620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Bereits vor rund zwanzig Jahren wurde die Entwicklung einer bundeslandübergreifenden Erhaltungsstrategie für Verkehrsflächen und Ingenieurbauwerke auf Netzebene angegangen. Zwischenzeitlich sind hierfür Erfassungs- und Bewertungsverfahren erarbeitet worden und in Betrieb. Aufbauend auf den guten Erfahrungen, die mit den bestehenden Managementsystemen gemacht wurden, erscheint es somit folgerichtig für die bislang vernachlässigten sonstigen Anlagenteile der Straße ein eigenständiges Asset Management zu entwickeln. Um die hierfür notwendige Datengrundlage zu schaffen, wurde in dem vorliegenden Forschungsprojekt mittels Literaturrecherche und bundesweiter Befragung von Verantwortlichen Erhaltungskostensätze, Nutzungsdauern sowie Ausstattungsquoten für die sonstigen Anlagenteile " beispielsweise Lichtsignalanlagen oder Schutzeinrichtungen " erhoben. Die Ergebnisse der Umfrage fußten in der Festlegung von für ein Asset Management relevanten sonstigen Anlagenteile sowie einer Untergliederung dieser in einzelne Aggregate. An den jeweiligen Anlagenteilen/Aggregaten konnten dann Leistungen der Instandhaltung, Instandsetzung und Erneuerung definiert werden, die in Kombination mit den Nutzungsdauern und den Ausstattungsquoten eine Kalkulation der benötigten finanziellen Aufwendungen für die Erhaltung der sonstigen Anlagenteile ermöglichen. Weiterer Forschungsbedarf besteht von allem bei der Verbesserung und Verdichtung der Datengrundlage sowie die Umsetzung in einem Computer-Programm nach dem Prinzip des PMS und BMS.
Die Frage, ob sich Biomasse aus dem Straßenseitenraum energetisch nutzen lässt und welche technischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen dazu erfüllt sein müssen, wurde im Rahmen eines Forschungsauftrages nachgegangen. Das Leipziger Institut für Energetik und Umwelt kommt zu dem Ergebnis, dass die energetische Nutzung von Grasschnitt aufgrund aufwändiger Technik und hoher Investitionen nur in Ausnahmefällen sinnvoll ist, die Nutzung des Gehölzschnittes zur Wärmeversorgung dagegen positiv einzuschätzen ist. Es wurde ein Leitfaden als praktische Hilfe für Entscheidungsträger entwickelt.
Ziel des Forschungsprojektes war, "Schutzmaßnahmen gegen Graffiti" für die Betonflächen der Bauwerke im Zuge der Bundesverkehrswege zu erarbeiten. Anti-Graffiti-Systeme (AGS) bestehen aus den beiden Komponenten Graffitiprophylaxe und Reinigungstechnologie. Graffitiprophylaxen sind flüssige Produkte, die nach der Applikation auf der Bauwerksoberfläche eine Trennschicht ausbilden und dadurch das Eindringen der Graffitifarbmittel in die Bauwerksoberfläche verhindern. Mit der systemzugehörigen Reinigungstechnologie können die Graffiti oberflächenschonend entfernt werden. Zur Klassifizierung der AGS haben sich auf dem Markt drei AGS-Klassen mit den Bezeichnungen permanente, semipermanente und temporäre AGS durchgesetzt. Die AGS werden nach dem "Regelwerk für die Bewertung von Verfahren, Technologien und Materialien zur Graffitientfernung und Graffitiprophylaxe - Teil C (Juli 2000)" der Gütegemeinschaft Anti-Graffiti e.V. geprüft. Die Auswertungen der AGS-Prüfberichte haben ergeben, dass kein AGS eine vollständige Funktionalität aufweisen kann, das heisst, dass nicht alle Farbmittel rückstandsfrei mit der systemzugehörigen Reinigungstechnologie entfernt werden können. Die permanenten AGS zeigen insbesondere nach Bewitterung die höchste Funktionalität. Die niedrigste Funktionalität zeigen die temporären AGS. Erfüllen die AGS die definierten verkehrsbauwerksspezifischen Anforderungen, werden sie für die Anwendung zugelassen und bei der BASt im "Verzeichnis der geprüften AGS für die Anwendung auf Betonflächen" geführt. An Bauwerken im Bundesfernstraßenbereich sind ausschließlich solche AGS zu verwenden, die im Verzeichnis geführt sind. Permanente und semipermanente AGS sollten an Betonflächen von Bauwerken und Bauteilen der Bundesverkehrswege gegenüber temporären AGS vorrangig angewendet werden und sind in Kombination mit einer qualitätsgesicherten Ausführung der Bauleistung (Vergabe der Leistungen an Unternehmen die das RAL-Gütezeichen Anti-Graffiti tragen oder gleichwertig) als "Schutzmaßnahme gegen Graffiti" zu empfehlen.
