Lebenszyklus-management für Bauwerke der Verkehrsinfrastruktur - Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen - OPUS
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Lebenszyklus-
management für
Bauwerke der
Verkehrsinfrastruktur
Heft B 159
Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen
Berichte der
Bundesanstalt für Straßenwesen
Brücken- und Ingenieurbau Heft B 159
ISSN 0943-9293
ISBN 978-3-95606-542-2
Lebenszyklus-
management für
Bauwerke der
Verkehrsinfrastruktur
Entwicklung eines
verkehrsträgerübergreifenden,
indikatorgestützten Systems
von
Anne Lebhardt
David Seiler
Andreas Gerdes
KIT – Karlsruher Institut für Technologie
Institut für funktionelle Grenzflächen (IFG)
Alexander Bombeck
Kunibert Lennerts
KIT – Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Technologie und Management im Baubetrieb
(TMB)
Berichte der
Bundesanstalt für Straßenwesen
Brücken- und Ingenieurbau Heft B 159
Die Bundesanstalt für Straßenwesen veröffentlicht ihre Arbeits- und Forschungs- ergebnisse in der Schriftenreihe Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen. Die Reihe besteht aus folgenden Unterreihen: A - Allgemeines B - Brücken- und Ingenieurbau F - Fahrzeugtechnik M - Mensch und Sicherheit S - Straßenbau V - Verkehrstechnik Es wird darauf hingewiesen, dass die unter dem Namen der Verfasser veröffentlichten Berichte nicht in jedem Fall die Ansicht des Herausgebers wiedergeben. Nachdruck und photomechanische Wieder- gabe, auch auszugsweise, nur mit Genehmi- gung der Bundesanstalt für Straßenwesen, Stabsstelle Presse und Kommunikation. Die Hefte der Schriftenreihe Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen können direkt bei der Carl Ed. Schünemann KG, Zweite Schlachtpforte 7, D-28195 Bremen, Telefon: (04 21) 3 69 03 - 53, bezogen werden. Über die Forschungsergebnisse und ihre Veröffentlichungen wird in der Regel in Kurzform im Informationsdienst Forschung kompakt berichtet. Dieser Dienst wird kostenlos angeboten; Interessenten wenden sich bitte an die Bundesanstalt für Straßenwesen, Stabsstelle Presse und Kommunikation. Die Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) stehen zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung. https://bast.opus.hbz-nrw.de Impressum Bericht zum Forschungsprojekt 69.0002 Entwicklung eines verkehrsträgerübergreifenden indikatorgestützten Lebenszyklusmanagementsystems für Bauwerke der Verkehrsinfrastruktur Fachbetreuung Ralph Holst Referat Grundsatzfragen der Bauwerkserhaltung Herausgeber Bundesanstalt für Straßenwesen Brüderstraße 53, D-51427 Bergisch Gladbach Telefon: (0 22 04) 43 - 0 Redaktion Stabsstelle Presse und Kommunikation Druck und Verlag Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG Zweite Schlachtpforte 7, D-28195 Bremen Telefon: (04 21) 3 69 03 - 53 Telefax: (04 21) 3 69 03 - 48 www.schuenemann-verlag.de ISSN 0943-9293 ISBN 978-3-95606-542-2 Bergisch Gladbach, Dezember 2020
3
Kurzfassung – Abstract
Lebenszyklusmanagement für Bauwerke der Life cycle management system for transport
Verkehrsinfrastruktur – Entwicklung eines ver- infrastructure construction – development of
kehrsträgerübergreifenden indikatorgestützten an intermodal indicator-based system
Systems
The performance of the technical infrastructure
Die Leistungsfähigkeit der technischen Infrastruktur plays an important role in the competitiveness
spielt für die Wettbewerbsfähigkeit und die gesell- and social development of countries worldwide.
schaftliche Entwicklung von Ländern weltweit eine However, the state of infrastructure in Germany is
zentrale Rolle. Allerdings ist der Zustand der Infra- unsatisfactory, so there is an acute need for
struktur in Deutschland unbefriedigend. Es besteht action, which cannot only be overcome by higher
akuter Handlungsbedarf, welcher nicht nur durch investments. Rather, innovative approaches are
höhere Investitionen zu bewältigen ist. Vielmehr needed in the life cycle management system (LCM)
braucht es innovative Ansätze im Lebenszyklusma- of transport infrastructure. Within the scope of this
nagement (LzM) der Verkehrsinfrastruktur. Im Rah- project, an intermodal concept for an indicator-
men dieses Projektes wurde für die Verkehrsträger based LCM-system has been developed for road,
Straße, Wasserstraße und Schiene ein verkehrsträ- waterway and rail transport. Three subprojects (SP)
gerübergreifendes Konzept für ein indikatorgestütz- can be distinguished: In SP Object, the individual
tes LzM-System erarbeitet, wobei sich drei Teilpro- object (e. g. bridge or weir) is regarded as a structure
jekte (TP) unterscheiden lassen. Im TP Objekt wird within a network and its time-dependent state
das Einzelobjekt (z. B. Brücke oder Wehranlagen) development. The SP Network deals with the
als Bauwerk innerhalb eines Netzes und dessen strategic planning of prevention, maintenance and
zeitabhängige Zustandsentwicklung betrachtet. Im repair measures at the higher network level. The
TP Netz wird die strategische Planung von Präven- Interface represents a special challenge, as it links
tion-, Unterhalts- und Instandhaltungsmaßnahmen the network level with the object level, which is
auf der übergeordneten Netzebene behandelt. Eine an important prerequisite for the coordination of
besondere Herausforderung stellt das TP Schnitt- strategic and operational measures within the
stelle, d. h. die Verknüpfung der Netzebene mit der context of the LCM of transport infrastructure
Objektebene dar. Diese Verknüpfung ist eine wichti- structures. For the functionality of the LCM-system,
ge Voraussetzung für die Abstimmung strategischer a uniform evaluation system regarding the structural
und operativer Maßnahmen im Rahmen des LzM condition and availability of the traffic structures is
der Verkehrsinfrastrukturbauwerke. Für die Funktio- essential. Another major challenge is the barrier-
nalität des LzM-Systems ist ein einheitliches Bewer- free exchange, processing and interpretation of the
tungssystem bzgl. des baulichen Zustands und der collected data from object to network level and vice
Verfügbarkeit der Verkehrsbauwerke unabdingbar. versa. Therefore, a modular process has been
Große Herausforderungen stellen dabei der barrie- developed, consisting of a basic structure which
refreie Austausch, die Verarbeitung und die Inter- can be extended by additional modules. The
pretation der erhobenen Daten von Objekt- auf continuous improvement process (CIP) is divided
Netzebene und vice versa dar. Es wurde hierfür ein into four phases: Plan, Do, Check and Act (PDCA
modularer Prozess entwickelt, dessen Grundstruk- cycle). They allow to clearly structure and separate
tur durch zusätzliche Module erweiterbar ist. Der the different levels of planning and execution. Plan
kontinuierliche Verbesserungsprozess (KVP) ist in defines which goals are to be pursued and how they
vier Phasen Plan, Do, Check und Act ausgestaltet can be achieved. The execution is defined under
(PDCA-Zyklus). Sie dienen der klaren Strukturie- Do. In Check the achievement of objectives is
rung und Trennung zwischen den Planungs- und reviewed and in Act the results are reacted to
Ausführungsebenen. In Plan wird festgelegt, wel-
che Ziele verfolgt und wie sie erreicht werden kön-
nen. Unter Do wird die Ausführung festgelegt. In
Check wird die Zielerreichung überprüft und in Act
wird auf die Ergebnisse reagiert.
