西华大学第一届交通科技大赛作品说明书.docx
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西华大学第一届交通科技大赛作品说明书
西华大学第一届大学生交通科技大赛暨第八届全国大学生交通科技大赛选拔赛
作品说明书
针对车、人流量较大的
十字路口立交桥
作者：
年级专业：
2011级交通工程
指导教师：
中国·成都
2013年4月
摘要
随着社会的发展，交通工具随之也越来越多，道路也就越来越拥挤，当然安全隐患也就越来越多。
针对这个问题，需要提高道路的安全性能，设计更方便、高效、节能、安全的道路。
而十字交叉路口往往是事故多发区，需要特别的注意，一般流量大的路口都是设计的立体交叉桥。
我们的课题也就是设计有效减少安全事故的立交桥，一方面，缓解交通压力，做到道路不堵不塞，有效疏通十字路口的车辆及行人。
另一方面，有效利用有限的地皮，为都市生活提供一个公共娱乐场所，让城市人能有一个释放压力的地方。
关键词：
立交桥微型人车协调
1前言
1.1研究背景
道路是交通的动脉。
在现代交通中，公路交通起着至关重要的作用。
随着交通事业的飞速发展。
社会经济的繁荣，不但城市道路纵横交错，乡村公路上交叉也随处可见。
道路的相交处——交叉口，是行人、车辆汇集，转向和疏散的必经之点，可谓是保证公路交通运输畅通的关键，也是交通的咽喉。
因此，路口的交叉形式和交通组织对车辆的畅通与行人的安全，具有很大的影响。
本文探论了立交桥在解决交叉口堵塞方面的实用性，重点是我们所设计的立交桥是考虑到人与车相互协调的快捷立交桥。
他能快速解决人与车的红绿灯等待时间，加快社会节奏，提高了社会生产效率，在单位时间内产生更多的效益。
同时，我们也解决了停车位紧张的问题，我们所设计的立交桥负一层设计了专业停车位，能让市民朋友出差、办公时不再为没有停车位而担心。
1.2研究目的
作为一次课外科技活动，通过参赛这个过程巩固交通工程专业知识，学习体验科学研究的过程，培养严谨的科学思维是我们的首要目的。
作为本研究来说，研究微型立交桥，针对人车流量较大的十字路口设计一款能有效协调人车流量的立交桥，希望能有实用价值。
1.3研究技术路线
图1-1本作品的研究路线。
前面已经交待过，目前国内针对人车流量较大的十字路口还是比较多的，借鉴各个立交桥的设计，加以改善。
总的来说，我们的研究过程主要包括以下几个阶段：
图1-1本课题研究计划图
2交叉口堵塞原理
2.1交叉口堵塞原理
平面交叉口目前还是公路交通的主要交叉口形式，当各个方向的车辆通过路口时，由于行驶的去向不同，相互交叉就会形成冲突点。
如果车辆无一定的交通管理，在各个冲突点就可能发生车辆冲撞，从而造成交通事故和路口的阻塞。
如何消除和减少这些冲突点，保障车辆的顺利通行与安全，就是路口设计的重要任务之一。
冲突点的数量一个平面交叉口冲突点（仅计交叉点，不计分流、合流点）的数目可用下式计算：
式中：
N——冲突点数目；n——相交道路单方向车道数的总和；若为混合交通时，则为相交道路单方向轨迹线的总和。
图2-1
可通过以下三种途径来改善平面交叉:
（1）将车道平面分离——交通渠化；
（2）将运行时间分离——红绿灯管制；
（3）将车道空间分离——立体交叉。
（1）是将上、下行车道都分开、或设置中间分隔带、或设置中间转盘等。
分开车道和设置中间分隔带都只能减少冲突点，而不可能完全消除冲突点；设置中间转盘虽然消除了冲突点，将其转化为合流、分流、交织的混合运行，但车速大大降低，大交通量的常常受阻。
