市政道路工程设计新理念与要点分析

石海，唐林平

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉 430010）

1 基于海绵城市理念的市政道路工程设计要点分析

1.1 海绵城市理念

近年来，极端天气频发，暴雨和洪水给人们的生命财产造成了巨大损失。 海绵城市理念正是基于缓解城市内涝问题提出和发展起来的，对现代城市规划具有重要的现实意义，为保护水资源、改善水生态、确保水安全提供了新思路。 基于海绵城市理念的市政道路工程能够削减道路雨水峰值流量和径流总量，对雨水径流进行初步净化处理，控制面源污染，提升道路雨水水质，实现雨水的资源化利用，缓解城市用水紧张等问题。在海绵城市理念的指导下，通过市政道路雨污水改造及提升工程，可以解决以往道路规划设计存在的问题，挖掘地下空间排水系统的潜力，提升城市管理和服务水平。海绵城市理念下的市政道路工程设计应首先满足基本通行能力， 保证行车安全，然后结合城市规划以及各专项规划，符合城市功能布局要求，根据道路在城市路网中的地位和作用，合理确定道路功能定位、等级、断面布置等，因地制宜地配置相应的海绵工程措施。 （1）海绵城市理念的道路工程设计应该与城市竖向规划相协调，利用先进的技术手段分析识别城市易涝易淹点，合理确定道路的高程及坡度。（2）道路工程应与城市防洪排涝规划相协调， 道路过水设施的竖向设计应该满足防洪排涝的要求。 （3）道路工程设计应该与城市绿地规划相协调，有效统筹道路红线内外部空间， 使周边绿地与道路有效衔接、 相互配合，使雨水径流通过绿地系统自然下渗后排放。 （4）基于海绵城市理念的市政道路工程设计应遵循系统性、 安全性、 适应性、经济性、环保性、融合性等原则，根据海绵城市控制指标，选择合适的海绵工程措施， 提高道路工程全寿命周期的综合效益[1]。

1.2 要点分析

为了实现海绵城市建设目标，需要根据径流特点，采取有效的工程技术措施，实现雨水渗透、调节、存储、净化等效果。在道路工程设计时，着重强调透水设计，结合透水基层和面层实现雨水自然下渗，常用的技术措施有慢行道采用透水砖、透水混凝土、透水沥青铺装。 同时，还要加强生物滞留设施设计，对雨水径流进行滞留、净化、蓄渗，常采用的技术措施有生态树池、雨水花园、下凹式绿地、植草沟、生态湿塘等。 应当注意不同道路类型的设计要点不同， 需要根据具体情况采取适宜的技术措施，实现海绵城市理念的深度融合。

1.2.1 城市立交设计要点

相对于一般城市道路设计， 城市立交的排水设计有一定的特殊性和复杂性，为了保证通行能力和行车安全，必须在降雨后将地面径流快速排出，防止出现积水问题。 传统的设计思路不但会增加市政管网排水压力， 而且没有充分考虑面源污染问题。 在海绵城市理念指导下，城市立交道路设计应该充分考虑控制雨水径流量和面源污染，尽可能实现雨水资源化利用。

高架桥段的路面径流通过设置截污挂篮的雨水口汇集后，沿着雨水立管汇流至中分带的集中下凹式绿地，实现有效的调蓄入渗，也可以在桥墩底部设置雨水储罐，经过净化处理后循环利用（路面冲洗、绿化喷洒等）。 结合现场条件，高架桥下的储水设施可以采用地上式、半地上式、地下式等类型，水满后可以通过溢流管排入绿化带中， 储水设施应设计排水出口，并与绿化喷淋系统相连接，作为重要的补充水源。 雨水口的截污挂篮设计能够有效控制面源污染， 安装在雨水井或雨水口上，可以截留各种沉淀物和油类，应定期取出清理淤积，持续发挥截污作用。

