Unterhaltsplanung Nationalstrassen

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1 Bundesamt für Strassen Office fédéral des routes Ufficio federale delle strade Uffizi federal da vias ASTRA OFROU USTRA UVIAS Eidg. Dep. für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation Dép. fédéral de l environnement, des transports, de l énergie et de la communication Dip. federale dell ambiente, dei trasporti, dell energia e delle comunicazioni Dep. federal da l'ambient, dals transports, da l'energia e da la communicaziun Unterhaltsplanung Nationalstrassen Autor: ASTRA Arbeitsgruppe UPlaNS / Ernst Basler + Partner AG Datum: 7. Mai 2003 Standortbestimmung Endeversion

2 I Vorwort Das vorliegende Dokument ist ein Teil der Schlussdokumentation zum Projekt Unterhaltsplanung Nationalstrassen (UPlaNS). Es umfasst eine Standortbestimmung zum Inhalt und Stand der Entwicklung der Unterhaltsplanungen im Gesamtsystem und in den Teilsystemen Strassenoberbau, Kunstbauten, Bergmännische Tunnel und Elektromechanische Ausrüstungen per Ende 2002 und gibt einen Ausblick über die nächsten Jahre. Der Bericht entstand im Rahmen der Projektgruppe UPlaNS unter der Leitung von Herrn J.J Mäder. Die Schlussdokumentation zum Projekt UPlaNS wird ergänzt durch die Berichte Fachkonzept Gesamtsystem und Machbarkeitsstudie.

3 II Zusammenfassung Ausgangslage und Zielsetzung Der Stellenwert des Unterhalts auf den Nationalstrassen hat in den letzten Jahren stetig zugenommen. Betrugen die Ausgaben 1990 real noch 290 Mio. Franken, so wurden im Jahre 2002 real 560 Mio. Franken für den baulichen Unterhalt und die Erneuerung der Nationalstrassen ausgegeben. Dies entspricht einer Zunahme von mehr als 90% innerhalb von 12 Jahren. Dieser Trend wird sich auch in Zukunft fortsetzen. Der steigende Unterhaltsbedarf führte zu mehr Baustellen und den damit verbundenen Verkehrsbehinderungen, was Mitte der neunziger Jahre zu verschiedenen parlamentarischen Interventionen führte. Auf der Basis von verschiedenen Vorarbeiten startete das Bundesamt für Strassen (ASTRA) Anfang 1999 das Projekt (UPlaNS) mit der folgenden umfassenden Zielsetzung: Aufbau einer systematischen Planung des Unterhalts einschliesslich Umgestaltung/Ausbau der Nationalstrassen unter Berücksichtigung der Bedürfnisse der Kunstbauten, des Strassenoberbaus, der bergmännischen Tunnel und der elektromechanischen Ausrüstungen zur Sicherstellung von sicheren und funktionstüchtigen Strassenverbindungen unter wirtschaftlichem Einsatz der verfügbaren Mittel. Ergebnisse und Stand der Arbeiten im Gesamtsystem Ausgehend von dieser Zielsetzung wurde eine sogenannte UPlaNS-Philosophie entwickelt, welche aus folgenden fünf Elementen besteht: Volkswirtschaftliche Kostenüberlegungen Integrale Planung Langfristiges Unterhaltsprogramm Zentrale Steuerung Strategische Vorgaben: 1. Maximale Länge eines Erhaltungsabschnittes mit Verkehrsbehinderung: 15 km 2. Minimaler Abstand zwischen zwei Erhaltungsabschnitten: 50 km 3. Minimaler unterhaltsfreier Zeitraum auf einem Erhaltungsabschnitt: 10 Jahre (d.h. nach frühestens 10 Jahren wieder eine Verkehrsbehinderung infolge Unterhalts- oder Umgestaltungsmassnahmen) 4. Möglichst geringe Behinderung (Umfang und Dauer) während der Bauarbeiten Das Vorgehen zur Entwicklung und Einführung der wurde zweigleisig konzipiert (vgl. Abbildung 1): Pragmatischer Teil: Ausgehend von den vorhandenen Daten beim ASTRA im Bereich Kostenplanung (KOPLA) wurde in Zusammenarbeit mit den Kantonen eine längerfristige Unterhaltsplanung erstellt. Ausgehend von einem Testgebiet mit 5 Kantonen im Jahre 1999 wurde die Unterhaltsplanung bezüglich Anzahl der beteiligten Kantone und Planungshorizont (5 bzw. 10 Jahre) sukzessive ausgedehnt. Konzeptioneller Teil: Es wurde eine Fachmethodik für die Unterhaltsplanung Nationalstras-sen auf Stufe Gesamtsystem entwickelt. Diese legt im Detail fest, wie

4 III die Unterhaltsplanung erfolgt: erforderliche Daten, Berechnungsalgorithmen, Ergebnisse. Die Fachmethodik bildet die fachliche Basis für die Entwicklung eines EDV-Instrumentes zur Umsetzung der Unterhaltsplanung. Pragmatischer Teil 10-Jahresplan (15 Kantone) 5-Jahresplan (ganze CH) Zeitachse Konzeptioneller Teil Erhaltungsabschnitte und Massnahmenpakete Abbildung 1 Planungszeiträume für den pragmatischen und konzeptionellen Teil von UPlaNS Die Unterhaltsplanungen in den Teilsystemen und im Gesamtsystem müssen methodisch eng aufeinander abgestimmt sein. Als zentrales Element erarbeiten die Teilsysteme zu Handen des Gesamtsystems Massnahmenvorschläge. Pro Massnahmenvorschlag sind eine Reihe von Angaben bezüglich Ort, Zeitpunkt und Dauer, Kosten sowie Art und Umfang der Verkehrsbehinderung zu machen. Um auf Stufe Gesamtsystem einen Spielraum für Optimierungsmöglichkeiten zu erhalten, sind pro Massnahmenvorschlag mindestens zwei Varianten anzugeben. Dabei unterscheidet man zwischen der Sicherheitsmassnahme (Massnahme, die zur Gewährleistung der Sicherheit realisiert werden muss), der technisch-wirtschaftlich optimalen Massnahme (aus Sicht der Teilsysteme die langfristig wirtschaftlichste Massnahme) sowie der Alternative zu einem anderen Zeitpunkt (weniger wirtschaftliche Massnahme). Je nach Zustand des betrachteten Objekts ist eine unterschiedliche Kombination von zwei dieser drei Varianten sinnvoll und vorzuschlagen. Auf Stufe Gesamtsystem werden aus diesen Massnahmenvorschlägen Erhaltungsabschnitte sowie Massnahmenpakete gebildet. Diese werden auf Stufe Netz insbesondere bezüglich Wirtschaftlichkeit sowie Einhalten der strategischen Vorgaben bewertet. Bei den Kosten werden sowohl die Betreiber- als auch die Benutzerkosten quantitativ berücksichtigt. Die Berechnung der ortsspezifischen Zeitverlust-Kosten als grössten Anteil bei den Benutzerkosten erfolgt mit Hilfe eines einfachen Modells auf der Basis des Verkehrsaufkommens. Die entsprechenden Ergebnisse werden einerseits den Teilsystemen für die Erarbeitung der Massnahmenvorschläge zur Verfügung gestellt, andererseits werden sie zur Berechnung der Benutzerkosten der Massnahmenpakete verwendet. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie konnte gezeigt werden, dass die vorgeschlagene Methodik umsetzbar ist und wertvolle Ergebnisse für die Planung des Unterhalts sowie für die Verhandlungen mit den Kantonen liefert. Es hat sich aber auch gezeigt, dass die Teilsysteme zur Zeit noch nicht in der Lage sind, die notwendigen Inputdaten zu liefern.

