Als Konsequenz der Festlegung eines neuen Grenzwerts für Asphaltdämpfe und Aerosole beim Einbau von Asphaltmischgut muss neben technischen Lösungen am Asphaltfertiger (Absaugreinrichtung) auch der Asphaltmischguteinbau temperaturabgesenkt erfolgen. Dabei muss sichergestellt werden, dass eine Temperaturabsenkung die mechanische und funktionale Qualität sowie das Gebrauchsverhalten und die Dauerhaftigkeit des hergestellten Asphaltmischguts nicht gefährdet. Mit diesem Forschungsprojekt wurde das Ziel verfolgt, für Zusätze und Technologien zur Herstellung von Temperaturabgesenkten Asphalten (TA-Asphalte) jeglicher Art, einen einheitlichen Nachweis der Temperaturabsenkung im Labor zu entwickeln. Dazu wurden Probekörper bei unterschiedlichen Temperaturen mit erhöhter Verdichtungsenergie hergestellt. Die dabei berechneten Raumdichten wurden funktional beschrieben (Verdichtungsfunktion), so dass für eine übliche Verdichtungsenergie die mögliche, abgesenkte Verdichtungstemperatur und/oder für eine gewünschte Temperatur die benötigte Verdichtungsenergie ermittelt werden konnte. Zum Nachweis dieses Vorgehens wurden die relevanten Technologien zur Herstellung von TA Asphalten bezogen auf ihre Wirkungsweise untersucht: Grenzflächenaktive Zusätze, Rheologie bzw. Reaktivmodifizierende Zusätze, Mineralische Zusätze (Zeolith), die Schaumbitumen-Technologie und teilweise die bereits bewährten Viskositätsverändernden Zusätze (VVZ). Zunächst wurde das Vorgehen an einem Asphaltmischgut für Asphaltdeckschichten der Sorte AC 11 D S mit 5 temperaturabsenkenden Zusätzen / Verfahren sowohl mit dem Marshall-Verdichtungsgerät, als auch mit dem Walzsektor-Verdichtungsgerät und dem Gyrator überprüft. Zusätzlich wurde der Verformungswiderstand mittels Druck-Schwellversuchen an den hergestellten Probekörpern bewertet. Während des Mischprozesses konnte anhand des Drehmoments im Labormischer nachgewiesen werden, dass TA-Asphalte geringere Mischarbeiten benötigen. Das Marshall-Verdichtungsgerät erwies sich als geeignetes Verdichtungsverfahren mit einer guten Spreizung bzgl. der Verdichtungstemperaturen, den geringsten Streumaßen und als technisch günstig und einfach in der Handhabung. Die damit temperaturabgesenkt hergestellten Probekörper waren bzgl. des Verformungswiderstandes unauffällig. Ein Ausschlusskriterium konnte für kein Verdichtungsgerät gefunden werden. Die Validierung des Vorgehens erfolgte an weiteren vier Asphaltmischgutsorten, welche in Fachkreisen teilweise als kritisch für die Temperaturabsenkung angesehen werden: SMA 8 S, AC 11 D S (mit 20 % Asphaltgranulat (AG)), SMA 16 B S (mit 30 % AG) und AC 32 T S (mit 60 % AG). Für jede Asphaltmischgutsorte wurden 3 Varianten hergestellt: Neben der Referenzvariante zwei temperaturabgesenkte Varianten, wobei als oberflächenaktive Zusätze jeweils Produkte unterschiedlicher Hersteller eingesetzt wurden. Die temperaturabsenkende Wirkung wurde mit allen Zusätzen / Verfahren und an allen Asphaltmischgutsorten nachgewiesen und funktional beschrieben. Es wurde festgestellt, dass die Kombination von Asphaltmischgutart/-sorte und TA-Technologie im Labor optimiert werden muss, so ist zum Beispiel eine Zugabe der Zusätze ohne