市政道路工程設(shè)計(jì)新理念與要點(diǎn)分析

石海，唐林平

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要點(diǎn)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(cái)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(duì)現(xiàn)代城市規(guī)劃具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，為保護(hù)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(duì)雨水徑流進(jìn)行初步凈化處理，控制面源污染，提升道路雨水水質(zhì)，實(shí)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(dǎo)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(shè)計(jì)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(wù)水平。海綿城市理念下的市政道路工程設(shè)計(jì)應(yīng)首先滿足基本通行能力， 保證行車安全，然后結(jié)合城市規(guī)劃以及各專項(xiàng)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(jí)、斷面布置等，因地制宜地配置相應(yīng)的海綿工程措施。 （1）海綿城市理念的道路工程設(shè)計(jì)應(yīng)該與城市豎向規(guī)劃相協(xié)調(diào)，利用先進(jìn)的技術(shù)手段分析識(shí)別城市易澇易淹點(diǎn)，合理確定道路的高程及坡度。（2）道路工程應(yīng)與城市防洪排澇規(guī)劃相協(xié)調(diào)， 道路過水設(shè)施的豎向設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足防洪排澇的要求。 （3）道路工程設(shè)計(jì)應(yīng)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(shè)計(jì)應(yīng)遵循系統(tǒng)性、 安全性、 適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、融合性等原則，根據(jù)海綿城市控制指標(biāo)，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(diǎn)分析

為了實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)目標(biāo)，需要根據(jù)徑流特點(diǎn)，采取有效的工程技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)雨水滲透、調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)、凈化等效果。在道路工程設(shè)計(jì)時(shí)，著重強(qiáng)調(diào)透水設(shè)計(jì)，結(jié)合透水基層和面層實(shí)現(xiàn)雨水自然下滲，常用的技術(shù)措施有慢行道采用透水磚、透水混凝土、透水瀝青鋪裝。 同時(shí)，還要加強(qiáng)生物滯留設(shè)施設(shè)計(jì)，對(duì)雨水徑流進(jìn)行滯留、凈化、蓄滲，常采用的技術(shù)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(yīng)當(dāng)注意不同道路類型的設(shè)計(jì)要點(diǎn)不同， 需要根據(jù)具體情況采取適宜的技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)海綿城市理念的深度融合。

1.2.1 城市立交設(shè)計(jì)要點(diǎn)

相對(duì)于一般城市道路設(shè)計(jì)， 城市立交的排水設(shè)計(jì)有一定的特殊性和復(fù)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(shè)計(jì)思路不但會(huì)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(dǎo)下，城市立交道路設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮控制雨水徑流量和面源污染，盡可能實(shí)現(xiàn)雨水資源化利用。

高架橋段的路面徑流通過設(shè)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(shí)現(xiàn)有效的調(diào)蓄入滲，也可以在橋墩底部設(shè)置雨水儲(chǔ)罐，經(jīng)過凈化處理后循環(huán)利用（路面沖洗、綠化噴灑等）。 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，高架橋下的儲(chǔ)水設(shè)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(chǔ)水設(shè)施應(yīng)設(shè)計(jì)排水出口，并與綠化噴淋系統(tǒng)相連接，作為重要的補(bǔ)充水源。 雨水口的截污掛籃設(shè)計(jì)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(yīng)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(cè)綠化帶、側(cè)分帶等，通過下凹式綠地、生物滯留帶、植草溝等設(shè)施的組合，結(jié)合道路縱、橫斷面設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)道路縱橫坡，間隔一定距離設(shè)置開口，使路面徑流能夠順利導(dǎo)入海綿工程設(shè)施。

1.2.2 一般道路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

單幅路主要由混行車道和人行道構(gòu)成，用于交通量較小、用地受限的區(qū)域。 以往的排水設(shè)計(jì)通常是在道路兩側(cè)設(shè)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(shè)計(jì)理念的道路工程設(shè)計(jì)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(shù)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(shí)，雨水沿著路面橫坡流至路側(cè)，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(shè)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(duì)路基穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響[2]。

三幅路將機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道、人行道分開設(shè)置，有利于行車安全，適用于交通量大、用地充足的區(qū)域。 結(jié)合斷面形式，基于海綿城市理念的三幅路工程設(shè)計(jì)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(shí)，機(jī)動(dòng)車道的雨水順著道路橫坡排到路側(cè)， 并通過路緣石開口匯入下凹式綠地。 非機(jī)動(dòng)車道的荷載較小，可以設(shè)計(jì)為透水結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 數(shù)字建造理念

