Fahrweginstandhaltung Theorie und Praxis

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1 Technische Universität Graz Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft Fahrweginstandhaltung Theorie und Praxis Peter Veit TU Graz I Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft I Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Peter Veit Zürich,

2 Theorie Praxis Nach stürmischen Entwicklungsjahren in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts ist der Fahrweg in seinen Grundprinzipien weitgehend stabil. 1 Theorie 1. Der Fahrweg ist in seinem Verhalten bekannt, die Instandsetzung daher überall weitgehend ähnlich Unterschiede ergeben sich nur durch unterschiedliche Parameter (Trassierung, Belastung, Unterbau, ) Praxis Es existiert (noch) eine sehr umfangreiche und qualitative Erfahrung. Diese ist jedoch nicht in funktionales Wissen umgesetzt und existiert großteils nur in den Köpfen der Know How Träger.

3 Lösungsansatz 2 Beginnend mit 1996 wurden sogenannte Standardelemente definiert, die spezifisch für verschiedene Randbedingungen (Parametermix) die Erfahrungen zusammenfassten und so eine Basis für Arbeitszyklen schafften. guter Unterbau 400<R<600 zweigleisig GBT/Tag und Gleis Schienenprofil Stahlgüte E1 R260 Nutzungsdauer Neulage 1 Durcharbeitung Kleinteilewechsel 1 1 Schleifen Schienenwechsel 0,3 Stoßpflege Zwischenlagenwechsel Investition Parametermix des Standardkilometers Nutzungsdauer Mängelbehebung 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0, ,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 geplante Instandhaltung ungeplante Instandhaltung Daten = verifizierte Übersetzung der Erfahrung Kalkulation der Arbeiten inklusive der verursachten Betriebserschwerniskosten à Lebenszykluskosten

4 Theorie Praxis 3 Theorie 2. Re-Investition und Instandsetzung werden als Teile einer Fahrwegstrategie verstanden, die auf funktionalem Wissen des Verschlechterungsverhaltens des Fahrwegs basiert. Praxis Sowohl in Planung als auch Budgetierung, teilweise auch in den zuständigen Organisationseinheiten, wird (Re-)Investition und Instandhaltung getrennt behandelt. Auf dem Weg zu einer Europäischen Währung, gibt es zudem schwer konvertiertbare Investitions- und Instandhaltungsgelder. Verschlechterungsverhalten als Entscheidungsbasis stellt die Ausnahme dar.

5 Lösungsansatz 4 Nach Implementierung der Standardelemente und darauf basierenden Fahrwegstrategien ( ) wurde am Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft der TU Graz ein Forschungsbereich Gleislageverhalten ins Leben gerufen. Ein gutes Gleis verhält sich gut, ein schlechtes verfällt schneller. Kostenstrukturen und -funktion Verschlechterungsrate hängt vom aktuellen Qualitätslevel ab Qualitätsverhalten des Gleises Q (t) = Q 0 b e t Betriebserschwerniskosten Investition + Instandhaltung = LCC

6 Theorie Praxis 5 Theorie 3. Zur Generierung dieses Wissens sind sämtliche Daten vom Messwagen bis hin zu manuellen Eintragungen in einer konsistenten Datenbank versammelt. Diese Datenbank umfasst u.a. Messwagendaten, Daten zum Oberbautyp, Alter, realisierten Instandhaltungsarbeiten, Entwässerung, Unterbau, Trassierung, Einbauten und die Verkehrsbelastung. Diese Informationen liegen in Zeitreihen vor. Trendanaly-sen sind Stand der Technik. Praxis Die Daten des Messwagens liegen mit den aktuellen Daten in Datenbanken vor, kaum jedoch in Zeitreihen. Zudem existieren eine Reihe von zur Analyse wesentlichen Informationen, die teilweise in diese Datenbank integriert werden, zu einem erquicklichen Teil aber noch immer in Form von Excel- Sheets verschiedener Organisationseinheiten vorliegen, wobei oft ihre Existenz gar nicht generell bekannt ist. Kaum Zeitreihen à kaum Trendanalysen

