市政道路工程設計新理念與要點分析

石海，唐林平

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，武漢 430010）

1 基于海綿城市理念的市政道路工程設計要點分析

1.1 海綿城市理念

近年來，極端天氣頻發(fā)，暴雨和洪水給人們的生命財產(chǎn)造成了巨大損失。 海綿城市理念正是基于緩解城市內(nèi)澇問題提出和發(fā)展起來的，對現(xiàn)代城市規(guī)劃具有重要的現(xiàn)實意義，為保護水資源、改善水生態(tài)、確保水安全提供了新思路。 基于海綿城市理念的市政道路工程能夠削減道路雨水峰值流量和徑流總量，對雨水徑流進行初步凈化處理，控制面源污染，提升道路雨水水質(zhì)，實現(xiàn)雨水的資源化利用，緩解城市用水緊張等問題。在海綿城市理念的指導下，通過市政道路雨污水改造及提升工程，可以解決以往道路規(guī)劃設計存在的問題，挖掘地下空間排水系統(tǒng)的潛力，提升城市管理和服務水平。海綿城市理念下的市政道路工程設計應首先滿足基本通行能力， 保證行車安全，然后結合城市規(guī)劃以及各專項規(guī)劃，符合城市功能布局要求，根據(jù)道路在城市路網(wǎng)中的地位和作用，合理確定道路功能定位、等級、斷面布置等，因地制宜地配置相應的海綿工程措施。 （1）海綿城市理念的道路工程設計應該與城市豎向規(guī)劃相協(xié)調(diào)，利用先進的技術手段分析識別城市易澇易淹點，合理確定道路的高程及坡度。（2）道路工程應與城市防洪排澇規(guī)劃相協(xié)調(diào)， 道路過水設施的豎向設計應該滿足防洪排澇的要求。 （3）道路工程設計應該與城市綠地規(guī)劃相協(xié)調(diào)，有效統(tǒng)籌道路紅線內(nèi)外部空間， 使周邊綠地與道路有效銜接、 相互配合，使雨水徑流通過綠地系統(tǒng)自然下滲后排放。 （4）基于海綿城市理念的市政道路工程設計應遵循系統(tǒng)性、 安全性、 適應性、經(jīng)濟性、環(huán)保性、融合性等原則，根據(jù)海綿城市控制指標，選擇合適的海綿工程措施， 提高道路工程全壽命周期的綜合效益[1]。

1.2 要點分析

為了實現(xiàn)海綿城市建設目標，需要根據(jù)徑流特點，采取有效的工程技術措施，實現(xiàn)雨水滲透、調(diào)節(jié)、存儲、凈化等效果。在道路工程設計時，著重強調(diào)透水設計，結合透水基層和面層實現(xiàn)雨水自然下滲，常用的技術措施有慢行道采用透水磚、透水混凝土、透水瀝青鋪裝。 同時，還要加強生物滯留設施設計，對雨水徑流進行滯留、凈化、蓄滲，常采用的技術措施有生態(tài)樹池、雨水花園、下凹式綠地、植草溝、生態(tài)濕塘等。 應當注意不同道路類型的設計要點不同， 需要根據(jù)具體情況采取適宜的技術措施，實現(xiàn)海綿城市理念的深度融合。

1.2.1 城市立交設計要點

相對于一般城市道路設計， 城市立交的排水設計有一定的特殊性和復雜性，為了保證通行能力和行車安全，必須在降雨后將地面徑流快速排出，防止出現(xiàn)積水問題。 傳統(tǒng)的設計思路不但會增加市政管網(wǎng)排水壓力， 而且沒有充分考慮面源污染問題。 在海綿城市理念指導下，城市立交道路設計應該充分考慮控制雨水徑流量和面源污染，盡可能實現(xiàn)雨水資源化利用。

高架橋段的路面徑流通過設置截污掛籃的雨水口匯集后，沿著雨水立管匯流至中分帶的集中下凹式綠地，實現(xiàn)有效的調(diào)蓄入滲，也可以在橋墩底部設置雨水儲罐，經(jīng)過凈化處理后循環(huán)利用（路面沖洗、綠化噴灑等）。 結合現(xiàn)場條件，高架橋下的儲水設施可以采用地上式、半地上式、地下式等類型，水滿后可以通過溢流管排入綠化帶中， 儲水設施應設計排水出口，并與綠化噴淋系統(tǒng)相連接，作為重要的補充水源。 雨水口的截污掛籃設計能夠有效控制面源污染， 安裝在雨水井或雨水口上，可以截留各種沉淀物和油類，應定期取出清理淤積，持續(xù)發(fā)揮截污作用。

