Rade Hajdin, Frank Schiffmann, Tim Blumenfeld, Nikola Tanasić

• In Hinblick auf die Zustandsbeschreibung und die Beurteilung der Zielerfüllung des Lebenszyklusmanagements von Bauwerken wird zunehmend die Weiterentwicklung von Key Performance Indikatoren (KPI) bzw. Kennzahlen diskutiert. Leistungsindikatoren (Performance Indikatoren) messen diverse, für die Leistungsbeurteilung eines Ingenieurbauwerks maßgebende Eigenschaften. Sie können hierarchisch aufgebaut werden und jene auf der oberste Hierarchieebene werden als Schlüsselindikatoren bezeichnet (KPI). Die Schlüsselindikatoren zeigen, ob ein Bauwerk die Leistungsziele erfüllt. Eine der wesentlichen Herausforderungen bei der Einführung eines Kennzahlensystems besteht einerseits in der Verknüpfung von Zielen mit Indikatoren sowie deren hierarchischer Aufbau untereinander. Andererseits gilt es, den Erfüllungsgrad der definierten Leistungsziele möglichst mit quantitativen Indikatoren zu ermitteln bzw. zu bewerten. Daher ist bei der Auswahl geeigneter Kennzahlen innerhalb des Lebenszyklusmanagements stets deren Verwendungszweck zu hinterfragen, gemäß folgendem Leitsatz: “You can have all the indicators you want, but sooner or later you have to think about it.” (Main Roads Western Australia, 2004) Hierbei sind auch die vorhandenen Datengrundlagen zu analysieren sowie innovative Erfassungs- und Bewertungsmethoden in den Entscheidungsprozess zu integrieren. Dies bildet die Grundlage, um den optimalen Zeitpunkt von Erhaltungsmaßnahmen, den damit verbundenen Bedarf an die finanziellen und personellen Ressourcen frühzeitig abzuschätzen sowie die langfristigen Kosten zu senken. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird eine Systematik und darauf basierend eine fachliche Konzeption für die Erstellung eines indikatorgestützten Lebenszyklusmanagementtools erarbeitet, das die bestehenden Ansätze des Verkehrsinfrastrukturmanagements unterstützt und somit eine verbesserte Nutzung der vorhandenen Ressourcen ermöglicht. Dazu erfolgt zunächst eine Zusammenstellung der wesentlichen Grundlagen des Lebenszyklusmanagements von Bauwerken bei dem ein Schwerpunkt auf den aktuellen Entwicklungen zu innovativen Techniken der Zustandserfassung gelegt wird. Es wird anschließend der aktuelle Stand zum Einsatz von Indikatoren bei den drei Verkehrsträgern Straße, Schiene und Wasser erörtert. Die hierzu durchgeführten Literaturrecherchen wurden durch Experteninterviews und die Durchführung eines Workshops mit Infrastrukturbetreibern ergänzt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen erfolgte schließlich die Entwicklung und Anwendung einer Methodik zur Konzeption eines verkehrsträgerübergreifenden LZM-Tools. Als Ausgangslage wurde hierbei eine von der Bundesanstalt für Straßenwesen zur Verfügung gestellte Indikatorenliste verwendet und weiterentwickelt. Das entwickelte Kennzahlensystem beinhaltet die Schlüsselindikatoren Zuverlässigkeit, Sicherheit der Nutzer und Dritter, Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit. Die Methodik verfügt über einen modularen Aufbau, sodass durch den Austausch von einzelnen Teilmodellen verkehrsträgerspezifische Anforderungen an das Modell jederzeit berücksichtigt werden können. Die Erprobung des entwickelten Kennzahlensystems innerhalb eines Lebenszyklusmanagements wird schließlich im Rahmen einer prototypischen Anwendung exemplarisch getestet. Dazu werden die vorhandenen Datengrundlagen von ausgewählten Ingenieurbauwerken zunächst aufbereitet und in den IT-Prototypen integriert. Unter Berücksichtigung von vorhandenen Bauwerksschäden erfolgt die Beurteilung der Zuverlässigkeit der Bauwerke auf Objekt- und Netzebene mit Hilfe eines bayes’schen Ansatzes. In Abhängigkeit der Schadensart wird zudem die Sicherheit der Bauwerke für die Nutzer sowie Dritte bewertet. Die Bewertung der Verfügbarkeit erfolgt anhand von zusätzlichen Reisezeiten, die durch die vom Anwender zu definierenden Erhaltungsmaßnahmen hervorgerufen werden. Der Aspekt der Nachhaltigkeit wird sowohl auf Objekt- als auch auf Netzebene ermittelt. Auf der Objektebene werden die in Abhängigkeit der Maßnahmenart zu erwartenden CO2-Emissionen ermittelt. Auf der Netzebene hingegen erfolgt die Berechnung der zusätzlichen CO2-Emissionen anhand der zusätzlichen Reisewege aufgrund von Umleitungen in Abhängigkeit der Verkehrsmengen und -zusammensetzung. Die wirtschaftlichen Kosten berechnen sich schließlich aus der Summe der diskontierten Einzelkosten der gewählten Maßnahmenarten innerhalb eines Erhaltungsszenarios. Aufgrund der Modularität des entwickelten IT-Tools kann eine stetige Weiterentwicklung bzw. Erweiterung des Kennzahlensystems erfolgen und weitere verkehrsträgerspezifische Anforderungen kontinuierlich ergänzt werden. Damit ist die Grundlage für ein zukünftiges indikatorengestütztes verkehrsträgerübergreifendes Lebenszyklusmanagement von Infrastrukturbauwerken geschaffen.