地面段道路慢行道采用透水铺装，充分利用中间绿化带、路侧绿化带、侧分带等，通过下凹式绿地、生物滞留带、植草沟等设施的组合，结合道路纵、横断面设计，将路面径流汇集起来，下渗、净化后排入雨水系统；要充分重视路缘石设计，应根据道路纵横坡，间隔一定距离设置开口，使路面径流能够顺利导入海绵工程设施。

1.2.2 一般道路设计要点

单幅路主要由混行车道和人行道构成，用于交通量较小、用地受限的区域。 以往的排水设计通常是在道路两侧设置雨水口，地面径流经过雨水口收集后，集中排放到市政雨水管网中。 基于海绵城市设计理念的道路工程设计涵盖透水铺装、下凹式行道树绿带、雨水花园、生态树池等技术措施，在控制雨水径流量、排水防涝、面源污染等方面效果显著。 降雨时，雨水沿着路面横坡流至路侧，在路缘石开口处汇入下凹式绿地，透水铺装的人行道可以促使雨水自然下渗， 多余部分顺人行道横坡流入下凹式绿地中。 将原有路边树池改造成生态树池，可以起到很好的雨水收集、滞留作用。 生态树池表面为格栅类材料或透水材料（如嵌草砖、马牙石、树池篦子等），内部设种植土，底部有过滤土层和砾石，下凹式绿地、生态树池、透水铺装人行道下部通过透水盲管衔接， 能够将超渗雨水排入市政雨水管网中，避免对路基稳定性产生不利影响[2]。

三幅路将机动车道、非机动车道、人行道分开设置，有利于行车安全，适用于交通量大、用地充足的区域。 结合断面形式，基于海绵城市理念的三幅路工程设计同样涵盖了透水铺装、生态树池、下凹式绿地等内容。 降雨时，机动车道的雨水顺着道路横坡排到路侧， 并通过路缘石开口汇入下凹式绿地。 非机动车道的荷载较小，可以设计为透水结构，如透水沥青、透水混凝土，一部分雨水自然下渗，另一部分雨水随着道路横坡汇入道下凹式绿地。 人行道设计为透水铺装，一部分降水自然下渗，另一部分降水顺着人行道横坡汇入人行道树绿带或生态树池中。 在透水铺装、生态树池、下凹式绿地下部采用透水盲管连接，用于排出超量雨水，保证路基稳定和行车安全。

2 基于数字建造理念的市政道路工程设计要点分析

2.1 数字建造理念

数字建造是在BIM 技术、大数据、云计算、物联网、人工智能等信息技术的引导下，结合精益建造理论，针对数据、人员、流程、技术，采取的全过程、全要素数字化建造方式。 数字建造最终交付的是两个建筑，一个是实体建筑，一个是虚拟建筑，实现了全方位的虚实结合，将信息技术与建设过程深度融合，促进了行业的转型升级。 基于数字建造的市政道路工程设计， 可以在项目实施之前通过全数字化打样提前预防控制建设风险，实现设计方案、施工组织方案、运维方案的优化协调，避免以往施工过程中频繁返工、变更等问题。 BIM 技术是一种典型的数字化技术，在工程设计领域应用较早，能够充分体现数字建造理念，提高工程设计水平。 下面从基于BIM 技术的市政道路工程设计着手，针对要点展开分析。

2.2 要点分析

2.2.1 建立环境模型

基于BIM 技术的市政道路工程设计首先要从建模着手，包括环境模型和工程模型。 环境模型涵盖了工程周边的地形、地貌、地质、水文、地物等数字信息；工程模型涵盖路线、路基、路面、桥梁、隧道、涵洞、工程管线、照明、景观等数字信息。 环境模型的建立能够将传统的二维地形图可视化表达， 在地形建模时，利用Civil3D 等软件，建立地形曲面，将地形图中的数据信息导入曲面中，包括导入地形点、等高线、特征线等，然后进行曲面贴图处理， 同时利用卫星图片， 真实地反映现场面貌。 在地物建模时，工程现场的人工建造物信息可以通过遥感技术、无人机摄影、激光扫描等方式获取，将点云文件数据添加到曲面模型中，实现高精度的场景还原。 在地质建模中，根据地质分层并结合实际钻孔点位， 建立场地地质模型， 利用Civil3D 等软件三角网体积曲面的属性特征或者相关插件，将地勘报告创建为三维地质模型，可通过断面切剖功能，查看任意断面的地质状况，在此基础上进行工程方案设计，合理制订地基处理方案，减少后期变更带来的风险[3]。

