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本文转载自公众号星球研究所,未经授权不得二次转载

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第1张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第2张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第3张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第4张图片


那么
人们为何要修建如此复杂的工程?
又是如何做到的呢?


立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第5张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第6张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第7张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第8张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第9张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第10张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第11张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第12张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第13张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第14张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第15张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第16张图片


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


立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第17张图片


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
(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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第18张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第19张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第20张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第21张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第22张图片


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)

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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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第24张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第25张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第26张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第27张图片


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”“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)

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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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第29张图片


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

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第30张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第31张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第32张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第33张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第34张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第35张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第36张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第37张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第38张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第39张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第40张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第41张图片


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


立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第42张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第43张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第44张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第45张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第46张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第47张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第48张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第49张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第50张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第51张图片


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)

立交桥交立交桥交立交桥交立交桥第52张图片


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))

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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)

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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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