路 承担所有左转功能

(菱形立交属于不完善立交,适用于一条高级道路和一条次级道路交叉的路口,比如城市快速路和普通主干道交叉口,制图 @郑伯容&陈思琦/星球研究所)

▼


由于只需设置右转匝道

菱形立交的形态更为灵活

其占地面积一般仅为

苜蓿叶式立交的 1/3左右


至此

面对立交桥左转这一难题

人们终于看到了一丝曙光

然而无论是菱形立交

亦或是苜蓿叶式立交

都无法完全避免车流 交织

因此若要进一步提高通行效率

立交形式势必面临一场“进化”

而这场“进化”

是通过排列组合完成的



排列组合的魔力


在实际应用中

包括已出场的环形匝道在内

可供选择的左转匝道

共有10种

(分别编号①-⑩)


这就意味着

通过它们的排列组合

仅一个十字交叉口上

立交形态 便可达 10 4 种 之多

即便对其外观进行严格甄选

剩下的组合结果也达 172种

(实际上,一般能使用的组合结果比172种更少;下图为常用左转匝道形式,其中①号称为直接式匝道;②-⑨号称为半直接式匝道;⑩号环圈则称为间接式匝道,制图 @郑伯容/星球研究所)

▼


如果说

⑩号环圈匝道

需要右转270°才能实现左转

如同“曲线救国”

那么 ① -⑨号 匝道

则显得“直截了当”

在它们的相互组合下

一类形态丰富的立交形式

就此登场


其中

4个⑥号匝道汇聚一堂

则成为 “X形立交”

(X形立交通行示意,制图 @郑伯容&陈思琦/星球研究所)

▼


所有左转匝道

自右侧与正线分离

也自 右侧和正线汇聚

车辆行驶更为流畅、安全

( 南京市双桥门立交,属于X型立交 ,摄影师 @ 方飞 )

▼


不过它并不完美

短距离内连续跨越两条正线

令其层多桥长、造价高昂

于是人们试图压缩跨线桥梁的长度

直至四条左转匝道的交点

与两条正线的交点重合

形态如同闪耀的四芒星

是为 “四星式立交”

(四星式立交通行示意,制图 @郑伯容&陈思琦/星球研究所)

▼


这种立交形态

格外规则、格外对称

转向也更加平滑流畅

令车辆 能够避免频繁减速

全程保持高速行驶

( 上海延安东路立交,属于四星式立交,延安高架和南北高架在此交汇 ,摄影师 @ 吕威 )

▼

 

可是人们对速度的需求

没有最快、只有更快

于是工程师们利用4条⑦号匝道

再次加大弯道的绕行里程

构成形如涡旋的

涡轮式立交

(涡轮式立交通行示意,制图 @郑伯容&陈思琦/星球研究所)

▼


其造型宏伟、坡度缓和、行驶安全

极其适宜高速通行

(请横屏观看, 成都航天立交,属于涡轮式立交 ,摄影师 @ 蒋小翼 )

▼


然而所谓“福祸相依”

随着通行效率的提升而来的

是庞杂的建设难度

和高昂的建造成本


这些立交桥上

正线、匝道相互穿插

层层道路相互交叠

(成都营门口立交,上下道路共有4层,摄影师@唐侨)

▼


例如位于上海市中心的

延安东路立交

上下路面形成 共5层的立体空间

中央桥墩直径5米、 高度32米

柱身金龙盘绕

有如一柱擎天

(请横屏观看,上海延安东路立交,中部最高的立柱为支撑南北高架的盘龙柱,摄影师@尼古拉斯张 )

▼


宏伟的涡轮式立交

虽能达到极高的通行速率
但却要付出更长的绕行成本
且共需建设至少5座跨线桥梁
造价同样不菲
(杭州石德立交,属于涡轮式立交,摄影师@张力)
▼


当然

排列组合创造的几何世界

远比此更加丰富

同类型匝道的“复制粘贴”

外观往往规则而对称

在三肢路口上 也能构成

外形独特的

“大Y式立交” 和 “ 小Y式立交”

