快速路节点采用何种形式和等级的立交取决于横向道路的等级和性质。一般情况下，快速路与快速路或高速公路相交时，采用枢纽型互通立交；而快速路与主次干路相交时，通常采用菱形立交（ 或平行式匝道），也称为简易立交。菱形立交的匝道与横向地面道路连接处通常存在2 个平面交叉口，每个交叉口存在 3 个冲突点（ 左转车流和直行车流）。菱形立交主要功能是保证快速路主线上直行车辆的快速通畅，主线上左右转弯只有单一的进出口。菱形立交比较适用于重要道路和次要道路相交、次要道路交通量和转弯交通量较少的交叉口。其优点是占地面积小、仅建一座立交桥、结构简单、造价较低。

菱形立交是由两条道路十字交叉，主要道路以分离形式穿越次要道路，在以相交道路为轴线的四个象限内，从主要道路两侧斜向引出单向进出匝道至次要道路平面交叉口，总体布置成菱形结构。

传统菱形立交的特点是仅主线上需建结构工程，不需要为转向车流修建专用转向匝道，所有转向车流需在次要道路平面交叉口内通过，因而能保证主线交通的通畅，并且造价低，占地面积小，一般在道路红线内即能满足，是一种十分常见的立交型式，广泛应用于城市快速路、高速公路与一般道路相交交叉口。但是如果交通组织不当，其局限性也非常明显，概括来说主要是短间距交叉口的有限空间与交叉口大量转向需求的矛盾，将其细化包括以下方面：

（1）受主线土建结构影响，地面交叉口形成两个短距交叉口，交叉口内部及地面道路桥下空间有限，交通组织形式受限，道路断面需同时满足机动车、非机动车、行人的交通需求，且必须保证安全、有序性。

（2）交叉口交通流除直行交通外，转向车流需求大，为避免冲突最少要设置三个信号相位，且需根据各流向流量大小进行信号相位搭接。

（3）次要道路与上下匝道在地面形成的两个短距离交叉口，必须信号协调控制。

（4）由于短间距交叉口存在、主线上下匝道存在收费点，要考虑交叉口内的蓄车空间，避免排队溢出。

针对上述存在的问题，本文提出了菱形立交两种不同的交通组织方案，并采用微观仿真评价的方法对各自的优缺点进行对比分析，总结得出各自不同的适用范围，为菱形立交的优化设计提供参考。

交通组织设计的目的是使车辆在整个研究区域的路网上运行有序，从而最大限度的节约道路资源，并使车辆的总体运行时间最短，实现研究区域内交通的良性运行。理想的交通组织涉及了城市规划设计、交通工程设计和交通管理三个方面，针对典型菱形立交及其周边路网的道路结构，在不进行大规模土建改造的情况下，根据实际情况可实施常规方案和掉头方案两种交通组织方案。

1.1 常规方案

在地面次要道路上形成两个短间距交叉口，上下高速公路匝道的左转车流在交叉口内完成转向，其中利用桥下空间设置左转上高速公路的车辆排队等候区。右转车流均通过专用车道并入匝道及地面道路。这种交通组织方案的优点为所有车辆在交叉口内完成转向，无绕行，但是由于两个交叉口间距很短，桥下排队空间有限，易造成排队溢出，阻塞交叉口，并且为了避免产生冲突点，需设置至少三个信号相位，信号控制复杂。

1.2 掉头方案

该方案将下匝道左转车流转向取消，以右转汇入地面道路至相邻交叉口掉头后直行通过菱形立交节点。其它车流交通组织方案与常规方案保持一致。

这种交通组织方案的优点为简化了交叉口内流线，仅需两相位信号控制，可减少直行及左转上高速公路车辆的延误时间。但是高速公路下匝道左转车流需绕行，延误时间增大，且汇入地面道路及掉头时会对干道及相邻交叉口造成干扰，增大路段、相邻交叉口的延误时间。

这两种交通组织方案有着各自的优缺点，且根据现场条件的不同有着不同的适用范围，因此下面通过实际案例的交通仿真评价来确定这两种交通组织方式的关键影响因素。

上海市沪宁高速 - 嘉松公路立交为高速公路与城郊公路的菱形立交，该立交在高速公路两侧分别布置了两个上下匝道，与地面公路相接，形成两个短间距交叉口，间距约为 90 m。地面道路主线为双向两车道，桥下空间被跨越主线桥墩分隔为三部分，中间宽约 16.5 m，两侧各宽 10 m。菱形立交与上下两相邻交叉口距离为 450 m。交通组成中大、中型货车比例达到 50%，交通流向中地面上高速的转向流量较大。

2.1 时空一体化设计

时空一体化是通过梳理空间资源和时间资源的基本组成，建立二者之间的互为影响关系，最大限度地实现平面交叉口时空资源的充分利用和优化配置。其核心工作是安全、高效地分配不同交通主体的时空通道。在初步确定交叉口的交通组织方式后，首先应收集翔实的道路、交叉口基本资料，包括路网结构、红线宽度、交通流量流向等，综合考虑道路渠化、信号控制方案，以进行交叉口时空一体化设计。