地面段道路慢行道采用透水鋪裝，充分利用中間綠化帶、路側綠化帶、側分帶等，通過下凹式綠地、生物滯留帶、植草溝等設施的組合，結合道路縱、橫斷面設計，將路面徑流匯集起來，下滲、凈化后排入雨水系統(tǒng)；要充分重視路緣石設計，應根據(jù)道路縱橫坡，間隔一定距離設置開口，使路面徑流能夠順利導入海綿工程設施。

1.2.2 一般道路設計要點

單幅路主要由混行車道和人行道構成，用于交通量較小、用地受限的區(qū)域。 以往的排水設計通常是在道路兩側設置雨水口，地面徑流經(jīng)過雨水口收集后，集中排放到市政雨水管網(wǎng)中。 基于海綿城市設計理念的道路工程設計涵蓋透水鋪裝、下凹式行道樹綠帶、雨水花園、生態(tài)樹池等技術措施，在控制雨水徑流量、排水防澇、面源污染等方面效果顯著。 降雨時，雨水沿著路面橫坡流至路側，在路緣石開口處匯入下凹式綠地，透水鋪裝的人行道可以促使雨水自然下滲， 多余部分順人行道橫坡流入下凹式綠地中。 將原有路邊樹池改造成生態(tài)樹池，可以起到很好的雨水收集、滯留作用。 生態(tài)樹池表面為格柵類材料或透水材料（如嵌草磚、馬牙石、樹池篦子等），內(nèi)部設種植土，底部有過濾土層和礫石，下凹式綠地、生態(tài)樹池、透水鋪裝人行道下部通過透水盲管銜接， 能夠?qū)⒊瑵B雨水排入市政雨水管網(wǎng)中，避免對路基穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響[2]。

三幅路將機動車道、非機動車道、人行道分開設置，有利于行車安全，適用于交通量大、用地充足的區(qū)域。 結合斷面形式，基于海綿城市理念的三幅路工程設計同樣涵蓋了透水鋪裝、生態(tài)樹池、下凹式綠地等內(nèi)容。 降雨時，機動車道的雨水順著道路橫坡排到路側， 并通過路緣石開口匯入下凹式綠地。 非機動車道的荷載較小，可以設計為透水結構，如透水瀝青、透水混凝土，一部分雨水自然下滲，另一部分雨水隨著道路橫坡匯入道下凹式綠地。 人行道設計為透水鋪裝，一部分降水自然下滲，另一部分降水順著人行道橫坡匯入人行道樹綠帶或生態(tài)樹池中。 在透水鋪裝、生態(tài)樹池、下凹式綠地下部采用透水盲管連接，用于排出超量雨水，保證路基穩(wěn)定和行車安全。

2 基于數(shù)字建造理念的市政道路工程設計要點分析

2.1 數(shù)字建造理念

數(shù)字建造是在BIM 技術、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術的引導下，結合精益建造理論，針對數(shù)據(jù)、人員、流程、技術，采取的全過程、全要素數(shù)字化建造方式。 數(shù)字建造最終交付的是兩個建筑，一個是實體建筑，一個是虛擬建筑，實現(xiàn)了全方位的虛實結合，將信息技術與建設過程深度融合，促進了行業(yè)的轉型升級。 基于數(shù)字建造的市政道路工程設計， 可以在項目實施之前通過全數(shù)字化打樣提前預防控制建設風險，實現(xiàn)設計方案、施工組織方案、運維方案的優(yōu)化協(xié)調(diào)，避免以往施工過程中頻繁返工、變更等問題。 BIM 技術是一種典型的數(shù)字化技術，在工程設計領域應用較早，能夠充分體現(xiàn)數(shù)字建造理念，提高工程設計水平。 下面從基于BIM 技術的市政道路工程設計著手，針對要點展開分析。

2.2 要點分析

2.2.1 建立環(huán)境模型

基于BIM 技術的市政道路工程設計首先要從建模著手，包括環(huán)境模型和工程模型。 環(huán)境模型涵蓋了工程周邊的地形、地貌、地質(zhì)、水文、地物等數(shù)字信息；工程模型涵蓋路線、路基、路面、橋梁、隧道、涵洞、工程管線、照明、景觀等數(shù)字信息。 環(huán)境模型的建立能夠?qū)鹘y(tǒng)的二維地形圖可視化表達， 在地形建模時，利用Civil3D 等軟件，建立地形曲面，將地形圖中的數(shù)據(jù)信息導入曲面中，包括導入地形點、等高線、特征線等，然后進行曲面貼圖處理， 同時利用衛(wèi)星圖片， 真實地反映現(xiàn)場面貌。 在地物建模時，工程現(xiàn)場的人工建造物信息可以通過遙感技術、無人機攝影、激光掃描等方式獲取，將點云文件數(shù)據(jù)添加到曲面模型中，實現(xiàn)高精度的場景還原。 在地質(zhì)建模中，根據(jù)地質(zhì)分層并結合實際鉆孔點位， 建立場地地質(zhì)模型， 利用Civil3D 等軟件三角網(wǎng)體積曲面的屬性特征或者相關插件，將地勘報告創(chuàng)建為三維地質(zhì)模型，可通過斷面切剖功能，查看任意斷面的地質(zhì)狀況，在此基礎上進行工程方案設計，合理制訂地基處理方案，減少后期變更帶來的風險[3]。