(下图为青岛新冠高架-杭鞍高架立交,是由两条②号匝道构成的“大Y式”立交;“小Y式”则是由两条①号匝道构成的,摄影师 @ wenidon )

▼


而不同类型的匝道

也可以同框出镜

经过工程师的巧妙设计

便是城市中 最为醒目的美学符号

(杭州彩虹立交,左转匝道由两条⑦号匝道和两条⑥号匝道构成,摄影师@张力 )

▼


然而

由这些匝道 组合而成的立交形式

固然通行高效、造型美观

但由于其占地多、造价高

终究不是万能的解决方案

因此在实际工程中

人们不得不因地制宜

权衡利弊、做出妥协

如同跳着一支 戴着镣铐的舞蹈



戴着镣铐的舞蹈


于是我们不难看到

现实中还有很多立交桥

它们的左转匝道并非完全一致

而是环圈匝道与其他匝道的排列组合


有的 将苜蓿叶式立交中的

某一条环圈匝道

用直接或半直接式匝道代替

(武汉国博大道-马鹦路路口,可视作其中一条匝道被⑦号匝道取代的苜蓿叶式立交,形态如同外星人的脸, 摄影师@wenidon)

▼


有的则恰好相反

即用一片苜蓿叶

取代某一方向上的

直接或半直接式匝道

(上海中环路-共和新路立交,可视作其中一条匝道变为环圈匝道的涡轮式立交,摄影师 @吕威 )

▼


甚至在通行量较低的方向上

直接放弃连通需求

形成 半互通式立交桥

( 和全互通式立交相对,半互通式立交中部分方向无法连通; 上海延安西路立交,从右上方正线至右下方正线无法直接进行左转 ,摄影师 @高照)

▼


如果说这些立交形式

在形态上看来略有缺憾

那么相较之下

保留两片“叶片”的半苜蓿叶式

则显得更加对称、美观

( 武汉红庙立交,左转匝道包括两条环圈匝道和两条⑦号匝道 ,摄影师 @ wenidon )

▼


若由于河道、铁路、房屋等原因

令正线道路一侧空间受限

则尤其适合 在道路同侧

设置两个 相邻的环圈 匝道

(实际应用中,若某些方向通行效率需求不同,也可使用此类形式;下图为 广州土华立交 ,收费站限制了匝道设置的方式,摄影师 @ 梁文生 )

▼


和苜蓿叶式立交类似

这样的匝道形式

面临着同样的交织问题

也需要同样的解决方案

即集散道


而如果 环圈匝道 以对角方向设置

则不仅能保留对称的形态

同时还能避免出现交织

并且由于其形状细长

极为适合空间狭长的地带

(“夹缝求生”的广州机场路立交,摄影师@Patrick wong)

▼


例如

将对角线上的两片“叶片”

和⑥号匝道进行组合

则立交桥身形苗条 、如同沙漏

(杭州石桥立交,图中 紧邻环圈左右两侧的是 两条⑥号匝道,摄影师@ 张力 )

▼


而和⑦号匝道进行组合

根据环绕方式的不同

几何曲线的美感

被体现的淋漓尽致

或形如八卦双鱼

(贵州贵安立交,左转匝道由两条环圈匝道和两条⑦号匝道组成,摄影师@天祺)

▼


或如同炯炯有神的双眼

直视天空

(天津中石油桥, 左转匝道由两条环圈匝道和两条⑦号匝道组成 , 摄影师@李源 )

▼


总而言之

即便现实中困难重重

却依然无法阻挡

人们源源不断的想象力


在贵阳市东南部

川黔铁路和黔灵山之间

两条城市快速路赫然交汇

然而仅存的夹缝空间

却再难以容纳一座

规模庞大的四肢立交

于是人们将其“拆分”为两个三肢立交

以应对极为苛刻的空间条件

( 贵阳黔春立交,图片下方两条正线间的互通需求,通过左侧的“喇叭式”立交和右侧的“大Y式”立交共同完成 ,摄影师 @ 李源 )

