关于立交桥的分析与科普

在城市中，大大小小的路网是城市的血脉，它们日日夜夜地输送着城市中所需和出口的资源，为整座城市的活力奠定了重要的基础。

而随着城市的扩张，成几何倍数上升的平交交叉口使得道路的拥堵越发加剧，所以，立交桥的出现是大势所趋。

定义如下：

本文中所称的立交桥，是与平交交叉口相对的，有两层或两层以上道路的交叉口。

特别定义：本文中，环岛也包括在立交桥内。

作者搜集了全中国各种类型的立交桥以及复合立交桥(交通枢纽)，并从谷歌地图上下载了超4K像素的立交桥卫星原图。本文集中所有图均可供学习下载使用，也可转载并加入分析立交桥的行列，一起交流对其的看法。

首先，让我们一起来探讨探讨那个虽然不一定有两层或两层以上的匝道，但是也被我计算在内的环岛立交。

环岛立交是城市立交桥中较常见的类型，其最大特征为：

立交桥中至少有一层是环岛路口。

由于环岛路口本身可以消化相当大的多方向交汇车流量，故很多地方只需增设一层环岛路口就能基本解决主路方向(直行)和支路方向(左转右转)车辆的交汇冲突问题。

在某些立交中，主路方向上的车辆可以不受干扰快速通过路口，其余方向车辆通过环岛路口选择去向。

环岛立交的形式并不单一，在实际应用中，不仅可以将环岛路口设置在地面或高架甚至隧道，还可以设置为部分方向车辆由中央圆心驶入环岛的模式。最近出现的多种新型不占地立交桥都是在环岛立交的模板上稍加改进的。

所谓的环岛路口，其形状不仅仅局限于圆形或椭圆形，还可以是各种方形多边形。环岛立交具有设计结构简单、兼顾较多支线、外观优美和谐、方便车辆掉头、建设成本较低等诸多优点，一般是车辆通行量并不大的城镇解决路口拥堵问题的首选。

但环岛路口的局限性也不少，如果环岛路口不够大，它不能从根本上消除大车流量下的交叉通行冲突点，通过环岛路口的车辆必须减速慢行，且较难实现上下层均为主线的互通等;如果要保证多方向快速行车，整个环岛立交的规模要求就会大很多，形成多层多匝道，占用很大空间。因此环岛立交不适用于高快速路以及各方向车流均很大的路口。

具体怎么说呢？

环岛几乎是一种非常鸡肋的“立交”，我国在上世纪80、90年代曾经大量建设在一线城市主干道的交叉口，但是后来又很快消失并且被大量拆除和改造。

在作者的上学路上，最早时曾经有过三座环岛。但后来，两座被拆除后改为了平交交叉口，另一座则把中间的“岛”改小，设上红绿灯，并最终为了一个平交交叉口。那么环岛作为一种“立交”，为什么到了最后甚至还拼不过平交呢？

首先我们先要搞明白，为什么环岛在八九十年代时能够快？

车少。

使用环岛设计的路口，在车少时由于没有红绿灯的设置，车辆可以极其地自由通过。但是环岛有一个最大的问题：

里侧车道的车在下一个出口要出环岛，那么它向右变道；外侧车道的车要在两个出口后出环岛，那么它向左变道，形成变道点问题。

在车流量较少的上世纪八九十年代，变道点的问题不会特别明显，甚至根本显现不出来。但是，随着车流量的增加，变道点问题逐渐出现，并且越来越严重。

我们知道，如果两辆车同时在同一个变道点从AB两个车道变为BA两个车道，就会造成围城问题：

里面的人想出来，外面的人想进去。——钱钟书《围城》

所以，随着车流量的增加，变道点的问题愈发明显，工程师们就聪明地想到一个办法：增加实际可能的变道点——把道路加长一些，就有更多的地方可以变道了。

但是，工程师们很快就会又聪明地发现，实际的变道点增加两倍，道路加长两倍，通行效率增长到原来的三倍，但是：

占地面积是原来的九倍。

所以，随着车流量的增加，环岛总有寿终正寝的时候。

但是，环岛在某些地方依然具有自身的用处。

比如，高速路的出口，希望能够实现车流不断流，如下图所示。

云南某高速终点环岛

又比如，一个路口需要同时连接四条以上的道路，而又不想建设复杂的互通，这时候环岛就是便捷而经济的选择，如下图。

广东佛山南部环岛

同图，环岛也可以作为跨线桥的附加部分，来承担一些半互通中非联通的部分匝道功能。

图片来自网络

首先，定义：

为什么要修建立交桥呢？总结的理由主要有四点：

1、减少或消除原平面上不同方向或类型的车辆冲突。通俗的来说，就是减小或者消除存在或者应该存在的红绿灯。这样可以在一定程度上缓解拥堵、不堵车时节约行车时间，同时，不交错的车流也能够增强行车安全;

2、有些结构类型的立交桥能一定程度上分流主路方向甚至支路方向上的交通量;其最经典例子就是重庆鹅公岩立交，我们在后面的交通枢纽实例分析中就会遇到。

3、有些结构的立交桥可以增设掉头匝道，给车辆提供较安全的掉头环境且不影响主线车辆快速行驶;还有部分立交桥，如苜蓿叶立交桥，不需要特意增设匝道就能够实现掉头的功能。

