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Methodik und Prototyp für eine optimierte Planung von Ertüchtigung und/oder Ersatz wichtiger Brücken der Bundesfernstraßen

Methodology and prototype for an optimized planning of retrofitting and/or replacement of important bridges of the federal highways

  • Ziel des F+E-Vorhabens „Entwicklung einer Methodik einschl. Prototyp für eine optimierte Planung von Ertüchtigungen und/oder Ersatz wichtiger Brücken der Bundesfernstraßen“ war es, ein prototypisches Verfahren zu entwickeln, das für ein Teilnetz der Bundesfernstraßen, Ertüchtigungs- und/oder Erneuerungsmaßnahmen an Brücken in ein optimiertes Ertüchtigungsprogramm überführt und die gesamtwirtschaftlichen Auswirkungen durch Nichtverfügbarkeit oder beschränkte Nutzbarkeit der Brücken minimiert. Im Ergebnis entstand eine Methodik, welche die folgenden Aspekte beinhaltet: Das Verfahren zur Vorselektion von Bauwerken unter baulichen und gesamtwirtschaftlichen Aspekten soll den Baulastträgern dazu dienen, frühzeitig besonders kritische Bauwerke zu identifizieren, um diese in ein Verfahren zur Maßnahmenplanung auf Teilnetzebene einbeziehen zu können. Eng verknüpft mit der baulichen Vorselektion ist die Bestimmung des baulichen Maßnahmenbedarfs. Art der Maßnahme und Eingreifzeitraum werden auf Basis der Vorselektionsstufe und dem Zustand des Bauwerks ermittelt. Im Fokus stehen schließlich die gesamtwirtschaftlichen Wirkungen von verkehrlichen Einschränkungen aufgrund der Ertüchtigungs- und Erneuerungsmaßnahmen an den Bauwerken. Hierbei finden neben den maßnahmenbedingten Baulastträgerkosten und den veränderten Restwerten der Bauwerke, die Veränderung von Reisezeiten, Emissionen und Unfällen im von Verkehrseinschränkungen direkt oder indirekt betroffenen Teilnetz Berücksichtigung. Für die Erarbeitung optimierter Ertüchtigungsprogramme ist eine Betrachtung von gleichzeitigen (Teil-) Sperrungen von Brücken und den entstehenden Wechselwirkungen im Verkehrsmodell von besonderer Bedeutung. Und zwar insbesondere vor dem Hintergrund der Vielzahl an zu ertüchtigenden Bauwerken im Bundesfernstraßennetz bei gleichzeitig vergleichsweise guter Finanzausstattung des Programms zur Brückenmodernisierung. Die Methodik zur Aufstellung von optimierten Ertüchtigungsprogrammen hat zum Ziel, für die Gesamtheit der im Teilnetz erforderlichen Maßnahmen einen möglichst hohen gesamtwirtschaftlichen Nutzen zu generieren, d. h. die negativen Auswirkungen von Verkehrseinschränkungen durch Baustellen sollen für die Verkehrsteilnehmer insgesamt möglichst gering gehalten werden. Die Berechnung erfolgt mittels eines auf dem sog. Tabu-Search-Verfahren basierenden Optimierungsansatz. Zur Überprüfung der Methodik wurde sie in einem auf Microsoft Excel und VBA sowie der Verkehrsplanungssoftware PTV Visum basierenden Software-Prototyp implementiert. Angewendet wurde das Verfahren auf ein Beispiel mit 16 Brücken – darunter vier wichtige Rheinquerungen – in Nordrhein-Westfalen.
  • The R&D project “Development of a methodology incl. prototype for an optimized planning of retrofitting and/or replacement of important bridges of the federal highways” aimed to develop a prototypical procedure for a subnet of federal highways, which transfers retrofitting and/or replacement measures on bridges in an optimized retrofitting program minimising the overall economic impact through unavailableness or limited usability of bridges. The result is a methodology that includes the following aspects: The procedure for the preselection of structures under macroeconomic aspects is intended to serve public authorities to identify particularly critical buildings at an early stage in order to be able to include them in a procedure for planning measures at subnetwork level. Closely linked with the structural preselection is the determination of the structural need for measures. The type of measure and intervention period are determined on the basis of the preselection stage and the condition of the building. Finally, the macroeconomic effects of traffic restrictions due to the retrofitting and replacement measures on the buildings are considered. In addition to the measure-related costs of the public authorities and the changed residual values of the structures, the changes in travel times, emissions and accidents in the subnetwork directly or indirectly affected by traffic restrictions are also taken into account. For the development of optimised retrofitting programmes, the consideration of simultaneous (partial) closures of bridges and the resulting interactions in the transport model is of particular importance. This is particularly important in view of the large number of structures to be retrofitted in the federal road network and the comparatively good financial resources available for the bridge modernisation programme. The aim of the methodology for setting up an optimized retrofitting programme is to generate the greatest possible macroeconomic benefit for all the measures required in the subnetwork, i.e. the negative effects of traffic restrictions caused by construction sites should be kept to a minimum for the road users as a whole. The calculation is carried out using an optimization approach based on the so-called taboo search method. To verify the methodology, it was implemented in a software prototype based on Microsoft Excel and VBA as well as the transportation planning software PTV Visum. The procedure was applied to an example with 16 bridges - including four important Rhine crossings - in North Rhine-Westphalia.

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Metadaten
Author:Annette Kindl, Andreas Stadler, Christoph Walther, Michael Bornmann, Nancy Freitag
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-27245
ISBN:978-3-95606-712-9
ISSN:0943-9293
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau (184)
Publisher:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Place of publication:Bremen
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2022/11/25
Date of first publication:2022/11/25
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Release Date:2022/11/25
Number of pages:135
Comment:
Bericht zum Forschungsprojekt 15.0645
Entwicklung einer Methodik einschliesslich Prototyp für eine
optimierte Planung von Ertüchtigung und/oder Ersatz
wichtiger Brücken der Bundesfernstraßen

Fachbetreuung
Ulrich Bergerhausen

Referat
Tunnel- und Grundbau, Tunnelbetrieb,
Zivile Sicherheit
Institutes:Abteilung Brücken- und Ingenieurbau
Licence (German):License LogoBASt / Link zum Urhebergesetz

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