Die Zustandserfassung und bewertung als Grundlage für die optimierte Erhaltung in Bayern

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1 Die Zustandserfassung und bewertung als Grundlage für die optimierte Erhaltung in Bayern Dr.-Ing. Thomas Linder Oberste Baubehörde im Bayerischen Staatsministerium des Innern Abteilung Straßen- und Brückenbau Franz-Josef-Strauß-Ring München Tel.: 089 / , Fax: 089 / thomas.linder@stmi.bayern.de Das rund km lange bayerische Netz der Bundesfern- und Staatsstraßen stellt ein Anlagevermögen von rund 42 Mrd. dar. Vor dem Hintergrund zunehmender Verkehrsbelastung einerseits und der Bedeutung der Straße als unangefochtener Verkehrsträger Nr. 1 andererseits gewinnt die Erhaltung des bestehenden Straßennetzes zunehmend an Bedeutung. Es gilt die verfügbaren Haushaltsmittel möglichst effektiv einzusetzen und dafür Werkzeuge wie die Zustandserfassung und bewertung konsequent heranzuziehen. Vor diesem Hintergrund hat die bayerische Straßenbauverwaltung ein optimiertes Verfahren zur Erstellung koordinierter Erhaltungs- und Bauprogramme entwickelt. Ziel ist es, das koordinierte Erhaltungs- und Bauprogramm unter Beachtung der Budgetvorgaben systematisch und nachvollziehbar aufzustellen, abzuarbeiten und zu dokumentieren und damit die Erhaltung der Fahrbahn und der Bauwerke zu optimieren. Einführung Die Beanspruchung der Straßen, insbesondere durch den Lkw-Verkehr, wird in den kommenden Jahren weiter zunehmen. Nach Trendprognosen wird zwischen 1997 und 2015 in Bayern der Personenverkehr um 26 %, der Güterverkehr sogar um 85 % zunehmen. Darüber hinaus sind eine weitere Erhöhung der zulässigen Achslasten sowie eine Zunahme der Sondertransporte zu erwarten. Wenngleich künftig mehr Mittel für die Bestandserhaltung eingesetzt werden sollen, wird wohl auch in Zukunft eine vollständig bedarfsgerechte Finanzierung nicht zu erreichen sein. Daher kommt es darauf an, die verfügbaren Mittel möglichst effektiv einzusetzen. Werkzeuge dazu sind vor allem die Daten der Zustandserfassung und bewertung (ZEB) auf Bundesfern- und Staatsstraßen, die Aufbaudaten sowie Angaben zum Verkehrs- und Unfallgeschehen und die Ergebnisse der Bauwerksprüfungen gemäß DIN Erst durch die Verknüpfung sämtlicher Informationen wird es möglich, die richtigen Erhaltungsmaßnahmen zum richtigen Zeitpunkt, für eine möglichst lange Nutzungsdauer und mit langfristig betrachtet minimalen Kosten netzweit zu ermitteln. 1

