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研究背景
如何解决城市交通问题一直是社会十分关注的热点。随着城市车流量迅速加大，使得道路更为拥挤，尤其在十字路口经常发生堵车现象。我们家楼下就有一条交通要道的十字路口，一到上下班高峰时段，就堵起一条长龙，从高楼上看下去很是“壮观”，但更让人揪心。当前，为了解决十字路口的拥堵问题，一方面采取了各种交通管制措施，但常见的平面交通系统必须有1个车道的车辆在红绿灯的控制下停车避让，使车辆的拥堵更为严重;另一方面设计不同的道路结构，力求提高全路段的行车速度，解决在十字交叉路口2个不同方向车辆之间，以及车辆与行人之间的交叉问题，然而，因存在多个交汇点，在交汇点处车辆必须减速行驶，使车辆的行驶速度难以显著提高，同时，也无法解决人行道与车辆的交叉问题。针对现有技术的不足，我们想提出一种新的十字路口道路的设计思路——将高架桥和地下隧道巧妙地进行组合——实现各个方向车辆都能各行其道、直接通过十字路口，以解决十字路口车辆交叉行驶的问题。
设计思路
一方面，我们在教师指导下进行了我市交通现状的实地考察;另一方面，为了避免初步构思的设计结构与他人的专利申请内容有所类似，我们以关键词“桥隧组合”“道路”“十字路口”“交叉路口”“高架”“隧道”上网检索查新，尤其是对从中国知识产权网下载的公告号为CN200946232、CN201634979U、CN202227212U的3项专利申请说明着重加以分析，进一步开拓了思路，使我们的课题更明确、思路更清晰。
设计过程
方案一：简单桥隧组合
将高架桥和地下隧道进行组合构设于十字路口处：横向道路有高架桥跨越十字路口，纵向道路有地下隧道下穿于十字路口，示意图见图1。这样设计后，直行车辆可以通过横向的高架桥或纵向的地下隧道，右转、调头的车辆可以在路面上行驶，纵向的左转向车辆也能在路面上行驶。但横向的左转向车辆在没有红绿灯的控制下必然会与其他车辆交叉。根据目前实施的交规或设施，解决横向道路的左转问题，需要设置红绿灯，或是在十字路口附近设置车辆调头区。但这样一来，客观上就加大了交通流量。
方案二：设置下桥岔道
通过反复分析和构思，我们着手对高架桥结构设计进行改进，即在位于十字路口处的高架桥桥面两侧分别设置至少1条车道的下桥岔道。如图2所示。方案二示意图如图3所示。
这样设计后，横向直行车辆通行高架桥，通过桥面上的直行车道通行;纵向直行车辆通行地下隧道，通过地下隧道的直行车道通行;右转向车辆直接在路面上靠右转向通行;横向左转向的车辆上桥后经下桥岔道下桥，沿地面弧行车道向左绕行;纵向左转向车辆在地面上通行;调头车辆不上高架桥或不下地下隧道，按逆时针方向在地面上绕行;行人跨道、直行或转弯均要通过人行天桥和人行地下通道通行。
概括而言，所有直行車辆都通过高架桥或地下隧道，所有左转、右转、调头车辆都在路面上行驶，行人通过人行天桥或人行地下通道。这样一来，各个方向的车辆都能直接通过十字路口。
方案三：改变地面车道
虽然经过上述改进后，实现了无障碍、无交叉、无变道，即无需红绿灯控制。但在车流量较大的情况下，可能会出现部分左转与右转车辆或部分左转与调头车辆同行一条车道的情况，而此时必须先后互让而减速缓行。为此，我们在地面上各道路方向再增设1条双车道，即横纵地面的道路设为3组双向车道，以解决道路畅通的问题。设计模型如图4所示。
创新点及应用前景
本作品运用“合理组合”的发明技法，提供桥隧组合式十字路口道路，可实现各个方向车辆各行其道、直接通过十字路口。结构简单，设计合理，便于实施，在结构和功能上实现了创新。
结构创新：与现有技术相比，作品将高架桥和地下隧道巧妙地进行组合，在十字路口构造出高架层（横向直行）、下穿层（纵向直行）和地面层（转向、调头）3个立交平面，形成桥隧组合式的三层立交道路。而在位于十字路口处的高架桥桥面两侧分别设有下桥岔道，解决了横向左转车辆在地面行驶的问题。
功能创新：将十字路口车辆通行过程分为横向直行、纵向直行、横向左转和纵向左转4个基本动作，实现各个方向车辆各行其道、直接通过十字路口。也就是说，所有直行车辆均通过高架桥或地下隧道通行;所有左转、右转、调头的车辆均在地面上行驶，无障碍、无交叉、无变道;行人均通过人行天桥或人行地下通道通行。真正实现了人行和车流分离，可使车流畅通，确保行车安全，有利于进一步提高城市十字路口车辆的通行量和有效缓解城市交通拥堵。本作品已被国家知识产权局授予实用新型专利证书（专利号：ZL 2017 2 1044506.8）。
该项目获得第33届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目小学组技术类一等奖
专家评语
设计从解决十字路口车辆交叉行驶问题出发，提出桥隧组合的立交模式，实现所有车辆的无交叉通行，提高了车辆通行效率，具有一定的实用价值。但当前作品需要单向5车道才能实施，限制了其适用范围，且2车道的直行道也可能造成直行道拥堵。建议根据道路交通流量，设置左右转综合道，减少总道路、增加直行道数量，以进一步提升作品对各种道路状况的适应性。