7 Lösungsansatz 6 Aufbauend auf den Daten neuen Messwagens der ÖBB (2000) wurde eine entsprechende Datenbank aufgebaut. Messwagendaten seit 2000 ~ km durchgehendes Hauptgleis (Kernnetz) der ÖBB Qualitätsverlauf aus Regression der Messwerte Zeit Gleislagequalität Gleisarbeit Q(t) = Q n e b n t

8 Theorie Praxis 7 Theorie 4. Sicherheitsrelevante Grenzwerte treten in den Hintergrund (Exceptional Report), da sie bei umgesetzten Strategien eigentlich gar nicht erreicht werden können. Praxis Sicherheitsgrenzwerte, Erfahrung und Messwerte, in dieser Reihenfolge, bilden das Rückgrat zur Festlegung von Fahrwegstrategien. Fahrwegstrategien zielen daher nicht auf sicherheitsrelevante Grenzwerte ab, da in diesem Fall kein Rektionsspielraum bestünde. Eingriffschwellen sind als wesentliche Stellschraube für eine wirtschaftliche Instandsetzung erkannt und variieren daher stark (Belastung, Geschwindigkeit, Alter ). Eingriffschwellen sind nicht vom Alter des Oberbaus abhängig.

9 Lösungsansatz 8 Die Analysen des Gleisverhaltens zeigen die hohe Bedeutung der Eingriffsschwellen für die erreichbare Nutzungsdauer und damit eine wirtschaftliche Optimierung.

10 Theorie Praxis 9 Dieses auf diesen Informationen basierende Verständnis erlaubt folgende Vorgangsweise: Theorie Praxis 1. Den langen Nutzungsdauern des Fahrwegs entsprechend basieren sowohl Strategien als auch aktuelle Maßnahmenentscheide auf Lebenszykluskostenbetrachtungen. Nachhaltigkeit, Lebenszykluskosten und Life-Cycle-Management sind häufig gebrauchte Schlagworte. Oft werden Lebenszykluskosten jedoch als Mittelwert der Kosten einiger Jahre verstanden. Die durchschnittlichen Jahreskosten entsprechen jedoch nur im Idealfall den durchschnittlichen Lebenszykluskosten, nämlich nur falls die Nutzungsdauer bekannt ist und ein eingeschwungener Zustand vorliegt.

11 Theorie Praxis 10 Theorie 2. Die Analysen der Lebenszykluskosten haben gezeigt, dass eine Steigerung der Qualität der einzige Weg zur Kostenreduktion des Fahrwegs ist. Praxis Diese Tatsachen sind weitgehend anerkannt, führen aber nicht immer zur Umsetzung der entsprechenden Maßnahmen. Qualität wird dabei als aktueller Messwert und sein Verhalten über die Zeit verstanden. Kontinuität des Fahrwegs ist als weiteres wesentliches Qualitätskriterium erkannt.

12 Lösungsansatz 11 Schon die Analyse der Zusammensetzung der Lebenszykluskosten legt wegen der Dominanz der Abschreibung eine Verlängerung der Nutzungsdauer nahe und die ist nur durch gesteigerte Ausgangsqualität möglich. 140% 120% 100% 100% Zusammensetzung der normalisierten Jahreskosten 120% 113% Gesamt LCC Abschreibung Betriebserschwerniskosten Instandhaltung 80% 68% 60% 40% 20% 0% Basis 2007 Liegedauerverlängerung durch Dauerlangsamfahrstellen Minimalinstandhaltung Liegedauerverlängerung durch Schwellenbesohlung Nutzungsdauerverlängerung auf Kosten der Qualität (Langsamfahren) ist unwirtschaftlich. Einsparungen in der Instandhaltung auf Kosten der Nutzungsdauer sind ebenfalls unwirtschaftlich. Nur eine Steigerung der Anfangsqualität führt zum Ziel.