Zur Verbesserung der Verkehrssicherheit und Qualität des Verkehrsablaufs auf einbahnigen Straßen werden vermehrt Querschnitte mit drei Fahrstreifen und der Betriebsform b2+1 eingesetzt. Diese Straßen, die in der Regel auch bezüglich der Knotenpunke einen hohen Ausbaustandard aufweisen, sollen gemäß den derzeit gültigen Richtlinien als Kraftfahrtstraße betrieben werden. Vor dem Hintergrund der zunehmenden Verbreitung dieses Straßenquerschnitts stellt sich die Frage, ob b2+1-Strecken nicht grundsätzlich auch für den allgemeinen Verkehr freigegeben werden können und ob dabei gegebenfalls besondere Randbedingungen zu beachten sind. Durch eine Öffnung dieser Straßen für den allgemeinen Verkehr könnten im Einzelfall Baukosten eingespart und Flächeninanspruchnahmen für ein separates Wegenetz reduziert werden.
Zentrale Zielsetzung dieses Forschungsvorhabens ist die Ableitung einer Grundlage für die quantitative Abschätzung der Sicherheitswirkungen verschiedener Bau-, Gestaltungs- und Betriebsformen von Landstraßen. Hierzu wurden erreichbare Unfallraten und Unfallkostenraten von Landstraßen differenziert nach Ausbaustandard und Betriebsformen abgeleitet. Die Unfallkenngrößen wurden dabei getrennt für die drei Teilbereiche eines Landstraßenzuges (freie Streckenabschnitte, Einflussbereiche von Knotenpunkten, Knotenpunkte) ermittelt. Während die mittlere Unfallkostenrate eines Untersuchungskollektives von Straßenabschnitten nur eine Aussage über die durchschnittlichen Unfallkosten in Bezug auf die Fahrleistung dieses Kollektives treffen, soll die Grundunfallkostenrate die bei richtliniengerechter Anlage einer Straße (Gestaltung und Betrieb) möglichen fahrleistungsabhängigen Unfallkosten widerspiegeln. Bei der Ermittlung der Grundunfallkostenraten dürfen prinzipiell nur richtliniengerecht ausgebildete Straßen Berücksichtigung finden. Aus der zugrunde liegenden Datenbasis war allerdings nicht erkennbar, ob es sich im Einzelfall um richtliniengerechte oder nicht richtliniengerechte Straßen handelt. Es war davon auszugehen, dass das Untersuchungskollektiv auch nicht richtliniengerechte Anlagen umfasst. Dabei ist zusätzlich das Maß der Abweichung von einer richtliniengerechten Straße unbekannt, sodass keine Aussage darüber getroffen werden kann, inwieweit sich der "Grad der Unsicherheit" auch auf das Unfallgeschehen auswirkt. Bislang existiert kein Verfahren, um aus einem inhomogenen Untersuchungskollektiv, das sowohl richtliniengerechte Straßen als auch nicht richtliniengerechte Straßen umfasst, Grundunfallkostenraten abzuleiten. Daher wurde ein Verfahren entwickelt, das durch statistische Analysen eine Abschätzung der Grundunfallkostenraten aus einem inhomogenen Untersuchungskollektiv ermöglicht. Anhand des entwickelten Verfahrens wurden anschließend die Grundunfallkostenraten für alle im Rahmen der vorliegenden Untersuchung betrachteten Straßen (differenziert nach Querschnittstypen und Knotenpunktarten) abgeleitet.