5 IV Ergebnisse, Stand der Arbeiten und Ausblick in den Teilsystemen Die Arbeiten zu den Unterhaltsplanungen in den verschiedenen Teilsystemen weisen aus verschiedenen Gründen einen sehr unterschiedlichen Bearbeitungsstand auf. Neben den Massnahmenvorschlägen, die alle Teilsysteme an das Gesamtsystem zu liefern haben, gilt für alle Teilsysteme für ihre Unterhaltsplanung das folgende methodische Grundgerüst: 1) Festlegung der Beurteilungseinheit 2) Zustandserfassung und -beurteilung 3) Prognosen Zustandsentwicklung 4) Massnahmenvarianten 5) Bewertung Massnahmenvarianten Im folgenden werden die Ergebnisse, der Stand der Arbeiten und der Ausblick pro Teilsystem zusammenfassend dargestellt: Für die Unterhaltsplanung des Teilsystems Strassenoberbau werden im ASTRA die EDV- Instrumente STRADA-DB, STRADA-PMS, STRADA-VIEW und VIA-PMS eingesetzt, wobei letzteres das methodisch zentrale Element bildet. VIA-PMS wurde in Kanada durch die Firma Deighton entwickelt und wird in Europa durch die Firma Viagroup vertrieben. Für die Bedürfnisse der Nationalstrassen liegt eine funktionsfähige Applikation von VIA-PMS vor, die auch bereits an einzelnen Abschnitten des Nationalstrassennetzes getestet wurde. Im Jahr 2003 sind gewisse Anpassungen an der Methodik aufgrund neuer VSS- Normen sowie an den EDV-Instrumenten geplant. Anschliessend ist ein Test über das gesamte Nationalstrassennetz vorgesehen. Aufgrund des hohen Stellenwerts der Kunstbauten im Unterhalt begann sich das AST- RA bereits Ende der 80er Jahre mit Planungswerkzeugen zu befassen. Die Datenbank KUBA-DB enthält alle notwendigen Substanz- und Zustandsdaten. Für die Unterhaltsplanung dient das Managementsystem KUBA-MS. Auf der Basis eines Ingenieur- Grobkonzeptes, das Mitte der 90er Jahre erarbeitet wurde, wurde ein IT-Konzept sowie der Prototyp KUBA-MS-Ticino mit vereinfachten Funktionalitäten für die Unterhaltsplanung von Brücken entwickelt. Das IT-Konzept von KUBA-MS 1.0, welches sämtliche Funktionalitäten sowie die Anforderungen von Seiten des UPlaNS- Gesamtsystems abdeckt, liegt ebenfalls vor. Die Schwerpunkte des weiteren Vorgehens liegen einerseits in der vermehrten Anwendung des Prototypen KUBA-MS-Ticino in den Kantonen und andererseits in der Entwicklung und Einführung von KUBA-MS 1.0.

6 V Im Teilsystem Bergmännische Tunnel wurden die Arbeiten für die Unterhaltsplanung im Jahre 2000 aufgenommen. Aufgrund der thematischen Nähe sowie verschiedener Abklärungen beschloss das ASTRA, sich bezüglich des Vorgehens als auch der EDV-Instrumente stark am Bereich Kunstbauten zu orientieren. In einem ersten Teil soll eine Datenbank Tunnel mit Bestandes- und Zustandsdaten konzipiert und entwickelt werden. Dazu wurden erste Abklärungen bezüglich Strukturierung sowie Erfassungsdaten vorgenommen. In den Jahren ist die Erarbeitung des Fachkonzeptes und des Informatikkonzeptes sowie die Entwicklung der Datenbank Tunnel vorgesehen. Das Teilprojekt Unterhaltsplanung Tunnel wird zu einem späteren Zeitpunkt unter Berücksichtigung der Erkenntnisse aus dem Bereich Kunstbauten in Angriff genommen. Im Teilsystem Elektromechanische Ausrüstungen begannen die Arbeiten für die Unterhaltsplanung Ende der 90er Jahre. Dabei lag das Schwergewicht auf der Gliederung der Ausrüstungen (Festlegung Beurteilungseinheit) sowie auf der Methodik bezüglich Zustandserfassung/ beurteilung und Zustandsentwicklung. Für diese Bereiche liegen Pilot-Applikationen vor, die in den Kantonen Aargau und Baselland im Einsatz stehen. Die Schwerpunkte des weiteren Vorgehens liegen einerseits in der Auswertung der Erfahrungen der Pilotanwendungen in den Kantonen, andererseits in der Festlegung der Methodik für die Bildung und Bewertung der Massnahmenvarianten. Ausblick Gesamtsystem Beim pragmatischen Weg wird im Jahr 2003 ein erster umfassender 10-Jahresplan erarbeitet, welcher den Planungszeitraum von abdeckt und das gesamte Nationalstrassennetz umfasst. Auf Stufe Gesamtsystem ist in den nächsten Jahren die Erarbeitung des IT- Konzeptes sowie die Entwicklung eines EDV-Instrumentes als Prototyp vorgesehen. Mit dem Prototyp kann die Machbarkeit bezüglich Methodik auf Stufe Gesamtsystem, die Schnittstelle zu den Teilsystemen, aber auch die Funktionalitäten und die Handhabbarkeit der EDV-Applikation vertieft geprüft werden.

7 Inhaltsverzeichnis 1 Gesamtsystem Ausgangslage Zielsetzung Vorgehen und Grundelemente Vorgehen Grundelemente des konzeptionellen Teiles Information und Kommunikation Ergebnisse und Stand der Arbeiten Ausblick Teilsystem Strassenoberbau Ausgangslage Zielsetzung Vorgehen und Grundelemente Vorgehen Grundelemente STRADA-DB STRADA-PMS STRADA-VIEW VIA-PMS Ergebnisse und Stand der Arbeiten Strassennetz Zustand Strassenoberbau Zustandsentwicklungsmodelle Unterhaltsmassnahmen Regeln für die Anwendung der Massnahmen Ausblick Teilsystem Kunstbauten Ausgangslage KUBA-DB KUBA-MS UPlaNS und KUBA-MS Zielsetzung Vorgehen und Grundelemente Vorgehen Grundelemente Langfristige Planung Ergebnisse und Stand der Arbeiten Kostenbestimmende Bauwerksteile Voranalyse / IT-Konzept KUBA-MS Weiteres Vorgehen Ausschreibung und Realisierung von KUBA-MS

8 3.5.2 KUBA-MS Ticino Ausblick und Würdigung aus Sicht der Kunstbauten Teilsystem Bergmännische Tunnel Ausgangslage Zielsetzung Vorgehen und Grundelemente Ergebnisse und Stand der Arbeiten Weiteres Vorgehen Teilsystem Elektromechanische Ausrüstungen Ausgangslage Zielsetzung Vorgehen und Grundelemente Vorgehen Grundelemente Ergebnisse und Stand der Arbeiten Ausblick...42