Optimierung der Zugabemenge nur bedingt zielführend. Diese Optimierung war nicht Gegenstand dieses Projekts. Der Einsatz von Zeolith in Kombination mit Splittmastixasphalten war im Projekt problemlos möglich, zeigte jedoch keine Vorteile bzgl. der Temperaturabsenkung. Weiterhin wurde für das Asphaltmischgut für Asphalttragschichten der Sorte AC 32 T S die Wirkung der Temperaturabsenkung sowohl mit Zeolith, als auch mit dem grenzflächenaktiven Zusatz nachgewiesen. Aufgrund der hier eingesetzten Materialien trat der Effekt jedoch erst bei einer Temperaturreduzierung von >10 °C auf. Die Überprüfung der Streumaße für die Raumdichten der Marshall-Probekörper zeigte, dass keine übermäßigen Streuungen aufgrund der Zusätze / Verfahren auftraten. Auch erwiesen sich die temperaturabsenkenden Zusätze / Verfahren als unproblematisch bzgl. des Verformungswiderstands. Insgesamt kann mit dem hier vorgestellten und überprüften einheitlichen Vorgehen zur Herstellung von Probekörpern im Labor für unterschiedlichste TA-Technologien ihr Potential beschrieben werden, ohne signifikante negative Auswirkungen bzgl. der Performance oder der Reproduzierbarkeit erwarten zu müssen.

Das vorliegende Projekt untersucht den Ansatz, dass die NOx-Emissionen im laufenden Betrieb von in den Fahrzeugen verbauten Sensoren erfasst werden und zu dem innerhalb des ebenfalls im Betrieb erfassten Kraftstoffverbrauch in Relation gesetzt werden können. Innerhalb dieses Projekts wurden acht Dieselfahrzeuge (1 Diesel mild Hybrid), drei Ottofahrzeuge (1 Otto mild Hybrid, 1 Otto Hybrid) untersucht, um die als QNOx bezeichnete Methode weiterzuentwickeln. Alle Fahrzeuge entsprachen mindestens der Emissionsklasse Euro 6d-Temp. Die Messungen fanden je Fahrzeug über insgesamt 1000 km Laufleistung statt, wobei rund 700 km im Serienzustand unter normalen Betriebsbedingungen und rund 100 km unter extremen Fahrbedingungen absolviert wurden, bei denen man hohe NOx-Emissionen je kg Kraftstoff erwartete. Jeweils 200 km wurden mit einem verbauten Fehler an der Abgasnachbehandlung, welcher zu erhöhten NOx-Emissionen führen sollte, durchgeführt. Die für die QNOx-Ermittlung erforderlichen Messdaten wurden über die OBD-Schnittstelle ausgelesen und mit Datenlogger-Systemen aufgezeichnet und gespeichert. Im Laufe des Projekts und auch bei vorangegangenen Messungen zeigte sich, dass das erforderliche NOx-Signal des Sensors am Auspuffende teilweise über die OBD-Schnittstelle nicht oder erst nach einer gewissen Fahrzeit verfügbar war. In solchen Fällen wurde ein externer NOx-Sensor nach der Abgasnachbehandlung in das Abgassystem eingebaut und das Signal in den Datenlogger eingebunden. Parallel zu den Messungen wurde ein Datenfilter- und Auswertemodell entwickelt, welches die Messdaten aufbereitet und das gNOx/kg Kraftstoffverbrauch Verhältnis berechnet. Der Datenfilter stellt dabei sicher, dass Fahrsituationen, die nicht für die Beurteilung geeignet sind, erkannt und aus der Bewertungsmethodik ausgeschlossen werden. Aus den mit dem Datenfiltermodell bearbeiteten Datensätzen wurde dann aus den jeweils über 100 km aufsummierten NOx-Emissionen und dem Kraftstoffverbrauch das gNOx/kg Kraftstoffverbrauch Verhältnis (QNOx) gebildet. Nach jeweils 50 km wurde ein neues Bewertungsfenster begonnen. Bei den Messungen an den Dieselfahrzeugen konnten mit der QNOx-Methode defekte Fahrzeuge eindeutig erkannt werden. Dies war sowohl bei den Testfahrten mit manipulierten Abgasnachbehandlungssystemen, als auch bei den Testfahrten mit jenen zwei Fahrzeugen, welche von sich aus mit einem Fehler behaftet waren, der Fall. Die Analyse der Methodenergebnisse zeigte auch, dass das Datenfiltermodell all jene Betriebszustände, welche unter Umständen bei der Bewertung zu Fehlinterpretationen führen, entfernen konnte. Bei den Ottofahrzeugen wurde ein Fehler im Abgassystem mittels Abstecken der Lambdasonde simuliert. Das bewirkte bei den untersuchten Fahrzeugen, dass diese im Betrieb auf Lambda-Kennfeldwerte zurückgriffen. Das führte zu keinen wesentlich erhöhten Emissionswerten bei den Testfahrten, sodass von der QNOx-Methode auch kein Wert, der auf einen Fehler schließen lässt, angezeigt werden konnte. Nach Abschluss der Messungen an acht Testfahrzeugen mit Dieselantrieb und drei Ottofahrzeugen wurden mit den generierten Daten Vorschläge zur QNOx-Schwellwertdefinition erarbeitet. Aus den vorliegenden Messergebnissen ergab sich, dass ein Schwellwert zur Unterscheidung von intakten und fehlerhaften Abgassystemen für Dieselfahrzeuge im Bereich von 2 bis 3 gNOx/kg Kraftstoff und für Ottofahrzeuge unterhalb von 2 gNOx/kg Kraftstoff liegen sollte. Da bei Fahrzeugen der Abgasstufe EURO 7 das OBM-System einen Fahrzeugfehler anzuzeigen hat, wenn die NOx-Emissionen den Grenzwert um mehr als das 2.5-fache überschreiten, liegt es nahe, diesen Faktor auch für die Ableitung des QNOx-Schwellwertes anzusetzen. Für den Schwellwert muss also der EURO 7 NOx-Grenzwert, erweitert um Messunsicherheiten und den High-Emitter-Faktor, durch einen repräsentativen Verbrauchswert dividiert werden, um eine Schwelle für gNOx/kg Kraftstoff zu berechnen. Da bei unterschiedlichen PKW-Segmenten der NOx-Grenzwert gleich ist, die Verbrauchswerte jedoch sehr unterschiedlich sein können, werden die gemessenen Verbrauchswerte um das Verhältnis von durchschnittlichem Verbrauch pro km zu fahrzeugspezifischem Verbrauch pro km korrigiert. Dies kann zukünftig automatisiert ablaufen, da der Typprüf-CO2-Wert im Environmental Vehicle Pass abgelegt ist. Die Auswertung zeigte, dass ein Schwellwert von 3 gNOx/kg Kraftstoff für Dieselfahrzeuge und 1,83 gNOx/kg Kraftstoff für Ottofahrzeuge als Kriterium für ein funktionierendes Abgasnachbehandlungssystem herangezogen werden könnte. Die Schwellwerte müssten noch an einer Vielzahl von Fahrzeugen der Emissionsstufe EURO 7 validiert werden. Abschließend wurde eine Bewertung hinsichtlich der Tauglichkeit der Methode als PTI Instrument durchgeführt. Die Untersuchungen zeigten, dass mit der QNOx-Methode zwischen Fahrten mit defektem und gut funktionierendem Abgasnachbehandlungssystem unterschieden werden konnte. Da in den aktuellen Entwürfen zur EURO 7 Gesetzgebung eine fahrzeuginterne Berechnung von QNOx-Werten vorgesehen ist, wäre eine Zustandsbewertung der NOx-Nachbehandlungssysteme im Rahmen der AU mit einem Auslesen der QNOx-Daten über die OBD Schnittstelle einfach realisierbar.