Im vorliegenden Projekt wurden in der Praxis verbreitete Materialien zur Schlaglochsanierung hinsichtlich ihrer Haltbarkeit untersucht. Zunächst erfolgte eine Online-Befragung von Straßenbaulastträgern, um sowohl die Art der zum Einsatz kommenden Materialien als auch deren Einbaubedingungen umfassend zu ermitteln. Erwartungsgemäß zeigte sich, dass Kaltasphalte am weitesten verbreitet sind. Die Online-Befragungsergebnisse begründeten die Vorauswahl der Materialien, die sowohl im Labor als auch im Rahmen von Großversuchen (Rundlaufanlage) geprüft wurden. Dabei handelte es sich um diverse nicht-reaktive und reaktive Kaltasphalte, Heißasphalte sowie Sonderasphalte. Um entsprechende vergleichende Untersuchungen reproduzierbar durchführen zu können, musste zunächst ein Verfahren zur Erstellung von Musterschlaglöchern entwickelt werden. Diesbezüglich erwies sich ein Substitutionsverfahren als das am besten geeignete, bei dem ein Ersatzkörper in die Deckschicht eingebaut und gezogen wird. Die Großversuche zeigten auf, dass die Standfestigkeit der untersuchten Sanierungsmaterialien auf Grundlage des Kriteriums der Gesamtverformung stark voneinander abweichen. Während der Überrollung mit gleichzeitiger Beregnung wurden im Gegensatz zu Frost und Tauen erhebliche Schädigungen festgestellt. Ein Vergleich der Großversuche mit Laborversuchen zeigte, dass mittels modifizierten Spurbildungsversuchs die beste Korrelation verzeichnet werden kann. Ob mit einer Vergleichmäßigung der Versuchsrandbedingungen eine zufriedenstellende Übertragbarkeit möglich ist, müssen weitergehende Untersuchungen zeigen. Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass sich Heißasphalte als Materialien mit besonders guter Haltbarkeit erwiesen haben und sich bei Kaltasphalten die generelle Tendenz gezeigt hat, dass reaktive Kaltasphalte haltbarer sind als nicht-reaktive. Jedoch ist zu betonen, dass es sowohl gut haltbare nicht-reaktive Materialien gibt als auch schlecht haltbare reaktive Materialien.
Im Forschungsvorhaben wurde eine vergleichende Analyse der Baulastträgerkosten von Einhausungsbauwerken und Tunneln in offener Bauweise über den Lebenszyklus durchgeführt. Betrachtet wurden die Einhausungsarten oben offene Einhausungen, seitlich offene Einhausungen (Galerien) und geschlossene Einhausungen mit Verglasungen im Decken- und/oder Wandbereich. Der Analyse wurden mittlere Kostensätze für die Erhaltung (Erneuerung und Unterhaltung) der Bauwerke zugrundegelegt, die aus vorliegenden Objektdaten von Einhausungen und Tunneln gewonnen wurden. Die Gegenüberstellung der Kosten erfolgte für fiktive Gegen- und Richtungsverkehrsbauwerke mit einer Länge von 100 bis 6.000 Metern. Die bauliche Gestaltung sowie die betriebs- und sicherheitstechnische Ausstattung der Einhausungen wurden aus den Ergebnissen einer parallel durchgeführten Risikoanalyse (FE 15.492/2010/FRB) abgeleitet. Ziel der Gegenüberstellung war insbesondere die Ermittlung des Kosteneinflusses der Beleuchtungs- und Lüftungsauslegung. Als Vergleichsgröße wurden nach dem Modell der Ablösebeträge-Berechnungsverordnung (ABBV) kapitalisierte Erhaltungskosten verwendet. Im Ergebnis zeigte sich, dass alle Einhausungsarten mit geringeren Kosten als nach RABT 2006 ausgestattete Vergleichstunnel verbunden sind. In Abhängigkeit von Bauwerkslänge und Betriebsform ergaben sich für seitlich offene Einhausungen um 35 bis 45 %, für oben offene Einhausungen um 15 bis 40 % und für geschlossene Einhausungen um 10 bis 20 % niedrigere Erhaltungskosten. Auf Grundlage der ermittelten Kostensätze und dem Modell der ABBV wurde ein Softwaretool erstellt, mit dem die verschiedenen Einhausungsarten einem Vergleichstunnel gegenübergestellt werden können und das die zu erwartenden Kostendifferenzen ausgibt. Basierend auf den Ergebnissen wurden Standardisierungskonzepte für das Regelwerk erarbeitet, die unter Beibehaltung des Sicherheitsniveaus nach RABT 2006 eine wirtschaftlich optimierte Ausstattung von Einhausungen ermöglichen sollen.