9 1 Gesamtsystem Ausgangslage Der Stellenwert des Unterhalts auf den Nationalstrassen hat in den letzten Jahren stetig zugenommen. Betrugen die Ausgaben 1990 real noch 290 Mio. Franken, so wurden im Jahre 2002 real 560 Mio. Franken für den baulichen Unterhalt und die Erneuerung der Nationalstrassen ausgegeben. Dies entspricht einer Zunahme von mehr als 90% innerhalb von 12 Jahren. Dieser Trend wird sich auch in Zukunft fortsetzen. Aufgrund verschiedener parlamentarischer Interventionen hat der Bundesrat Mitte der neunziger Jahre eine Arbeitsgruppe Substanzerhaltung Nationalstrassenwerke mit der Klärung der folgenden Frage beauftragt: Wie kann eine technisch ausreichende Substanzerhaltung der Nationalstrassenwerke möglichst kostengünstig sichergestellt werden? 1). Im Schlussbericht der Arbeitsgruppe vom 27. Januar 1998 stellen die langfristige Planung der Unterhaltsmassnahmen und die Bildung von grossen Baulosen unter Berücksichtigung möglichst aller Teilsysteme (Strassenoberbau, Kunstbauten, Tunnel, Elektromechanische Ausrüstungen) zentrale Forderungen dar. Im Zusammenhang mit der Konzipierung und Entwicklung einer Strassendatenbank (STRADA-DB) wurde im Jahre 1997 ein Audit der MSE 2) -Projekte durchgeführt. Als Ergebnis wurde u.a. postuliert, dass auf der obersten konzeptionellen Ebene ein Prozessmodell zu entwickeln sei. Dieses Modell wurde im Jahr 1998 im Rahmen der sogenannten MSE-Definitionsphase konzipiert. Das Kernstück bildet die Einführung eines separaten Teilprozesses Unterhaltsplanung, welcher der Projektierung und Ausführung im Unterhalt vorgelagert ist. Dies in Analogie zur Planung und generellen Projektierung beim Neubau. Zur Umsetzung des neu definierten Teilprozesses Unterhaltsplanung für die Nationalstrassen wurde Anfang 1999 im Bundesamt für Strassen (ASTRA) das Projekt UPlaNS 3) gestartet. Beim Projektstart waren die Herrn J.-J. Mäder (Projektleiter), M. Donzel und J.-P. Joris (Teilsystem Kunstbauten), D. Baer (Teilsystem Strassenoberbau) und H.-R. Scheidegger (Teilsystem Elektromechanische Ausrüstungen) im Projektteam vertreten. Im Laufe der Bearbeitung stiessen die Herren M. Allemann (Teilsystem Elektromechanische Ausrüstungen) 4), J.-B. Duchoud (5-/10-Jahrespläne), M. Fontana (Strassenoberbau) sowie A. Jeanneret (Bergmännische Tunnel) zum Team. Als externe Unterstützung wurde auf der Basis einer WTO-Ausschreibung im offenen Verfahren die Firma Ernst Basler + Partner, Zollikon ausgewählt. Die Teilsystem-Verantwortlichen im ASTRA hatten sich bis zum Projektstart in unterschiedlichem Umfang mit der Thematik Unterhaltsplanung auf Netzebene auseinandergesetzt. Im Bereich der Kunstbauten waren die Arbeiten am weitesten fortge- 1) Die Arbeitsgruppe Substanzerhaltung der Nationalstrassenwerke hat den Begriff kostengünstig wie folgt definiert: Aus einer gesamtwirtschaftlichen Sicht sowie im Sinne des Bundesgesetzes über die Nationalstrassen (NSG Art. 49) sind sowohl die direkten Kosten des Strasseneigentümers, als auch die indirekten Kosten der Strassennutzer massgeblich, wobei sich diese in Unfall-, Zeit- und Fahrzeugbetriebskosten gliedern lassen. Das Bestreben nach einer kostengünstigen Lösung kann auch dahingehend interpretiert werden, dass bei gegebenen Mitteln versucht wird, die grösste Wirkung zu erzielen. 2) MSE steht für Management der Strassen-Erhaltung. 3) UPlaNS steht für 4) M. Allemann ersetzte H.-R. Scheidegger, der das ASTRA im November 1999 verliess.

10 2 schritten. Auf der Basis von verschiedenen konzeptionellen Vorarbeiten war mit KU- BA-MS-Ticino bereits ein EDV-Instrument als Prototyp vorhanden. Beim Strassenoberbau und den elektromechanischen Ausrüstungen steckte man noch in den konzeptionellen Anfängen, während die Thematik bei den bergmännischen Tunnel erst mit dem Eintritt von A. Jeanneret ins Projektteam im Juni 2000 aufgegriffen wurde. Zielsetzung Der Auslöser und zugleich ein Hauptziel des Projektes UPlaNS ist die Verminderung der Anzahl, des Umfangs und der Dauer der Verkehrsbehinderungen auf den Nationalstrassen infolge Baustellen. Auf dieser Basis wurde folgende umfassende Zielsetzung für das Projekt UPlaNS formuliert: Aufbau einer systematischen Planung des Unterhalts einschliesslich Umgestaltung/Ausbau der Nationalstrassen unter Berücksichtigung der Bedürfnisse der Kunstbauten, des Strassenoberbaus, der bergmännischen Tunnel und der elektromechanischen Ausrüstungen zur Sicherstellung von sicheren und funktionstüchtigen Strassenverbindungen unter wirtschaftlichem Einsatz der verfügbaren Mittel. Ausgehend von dieser Zielsetzung wurde eine sogenannte UPlaNS-Philosophie entwickelt, welche aus den fünf Elementen volkswirtschaftliche Kostenüberlegungen, Integrale Planung, Langfristiges Unterhaltsprogramm, Zentrale Steuerung und Strategische Vorgaben besteht. Im einzelnen können diese Elemente wie folgt charakterisiert werden: Volkswirtschaftliche Kostenüberlegungen Die vom Bundesrat eingesetzte Arbeitsgruppe Substanzerhaltung der Nationalstrassenwerke hat in ihrem Schlussbericht im Jahr 1997 u.a. festgehalten, dass der Umfang der indirekten Kosten (Kosten der Strassennutzer) in relevanter Beziehung zu den direkten Kosten (Kosten der Strasseneigentümer) stehen dürfte, weshalb auch dieser Kostenfaktor in der einen oder anderen Form in der Planung von Substanzerhaltungsmassnahmen mitberücksichtigt werden muss. Diese Vorgabe wird in UPlaNS aufgenommen, indem zwischen Betreiber- und Benutzerkosten unterschieden wird und beide Kostenfaktoren quantitativ erfasst werden. Integrale Planung Ein wirtschaftlicher Einsatz der Mittel in diesem umfassenden Sinne erfordert die Zusammenfassung von Einzelmassnahmen zu Massnahmenpaketen. Damit dies geschehen kann, muss bereits die Planung innerhalb der Teilsysteme (Kunstbauten, Strassenoberbau, Elektromechanische Ausrüstungen, bergmännische Tunnel) längerfristig, koordiniert und mit einheitlichen Grundlagen erfolgen. Im Rahmen von UPlaNS werden diese Grundlagen in Form von Vorgaben festgelegt. Neben Unterhaltsmassnahmen können auch Umgestaltungs- und Ausbaumassnahmen den Verkehrsfluss auf bestehenden Strecken beeinträchtigen. Deshalb werden auch diese Massnahmen in UPlaNS berücksichtigt. 5) 5) Bei der Optimierung ist als erschwerender Faktor zu berücksichtigen, dass es für den Unterhalt und die Umgestaltung zwei voneinander unabhängige Kreditrubriken gibt.