2 Verbesserte Erhaltungsplanung Für den Einsatz eines umfassenden Erhaltungs-Management-Systems (EMS) ist eine Vielzahl von Eingangsdaten notwendig. Hierzu zählen die Straßenzustandsdaten, die Aufbaudaten sowie Angaben zum Verkehrs- und Unfallgeschehen und die Ergebnisse der Bauwerksprüfungen gemäß DIN Es kann jedoch nicht immer sichergestellt werden, dass diese Daten in der erforderlichen Qualität, Quantität sowie der notwendigen Aktualität vorliegen. Die Voraussetzungen für die Anwendung einer sehr komplexen Pavement- Management-Software (PMS) als Werkzeug für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen im Sinne der Richtlinien für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßenbefestigungen (RPE-Stra 01) [1] liegen in Bayern nur für die Bundesautobahnen in ausreichendem Maß vor. Für die Bundes- und Staatsstraßen besteht deshalb der dringende Bedarf an schnellen und pragmatischen Verfahren für die Erhaltungsplanung. Die bayerische Straßenbauverwaltung hat aus genannten Gründen in Zusammenarbeit mit der Heller Ingenieurgesellschaft ein alternatives und pragmatisches Verfahren für die Erhaltungsplanung bei den Bundes- und Staatsstraßen erarbeitet die so genannte Verbesserte Erhaltungsplanung (VEP). Diese wurde bereits in den Jahren 1999 und 2000 in allen Straßenbauämtern flächendeckend eingeführt. Der Verbesserten Erhaltungsplanung (VEP) liegt eine 2-dimensionale Bewertung des Straßenzustandes und die Zuordnung zu einer Dringlichkeitsklasse (DK) zwischen 1 (höchste Dringlichkeit) und 9 (niedrigste Dringlichkeit) zugrunde. Die Dringlichkeit wird unter Ansatz der beiden Teilwerte aus der ZEB, Gebrauchswert (GEB) und Substanzwert Oberfläche (SUB), anhand einer Matrix ermittelt. Wichtige Beurteilungsgrößen sind dabei die Überschreitung von Warnwert (Zustandswert 3,5) und Schwellenwert (Zustandswert 4,5). Abbildung 1: Dringlichkeitsklassen der Verbesserten Erhaltungsplanung Die Dringlichkeitsklassen 1 bis 5 geben einen ersten Hinweis auf Streckenabschnitte, auf denen Erhaltungsmaßnahmen vordringlich sein können. Bei den Streckenabschnitten der Dringlichkeitsklassen 6 bis 9 liegen sowohl Gebrauchswert als auch der Substanzwert Oberfläche besser als der Schwellenwert, so dass diese zunächst nicht vordringlich angesehen werden. Die 100 m-abschnitte der Dringlichkeitsklasse 1 bis 5 werden nach definierten Kriterien zu Erhaltungsabschnitten zusammengefasst. Für die auf diese Weise ermittelten Erhaltungsabschnitte wird jeweils der Mittelwert des Gebrauchs- und Substanzwerts Oberfläche errechnet und einer Dringlichkeitsklasse 1 bis 6 zugeordnet. 2

3 Zur Ermittlung einer Dringlichkeitsreihung innerhalb der Dringlichkeitsklassen werden die Mittelwerte der vorgeschlagenen Erhaltungsabschnitte anhand der Verkehrsbeanspruchung gewichtet. Dabei wird der Mittelwert des Gebrauchswerts mit dem DTV-Wert und der Mittelwert des Substanzwerts Oberfläche mit dem DTV-SV-Wert verknüpft. Die Verknüpfung erfolgt jeweils durch Multiplikation mit einem Faktor zwischen 0,5 und 1,5. Der Faktor wird aus dem Verhältnis zwischen DTV-Wert bzw. DTV-SV-Wert des Streckenabschnitts und dem bayerischen Mittelwert abgeleitet und spiegelt damit die verkehrliche Bedeutung der Strecke wieder. 1,5 1,5 Faktor 1 0,5 Faktor 1 0, DTV DTV - SV Abbildung 2: Bildung des modifizierten Gebrauchs- und Substanzwerts Oberfläche Die auf diese Weise errechneten modifizierten Gebrauchs- und Substanzwerte Oberfläche der Erhaltungsabschnitte werden anschließend addiert. Innerhalb der einzelnen Dringlichkeitsklassen ergibt sich auf diese Weise eine Dringlichkeitsreihung nach den Summen der modifizierten Mittelwerte. Je höher der Wert ist (Maximalwert 15), desto größer kann der Erhaltungsbedarf angenommen werden. Dieser Wert kann als Anhaltspunkt für den Dringlichkeitsvergleich von Erhaltungsmaßnahmen verschiedener Dringlichkeitsklassen herangezogen werden. Das Ergebnis der automatischen Bildung von Erhaltungsabschnitten sind Dringlichkeitslisten und Karten, die dem Anwender zur Verfügung gestellt werden. Auf dieser Basis erstellen die Bauämter ein mittelfristiges geplantes Erhaltungsprogramm als Grundlage eines Bauprogramms. Abweichungen von den vorgeschlagenen Erhaltungsabschnitten sind dabei kurz zu begründen und zu dokumentieren. Koordinierte Erhaltungs- und Bauprogrammplanung Mit dem Allgemeinen Rundschreiben Straßenbau Nr. 31/2001 hat das damalige Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen die Richtlinien für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßenbefestigungen (RPE-Stra 01) für den Bereich der Bundesfernstraßen eingeführt [1]. Die RPE-Stra 01 sind in Bayern auch für die Anwendung bei den Staatsstraßen eingeführt worden. Wesentliche Aufgaben eines Erhaltungs-Management-Systems im Bereich der Straßen im Sinne der RPE-Stra 01 sind: 3

