本发明公开一种基于有限元分析的路面水膜厚度估算方法，首先建立排水路面结构的三维模型，该三维模型包括上面层、中面层、下面层，对三维模型进行材料属性定义和网格划分，获得有限元模型；设置边缘渗流面边界条件，对建模的路面施加降雨荷载与约束，在有限元软件中分析降雨在排水层内部的渗流状态，确定浸润性位置以及不同降雨强度的下面层所需厚度；给定材料属性以及边界条件，在路面上表层给定一个流量值，表示降雨强度，用软件计算后得到路面内部潜水的浸润面，浸润面最大高度即为排水沥青面层所需厚度，通过排水沥青面层所需厚度减去排水层厚度即为路面水膜厚度。本发明能够精确得出路面水膜厚度，真实、客观地反映路面排水性能。