姚郟不約　姚郟不韋

研究背景

如何解決城市交通問題一直是社會十分關(guān)注的熱點。隨著城市車流量迅速加大，使得道路更為擁擠，尤其在十字路口經(jīng)常發(fā)生堵車現(xiàn)象。我們家樓下就有一條交通要道的十字路口，一到上下班高峰時段，就堵起一條長龍，從高樓上看下去很是“壯觀”，但更讓人揪心。當前，為了解決十字路口的擁堵問題，一方面采取了各種交通管制措施，但常見的平面交通系統(tǒng)必須有1個車道的車輛在紅綠燈的控制下停車避讓，使車輛的擁堵更為嚴重;另一方面設(shè)計不同的道路結(jié)構(gòu)，力求提高全路段的行車速度，解決在十字交叉路口2個不同方向車輛之間，以及車輛與行人之間的交叉問題，然而，因存在多個交匯點，在交匯點處車輛必須減速行駛，使車輛的行駛速度難以顯著提高，同時，也無法解決人行道與車輛的交叉問題。針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，我們想提出一種新的十字路口道路的設(shè)計思路——將高架橋和地下隧道巧妙地進行組合——實現(xiàn)各個方向車輛都能各行其道、直接通過十字路口，以解決十字路口車輛交叉行駛的問題。

設(shè)計思路

一方面，我們在教師指導下進行了我市交通現(xiàn)狀的實地考察;另一方面，為了避免初步構(gòu)思的設(shè)計結(jié)構(gòu)與他人的專利申請內(nèi)容有所類似，我們以關(guān)鍵詞“橋隧組合”“道路”“十字路口”“交叉路口”“高架”“隧道”上網(wǎng)檢索查新，尤其是對從中國知識產(chǎn)權(quán)網(wǎng)下載的公告號為CN200946232、CN201634979U、CN202227212U的3項專利申請說明著重加以分析，進一步開拓了思路，使我們的課題更明確、思路更清晰。

設(shè)計過程

方案一：簡單橋隧組合

將高架橋和地下隧道進行組合構(gòu)設(shè)于十字路口處：橫向道路有高架橋跨越十字路口，縱向道路有地下隧道下穿于十字路口，示意圖見圖1。這樣設(shè)計后，直行車輛可以通過橫向的高架橋或縱向的地下隧道，右轉(zhuǎn)、調(diào)頭的車輛可以在路面上行駛，縱向的左轉(zhuǎn)向車輛也能在路面上行駛。但橫向的左轉(zhuǎn)向車輛在沒有紅綠燈的控制下必然會與其他車輛交叉。根據(jù)目前實施的交規(guī)或設(shè)施，解決橫向道路的左轉(zhuǎn)問題，需要設(shè)置紅綠燈，或是在十字路口附近設(shè)置車輛調(diào)頭區(qū)。但這樣一來，客觀上就加大了交通流量。

方案二：設(shè)置下橋岔道

通過反復分析和構(gòu)思，我們著手對高架橋結(jié)構(gòu)設(shè)計進行改進，即在位于十字路口處的高架橋橋面兩側(cè)分別設(shè)置至少1條車道的下橋岔道。如圖2所示。方案二示意圖如圖3所示。

這樣設(shè)計后，橫向直行車輛通行高架橋，通過橋面上的直行車道通行;縱向直行車輛通行地下隧道，通過地下隧道的直行車道通行;右轉(zhuǎn)向車輛直接在路面上靠右轉(zhuǎn)向通行;橫向左轉(zhuǎn)向的車輛上橋后經(jīng)下橋岔道下橋，沿地面弧行車道向左繞行;縱向左轉(zhuǎn)向車輛在地面上通行;調(diào)頭車輛不上高架橋或不下地下隧道，按逆時針方向在地面上繞行;行人跨道、直行或轉(zhuǎn)彎均要通過人行天橋和人行地下通道通行。

概括而言，所有直行車輛都通過高架橋或地下隧道，所有左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、調(diào)頭車輛都在路面上行駛，行人通過人行天橋或人行地下通道。這樣一來，各個方向的車輛都能直接通過十字路口。

方案三：改變地面車道

雖然經(jīng)過上述改進后，實現(xiàn)了無障礙、無交叉、無變道，即無需紅綠燈控制。但在車流量較大的情況下，可能會出現(xiàn)部分左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)車輛或部分左轉(zhuǎn)與調(diào)頭車輛同行一條車道的情況，而此時必須先后互讓而減速緩行。為此，我們在地面上各道路方向再增設(shè)1條雙車道，即橫縱地面的道路設(shè)為3組雙向車道，以解決道路暢通的問題。設(shè)計模型如圖4所示。

創(chuàng)新點及應用前景

本作品運用“合理組合”的發(fā)明技法，提供橋隧組合式十字路口道路，可實現(xiàn)各個方向車輛各行其道、直接通過十字路口。結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，便于實施，在結(jié)構(gòu)和功能上實現(xiàn)了創(chuàng)新。

結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：與現(xiàn)有技術(shù)相比，作品將高架橋和地下隧道巧妙地進行組合，在十字路口構(gòu)造出高架層（橫向直行）、下穿層（縱向直行）和地面層（轉(zhuǎn)向、調(diào)頭）3個立交平面，形成橋隧組合式的三層立交道路。而在位于十字路口處的高架橋橋面兩側(cè)分別設(shè)有下橋岔道，解決了橫向左轉(zhuǎn)車輛在地面行駛的問題。

功能創(chuàng)新：將十字路口車輛通行過程分為橫向直行、縱向直行、橫向左轉(zhuǎn)和縱向左轉(zhuǎn)4個基本動作，實現(xiàn)各個方向車輛各行其道、直接通過十字路口。也就是說，所有直行車輛均通過高架橋或地下隧道通行;所有左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、調(diào)頭的車輛均在地面上行駛，無障礙、無交叉、無變道;行人均通過人行天橋或人行地下通道通行。真正實現(xiàn)了人行和車流分離，可使車流暢通，確保行車安全，有利于進一步提高城市十字路口車輛的通行量和有效緩解城市交通擁堵。本作品已被國家知識產(chǎn)權(quán)局授予實用新型專利證書（專利號：ZL 2017 2 1044506.8）。

該項目獲得第33屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競賽項目小學組技術(shù)類一等獎

專家評語

設(shè)計從解決十字路口車輛交叉行駛問題出發(fā)，提出橋隧組合的立交模式，實現(xiàn)所有車輛的無交叉通行，提高了車輛通行效率，具有一定的實用價值。但當前作品需要單向5車道才能實施，限制了其適用范圍，且2車道的直行道也可能造成直行道擁堵。建議根據(jù)道路交通流量，設(shè)置左右轉(zhuǎn)綜合道，減少總道路、增加直行道數(shù)量，以進一步提升作品對各種道路狀況的適應性。