为了充分利用桥下空间资源，主通道内设置五条车道，在桥中间位置进行短间距的车道变换，增大左转车辆蓄车空间，两侧辅道布置一根直行机动车道及非机动车道、人行道。地面道路进口道在交叉口进行拓宽处理，采用偏移中央分隔线、调整安全岛的方式设置四根进口车道，并在车道上设置文字标志，引导车辆早变道，避免在桥下短车道变道产生拥堵。高速上下匝道左转均设置为两根车道，提高其通行能力，让绿灯于地面道路，且增大了上匝道蓄车空间，避免因排队收费时的溢出，干扰交叉口。交叉口内设置导向标线，引导车辆通行，非机动车、行人通过隔离带与机动车相分离，提高交通安全性。掉头方案则将下匝道左转车道去除，其余设计保持不变。定时信号协调控制下，依据交叉口内的机动车冲突流向确定为三个信号相位，行人、非机动车与同向机动车同步通行。在掉头方案下，信号控制仅包括相位二、相位三。

对交叉口各进口道流向信号灯进行编号，根据各方向流量不同，进行信号相位搭接，在满足慢行交通过街要求的基础上进行信号配时设计，针对不同的交通组织应考虑下列因素：

（1）各流向的交通量大小，决定了两近距交叉口的信号相位是否对称，因此在相位相序安排上，考虑相位的搭接。如上述相位一到相位三即为最佳相位顺序，桥下直行绿灯与地面进口道绿灯要同时启动，延迟变红灯，以方便进入桥下的车辆能顺利通过交叉口。

（2）由于高速公路下匝道到达车辆的离散性，对于下匝道小流量进口道应满足通行最小绿灯时间 10 s。

（3）充分考虑行人、非机动车，满足其过街通行需求，从而确定各个相位灯组的绿间隔。如在掉头方案里，左转上高速匝道绿灯是否小于行人过街时间需求。

（4）信号周期的影响因素包括桥下直行车辆清空时间、左转车辆蓄车空间蓄满时间、行人过街最小绿灯时间等。

依据公式计算，并考虑上述限制因素，确定常规方案及掉头方案最优信号周期均为 90 s，黄灯时间 3 s，绿间隔依据每个进口道的不同而不同。可得常规方案信号方案。

2.2 交通仿真评价及结论

根据上述的交通渠化设计方案及信号配时方案，利用微观交通仿真软件 VISSIM 建立这两种交通组织方式的交通仿真模型进行仿真评价分析，并采用交叉口的延误时间和停车次数为评价指标，其中对于掉头方案下匝道的左转车流通过交叉口的延误包括掉头所需的行程时间。仿真结果表明在现状的交通流量条件下，常规方案的延误与掉头方案基本相当，但停车次数比掉头方案要大，两方案各有优劣。以交叉口实际资料为基础，对影响两种交通组织方案交叉口运行的关键条件如交叉口间距、流量比例、饱和度分别进行调整，分情况进行仿真分析，以确定两种交通组织方案的不同适用性。

（1）现状流量，对比常规方案、间距 450 m 掉头方案及间距 250 m 掉头方案。仿真结果表明当相邻交叉口间距由 450 m 缩短至 250 m 后，掉头方案的交叉口延误会稍微减少，但停车次数相当，当道路存在横跨行人过街设施时，可适当调短信号周期，使掉头方案延误更低，因此若相邻交叉口间距较小时，掉头方案优于常规方案。

（2）交叉口流量增大 1.5 倍，保持进口道流量比例不变，对比常规方案、间距 450 m 掉头方案及间距 250 m 掉头方案的评价结果。

仿真结果表明当交叉口流量增大，饱和度增加的情况，常规方案的交叉口延误均小于长短间距的掉头方案，但停车次数仍偏高，而且此时短间距较长间距也未有明显差距。因此当交叉口流量较大时，不论相邻交叉口间距的长短，常规方案是最优选择。

（3）保持交叉口流量不变，调小地面直行、地面上高速流量，调高高速下地面流量，使上高速流量与下高速流量相当。向车流比例时，常规方案的交叉口延误减少，而掉头方案交叉口延误增大，且常规方案的交叉口延误与掉头方案的差距增大，而停车次数则基本相当。因此转向车流比例较高时，常规方案较优。

通过上面的案例仿真评价，对于菱形立交的两种典型交通组织方案得出以下结论。

（1）在低饱和、短间距、转向比例低的菱形立交交叉口，常规方案与掉头方案相比较，交叉口基本相当，但停车次数略高；当饱和度增大，相邻交叉口间距增长，转向车流量增大时，常规方案的延误要小于掉头方案，且上述因素增加越多，差距越明显。这主要是因为掉头方案中高速下匝道左转车流需经相邻交叉口绕行，是在牺牲该流向的情况下，保证菱形立交地面交叉口的通畅运行。

（2）由于掉头方案信号控制中少了一个信号相位，因此掉头方案的停车次数一般会略小于常规方案，另也应注意到掉头方案由于掉头车流的存在，会对道路干道和相邻交叉口造成干扰，将交通压力转移。

因此，基于均等延误和社会公平性出发，对于单点菱形立交在一般情况下仍采用常规交通组织方案，但在城郊高速下匝道左转车流较少，且与上下相邻交叉口较近，组成短距交叉口时，或道路施工、道路条件受限时，可采用掉头组织方案做优化设计，从而提高菱形立交整体的服务水平。