數(shù)字建造是在BIM 技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)的引導(dǎo)下，結(jié)合精益建造理論，針對(duì)數(shù)據(jù)、人員、流程、技術(shù)，采取的全過程、全要素?cái)?shù)字化建造方式。 數(shù)字建造最終交付的是兩個(gè)建筑，一個(gè)是實(shí)體建筑，一個(gè)是虛擬建筑，實(shí)現(xiàn)了全方位的虛實(shí)結(jié)合，將信息技術(shù)與建設(shè)過程深度融合，促進(jìn)了行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。 基于數(shù)字建造的市政道路工程設(shè)計(jì)， 可以在項(xiàng)目實(shí)施之前通過全數(shù)字化打樣提前預(yù)防控制建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案、施工組織方案、運(yùn)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(shù)是一種典型的數(shù)字化技術(shù)，在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用較早，能夠充分體現(xiàn)數(shù)字建造理念，提高工程設(shè)計(jì)水平。 下面從基于BIM 技術(shù)的市政道路工程設(shè)計(jì)著手，針對(duì)要點(diǎn)展開分析。

2.2 要點(diǎn)分析

2.2.1 建立環(huán)境模型

基于BIM 技術(shù)的市政道路工程設(shè)計(jì)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(dá)， 在地形建模時(shí)，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(dǎo)入曲面中，包括導(dǎo)入地形點(diǎn)、等高線、特征線等，然后進(jìn)行曲面貼圖處理， 同時(shí)利用衛(wèi)星圖片， 真實(shí)地反映現(xiàn)場(chǎng)面貌。 在地物建模時(shí)，工程現(xiàn)場(chǎng)的人工建造物信息可以通過遙感技術(shù)、無人機(jī)攝影、激光掃描等方式獲取，將點(diǎn)云文件數(shù)據(jù)添加到曲面模型中，實(shí)現(xiàn)高精度的場(chǎng)景還原。 在地質(zhì)建模中，根據(jù)地質(zhì)分層并結(jié)合實(shí)際鉆孔點(diǎn)位， 建立場(chǎng)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(guān)插件，將地勘報(bào)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(chǔ)上進(jìn)行工程方案設(shè)計(jì)，合理制訂地基處理方案，減少后期變更帶來的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

2.2.2 建立工程模型

路線設(shè)計(jì)是道路工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，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(duì)簡(jiǎn)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(shù)創(chuàng)建平面路線，在交叉口范圍內(nèi)進(jìn)行展寬渠化設(shè)計(jì)， 對(duì)平曲線內(nèi)側(cè)加寬、 公交站臺(tái)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行優(yōu)化。 設(shè)計(jì)曲線段時(shí)，需要結(jié)合道路等級(jí)、平曲線半徑、設(shè)計(jì)速度等因素，做好超高設(shè)計(jì)。 縱斷面設(shè)計(jì)主要是針對(duì)道路豎向高程進(jìn)行處理，利用Civil3D 等軟件創(chuàng)建拉坡工作面，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)縱斷面，合理確定各點(diǎn)位高程。 橫斷面設(shè)計(jì)應(yīng)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?biāo)準(zhǔn)段、加寬段、交叉口段。 新建道路工程路面結(jié)構(gòu)厚度應(yīng)保持一致；改建道路的路面結(jié)構(gòu)和路床厚度依據(jù)設(shè)計(jì)方案的不同而不同。 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面包括多個(gè)獨(dú)立部件，如機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道、人行道、中分帶、側(cè)分帶、路肩、路緣石等。 可以將部件解構(gòu)為基本的幾何圖形，部件建模可以通過軟件自帶通用部件、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(yīng)在裝配基準(zhǔn)線上進(jìn)行組合， 形成完整的裝配， 即標(biāo)準(zhǔn)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(duì)象動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。 運(yùn)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(duì)象創(chuàng)建管網(wǎng)。 完成管線建模后，可以通過碰撞檢測(cè)功能查找碰撞點(diǎn)，除了硬碰撞檢測(cè)之外， 還可以查看不同管網(wǎng)之間的距離是否符合相關(guān)要求，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)，包括景觀、交通標(biāo)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(jì)。 利用BIM 技術(shù)還可以針對(duì)場(chǎng)地放坡、土方計(jì)算、挖填方平衡等場(chǎng)地工程展開設(shè)計(jì)。

2.2.3 分析評(píng)價(jià)報(bào)告

完成地形建模后， 根據(jù)工程需求對(duì)原始地形曲面進(jìn)行分析，從土方工程量、排水流向、邊坡防護(hù)等方面著重考慮，利用BIM 技術(shù)對(duì)等高線、高程、坡度、流域等多個(gè)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(shè)計(jì)方案，減少挖方量和填方量；通過流域相關(guān)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(dòng)檢查相關(guān)參數(shù)指標(biāo)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(yùn)用虛擬駕駛功能模擬真實(shí)駕駛場(chǎng)景，以第一視角方式查看道路三維模型，檢查設(shè)計(jì)中存在的不合理之處，及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[4]。

3 結(jié)語

綜上所述， 市政道路工程是海綿城市建設(shè)的重要組成部分，通過與其他城市基礎(chǔ)設(shè)施的有機(jī)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(yīng)，補(bǔ)充地下水源，提高市政道路工程的海綿貢獻(xiàn)度。 同時(shí)，在數(shù)字建造理念的影響下，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行市政道路工程設(shè)計(jì)，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(diǎn)，數(shù)字化表達(dá)工程實(shí)體和功能特性。