4 Summary Life cycle management system for transport infrastructure construction – development of an intermodal indicator-based system Initial situation The performance of the technical infrastructure plays a key role in the competitiveness and social development of an industrial nation like Germany. The technical infrastructure is more diverse than generally assumed. In addition to the transport segment, this also includes the energy, water, communal and industrial infrastructure segments. Restrictions in these different areas mean lower quality of life for individuals, reduced competitive capacity for the economy and reduced development opportunities for society. The question of the sustainability of infrastructure is therefore not a problem for individual interest groups, but a global challenge! This is also illustrated by the ”Agenda 2030 for Sustainable Development“ of the United Nations (UN), in which many of the sustainability goals explicitly formulated the importance of infrastructure for achieving them (ROSA, 2017). Analyzing the current global situation leads to the realization that considerable resources already have to be raised today in the industrialized Fig. 1: Sustainable infrastructure is not only a goal of the 17 countries in order to maintain only the status quo SDG of Agenda 2030, but also a prerequisite for with regard to the condition of the buildings. In achieving other goals Switzerland, for example, with fixed assets currently amounting to CHF 830 billion, an investment would at least greatly delay or even significantly set requirement of CHF 177 billion is assumed for the back the economic and social development of these period 2013-2030. (Zivilgesellschaftliche Plattform countries. Since, however, many of these structures Agenda 2030, 2018). The situation in the United are being constructed based on the construction States is even more difficult. Here the investment methods in the industrialised countries, it is to be requirement for the period 2013-2020 is estimated expected that the future development of the at $ 3.6 trillion. These relations can be more or less structural condition will also be similar. transferred to all industrial countries. In emerging and developing countries in Africa, South America, Asia and the Middle East, significant The national importance of the investments are being made, today and in the technical infrastructure future, to build a functioning infrastructure. The durability and thus the sustainability of these The state of the infrastructure in Germany is also constructions is of outstanding importance for these unsatisfactory. Scientific studies, situation reports countries, because a greatly shortened service life by the responsible federal offices, but also articles
5
in the daily press point to the limited functionality of was consulted as a partner institute for the practical
the infrastructure in Germany. In 2014, for example, implementation of the project.
1,594 of the 6,062 bridges in Baden-Württemberg
had to be rehabilitated at short notice, while 448 Within the scope of this project, a cross-modal
required immediate repair or renewal. The greater concept for an indicator-based life cycle manage-
part of these bridges has been built less than 25 ment system (LCM-system) is being developed for
years ago, so the planned maintenance-free service road, waterway and railway transport, whereby
life of 80-100 years is far from being achieved. three sub-projects can be distinguished in simplified
terms.
These conditions are causing high, economically
relevant costs in the federal budget and in the state The subproject Object deals with the specific object,
budgets, as the already determined investment i. e. the bridge, tunnel or weir as a structure within a
requirements for the period 2006-2020 for repair subnetwork or the overall network and its time-
and renewal of more than 700 billion euros for the dependent state development. With these data and
period 2006-2020 illustrate. with practicable prognosis models, prevention
concepts are to be formulated and an object-specific
In Germany, municipalities play a special role in the maintenance management is to be established,
development and maintenance of technical with which the maintenance-free service life can be
infrastructure, as around 60% of total German clearly extended.
investment is in local infrastructure. Economies in
the maintenance of buildings that may be financially The subproject Network deals with the strategic
necessary but technically unjustifiable in the past, planning of prevention, maintenance and repair
an increasing shortage of specialists in public measures at the higher network level. Due to
administration, high cost pressure and, last but not boundary conditions such as resource and time
least, public tendering and award guidelines have restrictions, it is not always possible to implement
all contributed to the fact that, despite increased optimal maintenance strategies for the individual
municipal expenditure, the investment backlog is object at the desired time. In addition, any measures
constantly increasing while the state of the taken on the object always lead to functional
infrastructure is deteriorating at the same time. disturbances, which can have far-reaching conse-
Many of these municipalities are approaching or quences for the network function of one or more
have already exceeded their limits despite traffic systems.
flourishing income from taxpayers‘ money.
The subproject Interface, which links the network
So, there is an acute need for action at the federal, level with the object level, poses a specific challenge.
state and local levels, which cannot be met solely by This is an important prerequisite for the coordination
increasing public investment. Rather, innovation in of strategic and operational measures in the life
the life cycle management of infrastructure in general cycle management of transport networks and
and transport infrastructure in particular are individual transport structures.
necessary.
However, requirements for the entire LCM-system
can also be derived for the Total Project from the
subprojects. Due to the claim ”cross-modal“, all
Goal setting buildings should ideally be managed in a preferably
uniform LCM-system. Important characteristics of
Based on the announcement of 26.09.2017 of the the LCM-system are the usability for all life cycle
BMVI expert network, the KIT Innovation HUB phases of the considered units, a simple and
Prevention in Construction was commissioned with transparent connection of the object level with the
the implementation of the project FE 69.0002/2017: network level, derivation of concrete actions for
”Development of an indicator-based life cycle network and object level as well as the necessary
management for transport infrastructure construc- involvement of all relevant stakeholders. Within the
tions“ in a letter dated 18 December 2017. The context of a continuous improvement process (CIP),
Institute for Technology and Management in the system should support the achievement of the
Construction Operations, Prof. Kunibert Lennerts, set goals in LCM.
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In summary, this project therefore aims to develop a affecting use. Diverse interdependencies of the
cross-modal, indicator-based LCM-system that transport networks mean that restrictions on the use
initiates a CIP at object and network level. However, of a route, regardless of its origin, can have cascade-
the development is limited to the function of the like short and long-term effects within one of the
information base and must be integrated into the transport system but also within other transport
processes of the respective organisations in order systems. For example, a study by Hanseatic
to develop its effect. I. e. the development presented Transport Consultancy found that rail freight traffic
here does not serve the automatic generation of along the Karlsruhe-Basel railway line, which was
decisions but is meant as support for the engineer interrupted by an accident in the Rastatt tunnel
in authority. The required work steps are designed project, would be ”partially lost in the long term“ as
to be as open as possible to methods so that proven a result of traffic relocation.1 Conversely, this means
working methods can be retained. that even medium-term usage restrictions on routes
of one transport system – in the case described less
than 2 months – have long-term consequences for
routes of other transport systems that may already
Challenges
be heavily used, with all the consequences for
Status indicators people, the environment and infrastructure.