Schwere Brandunfälle in einigen Straßentunneln der Alpenländer in den Jahren 1999 und 2001 waren mit ein Auslöser für eine weitere Verbesserung der Sicherheit in Straßentunneln. Normative Ergebnisse diesbezüglich geführter Diskussionen mündeten europaweit in der "Richtlinie des Europäischen Parlamentes und des Rates über Mindestanforderungen für die Sicherheit von Tunneln im transeuropäischen Straßennetz" (2004/54/EG) (EG-Tunnelrichtlinie). Vorgaben der EG-Tunnelrichtlinie wurden national in den "Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln" (RABT), Ausgabe 2006, umgesetzt. Ein möglichst einheitlicher Standard insbesondere bei den Sicherheitseinrichtungen, wird im Normalfall durch einen in den Regelwerken fest umrissenen und vorgegebenen Ausstattungsumfang erreicht. In besonderen Fällen ist jedoch die Notwendigkeit und der Umfang eines über dem Normalfall liegenden Ausstattungsniveaus mit ergänzenden Verfahren zu ermitteln. Hierfür, sowie zur Überprüfung der Wirksamkeit einzelner Sicherheitsmaßnahmen, werden Nachweise mittels Risikoanalysen gefordert. Weder die EG-Tunnelrichtlinie noch die RABT 2006 differenzieren jedoch zwischen unterschiedlichen "Arten" von Risikoanalysen, entweder zur Ermittlung der Tunnelausstattung bei "Tunneln mit besonderer Charakteristik" oder bei der Zulassung von Gefahrgut. Andererseits sehen beide Regelwerke den Einsatz von Ausstattungselementen auch für einen sicheren Transport von Gefahrgütern durch Straßentunnel vor. Auf der Basis bestehender normativer und methodischer Vorgaben aus Regelwerken und Richtlinien sowie von Methoden, Ansätzen und Modellen, wird ein mögliches Vorgehen für eine risikoanalytische Untersuchung von Straßentunneln dargestellt. Es basiert auf einem risikoorientierten Ansatz. mit den Einzelschritten Risikoanalyse, Risikobewertung und Maßnahmenplanung/-beurteilung. Bei der Risikoanalyse werden mögliche Ereignisse und deren Abläufe bestimmt. Die Risikoanalyse versucht vereinfacht die Frage zu beantworten: "Was kann wie oft passieren und was sind die Folgen?" Die Risikoanalyse gibt Auskunft über die Höhe der Risiken. In der sich anschließenden Risikobewertung wird die Entscheidung getroffen, ob und welche Risikominimierungen vorgenommen werden müssen. Hier wird die Frage versucht zu klären: "Was darf wie oft passieren?". Es wird letztlich die Akzeptanz der ermittelten Risiken bestimmt. Die Maßnahmenplanung/-beurteilung umfasst die Ermittlung und Beurteilung risikomindernder Maßnahmen auch im Zusammenhang mit den hierbei entstehenden Kosten. Beantwortet werden soll die Frage: "Welche Maßnahmen müssen für eine ausreichende Sicherheit des Systems getroffen werden?" Für die innerhalb einer risikobezogenen Untersuchung abzuarbeitenden vorgenannten Schritte