（2）是将冲突发生的车道双方的运行时间错开。
为减少或消除行车冲突点．，一般采用交叉口红绿灯交通管理设施，也有以单行线、自动信号控制、民警指挥等来达到这一目的。
但这样以一个路口的车辆停留等候来避免冲撞，使路口的通行能力大大降低，红绿灯造成的等待问题也进一步造成了交通的拥挤堵塞。
（3）是消除冲突点最有效的方法。
2.2立体交叉的作用以及其发展概况
立体交叉的作用立体交叉在道路交通上起着非常重要的作用。
它取代了平面交叉路口的信号管理；基本上消除了平面交叉路口的冲突点；使车辆接连不断地迅速地通过交叉路口；大大地提高了道路的通行能力；同时节省了时间、燃料等，带来相当可观的经济效益，为高等级公路的高速安全、畅通提供了保证。
美国最早修建立体交叉是1928年在新泽西州Woodbridge的两条道路相交叉处修建的第一座苜蓿叶式立体交叉该立交通过的交通量子均每昼夜达62500辆，高峰小时达6074辆，即每分钟可容许100辆汽车通过。
图2-2
1930年在芝加哥又建成了第一座拱式立体交叉桥。
到1936年已建成125座立体交叉桥。
随着社会的发展立体交叉在各大城市中已经是随处可见，以我国为例就有北京建国门三层长条苜蓿叶式立体交叉，西直门的三层环形立体交叉；上海真北路立体交又；天津中环线八里台立体交叉，中山门蝶式立体交叉；广州区庄四层环形交叉，人民路高架桥；西安星火路立体交叉等著名立体交叉桥。
随着交通量的增长，立体交叉在不断增多；其形式也从早期的几种发展到数百种，有简单的分离式也有互通式；有两层立体交叉，也有三层以上交体交叉；有车行立体交叉，也有铁路公路立体交叉，人行立体交叉等，开创了立体交叉的新纪元。
2.3立体交叉的特征与组成
立体交叉的特征及修建以立体交叉口代替平面交叉口，大大地提高了道路的通行能力。
立体交叉的交通组织不同于平面交叉路口，在立体交叉路口上，各向车辆的行驶方向，是根据立体交叉的结构形式进行交通组织，并且必须设置适应于立体交叉的各种交通标志和管理措施。
立体交叉虽然提高了道路的通行能力，但它占地面积较大；部分车辆（特别是左转弯车辆）通过立体交叉时需增加绕行距离；为了克服相交道路的高差还需绕行一段上、下坡引道。
不同的立体交叉，由于受地形、地物，环境条件，交通流大小等诸因素的影响，其特征不一致。
立体交叉一般由以下几个部分组成;
1.引道与构造物（跨线桥）相接的桥头路段，其范围是由于道的现状地面标高至与桥头相接顺的路段。
2．坡道一般指立体交叉桥下低于现状地面标高的路段，其范围是干道一端现状地面标高至另一端现状地面标高。
3．匝道用以连接两条相交道路供左、右转弯车辆单向行驶的单车道路，有时以弯桥出现，它与主线的交点称为匝道终点。
4．构造物（隧道或跨线桥）穿越相交道路的结构物，是立体交叉实现车流分隔的主体。
有的立体交叉有一座以上的构造物（指匝道与干道、干道与干道、匝道与匝道相交叉处所修建的立交桥或隧道）。
5．变速车道由于匝道采用比主线较低的车速，因此车辆进出主线都要改变车速。
在匝道终点附近，主线右侧增设的，为车辆进出变速而用的附加车道称为变速车道。
入口端为加速车道，出口端为减速车道。
6．出口与入口由主线进入匝道的路口称为出口；由匝道进入主线的路口称为入口。
7．斜带及三角形地带变速车道与主线衔接的三角形渐变段称为斜带。
匝道与主线间，或与匝道司所围成的封闭地区统称为三角形地带（或三角区）。
三角区可作为交叉口绿化美化环境、照明等用地。
