Dieser Bericht beschreibt ein Konzept zur Bestimmung des Nutzens von Monitoringüberwachung an Brückenbauwerken. Infrastrukturbetreiber sind mit alternder Infrastruktur und knappen Ressourcen für Unterhalt und Instandsetzung konfrontiert. Um den Ressourceneinsatz zu optimieren, kann die Entscheidungsfindung bei Unterhalts- und Instandsetzungsfragestellungen durch Monitoring-überwachungen unterstützt werden: dank dem Monitoring stehen bessere Informationen zum Bauwerkzustand und dessen Entwicklung zur Verfügung, die es erlauben Unterhalt und Instandsetzungen optimal zu planen und umzusetzen. Monitoringmaßnahmen verursachen aber auch Kosten, und es stellt sich die Frage nach der Wirtschaftlichkeit der Monitoringmaßnahmen. Diese
Frage ist nicht einfach zu beantworten, weil der Nutzen
stark kontextabhängig ist. Folgende Einflussgrößen
müssen dabei berücksichtigt werden: die Schädigung der Brücke und deren erwartete zeitliche Entwicklung, die Zuverlässigkeit der Brücke, sämtliche Wirkungen der Brücke auf übergeordnete Systeme (Verkehrssystem, Gesellschaft, Wirtschaft, Umwelt), die Kosten der Instandsetzung und
nicht zuletzt die Installations- und Unterhaltskosten
des Monitorings. Das in diesem Forschungsbericht entwickelte Konzept erlaubt es, den Nutzen von Monitoringmaßnahmen
in Funktion von diesen Einflussgrößen zu bestimmen. Das Konzept basiert auf der Value of Information Analyse, die ihrerseits auf der Bayes’schen prä-posteriori Entscheidungsanalyse aufbaut. Das Konzept ist praxisnah aufgebaut und berücksichtigt das etablierte Expertenwissen. Das Konzept nutzt das Schwellwertmonitoring und ist
allgemein ausgelegt, um breit anwendbar zu sein. Es ist nicht schadensspezifisch, monitoringsystemspezifisch oder brückentypspezifisch. Getroffene Annahmen und Vereinfachungen zielen darauf ab, das Konzept für die Bestimmung des Nutzens bei bestehender Brückenvorschädigung in der Praxis ohne vertiefte Kenntnisse der probabilistischen Modellierung und der Zuverlässigkeitsrechnung anwendbar zu machen. Dabei wird insbesondere darauf geachtet, welche Informationen dem Entscheidungsträger vor der Installation des Monitoringsystems zur Verfügung stehen und verwendet werden können. Nach den einleitenden Kapiteln werden in Kapitel 2 die Grundlagen im Rahmen einer Literaturrecherche
zusammengestellt. Die Bestimmung der Kosten infolge von Verkehrsbehinderungen hat dabei eine große Bedeutung.
In Kapitel 3 wird die Bayes’sche Entscheidungsfindung
und deren Anwendung auf die Nutzenbestimmung von Monitoring erläutert.
In Kapitel 4 wird das Konzept zur Bestimmung der
Wirtschaftlichkeit von Monitoringmaßnahmen dargelegt. In Kapitel 4 wird auch die Kostenbestimmung infolge von Verkehrsbehinderungen unter Verwendung von Informationen aus einem Verkehrsmodell erklärt.
In Kapitel 5 wird eine Methode dargestellt, mit der sich ohne automatisierte Berechnung im Verkehrsmodell die gesamtwirtschaftlichen Effekte ermitteln lassen.
In Kapitel 6 ist die Umsetzung des Konzepts in einem Microsoft Excel-Tool detailliert beschrieben.
In Kapitel 7 und 8 wird das Konzept und das Excel-
Tool auf zwei reale Praxisbeispiele angewendet.
Anhand der beiden Beispiele wird exemplarisch die
Wirtschaftlichkeit der Monitoringstrategie untersucht.
Basierend darauf wird eine Entscheidungsempfehlung
für oder gegen die Installation des Monitoringsystems gegeben.
In diesem Forschungsauftrag wurde ein einfach anzuwendendes
und praxistaugliches Konzept entwickelt, um den wirtschaftlichen Nutzen von Monitoring zu bestimmen. Abschließend wurden aufgrund der Erkenntnisse aus diesem Forschungsprojekt weitere Forschungs- und Entwicklungsmöglichkeiten identifiziert.
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.