Condition checks within the scope of maintenance
management – e. g. those according to RI-ERH- Cross-modal definitions and methods
KOR – are currently largely carried out visually.
Common, standardised definitions and methods are
Here, crack widths are measured, and disco-
necessary for smooth communication between the
lorations caused by corrosion are documented.
different actors in all three transport systems under
Surfaces are tested with a hammer to detect
consideration. However, this is very difficult because
possible cavities due to a changing sound. This
of the different nomenclatures and approaches in
means that critical parameters for damage
maintenance management.
mechanisms and thus for the structural condition
are only recorded after damage has already
occurred. In addition, this is a successive documen- Information management
tation of actual states. A goal-oriented life cycle
management of the building conditions is not Aside from developing approaches to the above-
possible with these approaches. mentioned topics, information procurement and
information management pose cross-sectional
problems. Transferring buildings from one manage-
Sustainability indicators ment system to the next raises the question of the
Sustainability and its implementation form a very continuity of the data and the effort required to
broad field on which there are sometimes conflicting collect them. At the same time, the objective of the
opinions. Also, the effort of different approaches project requires uniform data bases across all
to operationalization diverges greatly. In addition modes of transport that have not been available up
to simple indicators that describe qualitative to now. There are also the general questions to be
characteristics, there are other indicators such as asked with each new definition of data requirements:
life cycle assessments, which place high demands Which data points actually provide long-term added
on the quantity and quality of data, as well as on value? How can the system be designed so that
the expertise of the user. In this area of conflict, data maintenance is successful?
the development of a meaningful and practicable
solution for the operationalization through indicators
represents a great challenge.
Cross-modal considerations 1
HTC Hanseatic Transport Consultancy (2018): „Volkswirt-
schaftliche Schäden aus dem Rastatt-Unterbruch – Folgenab-
None of the three modes of transport considered schätzung für die schienenbasierte Supply-Chain entlang des
should be considered in isolation in decisions Rhine-Alpine Corridor 2017“, S. 64
7
Concept prognoses, demand-oriented maintenance planning
and cause analyses. In order to create a uniform
Main idea of the developed concept is the collection, information basis, selected material parameters are
evaluation and tracking of material parameters, recorded and evaluated as indicators in criteria
which allow general statements and prognoses profiles. Nevertheless, this step is only one part of a
about the condition of the structure. Therefore, much more wide-ranging quality assurance process
visual inspections are supplement or partially which, in addition to material parameters, also
replaced by analytical laboratory methods adapted includes other indicators (see figure 2). Designed in
to the material which are used as a basis for lifetime accordance with the PDCA cycle (Plan, Do, Check,
Fig. 2: Continuous improvement process for the life cycle management of transport infrastructure constructions
8 Act), the process serves to formulate individual objectives (Plan), execution (Do), verification of results (Check) and reaction to observed developments (Act). During the Plan phase, it is assumed that an existing maintenance strategy must be implemented in a short- to medium-term action plan. Based on the available information, an optimal variant is sought at the strategic level and harmonized with the planning of adjacent administrative areas of the various transport systems. Actions planned are executed in process step Do. Great importance is attached to a foresighted and sustainable execution. For this reason, the Do phase contains the usual steps of execution planning and execution as well as the explicit steps of cause analysis, provision of alternative routing options and quality control. The process step Check includes data acquisition, storage and evaluation at object and network level. The key element of the process step is the collection and evaluation of laboratory analyses mentioned at the beginning. For strategy determination in maintenance at property level, the results of the analysis are evaluated using the indicators formulated in criteria and enriched by further criteria. The results of the continuous monitoring of the structure are included in the data management together with the other data that is stored for the construction. Based on the data collected, the defined network strategy and other information, an evaluation at network level is carried out at the end of a period to check whether the improvements aimed for in the plan phase have been achieved. The Act phase of the PDCA cycle adapts the existing network-wide strategy based on the object and network evaluation. For this purpose, the object and network evaluations are used to determine priorities for action. Under the condition that safety beats other concerns, the most effective projects are selected in accordance with the adapted strategy.
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Inhalt
1 Einleitung – Ausgangssituation und 3.3.2 Maßnahmenbündelung . . . . . . . . . . . . 30
Problemdarstellung . . . . . . . . . . . . . . 11
3.3.3 Zeitliche Abstimmung . . . . . . . . . . . . . . 30
1.1 Die globale Bedeutung der technischen
Infrastruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.4 Phase Do . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.2 Bedeutung und Zustand der nationalen 3.4.1 Überwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
technischen Infrastruktur . . . . . . . . . . . 11 3.4.2 Ursachenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.3 Projektbeschreibung und -ziele . . . . . . 12
3.4.3 Ausführungsplanung . . . . . . . . . . . . . . 32
2 Grundlagen und Definitionen . . . . . . 15 3.4.4 Bedeutung und Ausweichmöglich-
keiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1 Lebenszyklusmanagement. . . . . . . . . . 15
3.4.5 Ausführung der geplanten Maß-
2.1.1 Betrachtungsgegenstand und
nahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
-ebenen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.4.6 Qualitätskontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.2 Grundsätzliche Prinzipien für Lebens-
zyklusmanagement-Systeme . . . . . . . . 16 3.5 Phase Check . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.3 Kriterien und ihre Indikatoren . . . . . . . . 16 3.5.1 Laufende Bauwerksüberwachung . . . . 33
2.2 Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.5.2 SWOT-Analyse auf Objektebene . . . . . 33
2.2.1 PDCA-Zyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.5.3 Objektdossiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.2 Prognosemodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.5.4 Netzbewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.3 SWOT-Analyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.6 Phase Act . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.4 Ishikawa-Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.6.1 SWOT-Analyse auf Netzebene . . . . . . 35
2.2.5 Pareto-Analyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.6.2 Ursachenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3 Kriterienkatalog . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.1 Baulicher Objektzustand: Die wichtig- 3.6.3 Pareto-Analyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
sten chemischen Schädigungsme- 3.6.4 Änderung der netzweiten Strategie . . . 37
chanismen (siehe Appendix D)
– Schädigungskriterien. . . . . . . . . . . . . 22 3.6.5 Prioritätenliste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.2 Kriterien für die Netzebene. . . . . . . . . . 22
2.3.3 Nachhaltigkeitskriterien für ein 4 Pilotprojekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Lebenszyklusmanagementsystem . . . . 24 4.1 Bauwerkstypen der einzelnen
Verkehrsträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3 Vorstellung des entwickelten
4.2 Validierung des LzM-Konzepts
Lebenszyklusmanagement-
am Pilotprojekt „Brückenportfolio
Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Autobahndirektion Süd-Bayern
3.1 Grundkonzeption des Systems . . . . . . 26 (ABDSB)” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2 Übersicht über die Inhalte des 4.2.1 Phase Do für das Beispiel
Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 „Brückenportfolio (ABDSB)“ . . . . . . . . . 38
3.3 Phase Plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2.2 Phase Check für das Beispiel
3.3.1 Maßnahmenauswahl . . . . . . . . . . . . . . 30 „Brückenportfolio (ABDSB)“ . . . . . . . . . 4110
4.3 Übertragung des Konzepts auf
die Bauwerke der Bundeswasser-
straßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3.1 Phase Do am Beispiel der
WSV Neckar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3.2 Phase Check am Beispiel der
WSV Neckar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.4 Übertragung des Konzepts auf die
Bauwerke des Bereichs Schiene . . . . . 48
4.5 Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . 48
5 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Bilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Der Appendix zum Bericht ist im elektronischen
BASt-Archiv ELBA unter https://bast.opus.hbz-nrw.
