提起立交桥
大家是什么印象
错综 混乱 还是壮观
原以为立交桥的设计和修建
是一件“随机”事件
其实不然
今天团团带你
科普一下立交桥
当然科普不是重点
更重要的是Ta美啊
前方高能
！！！
小心绕晕
▼ ▼ ▼
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104 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
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：①为直接式匝道；
②-⑨为半直接式匝道；⑩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）
▼
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）
▼
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.
... The End ...
立交桥也是一种美学
看过之后
你是不是也觉得很震撼
留言区等你
顺便点个在看哦
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来源 | 星球研究所（ID：xingqiuyanjiusuo）
本文校审 | 冯赞 责任编辑 | 武智勇
图文编辑 | 刘代启 (黑龙江八一农垦大学)