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星球研究所 立交桥

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发表于 2019-9-27 06:30:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
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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)

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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)



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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)

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那么
人们为何要修建如此复杂的工程?
又是如何做到的呢?
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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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
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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)




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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)

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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




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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)

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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)

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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)

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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)



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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)

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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)

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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)

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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)

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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)



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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)

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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)

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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)



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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
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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)

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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)

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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)

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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)



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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)

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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)

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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)

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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)

星球研究所 立交桥-51.jpg



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)

星球研究所 立交桥-52.jpg



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


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