de abrufbar.11
1 Einleitung – Ausgangssitua- verzögern oder sogar deutlich zurückwerfen würde.
Da aber viele dieser Bauwerke in Anlehnung an die
tion und Problemdarstellung Bauweisen in den Industriestaaten erstellt werden,
ist zu erwarten, dass die zukünftige Entwicklung
1.1 Die globale Bedeutung der tech-
des Bauwerkszustandes auch ähnlich verlaufen
nischen Infrastruktur
wird.
Die Leistungsfähigkeit der technischen Infrastruktur
spielt für die Wettbewerbsfähigkeit und die gesell-
schaftliche Entwicklung einer Industrienation wie 1.2 Bedeutung und Zustand der natio-
Deutschland, aber auch für Schwellen- und Ent- nalen technischen Infrastruktur
wicklungsländer eine zentrale Rolle. Dabei ist die
technische Infrastruktur vielfältiger als man auf den Der Zustand der Infrastruktur ist in Deutschland
ersten Blick erwarten würde. Neben dem Segment ebenfalls unbefriedigend. Wissenschaftliche Erhe-
Verkehr gehören dazu auch die Segmente Energie, bungen, Lageberichte der zuständigen Bundesäm-
Wasser, kommunale und industrielle Infrastruktur. ter, aber auch Artikel in der Tagespresse, weisen
Einschränkungen in diesen verschiedenen Berei- auf die eingeschränkte Funktionsfähigkeit der Infra-
chen bedeuten für den Einzelnen eine Absenkung struktur in Deutschland hin. So waren 2014 in Ba-
der Lebensqualität, für die Wirtschaft Einschrän- den-Württemberg bei 1.594 der insgesamt 6.062
kungen in der Wettbewerbsfähigkeit und für die Brücken kurzfristig Instandsetzungen erforderlich
Gesellschaft geringere Entwicklungsmöglichkeiten. und bei 448 Brücken war umgehend eine Instand-
Die Frage nach der Nachhaltigkeit der Infrastruktur setzung oder Erneuerung notwendig (Betrachtet
ist daher nicht ein Problem einzelner Interessen- man die Flächen, so heißt das für Baden-Württem-
gruppen, sondern eine globale Herausforderung! berg: 17 % der Brückenflächen im Bundesfernstra-
ßennetz befinden sich in schlechten Zustand. Be-
Das wird auch durch die „Agenda 2030 für eine trachtet man nur das Autobahnnetz, so ist die Situ-
nachhaltige Entwicklung“ der Vereinten Nationen ation noch gravierender 29 % der Brückenflächen
(UN) verdeutlicht, in der in vielen der Nachhaltig- sind in schlechtem Zustand und weitere 39 % in ge-
keitsziele explizit die Bedeutung der Infrastruktur für rade ausreichendem Zustand)2. Die überwiegende
deren Erreichen formuliert wurde (ROSA, 2017). Zahl dieser Brücken ist nicht älter als 25 Jahre, die
geplante instandsetzungsfreie Nutzungsdauer von
Die Analyse der derzeitigen globalen Situation führt
80–100 Jahren wird somit bei weitem nicht erreicht3.
zu beunruhigenden Erkenntnissen. In den Indus-
triestaaten müssen heute bereits erhebliche Mittel Diese Verhältnisse sorgen im Bundeshaushalt und
aufgebracht werden, um nur den Status quo beim in den Landeshaushalten für hohe, volkswirtschaft-
Zustand der Bauwerke zu erhalten. So wird in der lich relevante Belastungen, wie auch der bereits
Schweiz bei einem Anlagevermögen von derzeit festgestellte Investitionsbedarf für den Zeitraum
830 Milliarden CHF von einem Investitionsbe- 2006–2020 für Instandsetzung und Erneuerung von
darf von 177 Milliarden CHF im Zeitraum 2013- über 700 Mrd. Euro verdeutlicht4.
2030 ausgegangen (Zivilgesellschaftliche Plattform
Agenda 2030, 2018). Noch schwieriger stellt sich Eine besondere Rolle für Entwicklung und Unterhalt
die Situation in den Vereinigten Staaten dar. Hier der technischen Infrastruktur spielen in Deutsch-
wird der Investitionsbedarf bis 2025 auf $ 4,5 Billio- land die Kommunen, da ca. 60 % der deutschen
nen beziffert1. Diese Verhältnisse lassen sich mehr Gesamtinvestitionen auf kommunaler Ebene getä-
oder minder auf alle Industriestaaten übertragen. tigt werden. Finanziell vielleicht notwendige, tech-
nisch aber nicht zu rechtfertigende Einsparungen
In Schwellen- und Entwicklungsländern in Afrika,
Südamerika, Asien und dem Mittleren Osten wer-
den heute und auch zukünftig erhebliche Investitio-
nen zum Aufbau einer funktionsfähigen Infrastruktur 1
https://www.businessinsider.de/asce-gives-us-infrastructure-a-d-
getätigt. Die Dauerhaftigkeit und damit die Nachhal- 2017-6?r=US&IR=T
tigkeit dieser Bauwerke hat für diese Länder eine 2
ADAC: Brücken der Bundesfernstraßen
herausragende Bedeutung, weil eine stark verkürz- 3
DIN EN 1990 – Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung;
te Lebensdauer die wirtschaftliche und gesellschaft- Deutsche Fassung EN 1990:2002
4
liche Entwicklung dieser Länder zumindest stark Deutsches Institut für Urbanistik – Difu-Berichte 2/200812
beim Unterhalt der Bauwerke in der Vergangenheit,
ein zunehmender Mangel an Fachleuten in der öf-
fentlichen Verwaltung, hoher Kostendruck und nicht
zuletzt die öffentlichen Ausschreibungs- und Verga-
berichtlinien haben dazu beigetragen, dass trotz er-
höhter kommunaler Aufwendungen der Investitions-
stau bei gleichzeitiger Verschlechterung des Infra-
strukturzustandes stetig zunimmt. Viele Kommunen
nähern sich trotz florierender Einnahmen an Steu-
ergeldern ihrer Belastungsgrenze oder haben sie
bereits überschritten.
Es besteht also akuter Handlungsbedarf auf Bun-
des-, Landes- und kommunaler Ebene, der nicht
nur durch eine Steigerung der öffentlichen Investi-
tionen bewältigt werden kann. Vielmehr braucht es
innovative Ansätze für die Prüfung, Bewertung und
Erhaltung unserer Infrastruktur im Allgemeinen und
der Verkehrsinfrastruktur im Speziellen.