Risikoanalyse, Risikobewertung und Maßnahmenplanung/-beurteilung steht eine große Bandbreite qualitativer und quantitativer Methoden bzw. Modelle zur Verfügung. Die im Bericht vorgenommene Darstellung der in einzelnen Ländern durchgeführten Praxis zeigt auf, dass eine Kombination unterschiedlicher Methoden bzw. Modelle verwendet wird. Einschränkungen bei der praktischen Anwendung ergeben sich durch die noch schmale Datenbasis bei Ereignis- und Versagenshäufigkeiten betriebstechnischer Ausstattungselemente oder verkehrlicher Störfälle. Die weitere Erhebung und Auswertung betrieblicher und verkehrlicher Störfälle in Tunneln ist daher anzustreben. Eine Häufigkeits- /Ausmaßermittlung und eine darauf fußende Risikoberechnung ist derzeit für den Bereich Straßentunnel noch mit Unsicherheiten behaftet, die bei der Interpretation der aus einer quantitativen risikobezogenen Ausarbeitung gewonnenen Ergebnisse einbezogen werden müssen. Bei der Bewertung von Maßnahmen sind neben ihrer risikomindernden Wirkung auch die mit ihrer Realisierung bzw. ihrem Betrieb verbundenen Kosten abzuschätzen. Als Realisierungskriterium gilt einerseits ein geringeres Verhältnis von Kosten und jeweiliger Risikominderung einer Alternativ-Maßnahme gegenüber der Ausgangsmaßnahme, andererseits eine Kostenobergrenze in Bezug auf eine anzustrebende Risikominderung. Hinsichtlich der Risikobewertung sind weitere Untersuchungen, Diskussionen und Erfahrungswerte erforderlich, um zukünftig eventuell Akzeptanzbereiche als Entscheidungsgrenzen festlegen zu können. Eine Verbreiterung des Untersuchungsansatzes zur Risikodarstellung sowie die Konzeption eines Verfahrens zur Risikobewertung von Straßentunneln einschließlich Empfehlungen für seine Anwendung ist anzustreben.
Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes war das Bewertungsverfahren aus FE 15.494/2010/FRB "Entwicklung einheitlicher Bewertungskriterien für Infrastrukturbauwerke in Hinblick auf Nachhaltigkeit" an fertiggestellten Bauwerken in der Praxis erstmalig anzuwenden und kritisch zu überprüfen. Die Bearbeitung erfolgte durch ein Konsortium von Forschungseinrichtungen der TU Darmstadt, der TU München und der Universität Stuttgart, sowie den Ingenieurbüros Büchting+Streit AG, SSF Ingenieure AG und der LCEE GmbH. Als Ergebnis wird die Anwendbarkeit des Bewertungssystems festgestellt und es werden Empfehlungen zur Verbesserung des Bewertungsschemas und der Bewertungskriterien im Schlußbericht zusammengefasst. Das vorliegende Projekt wurde im Rahmen der Arbeitsgruppe Nachhaltige Straßeninfrastruktur im BMVBS im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Zeitraum September 2011 bis Juli 2012 bearbeitet. Die Grundlage für das Forschungsvorhaben bildet das bereits angesprochene FE-Vorhaben 15.494/2010/FRB.
Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Straßenbetriebsdienstes haben Bund und Länder gemeinsam einen Maßnahmenkatalog erarbeitet. Der überarbeitete Teil MK 11 dieses Maßnahmenkataloges "Baukonzeption für Autobahn- und Straßenmeistereien " Richtlinie für die Anlage von Meistereien (RAM)" enthält Planungs- und Gestaltungsgrundsätze für den Neubau von Meistereigehöften. Die Anordnung der zur Meisterei gehörenden Gebäude ist nach MK 11 so zu planen, dass niedrige Baunutzungskosten und Betriebsabläufe mit kurzen Wegen entstehen. Das Forschungsprojekt diente der Konkretisierung dieser Aussage und sollte, ausgehend von empirisch gewonnenen Fakten über Arbeitsabläufe, Arbeitswege und Tätigkeitsschwerpunkte, realisierungsfähige Möglichkeiten für eine prozessorientierte Arbeitsorganisation auf den Gehöftflaechen aufzeigen. Daraus sollten konkrete Lösungsvorschläge für eine optimale Gehöftflächenzuordnung und eine verbesserte Gebäudeausstattung entwickelt werden. Bei den hierfür notwendigen Untersuchungen sollten auch ergonomische Gesichtspunkte beachtet werden. Nach einer Literaturanalyse wurden in 15 Meistereien Grobanalysen und in 10 Meistereien Feinanalysen durchgeführt. Durch die Grobanalyse konnten alle auf dem Gehöft einer Meisterei anfallenden Aufgaben systematisch in Aufgabenbereiche (und Teilaufgaben) eingeteilt werden. Die Aufgabenbereiche wurden in Kern-, Führungs- und Unterstützungsprozesse klassifiziert. Durch die Feinanalyse konnten für alle Aufgabenbereiche Optimierungspotenziale und Ansatzpunkte für Verbesserungen hinsichtlich der Arbeitsplatzgestaltung und für die Kernprozesse (Arbeitsvor- und -nachbereitung sowie Wartung und Pflege) zusätzlich hinsichtlich der Arbeitsabläufe und teilweise der Arbeitsmittel aufgedeckt werden. Verallgemeinerte Empfehlungen für die Neuplanung von Meistereien werden in einem Rahmenprogramm für die Gehöftgestaltung gegeben. Das Rahmenprogramm enthält fünf Teile: - Gebäudeprogramm (Ausrichtung am MK 11, enthält weiterführende Gestaltungshinweise für die Gebäude), - Beispiellösungen für die Fahrzeughallen (Grundrisse mit einer Kurzbeschreibung der jeweiligen charakteristischen Merkmale), - Beispiellösungen für den Winterdienst (Grundrisse mit einer Kurzbeschreibung der jeweiligen charakteristischen Merkmale), - Checkliste für die Gehöftflächenzuordnungen bei der Planung von neuen Meistereien (Hilfsmittel für die Planung von zukünftigen Meistereien, enthält Anforderungen bezüglich der Anordnung der Gebäude und Gebäudeteile), - Beispiellayouts für Gehöftflächenzuordnung. Ein weiteres Projektergebnis ist eine vergleichende Betrachtung verschiedener Techniken zum Beladen und Betanken von Winterdienstfahrzeugen. Dabei wurden die Beladungssysteme Radlader, Silo und Brückenkran zeitlich untersetzt und miteinander verglichen. Darauf aufbauend wurde ein Tool für die Bestimmung von Beladezeiten für Radlader und Silo entwickelt, welches dem Nutzer ermöglicht, Eingangsgrößen selbst festzulegen. Das Tool kann als Hilfe bei der Planung von neuen Meistereien und bei der Umgestaltung bestehender Meistereien verwendet werden. In einer Sammlung zu Positivbeispielen werden Lösungen für den Betrieb von Meistereien vorgestellt, die in einzelnen Meistereien bereits vorhanden sind und sich in der Praxis bewährt haben. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass neben kurzen Wegen auch andere Faktoren eine Rolle für schnelle und zielgerichtete Prozesse spielen, wie z. B. Ordnung und Sauberkeit auf dem Gelände, Verkehrsflächenkennzeichnung und -freihaltung, Einrichtung von festen Arbeitsplätzen, Zugänglichkeit von Arbeitsmitteln, ausreichend tiefe Fahrzeughallen mit Toren auf zwei Seiten. Auf all diese Faktoren wird in den Projektergebnissen Bezug genommen.