11 3 Langfristiges Unterhaltsprogramm In Analogie zum langfristigen Bauprogramm soll ein langfristiges Unterhaltsprogramm für die Nationalstrassen erarbeitet werden, welches laufend aktualisiert wird. Die Realisierung von umfassenden Massnahmenpaketen mit entsprechenden Kosten erfordert rund 4 Jahre Vorbereitungszeit (Überprüfungen bezüglich Zustand und Massnahmen, Projektierungsarbeiten, Submissionsverfahren, bauliche Vorbereitungsarbeiten). Die Unterhaltsplanung sowohl auf Stufe Teilsysteme mit der Erarbeitung von Massnahmenvorschlägen als auch auf Stufe Gesamtsystem mit der Bildung von Massnahmenpaketen und Erhaltungsabschnitten muss zu diesem Zeitpunkt abgeschlossen sein. Auf Stufe Teilsystem hat die Unterhaltsplanung demnach im Jahre 6 und auf Stufe Gesamtsystem im Jahre 5 vor Baubeginn zu erfolgen. Die Unterhaltsplanungen auf Stufe Gesamt- und Teilsysteme sind ein iterativer Prozess, der periodisch abgeglichen werden muss. Zur Bildung von geeigneten Massnahmenpaketen und Erhaltungsabschnitten sind längere Zeiträume zu betrachten. Im Rahmen des Projektteams hat man sich auf einen UPlaNS-Planungszeitraum von 10 Jahren geeinigt. 6) Zur Erreichung dieser Zielsetzung sind zwei Punkte besonders beachtenswert: ein dem langen Planungszeitraum angepasster Tiefgang bei der Datenerhebung sowie der unabdingbare Einsatz eines EDV-Instrumentes. Zentrale Steuerung Aus dem bisher Gesagten ergibt sich, dass dem Bund bei der Unterhaltsplanung eine zentrale Rolle zukommt. Diese besteht zum einen in der Formulierung von Vorgaben an die Kantone betreffend Durchführung der Unterhaltsplanung und zu liefernde Daten auf ihren Nationalstras-sen, andererseits in der konkreten Umsetzung bei der Bildung von Erhaltungsabschnitten und Massnahmenpaketen. Die Steuerungsfunktion des Bundes wird weiter gestärkt, falls die im neuen Finanzausgleich vorgesehene 100-prozentige Finanzierung des Unterhalts der Nationalstrassen durch den Bund realisiert wird. Strategische Vorgaben Schon zu einem frühen Zeitpunkt in der Projektbearbeitung wurden auch inhaltliche Ziele, die mit UPlaNS zu erreichen sind, in Form von vier strategischen Vorgaben definiert. Diese bildeten einerseits Orientierungsgrössen bei der Entwicklung der Fachmethodik für UPlaNS. Anderseits wurden sie zur Messung der inhaltlichen Zielerreichung bei der bereits im Jahr 1999 begonnen teilweisen Umsetzung von UPlaNS im sogenannten pragmatischen Teil (vgl. Kap. 1.3) verwendet. Die vier strategischen Vorgaben lauten: 1. Maximale Länge eines Erhaltungsabschnittes mit Verkehrsbehinderung: 15 km 2. Minimaler Abstand zwischen zwei Erhaltungsabschnitten: 50 km 3. Minimaler unterhaltsfreier Zeitraum auf einem Erhaltungsabschnitt: 10 Jahre (d.h. nach frühestens 10 Jahren wieder eine Verkehrsbehinderung infolge Unterhalts- oder Umgestaltungsmassnahmen) 4. Möglichst geringe Behinderung (Umfang und Dauer) während der Bauarbeiten (siehe auch VSS-Norm ) 6) Für die Bestimmung von wirtschaftlich optimalen Massnahmen in den Teilsystemen sind noch wesentlich längere Zeiträume zu betrachten.

12 4 Vorgehen und Grundelemente Vorgehen Das Vorgehen zur Entwicklung und Einführung der wurde zweigleisig konzipiert: Konzeptioneller Teil: Es wurde eine Fachmethodik für die Unterhaltsplanung Nationalstras-sen auf Stufe Gesamtsystem entwickelt. Diese legt im Detail fest, wie die Unterhaltsplanung erfolgt: erforderliche Daten, Berechnungsalgorithmen, Ergebnisse. Die Fachmethodik bildet die fachliche Basis für die Entwicklung eines EDV- Instrumentes zur Umsetzung der Unterhaltsplanung. Für Letzteres war eine weitere Ausschreibung geplant. Pragmatischer Teil: Ausgehend von den vorhandenen Daten beim ASTRA im Bereich Kostenplanung (KOPLA) wurde in Zusammenarbeit mit den Kantonen eine längerfristige Unterhaltsplanung erstellt. Ausgehend von einem Testgebiet mit 5 Kantonen im Jahre 1999 wurde die Unterhaltsplanung bezüglich Anzahl der beteiligten Kantone und Planungshorizont (5 bzw. 10 Jahre) sukzessive ausgedehnt. Der pragmatische Teil konnte wie geplant umgesetzt werden. Dies war insbesondere möglich, weil ab Oktober 1999 Herr Duchoud vom ASTRA einen wesentlichen Teil seiner Kapazität für diese Aufgabe einsetzen konnte. Ein weiterer Erfolgsfaktor für diesen Teil des Projektes war die enge und gute Zusammenarbeit mit dem Bereich Costing des ASTRA. Im konzeptionellen Teil konnten die ursprünglich gesetzten Ziele nicht im selben Masse erreicht werden. Insbesondere wurden die Arbeiten zur IT-Applikation (EDV- Konzept und Realisierung) bis heute nicht ausgelöst. Stattdessen wurde eine Machbarkeitsstudie durchgeführt. Die Projektanpassungen erfolgten in enger Abstimmung im Projektteam und waren auf die jeweils aktuelle Situation und die Bedürfnisse abgestützt. Die Hauptgründe für diese Projektanpassungen im konzeptionellen Teil können wie folgt zusammengefasst werden (vgl. auch Kapitel 1.5 Ausblick ): Die für UPlaNS auf Stufe Gesamtsystem entwickelte Methodik zur Erfüllung der gesteckten Ziele stellt Neuland dar und fordert alle Beteiligten in hohem Masse. Für das Verständnis wurden im Projektteam intensive Diskussionen u.a. auch anhand von Beispielen geführt. Internationale Kontakte von verschiedenen Projektmitgliedern zeigten immer wieder, dass das ASTRA mit diesen Arbeiten mit an der Spitze der Entwicklung steht. Dies ist insbesondere auf die engen Platzverhältnisse mit sehr eingeschränkten Ausbaumöglichkeiten der Nationalstrassen in der Schweiz zurückzuführen. Die notwendigen internen Kapazitäten beim ASTRA konnten insbesondere zu Beginn des Projektes nicht in vollem Umfang zur Verfügung gestellt werden. In der