Eine bedeutsame Aufgabe des Straßenbetriebsdienstes ist die Grünpflege, ihr Anteil liegt bei ca. einem Viertel des Gesamtaufwandes. Eines der wesentlichen bundesweit geltenden Regelwerke für die Grünpflege an Straßen ist das Merkblatt für den Straßenbetriebsdienst, Teil: Grünpflege aus dem Jahr 2006. Bereits heute haben naturschutzfachliche Aspekte auf breiter Basis Eingang in die landesspezifischen Regelungen und gängigen Standards der Grünpflege entlang von Straßen gefunden. Das derzeit geltende Merkblatt für den Straßenbetriebsdienst, Teil: Grünpflege aus dem Jahr 2006 entspricht nur unzureichend diesen Standards, so dass im Rahmen des FE-Projektes ein Entwurf für die Fortschreibung erstellt wurde. Hierbei haben die zunehmenden naturschutzfachlichen Anforderungen an die Grünflächen im Straßenseitenraum und ihre Pflege ebenso Berücksichtigung gefunden wie verkehrliche, arbeitsplatzbezogene und wirtschaftliche Kriterien. Basierend auf einer umfassenden Dokumentenrecherche wurden in ausgewählten Autobahn- und Straßenmeistereien umfassende in-situ-Studien durchgeführt, bei denen die Auswirkungen unterschiedlicher Pflegekonzepte für Rasen- und Gehölzflächen auf Flora und Fauna analysiert wurden. Weiterhin wurden die Grünpflegarbeiten begleitet, um Aufwendungen und weitere betrieblich-ergonomische Kriterien bewerten zu können. Ergänzend wurden die Verwertungspotenziale für das anfallende Schnittgut untersucht. Die In-situ-Studien umfassten zwei Schnittperioden für die Gehölzpflege (2021/22 und 2022/23) und zwei Vegetationsperioden für die Grasmahd (2022 und 2023). Auf Grundlage der durchgeführten in-situ-Studien, der vorliegenden Literatur und weiterer laufender Untersuchungen wurden umfassende Empfehlungen aus ökologischer Sicht sowie eine ökonomische und betrieblicher Bewertung dieser Empfehlungen, differenziert nach Offenlandpflege und Gehölzpflege, gegeben. Diese Empfehlungen sind Grundlage für die Fortschreibung des Merkblattes für den Straßenbetriebsdienst, Teil: Grünpflege.

Das Radfahren als moderne und nachhaltige Mobilitätsform ist ein wichtiger Bestandteil der angestrebten Mobilitätswende. Für die Steigerung der Attraktivität des Fahrradfahrens ist auch die dauerhafte Bereitstellung sicherer Radverkehrsanlagen in einem guten baulichen Zustand unerlässlich. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist eine Zustandserfassung und -bewertung der bestehenden Radverkehrsinfrastruktur. Für die Zustandserfassung auf Radverkehrsanlagen gibt es in Deutschland noch keine Standards. Zwar wurden bereits Erfassungen in größerem Umfang durchgeführt, diese basieren jedoch auf unterschiedlichen Erfassungstechnologien und legen verschiedene Bewertungsmethoden zugrunde. Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit war es daher, relevante Zustandsmerkmale für die Erfassung und Bewertung der Gebrauchstauglichkeit und des baulichen Zustandes städtischer Radverkehrsanlagen unter Berücksichtigung relevanter Verkehrssicherheitsaspekte zu erarbeiten und eine geeignete Erfassungstechnik sowie ein Bewertungsverfahren zu entwickeln. Vor dem Hintergrund, dass im kommunalen Bereich die visuell-sensitive, visuell-bildbasierte und die messtechnische Zustandserfassung zum Einsatz kommen und eine gewisse Vergleichbarkeit zweckmäßig ist, wurden beide Erfassungsmethoden betrachtet. Für die Festlegung der Zustandsmerkmale wurden bautechnische Begutachtungen auf verschiedenen Radverkehrsanlagen in Asphalt- und Pflasterbauweise unterschiedlichen Alters durchgeführt. Hier zeigte sich, dass vorhandene Oberflächenschäden auf Radverkehrsanlagen