• The further development of key performance indicators (KPI) is increasingly being discussed for the description of condition and the assessment of target fulfilment. Performance indicators measure various properties that are decisive for the performance assessment of an engineering structure. They can be structured hierarchically and those at the top level of the hierarchy are called key performance indicators (KPI). The key performance indicators show whether a structure meets the performance targets. One of the main challenges in introducing a performance indicator system is, on the one hand, the linking of objectives with indicators and their hierarchical structure. On the other hand, it is important to determine and evaluate the degree of fulfilment of the defined performance targets with quantitative indicators. Therefore, when selecting suitable indicators within life cycle management, their intended use must always be questioned, in accordance with the following guiding principle: “You can have all the indicators you want, but sooner or later you have to think about it.” (Main Roads Western Australia, 2004) In this context, the existing data basis must be analysed, and innovative recording and evaluation methods must be integrated into the decision-making process. This forms the basis for estimating the optimal timing of maintenance measures and the associated need for financial and human resources at an early stage, as well as for reducing long-term costs. Within the framework of this research project, a system and, based on this, a technical concept for the creation of an indicator-supported life cycle management tool will be developed, which supports the existing approaches of transport infrastructure management and thus enables an improved use of the available resources. First, a summary of the essential basics of life cycle management of structures is given, with a focus on the current developments in innovative techniques of condition assessment. Subsequently, the current status of the use of indicators for the three transport modes road, rail and water is discussed. The literature research carried out for this purpose was supplemented by interviews with experts and the holding of a workshop with infrastructure operators. Based on these results, a methodology for the conception of a cross-modal LZM tool was developed and applied. As a starting point, a list of indicators provided by the Federal Highway Research Institute was used and further developed. The developed indicator system includes the key indicators reliability, safety of users and third parties, availability and sustainability. The methodology has a modular structure so that mode-specific requirements can be considered at any time by exchanging individual submodels. Finally, the testing of the developed key figure system within a life cycle management is exemplarily tested within the scope of a prototypical application. For this purpose, the existing data bases of selected engineering structures are first processed and integrated into the IT prototype. Considering existing structural damage, the reliability of the structures is assessed at the object and network level using a Bayesian approach. Depending on the type of damage, the safety of the structures for the users as well as third parties is also evaluated. The evaluation of availability is based on additional travel times caused by the maintenance measures to be defined by the user. The aspect of sustainability is determined on the object level as well as on the network level. On the object level, the CO2 emissions to be expected depending on the type of measure are determined. On the network level, on the other hand, the additional CO2 emissions are calculated based on the additional travel routes due to detours, depending on the traffic volumes and composition. Finally, the economic costs are calculated from the sum of the individual discounted costs of the selected types of measures within a maintenance scenario. Due to the modularity of the developed IT tool, a continuous further development or extension of the key figure system can be carried out and further traffic mode-specific requirements can be continuously added. This provides the basis for future indicator-based life cycle management of infrastructure structures across all modes of transport.