In Anbetracht der kostenintensiven Instandhaltung
der Infrastruktur ist es von Nöten, ein nachhaltig
effizientes Instandhaltungsmanagement zu betrei- Bild 1: Schematische Darstellung des Projektkonzepts
ben. Der Fokus eines solchen Infrastrukturmanage-
ments liegt auf der bestmöglichen Verfügbarkeit der
dikatorgestütztes Lebenszyklusmanagement für
Infrastruktur für alle Nutzer aus der Gesellschaft,
Bauwerke der Verkehrsinfrastruktur“ beauftragt. Für
der Industrie sowie der Wirtschaft, auf einem ökolo-
die praktische Durchführung des Projektes wurde
gisch und ökonomisch sinnvollen Einsatz von knap-
das Institut für Technologie und Management im
per werdenden Ressourcen und nicht zuletzt auf
Baubetrieb, Prof. Dr. Kunibert LENNERTS, als Part-
der langfristigen Planbarkeit von Investitionen der
ner-Institut beigezogen.
Kommunen in den Erhalt der errichteten Infrastruk-
turbauwerke. Für die Realisierung eines so be- Im Rahmen dieses Projektes wurde für die Verkehrs-
schriebenen Instandhaltungsmanagements wurde träger Straße, Wasserstraße und Schiene ein ver-
der Ansatz eines indikatorgestützten Lebenszyklus- kehrsträgerübergreifendes Konzept für ein modula-
managementsystems gewählt. Das Lebenszyklus- res indikatorgestütztes Lebenszyklusmanagement-
management betreut und validiert bspw. ein Bau- system (LzM-System) erarbeitet. Das Vorhaben
werk während der gesamten Lebensdauer, von der wurde in drei Teilprojekte untergliedert:
Planungsphase über den Betrieb und die Instand-
haltung bis zum eventuellen Abriss oder Neubau.
Objekt
Anhand einzelner Indikatoren (Kenngrößen) wird
dabei der Zustand eines Bauwerks bestimmt und so In dem Teilprojekt Objekt ging es um das Einzelob-
die Wirkung von bereits erfolgten oder auszufüh- jekt, d. h. die Brücke, der Tunnel oder die Schleuse
renden Maßnahmen bewertet sowie zukünftige not- als Bauwerk innerhalb eines Teil- bzw. des Gesamt-
wendige Maßnahmen geplant. netzes und dessen zeitabhängige Zustandsent-
wicklung, welche durch gemessene Daten doku-
mentiert wird. Mit diesen Daten und mit praxistaug-
1.3 Projektbeschreibung und -ziele lichen Prognosemodellen können Präventionskon-
zepte formuliert und ein objektspezifisches Unter-
Basierend auf die Ausschreibung vom 26.09.2017 haltsmanagement etabliert werden, wodurch die in-
des BMVI-Expertennetzwerk wurde mit Schreiben standsetzungsfreie Lebensdauer deutlich zu ver-
vom 18. Dezember 2017 der KIT Innovation HUB längern ist.
Prävention im Bauwesen mit der Durchführung des
Projektes FE 69.0002/2017: „Entwicklung eines Voraussetzung dafür ist die Charakterisierung des
Konzeptes für ein verkehrsträgerübergreifendes, in- Bauwerkszustandes mit Verfahren und Technologi-13
en, bei denen die Datenqualität ausreichend hoch Netz
ist. So kann nicht nur der aktuelle Zustand während
der Erfassung realitätsnah abgebildet werden, son- Im Teilprojekt Netz wurde die strategische Planung
dern auch mithilfe praxistauglicher Prognosemodel- von Prävention-, Unterhalts- und Instandhaltungs-
le die zukünftige Zustandsentwicklung mit einer für
maßnahmen auf der übergeordneten Netzebene
behandelt. Aufgrund von Randbedingungen wie
die Praxis hinreichenden Genauigkeit abgeschätzt
Ressourcen- und Zeitrestriktionen, können für das
werden.
Einzelobjekt optimale Instandhaltungsstrategien
Dafür sind verkehrsträgerunabhängige Indikatoren nicht immer zum gewünschten Zeitpunkt umge-
auszuwählen, welche den Bauwerkszustand ent- setzt werden. Darüber hinaus führen jegliche Maß-
lang des gesamten Lebenszyklus, d. h. schon wäh- nahmen am Objekt stets zu Funktionsbeeinträchti-
rend der Erstellung (Maßnahme: Qualitätskontrol- gungen, die im ungünstigsten Fall weitreichende
le) über die Nutzungsdauer (Maßnahme: periodi- Konsequenzen für die Netzfunktion eines oder
sche Zustandsanalyse) bis zum Rückbau (Maß- mehrerer Verkehrsträger bedeuten können. Um-
nahme: Bewertung Recyclingfähigkeit) objektiv fangreiche Funktionsbeeinträchtigungen an einer
und reproduzierbar erfassen. Die Untersuchungs- Straßenbrücke beispielsweise können zu Verkehrs-
konzepte zu einer wissenschaftlich abgesicherten einschränkungen in einer ganzen Region führen.
Erfassung dieser Indikatoren müssen so ausge- Aktuell ist dies an der Rheinbrücke Leverkusen zu
beobachten: Aufgrund von Schäden dürfen Fahr-
wählt werden, dass sich Synergieeffekte zwischen
zeuge über 3,5 Tonnen die Autobahnbrücke nicht
den unterschiedlichen Verkehrssystemen bei der
befahren, die Fahrzeuge müssen daher weiträumig
Bauwerksbewertung (z. B. Verfahren und Auswer-
Ausweichstrecken benutzen. Die betroffenen Ab-
tungsmethoden) realisieren lassen, insbesondere
schnitte gehören zu den meist befahrenen Fern-
beim Austausch von Informationen, aber auch
straßen Europas. Die Verlagerungen bringen die
Fachwissen und Standardisierungen. Bei diesem
betroffene Infrastruktur an die „Grenze ihrer Belast-
Vorgehen sind die Informationen zum Langzeitver-
barkeit“ und temporär darüber hinaus. Der Landes-
halten und zur Dauerhaftigkeit der verwendeten
betrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen warnt da-
Baustoffe bzw. Bauteile für unterschiedliche Belas-
her vor einem Verkehrsinfarkt, der „die Lebensqua-
tungsszenarien allgemein gültig und auf die ande-
lität und Wettbewerbsfähigkeit der Region“ bedroht
ren Verkehrsträger übertragbar. Bewährte und be-
(Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen,
reits in die Praxis eingeführte, aber auch neue Ver-
2019).