4 Bewertung der Netzqualität (Situationsanalyse) Bewertung der Zustandsentwicklung Planung von Erhaltungsmaßnahmen auf Netzebene Aufstellung eines mittelfristigen Erhaltungsprogramms Umsetzung des Erhaltungsprogramms auf Ausführungsebene Auf Grundlage der Bausteine zur Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßen hat die bayerische Straßenbauverwaltung einen Prozesskreislauf für die wesentlichen verwaltungstechnischen Aufgaben eines effizienten EMS erstellt. Dieser berücksichtigt neben den Fahrbahnbefestigungen auch die Brücken- und Ingenieurbauwerke. Controlling Datenpflege Bestands- und Aufbaudaten Erfassung und Bewertung des Straßen- und Bauwerkszustands Bauabwicklung Erhaltungsmanagement Szenarien der Zustandsentwicklung Bauprogramm Dringlichkeit Randbedingungen Finanzierung Baudurchführung Erhaltungsprogramm Maßnahmenplanung Maßnahmenoptimierung Definition der Erhaltungsstrategie (Ziele: technisch funktional - finanziell baubetrieblich) Abbildung 3: Prozesskreislauf Erhaltungsmanagement Den erhöhten Anforderungen an ein effizientes EMS kann mit dem ursprünglich sehr pragmatisch ausgelegten Verfahren der Verbesserten Erhaltungsstrategie nur mehr unzureichend Rechnung getragen werden. Die bayerische Straßenbauverwaltung hat daher mit mehreren Arbeitsgruppen ein Verfahren für die koordinierte Erhaltungs- und Bauprogrammplanung und das Controlling erarbeitet und in einer Klausurtagung verabschiedet. Dieses berücksichtigt die Erfahrungen auf sämtlichen Ebenen der Verwaltung sowohl in strategischer als auch in operativer Hinsicht. Darüber hinaus wird die konsequente Nutzung der mit erheblichem Aufwand erstellten Grundlagen, wie der ZEB, und Hilfsmittel, wie der VEP, in den Vordergrund gestellt. Eine erste Konzeption für die Umsetzung wurde zusammen mit der Heller Ingenieurgesellschaft entwickelt [2]. Ziel des Verfahrens ist es, die Erhaltung der Fahrbahnbefestigungen und der Bauwerke unter Einsatz eines koordinierten Erhaltungs- und Bauprogramms zu optimieren. Damit sind folgende wesentliche Erwartungen bzw. Forderungen verbunden: Konsequente Nutzung der vorhandenen Grundlagen, Hilfsmittel, Daten usw. Systematische Abarbeitung der vorgeschlagenen Erhaltungsabschnitte der VEP Berücksichtigung der Perspektiven Dritter (z.b. Gemeinde) Dokumentation der getroffenen Entscheidungen Nachvollziehbare Dringlichkeitsreihung (u.a. für die Öffentlichkeitsarbeit) Controlling Systematische Beobachtung der Zustandsentwicklung 4

5 Komponenten des koordinierten Erhaltungs- und Bauprogramms Im Zuge der koordinierten Erhaltungs- und Bauprogrammerstellung sind die folgenden drei Komponenten zu berücksichtigen: Erhaltungsprogramm erarbeitet im Rahmen der VEP; es beinhaltet die anhand der ZEB-Daten automatisch generierten, erhaltungsbedürftigen Abschnitte, jedoch keine Maßnahmen. Geplantes Bauprogramm Durchgeführtes Bauprogramm Diese drei Komponenten werden, unter Berücksichtigung der Bauwerksmaßnahmen, einer Analyse unterzogen, die auch einer ersten Controlling-Funktion dient. Dazu stehen neben Listen im Excel-Format auch Maßnahmekarten und Streckenbänder zur Verfügung. SIB sonstige Datenbestände Erhaltungsprogramm (aus VEP) Geplantes Bauprogramm Durchgeführtes Bauprogramm 2 Korrektur Dokumentation Dokumentation Dokumentation 8 Analyse und Controlling Dokumentation Abbildung 4: Koordiniertes Erhaltungs- und Bauprogramm Ablaufschema Im Rahmen des Erhaltungsprogramms aus der VEP wird automatisch eine Liste der Abschnitte generiert, die aufgrund der erfassten Zustandsdaten als maßnahmenbedürftig eingestuft wurden. Das so erstellte Erhaltungsprogramm wird in das geplante Bauprogramm durch ingenieurmäßige Konkretisierung überführt. Die Grenzen der Erhaltungsabschnitte werden an die lokalen Gegebenheiten angepasst und die Maßnahmenarten nach ingenieurmäßigen Kriterien den Abschnitten zugeordnet. Darüber hinaus werden die Maßnahmenkosten bestimmt sowie die Realisierungsjahre anhand der vorgegebenen Budgets festgelegt. Die Umsetzung führt schließlich zum durchgeführten Bauprogramm. 5