13 5 Anfangsphase des Projektes wurde deshalb vom Gesamtsystem gewisse Unterstützung für die Fachbereiche Strassenoberbau und Elektromechanik geleistet. Das ASTRA ist aufgrund von Erfahrungen mit anderen Projekten bei der Auslösung von Entwicklungsprojekten im IT-Bereich vorsichtig. Grundelemente des konzeptionellen Teiles Zur Umsetzung der UPlaNS-Philosophie entwickelte das Projektteam UPlaNS eine detaillierte Fachmethodik, welche durch folgende Grundelemente charakterisiert ist 7) : Die Teilsysteme erarbeiten zu Handen des Gesamtsystems Massnahmenvorschläge. Pro Massnahmenvorschlag sind eine Reihe von Angaben bezüglich Ort, Zeitpunkt und Dauer, Kosten sowie Art und Umfang der Verkehrsbehinderung zu machen. Um auf Stufe Gesamtsystem einen Spielraum für Optimierungsmöglichkeiten zu erhalten, sind pro Massnahmenvorschlag mindestens zwei Varianten anzugeben. Dabei unterscheidet man zwischen der Sicherheitsmassnahme (Massnahme, die zur Gewährleistung der Sicherheit realisiert werden muss), der technisch-wirtschaftlich optimalen Massnahme (aus Sicht der Teilsysteme die langfristig wirtschaftlichste Massnahme) sowie der Alternative zu einem anderen Zeitpunkt (weniger wirtschaftliche Massnahme). Je nach Zustand des betrachteten Objekts ist eine unterschiedliche Kombination von zwei dieser drei Varianten sinnvoll und vorzuschlagen. Auf Stufe Gesamtsystem werden aus diesen Massnahmenvorschlägen Erhaltungsabschnitte sowie Massnahmenpakete gebildet. Diese werden auf Stufe Netz insbesondere bezüglich Wirtschaftlichkeit sowie Einhalten der strategischen Vorgaben bewertet. Bei den Kosten werden sowohl die Betreiber- als auch die Benutzerkosten quantitativ berücksichtigt. Die Berechnung der ortsspezifischen Zeitverlust-Kosten als grössten Anteil bei den Benutzerkosten erfolgt mit Hilfe eines einfachen Modells auf der Basis des Verkehrsaufkommens. Die entsprechenden Ergebnisse werden einerseits den Teilsystemen für die Erarbeitung der Massnahmenvorschläge zur Verfügung gestellt, andererseits werden sie zur Berechnung der Benutzerkosten der Massnahmenpakete verwendet. Information und Kommunikation Mit der Formulierung und Umsetzung der UPlaNS-Philosophie wurden wichtige Anpassungen bei der Planung des Unterhalts der Nationalstrassen vorgenommen. Diese haben wesentliche Änderungen bei der Projektierung und Realisierung zur Folge (Abläufe, Grösse der Baulose usw.). Bei solchen Änderungen kommt der Kommunikation mit den Beteiligten ein hoher Stellenwert zu. Beim Projekt UPlaNS können als wichtigste Massnahmen in diesem Bereich genannt werden: Im Projektteam waren alle Teilsysteme vertreten. Damit war eine Plattform vorhanden, um sich über verschiedene Fragen der Unterhaltsplanung (Bedürfnisse/Anforderungen, Methodik, EDV-Hilfsmittel usw.) auszutauschen. 7) Bericht Fachkonzept Unterhaltsplanung Gesamtsystem, Dezember 2002

14 6 Die Kantone spielen bei der Unterhaltsplanung eine wichtige Rolle. Sie wie auch weitere interessierte Kreise (z.b. Hochschulen) wurden wiederholt über den Stand sowie wichtige inhaltliche Aspekte von UPlaNS informiert. Es wurden insgesamt drei Tagungen durchgeführt: - am 2. Juni 1999 in Sursee (in deutscher Sprache; ca. 50 Teilnehmer) - am 29. Juni 1999 in Yverdon (in französischer Sprache; ca. 55 Teilnehmer) - am 8. März 2001 in Bern (deutsch/französisch mit Simultanübersetzung; ca. 130 Teilnehmer) Im Rahmen des MSE-Ausschusses, der zweimal pro Jahr tagte, war das Thema Unterhaltsplanung Nationalstrassen regelmässig traktandiert. Es wurden verschiedene Aspekte sowohl der Teilsysteme als auch des Gesamtsystems vorgestellt und diskutiert. 8) Zusätzlich wurden vier Ausgaben des UPlaNS-INFO 9) in Form eines Faltblattes erarbeitet und mit einer Auflage von 150 Exemplaren verteilt. Ergebnisse und Stand der Arbeiten Die Verkehrsbehinderungen auf den Nationalstrassen infolge Baustellen haben seit Mitte der 90er-Jahre markant abgenommen. 10) Dies trotz Zunahme der für den Unterhalt und die Umgestaltung aufgewendeten Mittel. 11) Es gibt viele Gründe für diese Entwicklung wie die Bildung von grösseren Baulosen, die verbesserte Koordination zwischen den Teilsystemen, eine verstärkte Steuerung durch das ASTRA sowie generell eine stark verbesserte Planung und Vorbereitung der Bauarbeiten auf den Nationalstrassen, wozu insbesondere auch die Kantone einen wesentlichen Beitrag geleistet haben. Zu dieser positiven Entwicklung hat das Projekt UPlaNS in vielfältiger Weise beigetragen. Im einzelnen können die Ergebnisse von UPlaNS wie folgt zusammengefasst werden: Die Koordination zwischen den verschiedenen Teilsystemen einerseits sowie zwischen dem Unterhalt und der Umgestaltung andererseits sind für die Umsetzung der UPlaNS-Philosophie von zentraler Bedeutung. In diesem Bereich hat das Projekt UPlaNS sowohl beim ASTRA als auch bei den Kantonen wesentliche Impulse ausgelöst. Um die Effizienz weiter zu erhöhen, ist die Koordination in der Planungsphase eigentlicher Gegenstand des Projektes UPlaNS weiter zu verbessern. Hier sind auch in Zukunft weitere Anstrengungen unbedingt notwendig. 8) Der MSE-Ausschuss wurde per Ende 2002 aufgelöst. 9) Auf Internet (Homepage ASTRA) publiziert 10) Kapazitätsengpässe haben in den letzten Jahren die Baustellen als Hauptursache für Verkehrsbehinderungen auf den Nationalstrassen abgelöst. 11) Ein guter Indikator ist die stark zurückgegangene Medienpräsenz der Baustellenthematik auf den Nationalstrassen. Während in den 90er-Jahre kein Sommer(loch) vorbeiging, ohne dass dieses Thema während ein bis zwei Wochen von praktisch allen Medien aufgegriffen wurde, geben die Baustellen auf den Nationalstrassen die letzten zwei bis drei Jahre offensichtlich nicht mehr genügend Lese- bzw. Zündstoff her.

15 7 Im Rahmen des pragmatischen Ansatzes wurden ab 1999 in einer rollenden Planung 5-Jahrespläne - ausgehend von 5 Kantone im Jahr sukzessiv für das ganze Nationalstrassennetz erarbeitet. Im Jahr 2002 liegt der 5-Jahresplan unter Berücksichtigung von Unterhalts- und Umgestaltungsmassnahmen für die ganze Schweiz vor. Zusätzlich wurde in 15 Kantonen ein erster 10-Jahresplan erarbeitet. Dabei stellt sich heraus, dass sich die Kantone mit den Angaben (Art und Umfang der Massnahmen, Kosten usw.) für die zweite Hälfte des Planungshorizontes ( ) wesentlich schwerer tun. Der Hauptgrund für diese Schwierigkeiten ist in Abbildung 1 illustriert: Pragmatischer Teil 10-Jahresplan (15 Kantone) 5-Jahresplan (ganze CH) Zeitachse Konzeptioneller Teil Erhaltungsabschnitte und Massnahmenpakete Abbildung 2: Planungszeiträume für den pragmatischen und den konzeptionellen Teil von UPlaNS Die Angaben zu den ersten fünf Jahren ( ) des 10-Jahresplanes von 2002 fallen den Kantonen mehr oder weniger leicht, da sie Informationen über den Zeithorizont von 5 Jahren im Rahmen von KOPLA (Kostenplanung Nationalstrassen) seit rund 10 Jahren ans ASTRA liefern müssen und die Vorbereitungsarbeiten (Projektierung, Submissionsverfahren usw.) zu diesen Projekten in vielen Fällen schon fortgeschritten sind. Im Gegensatz dazu sind für die zweiten 5 Jahre des 10-Jahresplanes ( ) in den meisten Kantonen nur vage Vorstellungen und entsprechend wenig gesicherte Daten für Unterhalts- und Umgestaltungsprojekte vorhanden. Wie Abbildung 1 zeigt, würde der konzeptionelle Teil von UPlaNS im Jahre 2002 im wesentlichen diesen zweiten Teil des Zeithorizontes des 10-Jahresplanes sowie zusätzliche 4 Jahre abdecken ( ). Es ist wohl unbestritten, dass für die Abdeckung dieses Planungshorizontes geeignete Instrumente und Hilfsmittel bereitgestellt werden müssen. Im Bericht Fachkonzept Unterhaltsplanung Gesamtsystem ist eine fachliche Lösung für die Unterhaltsplanung auf Stufe Gesamtsystem festgehalten. Sie baut auf Inputs (Massnahmenvorschläge) der Teilsysteme auf und ermöglicht eine stark verbesserte Planung auf Stufe Gesamtsystem entsprechend der UPlaNS- Zielsetzung unter Verwendung objektiver Kriterien. Dieses Fachkonzept bildet die zentrale Grundlage für die Entwicklung einer EDV-Applikation, welche für die Umsetzung der Unterhaltsplanung in der vorgeschlagenen Form unabdingbar ist. Die Machbarkeitsstudie hat gezeigt, dass die vorgeschlagene Methodik umsetzbar ist und wertvolle Ergebnisse für die Planung des Unterhalts sowie für die Verhandlungen mit den Kantonen liefert. Es hat sich aber auch gezeigt, dass die Teil-