fahren für die zerstörungsfreie Bauwerksprüfung
vor Ort sowie Methoden der Hochleistungsanalytik Beim Lebenszyklusmanagement von Verkehrsin-
im Labor stehen für diese objekt- und nutzungsspe- frastruktur auf Netzebene handelt es sich folglich
zifischen Analysen an Einzelbauwerken zur Verfü- um ein multikriterielles Problem, bei dem der Bau-
gung. werkszustand nur eine von vielen Randbedingun-
gen darstellt, wenn auch eine besonders bedeutsa-
Mit diesen Kenntnissen können einerseits zum Zeit- me. Um eine positive Wirkung zu erzielen, muss
punkt der Untersuchungen (IST-Zustand) präzise die strategische Planung von Präventions-, Unter-
Aussagen zu Schadensrisiken, Instandsetzungs- halts- und Instandhaltungsmaßnahmen auf Netz-
aufwand und korrespondierenden Kosten bzw. Um- ebene auch direkte und indirekte Effekte der Maß-
weltbelastungen getroffen werden. Der besondere nahmen miteinbeziehen. Im Projekt werden daher
Vorteil dieses Vorgehens ist jedoch, dass sich mit- Indikatoren zur Beurteilung deren volkswirtschaftli-
hilfe dieser Informationen auch die Auswahl und der cher bzw. gesellschaftlicher Bedeutung und resul-
zeitlich optimierte Einsatz von Vermeidungsstrate- tierender Konsequenzen aus Verkehrsbeeinträchti-
gien gegen ein frühzeitiges Bauwerksversagen als gungen vorgeschlagen. Die Indikatoren werden ei-
Teil des Unterhaltsmanagements genau planen las- nem kontinuierlichen Verbesserungsprozess unter-
sen. Zu diesen bereits erfolgreich in der Praxis ein- zogen und mittels standardisierter Methoden der
gesetzten Verfahren und Dienstleistungen, die sich Strategieplanung analysiert. Auf Basis dieser Ana-
auch mit dem Begriff „Prävention“ umschreiben las-
sen, zählt u. a. die Tiefenhydrophobierung. Dadurch
lässt die Aufnahme von Tausalzen bei Neubauten
und bei Bestandsbauwerken über einen Zeitraum 5
THIS 08/2012: Spezialsilane schützen Brückenpfeiler vor
von 20 Jahren vermeiden.5 Salz – Tiefenhydrophobierung statt Vollsanierung14
lyse werden Hilfestellungen zur Strategieformulie- Weitere wichtige Anforderungen an die Schnittstelle
rung gegeben. Eine wichtige Rolle im Prozess zwischen Objekt- und Netzebene ist die Optimie-
spielt auch die Kommunikation zwischen verschie- rung des Einsatzes der finanziellen Mittel hinsicht-
denen Verwaltungsebenen und Verkehrsträgern, lich Umfang und Zeitpunkt sowie die Realisierung
die durch die Verwendung einheitlicher Indikatoren der angestrebten Verlängerung der instandset-
nicht nur stark vereinfacht, sondern auch effizienter zungsfreien Lebensdauer.
wird.
Gesamtprojekt
Schnittstelle
Für das Gesamtprojekt lassen sich aus den Teilpro-
Eine besondere Herausforderung stellt das Teilpro- jekten Anforderungen für das gesamte LzM-System
jekt Schnittstelle dar, in dem die Verknüpfung der ableiten. Durch den Anspruch „verkehrsträgerüber-
Netzebene mit der Objektebene erfolgt. Diese Ver- greifend“ sollten alle Bauwerke in einem einheit-
knüpfung ist eine wichtige Voraussetzung für die lichen LzM-System gemanagt werden. Wichtige
Abstimmung strategischer und operativer Maßnah- Charakteristika des LzM-Systems sind die Anwend-
men im Rahmen des Lebenszyklusmanagements barkeit für alle Lebenszyklusphasen der betrachte-
der Verkehrsnetze bzw. einzelner Verkehrsbauwer- ten Einheiten, eine einfache und transparente Ver-
ke. Für die Funktionalität eines verkehrsträgerüber- knüpfung der Objektebene mit der Netzebene, Ab-
greifenden LzM-Systems ist ein vereinheitlichtes leitung konkreter Handlungen für Netz- und Objekt-
Bewertungssystem bzgl. des baulichen Zustands ebene sowie die dafür notwendige Einbeziehung
und damit einhergehend der Verfügbarkeit der Ver- aller relevanten Stakeholder. Im Einzelnen wären
kehrsbauwerke unabdingbar. Besondere Heraus- dies alle Prozessschritte, die während Konzeption,
forderungen stellt dabei der barrierefreie Austausch, Planung und Errichtung notwendig sind, aber auch
die Verarbeitung und die Interpretation der erhobe- über das Management des Baubestands hinaus bis
nen Daten von Objektebene auf Netzebene und zum geplanten Rückbau. Das System sollte im
vice versa dar. Rahmen eines kontinuierlichen Verbesserungspro-
zesses (KVP) die Erreichung der gesetzten Ziele im
Die Integration von Objekt- und Netzebene im kon- LzM unterstützen.
tinuierlichen Verbesserungsprozess und damit die
Die für die oben beschriebenen Anforderungen not-
Ausgestaltung der Schnittstelle sind daher flexibel
wendigen technischen und organisatorischen Be-
und durchlässig zu gestalten. Ein Netz kann be-
dingungen sind bisher nicht gegeben. Einerseits ist
darfsgerecht aus einer Auswahl von Einzelobjekten
das Building Information Modeling (BIM), welches
definiert werden. Die Bewertung des Netzes erfolgt
in Zukunft die Informationsgrundlage und das Ar-
dabei auf Basis der aggregierten Einzelobjektdaten
beitswerkzeug für alle Lebenszyklusphasen dar-
unter Hinzunahme weiterer netzrelevanter Informa-
stellen soll, noch nicht einmal im Neubau Stand der
tionen. Diese Ausgestaltung trägt auch den ver-
Technik. Andererseits bestehen nicht die organisa-
schiedenartigen Netz- und Verwaltungsstrukturen
torischen Kapazitäten zur kurz- bis mittelfristigen
der Verkehrsträger Rechnung.
Erfassung aller bestehenden Bauwerke und Infra-
strukturen mit der erforderlichen Datenqualität. Zu-
Die anpassungsfähige Definition eines Netzes er-
dem übersteigt der Umfang der potenziell in ein
möglicht, dass jeder Nutzer des Systems seinen in-
LzM-System einzubindenden Prozesse den Funk-
dividuellen Verantwortungsbereich abbilden kann.
tionsumfang von bisherigen Software-Lösungen
Somit kann die Nutzerakzeptanz gesteigert und
bzw. diese Prozesse sind bis heute nicht standardi-
nicht so begrenzt werden, dass (über-)regionale
siert.