6 DV-Unterstützung der koordinierten Erhaltungs- und Bauprogrammerstellung Die Erstellung des koordinierten Erhaltungs- und Bauprogramms ist ein komplexer Prozess, im Rahmen dessen eine Vielzahl von Daten transformiert, ausgewertet und visualisiert werden. Im Mittelpunkt des Verfahrens steht der planende Ingenieur als Entscheidungsträger, der durch die Automatisierung zeitaufwändiger Arbeiten von Routineprozessen entlastet werden kann. Ziel der DV-Unterstützung ist es, einen möglichst vollständigen Auswerteprozess abzubilden und den Entscheidungsträger durch gezielte Bereitstellung relevanter Informationen effektiv bei seinem Handeln zu unterstützen. Gegenüber dem Verfahren der Verbesserten Erhaltungsplanung kann z.b. eine Optimierung der zeitaufwändigen manuellen bzw. halbautomatischen Erstellung der Excel-Tabellen des Bauprogramms erreicht werden. Darüber hinaus kann die Generierung der Maßnahmenkarten vereinfacht werden. Die angestrebte Automatisierung soll auf der Basis einer benutzerfreundlichen und ergonomischen Software realisiert werden, die die Vorgaben der bayerischen Straßenbauverwaltung und die laufenden Vorhaben im Umfeld des bayerischen Straßeninformationssystems (BAYSIS) berücksichtigt. Wesentliche Funktionen der Software-technischen Unterstützung Die folgende Beschreibung erläutert die wichtigsten in der Abbildung 4 dargestellten Prozesse: 1.Erhaltungsprogramm aus der VEP Bisher sind die Erhaltungsabschnitte anhand der Daten aus der Zustandserfassung und -bewertung durch einen externen Gutachter und mit dessen Software anhand der durch die bayerische Straßenbauverwaltung festgelegten Parameter generiert worden. Die Ergebnisse wurden in Listen zusammengestellt und auf Streckenbändern und Themenkarten visualisiert. In Zukunft soll den Entscheidungsträgern die Möglichkeit gegeben werden, Streckenbänder bzw. Themenkarten für bestimmte Straßenteile bzw. Teilnetze selbst zu generieren und auszudrucken. 2. Korrektur des Erhaltungsprogramms In der Praxis der Erhaltungsplanung wurden auf der Anwenderseite oftmals Implausibilitäten bei den automatisch generierten Erhaltungsabschnitte festgestellt. Es muss somit die Möglichkeit geschaffen werden, die Erhaltungsabschnitte zu korrigieren, indem ihre Lokalität geändert wird, oder sie gegebenenfalls komplett zu löschen. Beides erfolgt mit Hilfe eines grafischen Editors direkt auf dem Streckenband mit Unterstützung interaktiver Einblendung der Bestandsbilder sowie optional der Profile mit Rohdaten. Das korrigierte bzw. konkretisierte Erhaltungsprogramm tritt damit an die Stelle des automatisch erstellten Erhaltungsprogramms und dient jetzt als Grundlage für den Vergleich mit einem maßnahmenscharfen Bauprogramm. 6