8．辅助车道当高等级公路与次要道路相交时，在分合流附近，为了使匝道与高等级公路车道数平衡和保持主线的基本车道数而在主线一侧增设的车道。
9．集散道路位于城市附近交通繁忙的高速公路，为了减少进出高速公路的车流交织和进出口数量，在高速公路一侧或两侧所修建的与高速公路平行而又分离（主线为其它等级公路，也可考虑与主线不分离）供车辆进出的专用道路。
图2-3
2.4立体交叉建造的必要性
技术上合理一般来说，在下列情况下应采用立体交叉：
1.高等级公路与高等级公路相交叉处（高速公路与高速公路、高速公路与一级公路、高速公路与汽车专用公路等）；
2.小高等级公路与快速道或主干线相交叉处；
3.高等级公路与城镇主要放射线相交叉处；
4.高等级公路的特殊设施（如收费站、停车场、调头立交等）；
5.城市道路交叉口，如不修建立体交叉就无法改善交叉口及其相连道路的交通现状；
6.城市交叉口、交通量很大，经常发生拥挤、阻塞、排队现象；
7.铁路干线与道路相交而互相干扰很大的交叉口；
8.横穿高速公路、汽车专用公路而不应中断的地方道路及便道；
9.城市繁华商业街作为城市主要交通干道，道路现状不能满足人们购物、旅游和车辆交通等用途，综合考虑，可以修建高架桥；
10.地形和环境适宜，例如较高的桥头引道与滨河道路交叉等。
立体交叉造价高、占地大，只有在采用平面交叉口和各种交通组织措施都不能解决道路交通问题时，才考虑采用立体交叉。
3几种常用的立交桥的论述
随着道路建设的发展和交通的需要，城市人口的急剧增加使车辆日益增多，平面交叉的道口造成车辆堵塞和拥挤，许多大中城市的交通要道和高速公路上兴建了一大批立交桥，用空间分隔的方法消除道路平面交叉车流的冲突，使两条交叉道路的直行车辆畅通无阻城市环线和高速公路网的联结也必须通过大型互通式立交进行分流和引导，保证交通的畅通城市立交桥已成为现代化城市的重要标志为保证交通互不干扰，而在道路铁路交叉处建造的桥梁广泛应用于高速公路和城市道路中的交通繁忙地段从此，城市交通开始从平地走向立
就立交桥而言，按交通功能划分为分离式立体交叉，互通式立体交叉。
互通式立交的形式问题实质就是各种左右转弯匝道的选择和组合问题。
不同的左右转弯匝道组合在一起就形成了不同的互通式立交。
设计一座立交实质上就是在当地的主、客观条件下如何选择最优的左转弯匝道进行组合。
就四肢立体交叉形式的立交桥有以下几种基本的造型。
。
3.1四肢全互通式立体交叉
优点：
（1）交通运行连续而自然；
（2）无冲突点，无须设信号控制；（3）可由部分苜蓿叶式分期修建而成；（4）仅需一座跨线构造物，造价较低。
图3-1
缺点：
（1）左转弯车辆绕行距离较长，占地较大；
（2）环圈式左转匝道线形差，行车速度低；（3）上、下线左转匝道山入口之间存在交织运行，限制了通行能力；（4）正线上为双重出口，其中左转匝道出口在跨线构造物之后，使标志复杂。
3.2四肢部分互通式立体交叉
四肢部分互通式立体交叉是在次要道路上或匝道上存在平面冲突点或个别转弯方向不设专用匝道的立体交叉，一般多用于主要道路与次要道路相交，也可用于地物限制较严或分期修建的情况。
部分互通式立体交叉的代表形式主要有菱形立交体交叉和部分首宿叶式立体交叉等。
菱形立体交叉是只设右转和右转公用的匝道，在跨线构造物两侧的次要道路上存在平面交叉口。
优点：
（1）能保证主线直行车辆快速畅通；
（2）主线上具有高标准的单一进出口，交通标志简单；（3）主线下穿时匝道坡度便于驶出车辆减速和驶入车辆加速；（4）形式简单，仅需一座路线构造物，用地和工程费用小。
图3-2
缺点：