13 Theorie Praxis 12 Theorie 3. Zur Umsetzung der Maßnahmen stehen ausreichende Gleissperren zur Verfügung, die sinnvolle Bauabschnittslängen möglich machen. Praxis Kurze Sperrpausen führen zu hohen Realisierungskosten der Gleisarbeiten und gleichzeitig einer hohen Anzahl an potentiellen Störstellen. Längere Sperrpausen hingegen stören den Regelbetrieb. Eine Optimierung erfolgt auf Verhandlungsbasis meist ohne Berücksichtigung der involvierten Kosten ( diese Sperrdauer ist technisch erforderlich versus das ist ein heiliger Zug ).

14 Lösungsansatz 13 Kosten von Gleisarbeiten können für verschiedene Sperrpausen und damit Bauabschnittslängen bestimmt werden. Betriebserschwerniskosten können für verschiedene Streckenbelastungen kalkuliert werden. Das anzustrebende Optimum lässt sich damit als Minimum der Summe von Baukosten und Betriebserschwerniskosten identifizieren. Kalkulation der Standardarbeiten für verschiedene Sperrpausen Betriebssimulationen für verschiedene Sperrpausen auf Referenzstrecken Berechnung der Betriebserschwerniskosten Bestimmung minimaler Einheitskosten

15 Theorie Praxis 14 Theorie 4. Die zur Verfügung stehenden Budgets entsprechen den technisch-betrieblich und damit wirtschaftlich als zielführend identifizierten Strategien. Die stabilen Budgets erlauben stabile Planungen. Praxis Die Staaten definieren ein zu betreibendes Eisenbahnnetz, finanzieren die Infrastruktur jedoch oft unzureichend. Dies führt zum Verschieben des Aufwands in der Zukunft. Ist das Netz einmal an seinen qualitativen Grenzen angekommen, sind weit höhere Mittel erforderlich, um das Netz betriebsfähig zu halten, wobei in diesem Zusammenhang das Netz oft redimensioniert wird. Beispiele sind der Konkurs von Railtrack oder die Re-Investitionsschübe in Dänemark und Frankreich.

16 Lösungsansatz 15 Zur Bestimmung der wirtschaftlich optimalen Nutzungsdauer werden die Annuitäten für verschiedene Nutzungsdauern bei prognostiziertem Instandhaltungsbedarf berechnet. Zeigt die Annuität ihr Minimum ist der optimale Re-Investitionszeitpunkt und damit die wirtschaftlich optimale Nutzungsdauer erreicht. Optimaler Re-Investitionszeitpunkt

17 Lösungsansatz 16 Mittels eines funktionierenden Life-Cycle-Management kann mittelfristig auch eine Mängelwirtschaft umgesetzt werden. Geringer Anstieg der Annuitätenkurve geringer Schaden bei Verschiebung der Maßnahme Starker Anstieg der Annuitätenkurve hoher Schaden bei Verschiebung der Maßnahme Es kommt jedoch der Zeitpunkt an dem es nur mehr zwei Möglichkeiten gibt: 1. Das Budget an das Netz anzupassen. 2. Das Netz an das Budget anzupassen.

18 Zusammenfassung 17 Wissenschaftliche Modellbildung Realität Modell Das Gleis ist ungemein geduldig, reagiert nicht sofort auf zu wenig Pflege. Das Gleis hat aber ein enormes Gedächtnis. Es merkt sich zu wenig Pflege. Und wenn das Gleis einmal reagiert, ist es für zusätzliche Pflege zu spät. Man kann den Elefanten nicht ändern, daher müssen wir auf seine Eigenschaften reagieren. Kurzfristeinsparungen sind sehr attraktiv, die Eisenbahn wird aber dadurch mittelfristig unfinanzierbar.

19 Technische Universität Graz Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft Danke für Ihre Aufmerksamkeit TU Graz I Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft I Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Peter Veit Zürich,