Auswirkungen von Maßnahmen oder Ereignissen
nicht in die strategische Analyse einfließen. Der Zusammenfassend strebt dieses Projekt daher,
Einbezug der volkswirtschaftlichen Bedeutung und ausgehend von den oben beschriebenen Anforde-
resultierender Konsequenzen aus Verkehrsbeein- rungen, die Entwicklung eines verkehrsträgerüber-
trächtigungen als Indikatoren, sowie die Veranke- greifenden, indikatorgestützten LzM-Systems, wel-
rung netzübergreifender Kommunikation im konti- ches einen KVP auf Objekt- und Netzebene an-
nuierlichen Verbesserungsprozess verhindern sol- stößt, an. Die Entwicklung ist jedoch auf die Funkti-
che Einschränkungen in der Betrachtung und somit on der Informationsgrundlage für lebenszykluspha-
einseitige Optimierungen. senübergreifende Entscheidungen beschränkt und15
muss zur Entfaltung seiner Wirkung von den ent- Unter der Nutzungsoptimierung sind alle Aktivitäten
sprechenden Organisationen in ihre Prozesse ein- zu verstehen, welche die geplante Nutzung des be-
gebunden werden. D. h. die hier vorgestellte Ent- trachteten Objekts ermöglichen und den Nutzen der
wicklung dient nicht der automatischen Generie- Einheit darüber hinaus steigern. Oberste Ziele sind
rung von Entscheidungen, sondern ist lediglich als dabei Tragfähigkeit (auch Tragsicherheit) und Ge-
Unterstützung für den bearbeitenden Ingenieur ge- brauchstauglichkeit der Einheit. Weiterhin ist die
dacht. Die geforderten Arbeitsschritte sind soweit Optimierung der Einheit hinsichtlich ihrer Eigen-
wie möglich methodenoffen gestaltet, sodass be- schaften wie Sicherheit im Betrieb, Zugänglichkeit,
währte Arbeitsweisen beibehalten werden können. Ausstattung etc. anzustreben. Die Nutzungsopti-
Die Methodik ist in Kapitel 2.2 genauer beschrie- mierung hat die höchste Priorität im LzM, da weitere
ben. Optimierungen in den anderen Bereichen bei man-
gelnder Tragfähigkeit bzw. Gebrauchstauglichkeit
In Bezug auf die hier betrachteten Netze der un-
wertlos sind.
terschiedlichen Verkehrsträger (Schiene, Straße,
Wasserstraße) und Bauwerke (wie Brücken, Wehr Die Ressourcenoptimierung beschreibt den verant-
etc.) als Teil des Netzes ergeben sich eine Reihe wortungsvollen und wirtschaftlichen Umgang mit
gemeinsamer und individueller Ziele im LzM, die in stofflichen, energetischen, finanziellen und sonsti-
einem modularen LzM-System mit einheitlicher Be- gen relevanten Ressourcen, wie beispielsweise
wertungssystematik zusammengeführt werden. dem zur Verfügung stehenden Carbon-Budget. Die
Optimierung der in diesem Ziel subsumierten Res-
sourcen visiert grundsätzlich eine Reduktion deren
Einsätze über den Lebenszyklus an.
2 Grundlagen und Definitionen
Im Gegensatz dazu wird bei der Ressource Infor-
2.1 Lebenszyklusmanagement mation bezüglich der Optimierung auf Verfügbar-
keit, Aktualität und Strukturierung abgezielt. In die-
Lebenszyklusmanagement (LzM) ist in Deutsch- ser Hinsicht unterscheidet sich die Ressource Infor-
land bisher ein nicht normativ gefasster Begriff. Die mation von den anderen zuvor genannten Ressour-
Interpretation des Begriffes ist dementsprechend cen.
sehr stark davon abhängig in welchen technischen
Bereichen und Zusammenhängen er zur Anwen- Ein Lebenszyklusmanagement-System (LzM-Sys-
dung kommt. Allen Definitionen inhaltlich gemein tem) hingegen ist ein integrierter Management-Rah-
ist aber die Erweiterung des Entscheidungsraums men, der z. T. verschiedene Konzepte, Verfahren
von kurzfristigen Kosten-Nutzen-Betrachtungen, und Maßnahmen beinhaltet. Daher verbindet ein
die ausgehend vom aktuellen Zustand auch mögli- LzM-System verschiedene operative Ansätze, Stra-
che zukünftige Ereignisse im Lebenszyklus der be- tegien, Methoden, Werkzeuge und Daten, integriert
trachteten Einheit mitberücksichtigen. technologische, ökologische, ökonomische und
soziale Aspekte und zeigt gleichzeitig, wie diese
Im Rahmen des hier dokumentierten Projektes wird
Aspekte miteinander verbunden sind und wie mit
der Begriff Lebenszyklusmanagement in Anlehnung
diesen umgegangen werden kann (siehe auch
an die Definition von PELZETER (2017) und die
GEMECHU et al., 2015).
Definition von Instandhaltung nach DIN 31051 (DIN
31051, 2018) wie folgt definiert:
„Kombination aller technischen und administrativen 2.1.1 Betrachtungsgegenstand und -ebenen
Maßnahmen sowie Maßnahmen des Managements
während des Lebenszyklus einer Einheit mit dem Das Projekt umfasst drei unterschiedliche Ver-
Ziel einer lebenszyklusphasen-übergreifenden Nut- kehrssysteme: Straßenverkehr, Schiffsverkehr und
zungs-, Ressourcen- und Informations-Optimie- Schienenverkehr. Betrachtungsgegenstand ist die
rung.” bauliche Infrastruktur der Verkehrswege Bundes-
fernstraßen (Bundesautobahnen und Bundesstra-
Aus dieser Definition leiten sich für die Infrastruktur- ßen), Bundeswasserstraßen und Eisenbahninfra-
bauwerke die Ziele der Nutzungs-, Ressourcen- struktur. Im Folgenden werden die Verkehrssyste-
und Informationsoptimierung ab, die im Folgenden me vereinfacht als Straße, Wasserstraße und
näher beschrieben werden. Schiene benannt.16
Die Verkehrsinfrastruktur jedes Verkehrssystems werden (ALFRED et al., 2018; FRANGOPOL
besteht aus einer Vielzahl einzelner Bauwerke. Im et al., 2017).
Bericht werden verschiedene Begriffe genutzt, um
unterschiedliche Betrachtungsebenen voneinander • Übliche Ziele auf Objektebene sind die Gewähr-
abzugrenzen. Aufgrund der sehr heterogenen Or- leistung von Sicherheit, Minimierung der assozi-
ierten Kosten und Qualitätskontrolle (ALFRED
ganisationsstruktur der zuständigen Behörden und
et al., 2018; FRANGOPOL and SOLIMAN, 2016;
zugrundeliegenden Infrastrukturen sind die Begriffe
SÁNCHEZ-SILVA et al., 2016).
flexibel definiert:
• Auf Netzebene besteht die Zielstellung, Fakto-
• Die Objektebene bezieht sich auf individuelle
ren wie die Zuverlässigkeit (Fahrzeit, Kapazität)
Bauwerke jeglicher Art, z. B. Straße, Eisenbahn-
und Reduktion der kumulierten internen und ex-
tunnel oder Wehranlagen. Objekte sind ein Be-
ternen Kosten langfristig zu verbessern (FRAN-
trachtungsgegenstand des hier vorgeschlage-
GOPOL and LIU, 2007; SÁNCHEZ-SILVA et al.,
nen LzM-Systems.
