Dr.-Ing. Robert Stein Geschäftsführender Gesellschafter S & P Consult GmbH Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH

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1 Dr.-Ing. Robert Stein Geschäftsführender Gesellschafter S & P Consult GmbH Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH

2 Was sind die Kanalflüsterer Die Kanalflüsterer sind eine Interessensgemeinschaft, die sich für ein nachhaltiges und effizientes Betriebs- und Instandhaltungsmanagement von Abwassernetzen einsetzt und sich als ein dynamisches Netzwerk versteht, welches offen ist für Ingenieurgesellschaften mit einem hohen Anspruch an Ihre Dienstleistungsqualität in Bezug auf das Netzmanagement solcher urbanen Infrastrukturen.

3 3 Abwasserentsorgung kostet Geld

4 ... falsche Sanierungsstrategien auch! Wertentwicklung der Lehmann Brothers Aktie bis zur Insolvenz der Bank (Schuldenberg von über 200 Mrd. US-Dollar) Quelle: New York Times 4

5 Ausgangspunkt Analyse des Status quo Bestandsaufnahme Zustandserfassung Kosten-Nutzen-Analyse 5

6 Zielpunkt Definition der Zielvorgaben Erhalt des Anlagevermögens Gebührenstabilität Minimierung von Risiken,... 6

7 Prozessoptimierung Ermittlung der optimalen Strategie 7 Substanzerhaltende Strategie Substanzverbessernde Strategie Budgetorientierte Strategie

8 Warum funktionieren Alterungsmodelle nicht?

9 Schadens- & Haltungsbewertung Differenzierte Einzelschadensbewertung Bisherige Systeme: Schadensart und -ausmaß Dichtheit, Schadensstelle Binäre Bewertungslogik STATUS Kanal: + Werkstoff + Durchmesser (in DWA-M berücksichtigt) + Überdeckungshöhe + Grundwasserstand + umgebender Boden + Belastungen + Fuzzy-Logik

10 Bisherige Systeme Schadens- & Haltungsbewertung Differenzierte Einzelschadensbewertung Schadensart: Längsriss Sanierungsdringlichkeit niedrig (SK 1) STATUS - Kanal Ausmaß Werkstoff Grundwasser Durchmesser Tiefenlage Verkehrslast hoch (SK 5) SK 3,0 SK 1,2 1,5 2 mm Beton 500 mm 4 m unterhalb SLW 30 Standsicherheit (g erf = 2,20): g = 2,18 10

11 Bisherige Systeme Schadens- & Haltungsbewertung Differenzierte Einzelschadensbewertung Schadensart: Längsriss Sanierungsdringlichkeit niedrig (SK 1) STATUS - Kanal Ausmaß Werkstoff Grundwasser Durchmesser Tiefenlage Verkehrslast hoch (SK 5) SK 3,0 SK 1, ,5 300 mm 2 m 2 mm Beton unterhalb SLW 30 Standsicherheit (g erf = 2,20): g = 1,08 11

12 12 Differenzierte Einzelschadensbewertung Informationsverlust bei herkömmlicher Vorgehensweise

13 13 Differenzierte Einzelschadensbewertung Kein Informationsverlust

14 Schadens- & Haltungsbewertung Differenzierte Einzelschadensbewertung Abkehr von den strikten Klassengrenzen 14

15 Differenzierte Einzelschadensbewertung Zuordnung der Schutzziele nach DWA M Differenzierung in Bezug auf Schutzziele führt zu einer Vervierfachung der erforderlichen Berechnungen Dichtheit Standsicherheit Betriebssicherheit

16 Ermittlung der vorhandenen Altrohrsubstanz Restnutzungsdaueranalyse Schadensbewertung vs. Haltungsbewertung Zustandsklasse (Priorität) Maßstab für die gegenwärtige Funktionserfüllung Sanierungspriorität Berücksichtigung des schwersten Einzelschadens Substanzklasse (Sanierungsart) Maßstab für die verbleibende Funktionserfüllung Abnutzungsvorrat / technische Restnutzungsdauer + Sanierungsart Berücksichtigung von Schadensschwere, Schadensverteilung und Schadensausmaß

17 Grundlagenermittlung für Strategieprognosen Ermittlung der Substanz(klasse) als Entscheidungsgrundlage für die Sanierungsart. SW = WBW (1 Alter Nutzungsdauer ) mit SW Substanzwert [DWA-M 143 Teil 14] WBW Wiederbeschaffungswert 17

18 Substanzbewertung als Basis für eine Restnutzungsdaueranalyse Nur die SUBSTANZBEWERTUNG ermöglicht eine ingenieurmäßige Auswahl der Sanierungsalternativen REPARATUR, RENOVIERUNG und ERNEUERUNG Substanzklasse (Sanierungsart) Maßstab für die verbleibende Funktionserfüllung Abnutzungsvorrat / technische Restnutzungsdauer + Sanierungsart Berücksichtigung von Schadensschwere, Schadensverteilung und Schadensausmaß

