小心被绕晕...
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或许会想到现代城市发展至今
形成的垂直空间
因为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
▲通6个方向的上海莘庄立交桥，上图仅可见5个方向，摄影师@蔡震宇
在这个垂直世界里往来穿行
人们早已习以为常
但如若从高空俯瞰
呈现在眼前的将是一个
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
人类为何要修建如此复杂的工程？
又是如何做到的呢？
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；上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
且建设简单、造价经济
只需一座跨线桥梁
在世界各地应用极为广泛
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▲“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
这就意味着需要较大的占地面积
而增设集散道却让问题愈发严峻
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
▲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
于是
人们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
立交形式还需进行一场“进化”
这场“进化”
是通过排列组合完成的
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；上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
称为“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
可是根据人们对速度的需求
工程师们又利用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
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▲成都航天立交，属于涡轮式立交，摄影师@蒋小翼
然而随之而来的问题是
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
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
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”
▲上图为青岛新冠高架-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
经过工程师的巧妙设计
也成了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
这些匝道组合而成的立交形式
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
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
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；上图为广州土华立交，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
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
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
在人们的想象力下
每一个城市中的立交桥
宛如一支支“戴着镣铐的舞蹈”
迸发出全新的韵味
但是这还远没有到达尽头
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
各向车流的交织运行
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”
▲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
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
但在多数情况下
人们会根据实际需求
不断进行权衡和取舍
甚至舍弃部分转向匝道
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
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
形成名副其实的“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
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
时至今日，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》）
▲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
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））
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.
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
在立交桥上
我们从四方来，去往四方
它不仅仅是连接两点之间的线段
更不是一个冷冰冰的建筑物
它体现着人类的智慧
▲（摄影师@Jeff Ren）
虽然时刻要面对
“通行效率要高、建造成本要低
外观造型要简洁、占地空间要少”
等现实中的种种限制
但这恰恰体现了人类工程的魅力
争当时代弄潮儿//每日一学习//天天约定你
编辑：吴梓铭初审：魏俊宇、毋文复审：辛琦终审：饶玲来源：星球研究所（ID：xingqiuyanjiusuo），一群国家地理控，专注于探索机制世界；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。
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