立交桥交立交桥交立交桥交立交桥

douhongyi

2019-08-11 19:13:32


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)。

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))。

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)。


作者:星球研究所

文章来源:ABBS微信公众号


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