▼


而在重庆的鹅公岩立交中

环圈匝道的设置更是独辟蹊径

甚至将右转匝道的部分功能

也一并承担

(重庆 鹅公岩立交的结构和通行示意 ,制图 @郑伯容&陈思琦/星球研究所)

▼


其设计之精妙

极尽曲线盘桓之魅力

令人叹为观止

(重庆 鹅公岩立交,连接鹅公岩长江大桥,匝道与地面高差达58米,图中右侧是正在修建的鹅公岩轨道专用桥 ,摄影师 @李昌华)

▼


在人们的想象力下

一支戴着镣铐的舞蹈

却迸发出全新的韵味

当然 这还远没有到达尽头



永不完美


实际上

在城市纵横交错的路网中

三肢、四肢路口早已不足为奇

甚至五肢以上路口 也屡见不鲜

而面对如此众多的道路交叉

最简易且美观的方式

便是 环道

(郑州 紫荆山立交,环道同时连通5个方向 ,摄影师 @ 焦潇翔 )

▼


当交叉道路等级

有高级和次级之分时

这种立交形式则尤为常见

次级道路上的所有通行需求

均能通过环道完成

高级道路则 直接 上跨或下穿而过

与环道完全分离

避免对直行产生干扰

( 南昌福山立交 ,摄影师 @ 廖昊 )

▼


然而

环道的缺陷也显而易见

除了动辄数十米 的直径规模

各向车流的交织运行

也大大限制了通行能力

当交通负荷异常繁重时

出、入口极易发生堵塞

将整个环道彻底“锁结”

(下图为高峰期发生拥堵的环道,拍摄于西安后卫寨立交,摄影师 @风逸)

▼


于是

人们不得不 对环道进行升级

在交通量较大的方向

额外增设新的匝道

形成“组合模式”

( 上海鲁班路立交,图片上方来车的左转不走环道,通过一条⑦号匝道完成 ,摄影师 @张扬的小强)

▼


若车流量持续增大

匝道数量也将随之增加

与环道共同分担通行压力

有时甚至在环道之上

再次叠加一套完整的立交

为路口通行提供双重保障

(南京赛虹桥立交,底层是一个多肢环道,上层叠加一套完整的四肢立交,且左转均使用①号匝道,摄影师 @方飞)

▼


而如果 多条高级道路相交

对效率的要求往往更为迫切

当环道无法满足通行需求时

则将被匝道彻底取代


但要完全使用匝道

又要保证多个方向均可互通

立交桥的规模必然将变得

极为庞大、极为复杂

建造成本和建造难度

也将持续攀升


因此 多数情况下

人们只能根据实际需求

不断进行权衡和取舍

甚至“退而求其次”

舍弃部分转向匝道

形成半互通式立交

(广州广清立交,为半互通式立交,摄影师 @ Patrick wong )

▼


即便如此

这些立交的 外观之宏伟、结构之复杂

仍然令人眼花缭乱、瞠目结舌

( 郑州金水路立交, 总占地面积高达28.8万平方米 , 摄影师 @ 李源 )

▼


2017年
历时近8年的修建和改造
重庆黄桷湾立交 正式完工
其五个方向均由匝道连接
上下路面共五层
匝道达15条之多
以一桥之力
将解放碑、江北嘴、弹子石
和江南新城四个经济区连为一体
是名副其实的 “枢纽型立交”

( 重庆黄桷湾立交桥,它是一座半互通式立交,但外观已然十分复杂 , 摄影师@杨大川)

▼


而在强大的连通能力背后

则是格外庞大的占地面积

尽管出入口的设置经过层层优化

但虎踞龙盘般的结构

对初来乍到的驾驶者来说

依然是不小的挑战

(重庆黄桷湾立交桥,图片来源@东风风神奕炫 )