（1）次线与匝道连接处为平面交叉，影响了通行能力和行车安全；
（2）次线上可能存在视认性、错路运行或行车等待等问题。
菱形立体交叉多用于城市道路的主要道路与次要道路相交且用地困难的情况，而公路上多为收费的，—般不采用。
3.3四肢交织型立体交叉
优点：
（1）能保证主要道路快速畅通，转弯行驶方向明确；
（2）无冲突点，行车较安全，交通组织方便；（3）结构紧凑，占地较少。
图3-3
缺点：
（1）存在交织运行，通行能力受到环道交织能力的限制；
（2）车速受到中心岛半径的影响，速度较低；（3）构造物较多，工程费用较高；（4）左转弯车辆绕行距离长。
3.4多肢立交——转盘（环道）式
四个以上肢道交汇于一处时经常采用上线上跨或下穿，保证主要道路直通运行不受干扰其余道则经过一个圆形环道进行直通或转弯运行，称为转盘或环道。
图3-4
优点：
环道使进入的车辆都绕中心的环岛作单方向的转弯绕行，以相互交织运行的方式消除了所有的交叉冲突点，造形美观，工程简易，造价低廉。
缺点：
占地面积较大，车辆绕行距离较长，行人通过困难，尤其沿着转盘的一周将连续个断地发生汇人和分离的交织运行，因而通行能力受到限制，尤其当快慢车混行时相互干扰更为严重
4作品的建模步骤和创意点
4.1建模步骤
我组的课题是“针对车、人流量较大的十字路口立交桥”，是一个空间的设计方案，更是一个实际问题的新型构思。
考虑到直观、真实、形象、具体地表现出本组的想法，综合自身能力、指导老师意见以及考虑到各方面的实际情况，经过本组讨论，最终决定使用sketchup草图大师软件，将我组的思想以三维的效果表现出来。
此软件功能齐全，界面清晰，各个工具操作易于上手，学习起来比较简单，三维效果明显，对于初学者来说，是三维制图软件里面相对较为简单的一个。
4.1.1制图过程中分工明确
为了快速的完成设计，提高效率，每人都能动手参加实践，我组将立交桥结构分解为7个部分，分别为上层车道、上下车道、中层车道、水平地面、天桥、底层车道、地下人行道。
上层车道和上下车道和底层车道、中层车道和水平地面、天桥和和地下人行道分别由一个人完成。
各自完成后通过sketchup草图大师软件导入成为一个完整的立交桥结构。
4.1.2上层车道
图4-1
此部分横向道路，中部抬高了的部分为立体转向而不交叉提供了足够的空间，由于车流量比较大，道路采用双向八车道，减缓了交通压力。
需要转弯的车辆就必须上高架通过上下车道的引导转弯到达中层车道，实现转弯功能。
直行的车辆则通过底层车道直行。
完成此部分过程中，画中间高架的步骤比较繁琐，我组采用的方法是先将两端的八车道和中间类似椭圆的高架桥在同一个平面做出，各自创建成组，通过移动工具将中间高架向上移动设计尺寸，再用旋转工具将中间高架弯曲一小的弧度，接着画出连接两端和中间高架的路面。
最后对结构做细部调整，其中包括路边安全防护墙，道路中线，车道，路灯，桥墩等。
总体来看，此部分结构比较简单，由于是初次运用sketchup草图大师软件，前期主要工作在学习，熟悉软件上，花费的时间相对来说比较长。
4.1.3中层车道
图4-2
中层车道为纵向车道，此部分在地面层上，没有凹凸起伏的形状，靠近中间的车道为直线行驶的车道，靠近边上的车道为转弯的车道（转弯方案将在介绍上下车道时说明）。
图中空缺处为上下车道与之相接的地方。
由于此部分仅在一个平面上，即水平面上，所以在画图过程中并没有遇到比较大的困难。
在此就不加累述了。
4.1.4上下车道
图4-3