2.2.2 建立工程模型

路线设计是道路工程设计的基础，路线主要由各种直线、曲线元素组成。 为了保证行车安全舒适，市政道路的线型组合相对简单，需要遵循城市规划要求，避免出现大挖、大填等情况。 利用BIM 技术创建平面路线，在交叉口范围内进行展宽渠化设计， 对平曲线内侧加宽、 公交站台设计等方面进行优化。 设计曲线段时，需要结合道路等级、平曲线半径、设计速度等因素，做好超高设计。 纵断面设计主要是针对道路竖向高程进行处理，利用Civil3D 等软件创建拉坡工作面，根据相关标准和数据设计纵断面，合理确定各点位高程。 横断面设计应该从横向宽度、竖向厚度、部件组成等方面着手。 通常情况下，根据横向宽度的不同，可以将道路模型划分为标准段、加宽段、交叉口段。 新建道路工程路面结构厚度应保持一致；改建道路的路面结构和路床厚度依据设计方案的不同而不同。 一个标准横断面包括多个独立部件，如机动车道、非机动车道、人行道、中分带、侧分带、路肩、路缘石等。 可以将部件解构为基本的几何图形，部件建模可以通过软件自带通用部件、多段线绘制部件、编辑器创建部件、程序语言编制部件等方式绘制。 部件创建完毕后， 应在装配基准线上进行组合， 形成完整的装配， 即标准横断面。 在建立好的地形曲面上布局管网平纵空间，平、纵、横对象动态关联。 运用Civil3D 软件创建管网的方式有两种，一种是利用管网创建工具，另一种是从对象创建管网。 完成管线建模后，可以通过碰撞检测功能查找碰撞点，除了硬碰撞检测之外， 还可以查看不同管网之间的距离是否符合相关要求，实现管网设计的全面优化。 道路主体模型之外的工程建模可以通过调用图块或插入的方式实现，包括景观、交通标志、路灯等，这种创建方式更加灵活自由，方便快速定义和统计。 利用BIM 技术还可以针对场地放坡、土方计算、挖填方平衡等场地工程展开设计。

2.2.3 分析评价报告

完成地形建模后， 根据工程需求对原始地形曲面进行分析，从土方工程量、排水流向、边坡防护等方面着重考虑，利用BIM 技术对等高线、高程、坡度、流域等多个方面展开分析。 利用高程分析，可以更好地确定道路平纵面设计方案，减少挖方量和填方量；通过流域相关分析，可以更好地确定排水流向，保证排水系统顺畅； 利用Civil3D 样板文件中的自定义检查集，可以自动检查相关参数指标是否满足规范要求；软件中的视线分析功能可以检查是否存在视线遮挡、视距不足等问题。此外，还可以运用虚拟驾驶功能模拟真实驾驶场景，以第一视角方式查看道路三维模型，检查设计中存在的不合理之处，及时进行优化设计[4]。

3 结语

综上所述， 市政道路工程是海绵城市建设的重要组成部分，通过与其他城市基础设施的有机融合，有利于缓解市政管网的排水压力，提升城市水质，缓解热岛效应，补充地下水源，提高市政道路工程的海绵贡献度。 同时，在数字建造理念的影响下，利用BIM 技术进行市政道路工程设计，集合多种类型数据信息，通过三维可视化、可模拟分析、可协调优化等特点，数字化表达工程实体和功能特性。