如何解决城市交通问题一直是社会十分关注的热点。随着城市车流量迅速加大，使得道路更为拥挤，尤其在十字路口经常发生堵车现象。我们家楼下就有一条交通要道的十字路口，一到上下班高峰时段，就堵起一条长龙，从高楼上看下去很是“壮观”，但更让人揪心。当前，为了解决十字路口的拥堵问题，一方面采取了各种交通管制措施，但常见的平面交通系统必须有1个车道的车辆在红绿灯的控制下停车避让，使车辆的拥堵更为严重;另一方面设计不同的道路结构，力求提高全路段的行车速度，解决在十字交叉路口2个不同方向车辆之间，以及车辆与行人之间的交叉问题，然而，因存在多个交汇点，在交汇点处车辆必须减速行驶，使车辆的行驶速度难以显著提高，同时，也无法解决人行道与车辆的交叉问题。针对现有技术的不足，我们想提出一种新的十字路口道路的设计思路——将高架桥和地下隧道巧妙地进行组合——实现各个方向车辆都能各行其道、直接通过十字路口，以解决十字路口车辆交叉行驶的问题。
设计思路
一方面，我们在教师指导下进行了我市交通现状的实地考察;另一方面，为了避免初步构思的设计结构与他人的专利申请内容有所类似，我们以关键词“桥隧组合”“道路”“十字路口”“交叉路口”“高架”“隧道”上网检索查新，尤其是对从中国知识产权网下载的公告号为CN200946232、CN201634979U、CN202227212U的3项专利申请说明着重加以分析，进一步开拓了思路，使我们的课题更明确、思路更清晰。
设计过程
方案一：简单桥隧组合
将高架桥和地下隧道进行组合构设于十字路口处：横向道路有高架桥跨越十字路口，纵向道路有地下隧道下穿于十字路口，示意图见图1。这样设计后，直行车辆可以通过横向的高架桥或纵向的地下隧道，右转、调头的车辆可以在路面上行驶，纵向的左转向车辆也能在路面上行驶。但横向的左转向车辆在没有红绿灯的控制下必然会与其他车辆交叉。根据目前实施的交规或设施，解决横向道路的左转问题，需要设置红绿灯，或是在十字路口附近设置车辆调头区。但这样一来，客观上就加大了交通流量。
方案二：设置下桥岔道
通过反复分析和构思，我们着手对高架桥结构设计进行改进，即在位于十字路口处的高架桥桥面两侧分别设置至少1条车道的下桥岔道。如图2所示。方案二示意图如图3所示。
这样设计后，横向直行车辆通行高架桥，通过桥面上的直行车道通行;纵向直行车辆通行地下隧道，通过地下隧道的直行车道通行;右转向车辆直接在路面上靠右转向通行;横向左转向的车辆上桥后经下桥岔道下桥，沿地面弧行车道向左绕行;纵向左转向车辆在地面上通行;调头车辆不上高架桥或不下地下隧道，按逆时针方向在地面上绕行;行人跨道、直行或转弯均要通过人行天桥和人行地下通道通行。
概括而言，所有直行車辆都通过高架桥或地下隧道，所有左转、右转、调头车辆都在路面上行驶，行人通过人行天桥或人行地下通道。这样一来，各个方向的车辆都能直接通过十字路口。
方案三：改变地面车道
虽然经过上述改进后，实现了无障碍、无交叉、无变道，即无需红绿灯控制。但在车流量较大的情况下，可能会出现部分左转与右转车辆或部分左转与调头车辆同行一条车道的情况，而此时必须先后互让而减速缓行。为此，我们在地面上各道路方向再增设1条双车道，即横纵地面的道路设为3组双向车道，以解决道路畅通的问题。设计模型如图4所示。
创新点及应用前景
本作品运用“合理组合”的发明技法，提供桥隧组合式十字路口道路，可实现各个方向车辆各行其道、直接通过十字路口。结构简单，设计合理，便于实施，在结构和功能上实现了创新。
结构创新：与现有技术相比，作品将高架桥和地下隧道巧妙地进行组合，在十字路口构造出高架层（横向直行）、下穿层（纵向直行）和地面层（转向、调头）3个立交平面，形成桥隧组合式的三层立交道路。而在位于十字路口处的高架桥桥面两侧分别设有下桥岔道，解决了横向左转车辆在地面行驶的问题。
功能创新：将十字路口车辆通行过程分为横向直行、纵向直行、横向左转和纵向左转4个基本动作，实现各个方向车辆各行其道、直接通过十字路口。也就是说，所有直行车辆均通过高架桥或地下隧道通行;所有左转、右转、调头的车辆均在地面上行驶，无障碍、无交叉、无变道;行人均通过人行天桥或人行地下通道通行。真正实现了人行和车流分离，可使车流畅通，确保行车安全，有利于进一步提高城市十字路口车辆的通行量和有效缓解城市交通拥堵。本作品已被国家知识产权局授予实用新型专利证书（专利号：ZL 2017 2 1044506.8）。
该项目获得第33届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目小学组技术类一等奖
专家评语
设计从解决十字路口车辆交叉行驶问题出发，提出桥隧组合的立交模式，实现所有车辆的无交叉通行，提高了车辆通行效率，具有一定的实用价值。但当前作品需要单向5车道才能实施，限制了其适用范围，且2车道的直行道也可能造成直行道拥堵。建议根据道路交通流量，设置左右转综合道，减少总道路、增加直行道数量，以进一步提升作品对各种道路状况的适应性。