in sehr unterschiedlichen Ausprägungen auftreten und der abgeleitete Handlungsbedarf darauf abgestimmt werden sollte. Deshalb wurde der Ansatz verfolgt, neben der Angabe des prozentualen Anteils der betroffenen Fläche vorhandener Oberflächenschäden auch Information zum Ausprägungsgrad zu liefern. Die gewonnenen Erkenntnisse stellten die Grundlage für die Auswahl und den Aufbau der Erfassungstechnik dar. Das entwickelte Messfahrzeug verfügt über eine Front- und Rückkamera, eine Oberflächenkamera mit künstlicher Beleuchtung sowie eine hochgenaue Positionserfassung mittels INS-System, das Lage bzw. Bewegung des Messfahrzeuges im Raum kontinuierlich ermittelt. Mit Hilfe der Erfassungstechnologie sollte eine flächenhafte Bewertung von Unebenheiten auf der Radwegeoberfläche ermöglicht werden. Hier wurden Verfahren der Fotogrammetrie und des Laserscannings recherchiert. Im Projekt wurde eine Stereokamera umgesetzt, die gute Ergebnisse in Bezug auf Genauigkeit, Geschwindigkeit sowie dem Einfluss durch direkte Sonneneinstrahlung und Schattenwurf zeigte. Nach Abschluss umfangreicher Funktionsprüfungen des neuen Messfahrzeuges, erfolgte die messtechnische Zustandserfassung auf vier Erfassungsstrecken in der Städteregion Aachen mit einer gesamten Erfassungslänge von etwa 70 km. Es fand eine Mehrfachbefahrung statt. Zeitgleich erfolgte die visuell-sensitive Zustandserfassung auf einem Streckenabschnitt von ca. 5 km der jeweiligen Erfassungsstrecken, um eine vergleichende Betrachtung vornehmen zu können. Für die Bewertung der Ebenheit bei der messtechnischen Zustandserfassung wurde der Indikator „Ebenheitswert“ abgeleitet, der eine flächenhafte Bewertung der Oberfläche der Radverkehrsanlage ermöglicht. Als Eingangsdaten dienten die mit der Stereokamera erfassten Höheninformationen. Die Kennwertermittlung erfolgte anhand von zwei Ansätzen. Im ersten Ansatz wurde die prinzipielle Eignung bereits vorhandener Algorithmen digitaler Geländemodelle zur Bewertung vorhandener Unebenheiten auf Radwegoberflächen geprüft. Der zweite Ansatz bestand in der Untersuchung zur Anwendbarkeit der Planografensimulation gemäß TP Eben - Berührungslose Messungen (2009). Im Ergebnis zeigte sich, dass die beiden Kennwerte EBR_AVG und EBR_MAX für die Bewertung der Ebenheit von Radverkehrsanlagen sehr gut geeignet sind. Im betrachteten Auswerteausschnitt des Höheninformationsbildes der Stereokamera wurden in Längsrichtung mit einem Querabstand von 25 mm die Simulation der gleitenden Richtlatte angesetzt und für jede Messlinie der EBR_AVG und der EBR_MAX bestimmt. Die Bewertung der Ebenheit erfolgte dann für diesen Auswerteausschnitt anhand des Mittelwertes des EBR_MAX. Auf Basis der Erkenntnisse aus der bautechnischen Begutachtung sowie des erfassten Bildmaterials und fahrdynamischer Untersuchungen konnten für den Indikator „Ebenheitswert“ Ausprägungskategorien für das Bewertungsverfahren festgelegt werden. Die Entwicklung des Datenformats basiert auf dem relevanten Standard des XML-Schemas. Dies erfolgte auch aufgrund der Erfahrungen bei der Zustandserfassung und -bewertung der Bundesfernstraßen. Für beide Erfassungsmethoden wurde ein Vorschlag für die Bewertung des baulichen Zustandes von Radverkehrsanlagen erarbeitet und das Vorgehen detailliert beschrieben. Damit wurde eine wesentliche Grundlage für ein einheitliches Vorgehen künftiger Zustandserfassungen und -bewertung auf städtischen Radverkehrsanlagen geschaffen, um wirtschaftlich sinnvolle Handlungsempfehlungen zum Werterhalt und zum Sicherstellen der Gebrauchstauglichkeit von Radverkehrsanlagen ableiten zu können.