上图为上下车道、上层车道和中层车道相结合的效果，上下车道的主要功能是连接高架与地面层，使纵横道路相同，并且实现转弯功能。
是立交桥立体交汇的核心部分。
从图中可以清楚的看出车辆的转弯走向，以图示摆放位置加以说明：
（1）、自下往上向右转：
上高架，在高架上到图示上方的回转道路转到自上往下，
从高架下端向下的车道到中层车道，实现转弯。
（2）、自下往上向左转：
上高架，从图示上方高架上向下的车道到中层车道，实现转弯。
（3）、自上往下向左转：
上高架，到图示下方从高架上向下的车道到达中层车道，实现转弯。
（4）、自上往下向右转：
上高架，在高架上到图示下方的回转道路转到自下往上，
从高架上端向下的车道到中层车道，实现转弯。
（5）、自左往右向上转：
在中层车道上从行车的右边向上的车道上高架，顺着车道直行下高架即可实现自左往右向上转。
（6）、自左往右向下转：
在中层车道上从行车的右边向上的车道上高架，沿着图示上方的回转车道在高架上转弯后直行下高架方可。
（7）、自右往左向上转：
在中层车道上从行车的右边向上的车道上高架，沿着图示下方的回转车道在高架上转弯后直行下高架。
（8）、自右往左向下转：
在中层车道上从行车的右边向上的车道上高架，顺着车道直行下高架即可实现自右往左向下转。
上下车道的画图方法：
按照上坡和下坡的车道尺寸将上下车道投影到水平面上，在水平面上画出
4.1.5底层车道
图4-4
底层车道是中层车道的一部分，画图过程中只是单独的作为一部分，方便画图。
此部分是为了使上层车道上直行的车辆不与中层车道行驶的车辆交叉而设计的。
4.1.6水平地面
图4-5
水平地面是车道以外的地面结构，其上的元素主要有人行道和旁边的建筑（建筑物此图未画出），以及绿化等。
这部分是道路的载体，此研究对象就是针对这样的车、人流量较大的十字交叉路口而设计的。
这部分不是真正立交桥的部分，所以本组就没有具体修饰这部分。
这部分的画图方法：
画一个矩形，按照道路的尺寸留出画立交桥的部分，然后在四个方向画出人行道，留出与人行天桥和地下人行道的相交的部分。
4.1.7人行天桥
图4-6
人行天桥画法：
通过sketchup草图大师软件“获取模型”功能在网上搜索出符合我组设计的人行天桥，再经过适当的改动，变形，组合，放大或缩小等，即得到上图。
此人行天桥结构简单、大方，道路两侧上天桥的台阶分两个方向，一方面方便来自两个方向的行人上下，从这一方来不必绕到另一方才能上天桥；另一方面，减缓了上下天桥的交通压力，减小了上下天桥的人流量，起到分流作用。
台阶两边是一段小坡，可供行李箱、自行车等带轮的物体使用。
桥上采用的是可透视式栏杆，既增加美观，又增强视野。
4.1.8地下人行道
图4-7
地下人行道画法：
同人行天桥大同小异，通过sketchup草图大师软件“获取模型”功能在网上搜索出符合我组设计的地下人行天道，再经过适当的改动，变形，组合，放大或缩小等，即得到上图。
此地下人行道并未做成天桥样式，原因之一是充分利用地下空间，减少地面空间占有量，其二是为了美观，增强对称性，其三是给人新鲜感。
此地下人行道中具有商业性开发前景。
比如在下面可以拓宽一个至几个铺面用于商业发展，做商品买卖，是一个不错的规划。
4.2创意点
4.2.1视觉效果与实用性
一座桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何角度看都应该是优美的。
结构布置必须简练，并在空间上有和谐的比例。
桥型应与周围环境相协调，城市桥梁和游览区的桥梁，可较多地考虑建筑艺术上的要求。