16 8 systeme zur Zeit noch nicht in der Lage sind, die notwendigen Inputdaten systematisch und EDV-mässig aufbereitet zu liefern. Ausblick Beim pragmatischen Teil wird im Jahr 2003 ein erster umfassender 10-Jahresplan erarbeitet, welcher den Planungszeitraum von abdeckt und das gesamte Nationalstrassennetz umfasst. Aufgrund der weitgehend fehlenden Grundlagendaten (Zustandsentwicklung, Kosten und Nutzen von Massnahmen usw.) und der Finanzplanung auf Bundesebene werden die Angaben für die zweite Hälfte des Planungszeitraumes ( ) mit Unsicherheiten behaftet sein. Für das Schliessen dieser Lücken sind die Instrumente für die Unterhaltsplanung in den Teilsystemen von entscheidender Bedeutung. Das bedeutet, dass die Entwicklung und Umsetzung dieser Instrumente rasch vorangetrieben werden muss. Dabei ist sicherzustellen, dass diese Instrumente die für die Unterhaltsplanung auf Stufe Gesamtsystem notwendigen Inputdaten liefern. 12) Dazu sind die Entwicklungsarbeiten in den Teilsystemen periodisch bezüglich der Anforderungen aus der Fachmethodik Gesamtsystem zu überprüfen. Die EDV-Applikation für das Gesamtsystem muss einsatzbereit sein, sobald zwei Teilsysteme die für die Unterhaltsplanung auf Stufe Gesamtsystem notwendigen Inputdaten liefern können. Entsprechend ist die Entwicklung der EDV-Applikation zu terminieren. Nach Erarbeitung eines IT-Konzeptes soll in einem ersten Schritt ein Prototyp entwickelt werden. Dazu ist ein Pflichtenheft für die Ausschreibung zu erarbeiten. Mit dem Prototyp kann die Machbarkeit bezüglich Methodik auf Stufe Gesamtsystem, die Schnittstelle zu den Teilsystemen, aber auch die Funktionalitäten und die Handhabbarkeit der EDV-Applikation vertieft geprüft werden. Diese Arbeiten sind in den Jahren 2004 und 2005 geplant. 12) Stehen diese Instrumente in den nächsten ein bis zwei Jahren nicht zur Verfügung, werden einzelne Kantone aus der Notwendigkeit heraus, Angaben für den 10-Jahresplan machen zu müssen, eigene Methoden und Instrumente entwickeln. Dies wird eine spätere Einführung von gesamtschweizerischen Lösungen wesentlich erschweren.

17 9 Teilsystem Strassenoberbau Ausgangslage Die Erstellung des Nationalstrassennetzes begann Ende der fünfziger Jahre und soll gemäss Planung gegen 2020 abgeschlossen sein. Geht man von einer mittleren Lebensdauer des Strassenoberbaus von 20 Jahre aus, haben ca. 50% des Nationalstrassennetzes dieses Alter bereits erreicht oder überschritten. Die Belastung durch den Verkehr und die klimatischen Einflüsse führen zu Schäden am Strassenoberbau. Um die Sicherheit und Funktionstüchtigkeit des Nationalstrassennetzes zu erhalten, sind Unterhaltsmassnahmen auf den schadhaften Strassenabschnitten notwendig. Die Verantwortung für die Auslösung dieser Unterhaltsmassnahmen obliegt dem Strassenoberbau-Verantwortlichen, der folgende Frage zu beantworten hat: Wo, wann und wie ist auf dem Nationalstrassennetz auf optimale Weise einzugreifen? Seit mehreren Jahren entwickelt das ASTRA in Zusammenarbeit mit den Kantonen eine Strassendatenbank (STRADA-DB), die sämtliche notwendigen Basisinformationen für die Verwaltung und die Unterhaltsplanung des Strassenoberbaus enthalten soll. Bis zum heutigen Zeitpunkt sind noch nicht alle erforderlichen Daten verfügbar und das Management des Strassenoberbaus erfolgt auf eher intuitive Art und Weise, u.a. aufgrund von primär visuellen Aufnahmen des Strassenzustandes. Diese Vorgehensweise kann allenfalls einen zufriedenstellenden Zustand des Nationalstrassennetzes sicherstellen, erlaubt jedoch keine Optimierung aus wirtschaftlicher Sicht. Um die Verantwortlichen des Teilsystems Strassenoberbaus bei der Bestimmung angemessener Unterhaltsmassnahmen zu unterstützen, wurden verschiedene Hilfsmittel entwickelt. Beim ASTRA werden folgende EDV-Instrumente unter der Bezeichnung PMS (Pavement Management System) eingesetzt: STRADA-DB, STRA- DA-PMS, STRADA-VIEW, VIA-PMS. Um für UPlaNS die benötigten Daten an das Gesamtsystem liefern zu können (insbesondere Massnahmenvorschläge), muss das EDV-Instrument VIA-PMS entsprechend angepasst werden. Zielsetzung Folgende Ziele sollen mit der Unterhaltsplanung Strassenoberbau erreicht werden: Überblick über den Zustand des Strassenoberbaus auf den Nationalstrassen. Aussagen zur Zustandsentwicklung des Strassenoberbaus auf den Nationalstrassen. Ermittlung der wirtschaftlich optimalen Unterhaltsmassnahmen aus der Sicht des Betreibers für das Teilsystem Strassenoberbau.

18 10 Liefern der im Fachkonzept Gesamtsystem definierten Angaben bezüglich Massnahmenvorschlägen. Entwicklung einer PMS-Anwendung auf der Basis der Software-Applikation Via- PMS unter Berücksichtigung der spezifischen Randbedingungen von UPlaNS. Entwicklung im Rahmen der neuen Programmversion Via-PMS unter grösstmöglicher Benutzung der bisherigen Schnittstellen zu STRADA-PMS. Entwicklung unter Berücksichtigung der aktuellen Änderungen bei der Norm zur Zustandserfassung und Bewertung von Fahrbahnen, insbesondere bezüglich Umkehrung der Werte-skala und der stärkeren Gewichtung der bisherigen Hauptgruppen der visuellen Zustandserfassung. Vorgehen und Grundelemente Vorgehen Beim gewählten Vorgehen ging es primär darum, die durch UPlaNS vorgegebenen Randbedingungen bezüglich ihrer Modellierung im PMS-Konzept zu untersuchen sowie technische und ökonomische Entscheidungskriterien im Einklang mit der UPlaNS-Philosophie zu definieren. In der Folge hat sich die Arbeit in die folgenden Schritte gegliedert: Festlegung Beurteilungseinheit (Festlegung PMS-Objekte) Zustandserfassung und beurteilung (Beurteilung der Datenlage und Auswahl von Zustands-indices) Prognose Zustandsentwicklung (provisorische Wahl von Verhaltensmodellen) Massnahmenvarianten (Festlegung einer Auswahl von Unterhaltsmassnahmen, Ermittlung von Einheitskosten für die Unterhaltsmassnahmen, Ausarbeitung von Regeln für die Festlegung des Anwendungsbereiches von Massnahmen) Bewertung der Massnahmenvarianten (Festlegung der Optimierungskriterien, Aufbau der Systemkonfiguration in Via-PMS) Aufbereitung einer Testdatei mit den Daten der ganzen Nationalstrasse N2 Probelauf des Systems