4、减少或消除机动车与非机动车、行人等的混行几率，提高道路整体安全系数。

我们首先从最简单，也是应用于高速路上最多的的三路立交开始。

首先，在绝大部分立交中，右转的匝道绝对是千篇一律的，所以我们不考虑在内。

剩下的两个左转匝道，就是立交桥设计的主要之处。

它们可以分别从主路的上下方穿过，如图所示：

云南某高速出口

但是这种做法需要的空间是三层，而且占地的面积较大，在空间狭小的地方，也可以选择将一侧左转匝道如同苜蓿叶立交桥一样，化作270°的转弯，与另一侧的左转匝道并在一起，实现两层三路立交，如图所示：

云南海东村高速出口

三路立交基本上只有这么两种，下一辑我们来看最多样也是最普通的四路立交桥。

在四路立交桥中，最常见的就是苜蓿叶立交桥了。

苜蓿叶型立交是城市立交桥中最常见的类型，呈蝴蝶状，具体又可细分为完全苜蓿叶型(四片叶子)和不完全苜蓿叶型(三片或两片叶子)，其最大特征就是立交桥中设有通过右转270度实现车辆左转的匝道，即左转车辆先直行过主桥面或桥洞，再向右反转汇入至另一层主线上以实现最初的左转目的。

这种立交桥结构极其简单，只需两层就可以实现所有方向的互通且能保证两条互呈直角交叉的主干线车辆同时快速通过，还可以像环岛立交一样能让车辆掉头或错过右转后仍有改正机会。

苜蓿叶型立交以其简易、美观、方便和全能等优势成为城市立交桥的建设主流，其匝道多数情况下能"以坡代桥"减少建设成本和施工难度，对十字型交叉的立交互通路段有很强的适应性，通行能力远大于环岛立交。

不过此类立交桥依然有较明显的缺点。它需要多条迂回匝道以实现车辆的左转，建设成本稍高于最简单的环岛立交。当多方向车流量大、车速快、立交桥上下层主干道路高度差较大的时候，就不能修建弯度大、坡度陡的小半径匝道，导致整个苜蓿叶型立交桥的规模大大增加，占用大量土地。

这种类型的立交桥采用了先汇入再分离的方式来解决异层间的左转和掉头互通问题，导致在车辆较多时汇入主线的车辆和要驶离主线的车辆容易在变道点上产生冲突，因此苜蓿叶型立交桥依然不适合高快速路的立交互通，也不适合在建筑密集、路口较小的地带修建。

如图所示：

广西西宁G80、G72互通

在城市快速路中，对车辆通行速度的要求可能并没有那么大，但是寸土寸金的地价却给立交桥增添了新的要求：“占地面积小”。所以，在城市快速路的交叉口中，我们时常看到一些“变形”的苜蓿叶立交桥，可以变得方正，如下图：

云南大理快速路互通

也可以为适应地块建设出异形的苜蓿叶立交桥，如下图：

云南大理快速路互通2

当然，上面那些都属于完全苜蓿叶型立交桥，但是还有一种，也就是不完全苜蓿叶型立交桥，指的是将一片或两片叶子的功能用最上层的跨线桥取代，如图所示：

云南G80、G8011交叉口互通

上图中这个立交桥的最大好处在于，既通过两片苜蓿叶的设计节约了垂直空间，降低了成本，同时又取消了交织路段的问题，增加了车辆的通行速度，减小了事故风险，把无交织型立交桥的优点和苜蓿叶立交桥的优点合二为一。

还有一种，就是在地形极度受限的城区，只保留一侧的两片叶子。

下图所示：

福州湾边互通

但是这种立交桥几乎只能用于城市中对通行速度的要求并不是特别严格的城市快速路连接。其主要问题在于以下两点：

1、没有解决交织路段的问题：两片叶子位于同一侧，导致没有办法解决苜蓿叶的最大问题。

2、由于地形受限，这类立交桥的两片苜蓿叶转弯半径和坡度都非常大，导致车辆在运行经过时都要减速，不过此问题在城市快速路中并不是特别重要。

如果彻底地将苜蓿叶立交桥的四片叶子全部摘掉，你就会得到一个无交织型立交桥。

无交织型立交桥是规模最庞大、结构最复杂、功能最完善、形式最繁多的立交桥类型，可以消除任何所有方向车辆的通行交织点，每个方向的车辆都不会与其他方向车辆产生干扰，主路与支路车辆之间只存在分离或汇入情况。

这种立交桥最大特点是每条主路上的左转匝道都设置在该主路的合并匝道之前，即各主路上先分离左右转车辆，再接纳从其他线路上汇入而来的车辆。

无交织型立交桥拥有最强大的立交互通功能，其匝道纵横交错、距离狭长、跨域度大、宏伟壮观，可以实现各方向汽车安全快速地转弯变线，但其建设难度、占用空间、造价金额等就十分巨大。

因此无交织型立交桥适用于多条高快速之间的连接以及在空间许可情况下多条主干道、快捷路等的交汇。

无交织型立交桥又分为两种：大城市中不差钱，占地面积最小，匝道高度最高的堆栈立交桥：

上海G50、G1501互通

在这种立交中，所有的左转匝道一层层从主线上堆上去，其最高高度为四层，通行速度最快。

和高速上通行速度最快，修建难度最大的漩涡立交桥：

图片来自网络

至此，所有的基本立交类型均已介绍完毕