2.2.2 建立工程模型

路線設計是道路工程設計的基礎，路線主要由各種直線、曲線元素組成。 為了保證行車安全舒適，市政道路的線型組合相對簡單，需要遵循城市規(guī)劃要求，避免出現(xiàn)大挖、大填等情況。 利用BIM 技術創(chuàng)建平面路線，在交叉口范圍內(nèi)進行展寬渠化設計， 對平曲線內(nèi)側加寬、 公交站臺設計等方面進行優(yōu)化。 設計曲線段時，需要結合道路等級、平曲線半徑、設計速度等因素，做好超高設計。 縱斷面設計主要是針對道路豎向高程進行處理，利用Civil3D 等軟件創(chuàng)建拉坡工作面，根據(jù)相關標準和數(shù)據(jù)設計縱斷面，合理確定各點位高程。 橫斷面設計應該從橫向?qū)挾取⒇Q向厚度、部件組成等方面著手。 通常情況下，根據(jù)橫向?qū)挾鹊牟煌梢詫⒌缆纺Ｐ蛣澐譃闃藴识?、加寬段、交叉口段?新建道路工程路面結構厚度應保持一致；改建道路的路面結構和路床厚度依據(jù)設計方案的不同而不同。 一個標準橫斷面包括多個獨立部件，如機動車道、非機動車道、人行道、中分帶、側分帶、路肩、路緣石等。 可以將部件解構為基本的幾何圖形，部件建?？梢酝ㄟ^軟件自帶通用部件、多段線繪制部件、編輯器創(chuàng)建部件、程序語言編制部件等方式繪制。 部件創(chuàng)建完畢后， 應在裝配基準線上進行組合， 形成完整的裝配， 即標準橫斷面。 在建立好的地形曲面上布局管網(wǎng)平縱空間，平、縱、橫對象動態(tài)關聯(lián)。 運用Civil3D 軟件創(chuàng)建管網(wǎng)的方式有兩種，一種是利用管網(wǎng)創(chuàng)建工具，另一種是從對象創(chuàng)建管網(wǎng)。 完成管線建模后，可以通過碰撞檢測功能查找碰撞點，除了硬碰撞檢測之外， 還可以查看不同管網(wǎng)之間的距離是否符合相關要求，實現(xiàn)管網(wǎng)設計的全面優(yōu)化。 道路主體模型之外的工程建模可以通過調(diào)用圖塊或插入的方式實現(xiàn)，包括景觀、交通標志、路燈等，這種創(chuàng)建方式更加靈活自由，方便快速定義和統(tǒng)計。 利用BIM 技術還可以針對場地放坡、土方計算、挖填方平衡等場地工程展開設計。

2.2.3 分析評價報告

完成地形建模后， 根據(jù)工程需求對原始地形曲面進行分析，從土方工程量、排水流向、邊坡防護等方面著重考慮，利用BIM 技術對等高線、高程、坡度、流域等多個方面展開分析。 利用高程分析，可以更好地確定道路平縱面設計方案，減少挖方量和填方量；通過流域相關分析，可以更好地確定排水流向，保證排水系統(tǒng)順暢； 利用Civil3D 樣板文件中的自定義檢查集，可以自動檢查相關參數(shù)指標是否滿足規(guī)范要求；軟件中的視線分析功能可以檢查是否存在視線遮擋、視距不足等問題。此外，還可以運用虛擬駕駛功能模擬真實駕駛場景，以第一視角方式查看道路三維模型，檢查設計中存在的不合理之處，及時進行優(yōu)化設計[4]。

3 結語

綜上所述， 市政道路工程是海綿城市建設的重要組成部分，通過與其他城市基礎設施的有機融合，有利于緩解市政管網(wǎng)的排水壓力，提升城市水質(zhì)，緩解熱島效應，補充地下水源，提高市政道路工程的海綿貢獻度。 同時，在數(shù)字建造理念的影響下，利用BIM 技術進行市政道路工程設計，集合多種類型數(shù)據(jù)信息，通過三維可視化、可模擬分析、可協(xié)調(diào)優(yōu)化等特點，數(shù)字化表達工程實體和功能特性。