19 11 Grundelemente Das EDV-Instrument, welches die Planung der Unterhaltsmassnahmen ermöglicht, besteht aus den folgenden vier Modulen: STRADA-DB, STRADA-VIEW, STRADA- PMS und VIA-PMS. Die Funktionen und Anwendungen der Module sind im folgenden beschrieben. Um eine Optimierung durchzuführen, benötigt die Software VIA-PMS verschiedene Daten der Strassendatenbank (STRADA-DB). Diese Daten sind nicht direkt in VIA- PMS übertragbar und müssen deshalb zuerst transformiert werden. Das Modul STRADA-PMS dient als Transformations-Applikation zwischen der Datenbank STRADA-DB und der Applikation VIA-PMS. Das Zusammenspiel der vier Module lässt sich auf folgende Art darstellen: STRADA-DB STRADA-PMS STRADA-VIEW VIA-PMS Abbildung 3: Zusammenspiel der EDV-Module des PMS STRADA-DB STRADA-DB ist eine Strassendatenbank, welche sämtliche Basisangaben zum Strassenoberbau und zur Bestimmung von Unterhaltsmassnahmen enthält. Im Allgemeinen muss diese Datenbank die Merkmale der Strassenelemente, deren struktureller und funktionaler Zustand sowie sämtliche Ereignisse und Aktivitäten, welche den Unterhalt und die Benützung der Strasse beeinflussen, beschreiben können. Zudem müssen sämtliche Informationen räumlich eindeutig zugeordnet werden können. Dazu ist ein räumliches Basisbezugssystem definiert worden. Die Datenbank berücksichtigt die gesamtschweizerischen Bedürfnisse sowie die Besonderheiten der einzelnen Kantone. Sie stellt den gemeinsamen Kern der verschiedenen Strassendatenbanken der Kantone und des ASTRA dar. STRADA-PMS Das Modul STRADA-PMS ist notwendig, um folgende Schritte auszuführen: Die Bestimmung von PMS-Objekten (=Abschnitte), die im Hinblick auf die Definition von Unterhaltsmassnahmen homogen sind. Die Zusammenfassung (Aggregierung) der Zustandswerte innerhalb der PMS- Objekte.

20 12 Die Übertragung der Grunddaten von STRADA-DB ins Modul VIA-PMS. STRADA-VIEW STRADA-VIEW ist ein graphisches Modul, um die Informationen der Strassendatenbank STRADA-DB zu visualisieren (Strassenverlauf mit Kartenhintergrund, Referenzsystem/Achsen). Die Software basiert auf dem Programm ArcView. VIA-PMS VIA-PMS ist eine spezifische Applikation des PMS, welche eine Optimierung der Planung der Unterhaltsmassnahmen auf Strassennetzen erlaubt. Dieses Produkt wurde in Kanada durch die Firma Deighton entwickelt und wird in Europa durch die Firma Viagroup vertrieben. Diese Applikation ist betriebsfähig, wenn folgende Basiselemente erfasst sind: Strassennetz Um ein Unterhaltsprogramm für ein Strassennetz zu erstellen, ist eine Unterteilung in vordefinierte, homogene Abschnitte notwendig. Diese Unterteilung erfolgt im Modul STRADA-PMS bei der Festlegung der PMS-Objekte. Zustand des Strassenoberbaus Für jeden Strassenabschnitt des Netzes muss der Zustand erhoben werden. Dieser wird mit verschiedenen Indices beschrieben, wobei die Erhebung des Zustands des Strassenoberbaus auf visuelle Art oder mit Hilfe von Messgeräten mit grosser Leistungsfähigkeit erfolgt. Zustandsentwicklung Die Entwicklung des Zustandes ist anhand jedes einzelnen Zustandsindices abzuschätzen. Dazu müssen Zustandsentwicklungsmodelle vorhanden sein, die für jeden zukünftigen Zeitpunkt den Zustand des Abschnittes prognostizieren lassen. Unterhaltsmassnahmen Die verschiedenen Unterhaltsmassnahmen, welche für ein bestimmtes Netz in Betracht gezogen werden, sind zu definieren. Neben der Bezeichnung der Massnahme sind weitere Parameter (Einheitskosten, Wirkungsdauer, Masseinheit,...) sowie die Auswirkungen der Massnahmen auf die einzelnen Zustandsindices im Sinne von Zustandsverbesserungen zu bestimmen. Anwendungsbereich der Unterhaltsmassnahmen Für jede Unterhaltsmassnahme ist es notwendig, ihren Anwendungsbereich zu definieren. Dies bedeutet, dass für die einzelnen Indices Schwellenwerte festzulegen sind, bei deren Überschreitung eine Massnahme vorgeschlagen wird. Optimierungsprozess von VIA-PMS Durch die Ausführung einer Unterhaltsmassnahme auf einem Abschnitt wird sein Zustand verbessert. Die dadurch erreichte Verbesserung wird als Nutzen betrachtet.

21 13 Über den Betrachtungshorizont ist der Nutzen der Unterhaltsmassnahme die schraffierte Fläche zwischen der unteren Entwicklungskurve ohne Massnahme und der oberen Kurve, die sich durch die Ausführung der Massnahme ergibt (vgl. Abbildung 4). Zustand Massnahme Nutzen Betrachtungshorizont Abbildung 4: Nutzen einer Unterhaltsmassnahme Die Optimierung bei VIA-PMS besteht darin, für die Gesamtheit aller vorgeschlagenen Massnahmen den Gesamtnutzen bezüglich des Zustandes des Strassenoberbaus zu maximieren. Die Ergebnisse der Massnahmenoptimierung durch VIA-PMS können auf zwei Arten dargestellt werden: Resultate in Form einer Liste mit den vorgesehenen Massnahmen, welche in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Mittel den maximalen Gesamtnutzen ergeben. Resultate in Form von graphischen Darstellungen, welche die Auswirkungen der Massnahmen auf das Gesamtnetz (Entwicklung des Zustandes über die Zeit) und auf die Kosten (Abschätzung des Mittelbedarfs) aufzeigen. Zeit