▼


和此前出镜的所有立交一样

它同样不够完美

但依然在这座高速运转的城市中

扮演着至关重要的角色


时至今日

立交桥 早已不是什么稀罕事物

放眼全国

立交桥数量达5000余座

仅北京一市

便有超过400座立交桥

分布在全市的各重要路口

支撑着每天超过 数千万人次的 出行 需求

(以上数据参考《2017中国城乡建设统计年鉴》,下图为北京市六环周边及六环以内主要道路上的立交桥分布情况,制图 @陈思琦&郑伯容/星球研究所)

▼


然而

即便司空见惯

但却不可或缺

它们遍布城市、连通 城市

并在无形之中

成为一种全新的

城市美学

(天津中石油桥,摄影师@祝昭飞(Feizz) )

▼


穿行于这些

纵横交错的道路之上

东风风神 奕炫

为驾驶者提供了 全新的智能化解决方案

带来更加 安全轻松的驾驶体验

(风神奕炫是东风概念车eπ的首款量产车 )

▼


车辆加载的
ACCS&G自适应巡航系统
能够自动跟随前车进行变速
尤其在车辆密集的城市路况下
可避免频繁操作油门刹车

(天青蓝款风神奕炫在立交弯道自动跟车前进)

▼


LDW车辆偏离预警

和 LKA车道保持辅助系统

二者双管齐下

避免车辆 偏离行驶车道

加上3D六轴陀螺仪的精准定位

能轻松通过城市立交的复杂弯道

(LDW系统可通过仪表盘和声音进行预警,LKA系统可自动为方向盘施加转向力,避免车辆偏离车道 )

▼


不仅如此

风神奕炫 可灵活配置

1.5T涡轮增压或1.0TD发动机

力求实现更强的动力和更低的油耗

(风神奕炫发动机最低百公里油耗仅5.4L )

▼


车身则使用 新一代CMP模块平台

更轻量、耐用、安全

(车辆搭载仪表盘、中控屏和空调面板3块触控大屏,以及电子旋钮换挡 )

▼


在交互几何式的设计理念下

车身锋锐的线条和曲面

打造出极具动感的外观

( 车辆前后均设计有E形装饰条 )

▼


加上舒适的驾驶和控制体验

以及智能的交互联网系统等

时刻体现着 动感、先进、智 能 的

“奕炫”生活态度

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(全车配置456颗LED灯,拥有轿跑型外观和跑车级风阻 )

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.

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.

回顾立交工程的历史

人们用无尽的想象力

创造出 丰富多彩的几何空间

然而

通行效率要高

建造成本要低

外观造型简洁

占地空间要少

或许几代人终其一生

都无法找到如此“完美” 的立交形式


但当人们面对现实中的种种限制

做出的那些所谓“权衡”与“妥协”

即便看似无奈和遗憾

但这本身也就是

人类工程的 终极魅力

( 摄影师@Jeff Ren )

▼



创作团队

编辑:王昆

图片:余宽&刘白

设计:郑伯容&赵榜

地图:陈思琦

审校:王朝阳

封面摄影师:吕威



P.S. 本文主要参考文献:

[1]刘旭吾. 互通式立交线形设计与施工[M]. 人民交通出版社, 1997.

[2]王伯惠. 道路立交工程[M]. 人民交通出版社, 1992.

[3]贺栓海. 道路立交的规划与设计[M]. 人民交通出版社, 1994.

[4]万明坤等. 桥梁漫笔[M]. 中国铁道出版社, 2015.

[5]邵春福. 城市交通设计[M]. 北京交通大学出版社, 2016.

[6]高速公路丛书编委会. 高速公路立交工程[M]. 人民交通出版社, 2001.

[7]乔翔等. 公路立交规划与设计实务[M]. 人民交通出版社, 2001.

[8]李海泉. 北京立交桥[M]. 北京出版社, 1996. 

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只看楼主 我来说两句
  • lw010
    lw010 沙发

    城市立交互通的设计反映了城市的交通组织能力,缓解交通压力,好资料,学习了

    2022-04-13 13:44:13

    回复 举报
    赞同0
  • lzffdd
    lzffdd 板凳

    图文并茂,挺专业的,在学校学过,温故而知新。

    2022-04-04 14:17:04

    回复 举报
    赞同0
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