7 Korrigieren und Löschen von VEP-Abschnitten mit einem grafischen Editor Informationen zum Abschnitt VEP-Abschnitt (Vorschlag aufgrund der ZEB-Ergebnisse) Abbildung 5: Korrektur des Erhaltungsprogramms mit dem grafischen Editor 3. Dokumentation des Erhaltungsprogramms Das Erhaltungsprogramm wird in Form von Listen sowie auf Streckenbändern und Karten dokumentiert. Die Dokumente werden automatisch erstellt. Abbildung 6: Dokumentation des Erhaltungsprogramms als Liste, Karte und Streckenband 4. Geplantes Bauprogramm Der planende Ingenieur erstellt auf Basis des Erhaltungsprogramms mit konkreten Maßnahmenvorschlägen das geplante Bauprogramm. Die folgenden Aufgaben werden durch spezialisierte Software-Tools unterstützt. Anpassung der Abschnittsgrenzen an die lokalen Gegebenheiten Optional: Löschen bzw. Hinzufügen von Erhaltungsabschnitten Zuordnung der Maßnahmenarten zu den Erhaltungsabschnitten Festlegung der Maßnahmenkosten (automatische Berechnung oder manuell) Festlegung der Realisierungsjahre anhand der Budgetvorgaben 7

8 5. Dokumentation des geplanten Bauprogramms Das geplante Bauprogramm wird ebenso wie das Erhaltungsprogramm in Form von Listen, Karten und Streckenbändern dokumentiert. 6. Durchgeführtes Bauprogramm Das durchgeführte Bauprogramm beinhaltet eine Liste aller in der vorgegeben Zeit ausgeführten Maßnahmen. Zu jeder Maßnahme werden fahrstreifenscharf die Lokalisierungsangaben sowie die Maßnahmenart, die Realisierungskosten sowie das Jahr der Durchführung angegeben. 7. Dokumentation des durchgeführten Bauprogramms Die Inhalte der Dokumentation des durchgeführten Bauprogramms sind identisch zu denen des geplanten Bauprogramms. 8. Analyse und Controlling Die Grundlage für die Analyse und das Controlling stellen die drei Programme bzw. Komponenten des koordinierten Erhaltungs- und Bauprogramms dar. Alle drei Programme werden im System unter verschiedenen Namen verwaltet. Erhaltungsprogramm (im Rahmen der VEP) Geplantes Bauprogramm Durchgeführtes Bauprogramm Das zentrale Dokument für die Analyse bzw. das Controlling ist eine (Excel-) Tabelle, die eine Zusammenstellung aller relevanten Angaben zu den ausgeführten Maßnahmen sowie die ermittelten Controlling-Kenngrößen enthält. Die Erstellung dieser Tabelle und die Generierung möglicher Maßnahmekarten erfolgen automatisch auf Basis der drei oben genannten Programme. Ausblick Die systematische Zustandsaufnahme im Rahmen der Zustandserfassung und bewertung ist die Voraussetzung sowohl für die bereits mit Erfolg in Bayern angewandte Verbesserte Erhaltungsplanung als auch für die daraus weiter entwickelte koordinierte Erhaltungs- und Bauprogrammplanung. Die bayerische Straßenbauverwaltung wird bis zum Vorliegen der ZEB-Ergebnisse der nächsten Kampagnen auf Bundes- und Staatsstraßen in Bayern im Jahr 2007 die Voraussetzungen schaffen, dass die Staatlichen Bauämter die koordinierte Erhaltungs- und Bauprogrammplanung als konsequente Weiterentwicklung der Verbesserten Erhaltungsplanung einsetzen können. Damit können die Ämter ihr Erhaltungsmanagement auf eine begründete und nachvollziehbare Basis stellen. In einem zweiten Schritt lassen die so erstellten koordinierten Erhaltungs- und Bauprogramme eine konsequentere Analyse im Hinblick auf die geplante Abarbeitung der VEP zu (Controlling). Daraus können auch Konsequenzen aus nicht ausreichend bereitgestellten Erhaltungsmitteln aufgezeigt werden. 8

9 Bundesautobahnen Bundesstraßen Staatsstraßen Abbildung 7: ZEB auf Bundesfern- und Staatsstraßen in Bayern Literaturverzeichnis [1] Richtlinien für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßenbefestigungen, RPE-Stra 01, Ausgabe 2001, eingeführt durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen, herausgegeben von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, FGSV Verlag, Köln, [2] HELLER, S.: DV-basierendes Verfahren zur Unterstützung der koordinierten Erhaltungs- und Bauprogrammerstellung, Entwurf einer fachlichen Grobkonzeption, Heller Ing.-GmbH, Darmstadt, 09/