22 14 Ergebnisse und Stand der Arbeiten Die EDV-Instrumente STRADA-DB, STRADA-PMS, STRADA-VIEW und VIA-PMS sind beim ASTRA installiert und betriebsbereit. Die Anpassung des Moduls VIA-PMS für das Nationalstrassennetz befindet sich in der Endphase. Sie erfolgte im Hinblick auf die Bedürfnisse des UPlaNS- Gesamtsystems, um die gewünschten Massnahmenvorschlags-Varianten für die einzelnen PMS-Objekte liefern zu können. Eine versuchsweise Anwendung konnte für den Abschnitt Bulle-Rossens (Kt. FR) erfolgreich durchgeführt werden. Ein umfangreicherer Test mit der definitiven Konfiguration ist für die gesamte N2 in Bearbeitung. Das Teilsystem Strassenoberbau ist heute in der Lage, dem UPlaNS-Gesamtsystem die Massnahmenvorschlags-Varianten für jedes PMS-Objekt zu liefern. Allerdings ist mit dem aktuellen Format der Massnahmenvorschlags-Varianten im Teilsystem PMS noch kein direkter Datentranfer zum UPlaNS-Gesamtsystem möglich. In den folgenden Abschnitten wird beschrieben, wie die benötigten Grundelemente für das Modul VIA-PMS definiert wurden. Strassennetz Um STRADA-PMS auf ein Strassennetz anwenden zu können, muss das Strassennetz in Abschnitte unterteilt werden. Die Abschnitte sind bezüglich funktionalen und strukturellen Merkmalen homogen. Diese Strassenabschnitte werden weiter unterteilt in PMS-Objekte. Diese stellen Elemente für mögliche einheitliche Massnahmen dar. Optimal ist es, wenn diese PMS-Objekte in Abhängigkeit des Zustands des Strassenoberbaus bestimmt werden. Im Rahmen des Projektes UPlaNS wurden die PMS-Objekte nicht in Funktion des Zustands, sondern unter Berücksichtigung folgender Parameter bestimmt: Verkehrsaufkommen Fahrtrichtung Objekte erstrecken sich über die ganze Strassenbreite Länge eines Objektes: ca. 3 km Kunstbauten ab ca. 300m bilden ein separates Objekt Um das Verkehrsaufkommen zu bestimmen, wurden die Angaben aus der ASTRA- Publikation «INFO 2000» als Grundlage beigezogen. Es handelt sich um die Daten der automatischen Strassenverkehrszählung. Mit Hilfe dieser Angaben konnte der Verkehr (DTV = Durchschnittlicher Tagesverkehr) zwischen zwei Verzweigungen abgeschätzt werden. Eine Anpassung des Verkehrsaufkommens ist derzeit nicht vorgesehen, kann aber für das Jahr 2005 in Betracht gezogen werden. Bei der Definition des DTV der PMS-Objekte wurde von einer Fahrtrichtungs- Aufteilung von 50%:50% und von einem mittleren Anteil von 4% Schwerverkehr ausgegangen. Schematisch lässt sich die Definition der PMS-Objekte auf folgende Weise darstellen:

23 15 DTV Zählstation DTV Aufteilung bei Verzweigungen Kunstbauten PMS-Objekte PMS-Objekte Aufsicht Abbildung 5: Bildung der PMS-Objekte Zustand Strassenoberbau Für die Beurteilung des Strassenoberbaus werden gemäss der Norm SN fünf Indices unterschieden: I 1 : Oberflächenschäden (visuelle Zustandserhebung) I 2 : Ebenheit in Längsrichtung I 3 : Ebenheit in Querrichtung I 4 : Griffigkeit I 5 : Tragfähigkeit Die Indices werden mit Werten von 5 bis 0 (dimensionslos) quantifiziert. Der Wert 5 stellt einen sehr guten, der Wert 0 einen sehr schlechten Zustand dar. 13) Diese Zustandsinformationen sind für das gesamte Nationalstrassennetz weitestgehend vorhanden. Der Index I 1 wurde 1999 durch die Kantone erhoben. Die Inhomogenität der Resultate erfordert jedoch, dass diese Daten mit Vorsicht zu verwenden sind. Die Erhebung der Indices I 2, I 3 und I 4 erfolgte im Rahmen von flächendeckenden Messungen, welche durch das ASTRA in den Jahren 2000 und 2001 durchgeführt wurden. Der Index I 5 wurde 2002 an kritischen Stellen des Netzes erfasst. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass auf den Nationalstrassen keine Probleme mit der Tragfähigkeit existieren. 13) Im Rahmen der Harmonisierung wird die Bewertung geändert (1: sehr gut; 5: sehr schlecht)

24 16 Zustandsentwicklungsmodelle Die Zustandsentwicklungsmodelle stellen ein sensitives Element des PMS dar. Diese Modelle sind mathematische Formeln, welche eine Voraussage der Zustandsentwicklung (bzw. der Index-Werte) in Abhängigkeit des aktuellen Zustands erlauben. Zur Zeit existieren nur empirische Modelle, welche auf der Analyse von verschiedenen Messkampagnen basieren und nur den zeitlichen Parameter (Alter) berücksichtigen. Es sind Untersuchungen vorgesehen, genauere Modelle zu entwickeln, welche alle relevanten Einflussfaktoren berücksichtigen. Die Formeln für die Berechnung der Zustandsentwicklung lauten: I 1 = min [5, *(Alter)] I 2 = min [5, *(Alter)] I 3 = min [4.8, *log(Alter)] wobei das Alter des Deckbelages verwendet wird 5 4 I2 I1 3 I3 Wert Indices [ ] Alter des Deckbelages Abbildung 6: Zustandsentwicklungsmodelle Für die Indices I 4 und I 5 besteht zur Zeit keine geeignete Formel für die Beschreibung des Alterungsverhaltens, die verwendet werden könnte. Deshalb werden diese Parameter in VIA-PMS als konstant angenommen, was nicht genau der Wirklichkeit entspricht. Unterhaltsmassnahmen Für die Bedürfnisse der Unterhaltsplanung auf Stufe Gesamtnetz wird die Festlegung von drei Massnahmenvarianten als genügend betrachtet. Die folgende Tabelle stellt die drei Massnahmen unter Angabe der Einheitskosten und den jeweiligen Auswirkungen der Massnahme auf die Indexwerte dar:

25 17 Massnahme Kosten [SFr/m 2 ] Auswirkung (Zustand) I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 Fräsen und Einbau eines neuen Deckbelages Teilersatz Totalersatz Tabelle 7: Unterhaltsmassnahmen mit Einheitskosten und Auswirkungen auf den Zustand 14) Die in den Spalten Auswirkung aufgeführten Werte stellen die Index-Werte nach Ausführung der entsprechenden Massnahme dar. Die Information «+1» gibt an, dass sich der Index-Wert um eine Einheit verbessert. (Beispiel: vor Massnahme I 5 = 3.2, nach Massnahme I 5 = 4.2). Regeln für die Anwendung der Massnahmen Damit VIA-PMS Unterhaltsmassnahmen in Abhängigkeit des Zustandes vorschlagen kann, müssen Regeln für die Anwendung der verschiedenen Massnahmen definiert werden. Diese sind abhängig von den verschiedenen Index-Werten (Zustand). Um den Ansprüchen von UPlaNS gerecht zu werden, wurden zwei Regeln definiert: Regel für die Variante «Sicherheit»: Das Prinzip besteht darin, zuzuwarten bis der Zustand des Strassenoberbaus sich soweit verschlechtert hat, dass die Sicherheit nicht mehr gewährleistet ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die entsprechende Massnahme (Sicherheitsmassnahme) vorzuschlagen. Regel für die Variante «Optimum»: Es ist die Variante zu wählen, welche unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden finanziellen Mittel zum maximalen Nutzen beim Zustand führt. Die Variante Optimum wird zeitlich gesehen immer vor der Variante «Sicherheit» ausgeführt. In der folgenden Tabelle sind die Regeln für die Anwendung der drei Massnahmen im Rahmen von UPlaNS dargestellt. Tritt der Fall ein, dass keine der Regel zutrifft, so wird keine Massnahme vorgeschlagen. Regeln für die Anwendung der Massnahmen Sicherheit Optimum Fräsen und Einbau eines neuen Deckbelages I und I 3 > 2.5 I und I 3 > 2.5 oder I 3 > 2.5 Teilersatz I und I und I 2 3 I und I oder I Totalersatz I und I und I 2 < 3 I und I 2 < 3 Tabelle 8: Regeln für die Anwendung der Massnahmen 15) 14) Die Tabellenwerte werden aufgrund der Harmonisierung der Bewertungsskala angepasst.