Im Rahmen des BIM-Masterplans Bundesfernstraßen wurde die BIM-Methodik zunehmend zum Standard für die Planung, den Bau und den Betrieb von Straßeninfrastruktur in Deutschland. Dies geschieht im Kontext umfassender Normungsinitiativen von DIN und VDI sowie zahlreicher Forschungsprojekte, die sich mit der Digitalisierung im gesamten Lebenszyklus von Bauwerken befassen. Der Fokus liegt derzeit noch stark auf der Planungsphase, weshalb es wichtig ist, die Ansätze der Forschung, wie beispielsweise zum digitalen Zwilling, in die Praxis zu übertragen. Das Ziel des Forschungsvorhabens war es, den Anwendungsfall „Wartung und Inspektion“ für Straßentunnel anhand des Pilottunnels „Wiener Platz“ in Dresden umzusetzen und die theoretische Machbarkeit in einer Pilotstudie praktisch zu demonstrieren. Hierzu wurden Anwendungs- und Implementierungshilfen zur Erstellung und Nutzung von BIM-Betriebsmodellen validiert und weiterentwickelt. In der ersten Phase des Projekts wurden die Grundlagen für ein BIM-basiertes Betriebs- und Erhaltungsmanagement erfasst und der digitale Reifegrad ermittelt. Außerdem wurden projektspezifische Anforderungen formuliert, um die Ziele und Anwendungen von BIM zu spezifizieren. Im Rahmen eines Workshops mit den Tunnelbetreibern und Experten des Erhaltungsmanagements konnten insgesamt 14 Anwendungsfälle definiert werden. Wichtige BIM-Projektziele umfassen den Handover zur Nutzung für Betrieb und Erhaltung, die Unterstützung des Erhaltungs- und Instandhaltungsmanagements sowie des Betriebsmanagements. Darüber hinaus konnten betriebliche Belange geprüft und relevante Betriebs- und Leistungsdaten erfasst werden. Diese sind in den LOIN-Anhang sowie die entwickelte Modellierungsrichtlinie eingeflossen. In der zweiten Projektphase wurden bestehende Dokumente wie Prozessbeschreibungen und Modellierungsrichtlinien überarbeitet, um diese an die Anforderungen des Betriebs- und Erhaltungsmanagements anzupassen. Das Pilotprojekt zeigte, dass die BIM-Methodik ein wertvolles Werkzeug zur Optimierung von Wartungs- und Inspektionsprozessen darstellt. Die entwickelten Vorgaben, wie die AIA und die LOIN-Anhänge (bestehend aus einem Muster LOIN-Anhang und einem projektspezifischen LOIN-Anhang), bieten eine solide Grundlage für zukünftige BIM-Anwender im Bereich des Tunnelbetriebs. Das Projekt leistet einen wesentlichen Beitrag zur Standardisierung und Digitalisierung von Infrastrukturbauwerken in Deutschland. Dennoch bleibt es entscheidend, den potenziellen Mehrwert dieser Methoden in der Praxis zu evaluieren.