19 19 Alterungsmodellierung Blick in die Zukunft

20 Alterungsmodellierung Clusterbildung Segmentieren des Netzes in Cluster ähnlichen Alterungsverhaltens 20

21 Überlebenswahrsheinlichkeit Lebensdauerwahrscheinlichkeit Überlebenswahrscheinlichkeit Alterungsmodellierung Clusterbildung Segmentieren des Netzes in Cluster ähnlichen Alterungsverhaltens 6% 100% 90% 5% 80% 70% 4% 60% 50% 3% 40% 30% 2% 20% 10% 1% 0% 0% Alter [Jahre] Alter [Jahr]

22 Alterungsmodellierung Zustands- und Substanzüberlebensfunktion

23 23 Alterungsmodellierung Zustands- und Substanzüberlebensfunktion

24 24 Alterungsmodellierung Substanzüberlebensfunktion Betonkanäle

25 Alterungsmodellierung Mathematisches Prognosemodell NUR durch ein Markov-Ketten Modellansatz können Alterungswahrscheinlichkeiten bei verstetigten Bewertungssystemen prognostiziert werden. Grundlage sind unidirektionale Semi- Markov-Ketten Bestimmen der Übergangswahrscheinlichkeiten einer Haltung in die nächste Zustands- bzw. Substanzklasse Bestimmung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten einer Haltung in den Zustands- bzw. Substanzklassen 25

26 Mathematisches Prognosemodell Substanzentwicklung (Beispiel inspizierte Haltung) Wahrscheinlichkeiten Substanzklasse 1 Substanzklasse 2 0.4% 100% Substanzklasse 3 2.0% 80% Substanzklasse % 60% Substanzklasse % 40% 20% 0% F Ausfall (Failure) 67.0%

27 27 Alterungsmodellierung Prognose Ist-Zustand 2013

28 28 Alterungsmodellierung Prognose Ist-Substanz 2013

29 STATUS Leistungsumfang Strategieentwicklung und Auswertung Aging Models, Survival Functions and Forecast Differentiated Defect- and Section Assessment Data Management & Plausibility Analysis

30 Strategieentwicklung 30 Das Alterungsmodell muss im Rahmen der Strategieentwicklung und optimierung beliebige komplexe Entscheidungsbäume, die den Entscheidungsprozess des AG bei seiner Sanierungsstrategie wiederspiegeln, abbilden können. Parameter von diversen Entscheidungsbäumen können neben der Zustands- und Substanzklasse u.a. sein: Stand der Abschreibung (Baujahr), Art des Entwässerungssystems, Räumliche Position im Entwässerungsgebiet, Position der Haltung zum Grundwasser, Hydraulische Auslastung, Altrohrwerkstoff, Überdeckungshöhe, Durchmesser, Kombination mit Großmaßnahmen bzw. anderen Sparten, Abwasserbeschaffenheit, etc.

31 Anzahl Haltungen Investitionsbedarf Mio. Euro] Strategieentwicklung Restnutzungsdauer [Jahre] Verteilung der verbleibenden Restnutzungsdauer in Bezug zur Anzahl der Haltungen Restnutzungsdauer [Jahre] Verteilung der Restnutzungsdauer in Bezug auf Investitionsbedarf (Erneuerung) 31

32 Strategieprognosen Prognose der Sanierungsdringlichkeit 72 % 10 % 32

33 Strategieprognosen Prognose des Substanzentwicklung 78 % 38 % 33

34 Anteil am WBW Barwert [Mio ] Strategieprognosen Prognose des ROI Budget pro Jahr 2,0 % 3,1 % 4,0 % Investitionen Reale (monetarisierte Investition aus Substanzklassen monetraisiertem (Substanzwert) und und Instandhaltungskosten) Instandhaltungskosten 0% -5% -10% -15% -20% -25% -30% -35% -40% -45% % Prognosejahr 34 Budget 2.0 Mio / Jahr Budget 3.1 Mio / Jahr Budget 4.0 Mio / Jahr Budget: 2 % WBK Budget: 3,1 % WBK Budget: 4 % WBK

35 Die Erfahrungen eines Bürgermeisters Zukunft ist Vergangenheit: Es ist im hohen Maße relevant, wie das Kanalnetz entastenden ist und wie es fortgeschrieben wurde Endliche eine der Bedeutung angemessene Entscheidungsgrundlage für die nächsten 10 bis 25 Jahre 35

36 Die Erfahrungen eines Bürgermeisters Ganz ehrlich: Wir wussten nicht ob wir richtig oder falsch liegen Jetzt wissen wir, wie wir richtig liegen! 36

37 Die Erfahrungen eines Bürgermeisters Keine unsachliche / nicht fundierte Diskussion, lediglich Diskussion der Zieldefinition Wie und in welchem Zustand soll unser Kanalnetz sein? Gemeinderat kann seine Richtlinienkompetenz verantwortbar ausüben Verwaltung hat belastbares Argumentations- und Arbeitswerkzeug 37

38 Anwendungen Düsseldorf Fläche: 217 km² Bevölkerung: Länge Abwassernetz: km 38

39 Anwendungen Stuttgart Fläche: 207 km² Bevölkerung: Länge Abwassernetz: km

40 Anwendungen Dortmund Fläche: 280 km² Bevölkerung: Länge Abwassernetz: km 40

41 Anwendungen Bremen Fläche: 325 km² Bevölkerung: Länge Abwassernetz: km 41

42 42 Literaturempfehlungen