本文经微信公众号“星球研究所”授权转载

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？

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

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）

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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）

▼

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）

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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

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）

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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）

▼

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）

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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）

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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））

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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.

P.P.P.S.  星球研究所长期招聘地理、地质、城市规划、天文、历史、考古、生物、建筑等各领域撰稿人，以及视频编辑、设计师、图书策划、商务策划等，请在后台回复“招聘”即可查看

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