2016).
• Der Begriff Korridor bezieht sich auf die Gesamt-
Diese grundsätzlichen Prinzipien und ihre Auswir-
heit aller Bauwerke eines definierten Verkehrs-
kungen auf die Anforderungen an ein LzM-System
weges. Korridorweise Untersuchungen sind Teil
werden im folgenden Abschnitt weiter ausgeführt.
der vorgeschlagenen Analysemethoden. Die
Definition eines Korridors ist aufgabenabhängig,
d. h. flexibel definiert. 2.1.3 Kriterien und ihre Indikatoren
• Die Netzebene bezieht sich auf die Gesamtheit Die systematische Bewertung von Sachverhalten
aller Bauwerke eines definierten Verkehrssys- erfordert definierte Regeln, welche das Bewer-
tems im Zuständigkeitsbereich des Anwenders, tungsverfahren klar beschreiben. Zu diesem Zweck
also beispielsweise des Zuständigkeitsberei- bedient sich der Bericht sogenannter Kriterien. Ein
ches einer Behörde oder Amtes. Netze sind ein Kriterium adressiert dabei einen definierten Sach-
Betrachtungsgegenstand des hier vorgeschla- verhalt. Zu jedem Kriterium gehört ein Ziel, das den
genen LzM-Systems. Nutzen der Bewertung formuliert. Ob ein Kriterium
erfüllt wird oder nicht wird anhand von einem oder
• Verkehrsträgerübergreifende Betrachtungen mehreren Indikatoren überprüft. Indikatoren sind
adressieren die Netze aller drei adressierten also quantitative oder qualitative Größen, anhand
Verkehrssysteme. Verkehrsträgerübergreifende deren die Einhaltung des Kriteriums überprüft wer-
Betrachtungen sind Teil der vorgeschlagenen den kann. Kriterien sind im Sinne dieses Berichts
Analysemethoden. stets nach demselben System aufgebaut und ent-
halten folgende grundlegenden Informationen (vgl.
auch Bild 2):
2.1.2 Grundsätzliche Prinzipien für Lebens-
zyklusmanagement-Systeme • Ein Ziel erläutert welcher Nutzen mit der Über-
prüfung des Kriteriums erreicht werden soll. Zie-
Die Literatur bietet zahlreiche Ansätze zur Ausge- le enthalten weiterhin einen zeitlichen Bezug zur
staltung von LzM-Systemen, von denen einige im Umsetzung und ein Zielausmaß, welches den
Appendix A und B kurz vorgestellt werden. An die- Umfang der Zielerreichung wiedergibt.
ser Stelle werden lediglich ausgewählte Kernaussa-
gen zu elementaren Prinzipien verschiedener Kon- • Ein Kriterium adressiert eine oder mehrere Fra-
zepte zusammengetragen: gestellungen, die die Zielerreichung beeinflus-
sen. An dieser Stelle werden Modelle zur Be-
• Durch eine zustandsbasierte Instandhaltung soll schreibung der Fragestellung sowie Methoden
die Gebrauchstauglichkeit von Objekten bei ge- zur Bearbeitung vorgestellt.
ringeren Kosten zuverlässiger und langfristiger
garantiert werden können (FRANGOPOL, 2011). • Indikator sind die Kennzahlen bzw. Messgrößen
anhand derer die Bewertung stattfindet. Es han-
• Der Einfluss der Instandhaltung auf die statische delt sich vornehmlich um quantitative Größen,
Leistungsfähigkeit kann quantifiziert und in mul- es können aber auch qualitative Größen abge-
tikriteriellen Optimierungsproblemen integriert fragt werden.17
Bild 2: Hierarchische Ordnung und Beispiele zu den Begriffen „Ziel“, „Kriterium“ und „Indikator“
Die in den Kriterien abgefragten Indikatoren werden
über die Lebensdauer der betrachteten Objekte
systematisch erfasst. Das Vorgehen ist modular:
Die Ziele des LzM werden in Kriteriensteckbriefen
erfasst, die Erreichung der Ziele durch Indikatoren
auf Basis von quantitativen bzw. qualitativen Kenn-
größen gemessen. Auf Basis von Nutzung (Straße,
Schiene, Wasserstraße) und Bauwerksart (Ver-
kehrszeichenbrücke, Brücke, Wehr) erfolgt die Zu-
ordnung der Kriterien bzw. Indikatoren. Die benötig-
ten Informationen für ein erfolgreiches LzM sind in
erster Linie werkstoff- und bauwerksspezifisch, es
spielen aber auch ökonomische, ökologische, und Bild 3: Sinnbild objekt- und nutzungsspezifischer Kriterien-
soziale Komponenten eine wichtige Rolle. Daher katalog
müssen theoretisch alle Kriterien und Kenngrößen
individuell bestimmt werden, häufig können aber in
strecken und dadurch verursachte Staus. Auf der
räumlich abgegrenzten Gebieten aufgrund von ähn-
Schiene führen Streckensperrungen zu Zugausfäl-
lichen Anforderungsprofilen sowie ähnlichen Um-
len und Verspätungen durch Umleitungen.
welt und klimatische Gegebenheiten „Cluster”-Ei-
genschaften angenommen werden. Für das Sys- Auf Objektebene erfolgt eine weitere Eingrenzung
tem kommt daher die in Bild 3 dargestellte Matrixzu- der Kriterien. Versinnbildlicht werden kann dies am
ordnung von Kriterien zur Anwendung. Unterschied zwischen den Lebenszyklen von Stahl-
und Stahlbetonbauten. Auf den Stahlbau treffen an-
Je nach Nutzung werden unterschiedliche Kriterien dere Lebensdauerprognose-Modelle zu als auf den
zugeordnet. So unterscheiden sich beispielsweise Stahlbetonbau.
Brücken im Netz Straße vom Netz Schiene in vielfa-
cher Hinsicht. Aus unterschiedlichen Verkehrsträ- Aufgrund des wachsenden Bedarfs an Bewertungs-
gern resultieren beispielsweise unterschiedliche ex- und LzM-Systemen finden sich in der Literatur für
terne Effekte bei vorübergehenden Nutzungsein- alle Betrachtungsebenen Dutzende von Vorschlä-
schränkungen. So müssen bei Straße und Bahn je- gen für Kriterien und Indikatoren und deren Einbin-
weils Ausweichkorridore freigehalten werden, wäh- dung in Prozesse. Dabei besteht die Gefahr, dass
rend bei den Wasserstraßen eine komplette Umla- die Anforderungen an das LzM-System so hoch
gerung der Transportwege vom Wasser auf Straße sind, dass durch Überfrachtung mit abzubildenden
oder Schiene erfolgen muss. Aus Straßensperrun- Prozessabschnitten dieses unhandlich und wenig
gen resultieren die höhere Belastung von Ausweich- praxistauglich wird. Daher müssen Kriterien und In-Sie können auch lesen