合理的结构布局和轮廓是桥梁美观的主要因素，另外，施工质量对桥梁美观也有很大影响。
我们的立交桥以椭圆为主体，用曲线引桥来减少坡度，弧形线路穿梭于两条主干道之间，在保证整体造型优美的同时，又不会对司机行车造成不舒适感，兼顾了造型与实用性。
将引桥从桥梁主体的桥墩中间穿过，既节省空间又给人眼前一亮的感觉。
4.2.2空间的利用性
本作品充分利用地下空间和上层空间，将人行道安排在地下通道和天桥，使人车畅通，减少安全隐患，整个桥没有红绿灯，大大提高了车流量和人流量。
并且增添了城市的空间立体感，体现城市的经济发展交通好，基础设施较好，更能吸引投资人的目光。
而且我们的立交桥占地面积小，我们的宗旨是在微型立交下的构想下设计的，同时也在一方面避免了传统立交桥少有人行过道的不足和路线迂回较长，两环间的路段容易形成交织路段，直行车辆易受转向车辆的干扰等等不足之处。
同时我们的方案也是在北京李旭为设计的微型立交桥的参考下完成的，对于他所设计的不足，如“微型立交桥”没有考虑行人（这是一个缺陷，或许可以通过架设天桥或地下通道解决）。
桥上多出很多出口，易拥堵、一旦走错难以纠正等。
图4-8
包括交通流量等因地制宜。
比如视距盲点、人车交织等问题，都是以前考虑不周的地方，就这些问题上，我们探究，商量，谈论，得到了一定的解决。
结论
本课题是针对人车流量较大的十字路口安全问题设计的微型立交桥，提高道路的安全性能，设计更方便、高效、节能、安全的道路。
而十字交叉路口往往是事故多发区，需要特别的注意，一般流量大的路口都是设计的立体交叉桥。
我们的课题也就是设计有效减少安全事故的立交桥，一方面，缓解交通压力，做到道路不堵不塞，有效疏通十字路口的车辆及行人。
另一方面，有效利用有限的地皮，为都市生活提供一个公共娱乐场所，让城市人能有一个释放压力的地方。
在此次课题中得到以下结论：
1.设计要结合实际。
2.设计要符合理论。
3.课题需要与时俱进，不断变化改进完善。
4.团队精神很重要。
同时，我们认识到还有很多不足之处，主要有以下几个方面：
1.理论知识不够，基础不扎实导致设计缺乏扎实的理论基础。
2.针对专业问题的研究与解决还不是很顺利。
比赛的进程安排不够合理。
等等
致谢
本课题的顺利完成，首先要衷心感谢从始至终一直给予我们无私帮助的两位指导老师。
本研究论文是在老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。
在整个过程中，张老师花费了大量精力，提出了许多宝贵的建议。
他严肃的科学态度，严谨的治学精神，深深地感染和激励着我们。
他对论文理论的精辟建议和论文质量的严格要求，都是我们顺利完成本次课题的关键。
在老师的精心指导和帮助下，我们开阔了视野，分析和解决问题等方面的能力有了长足的进步。
在此，再次向老师致以最诚挚的谢意！
感谢学校以及学院领导对此次活动的支持，感谢全国交通科技大赛，为我们提供了实践和学习的平台，提高了我们的专业知识水平和团队合作精神！
感谢评审专家对本作品的辛勤评审，你们的宝贵意见将使我们做的更好。
谢谢你们！
参赛小组成员：
许明任冬邓佩知
2013年4月
于西华大学交通与汽车工程学院
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附录一：
sketchup三维模型图
轴测图
俯视图
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