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Konzeption eines Managementsystems zur Bauwerkserhaltung

©2005 Diplomarbeit 123 Seiten

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Bei der Aufstellung einer Zielhierarchie für die Entwicklung eines Brückeninstandhaltungssystems hat sich gezeigt, dass eine isolierte Betrachtungsweise einzelner instandhaltungsbedürftiger Bauwerke keine befriedigende Lösung bringt.
Die Instandhaltung von Brücken muss vielmehr in das Gesamtsystem „Bauwerksmanagement“ eingeordnet werden, welches die kompletten Lebenszyklen mehrerer Bauwerke vom Entwurf bis zum Abriss umfasst. Aber auch auf dieser bauwerksbezogenen Netzebene kommt man zu der Erkenntnis, dass ein Bauwerks-Management-System nur einen Teilbereich im Gesamtsystem „Straße“ vertritt und für seine eigenen netzbezogene Bewertungen aufgrund der fehlenden bauwerksunabhängigen Netzdaten und weitläufige Einflüssen mit weiteren Managementsystemen bzw. Datenbanken verknüpft werden muss.
Zudem schließen eine Vielzahl unterschiedlicher Zielkriterien und Grundlagen ein einziges Gesamtsystem für Straßen und Brücken aus.
Allerdings gibt es auch zwischen den Brückenmanagementsystemen grundlegende Unterschiede die meist auf externen Faktoren beruhen. So waren z.B. neben den teilweise überholten und stark vereinfachten Algorithmen die geografischen, klimatischen und politischen Bedingungen in verschiedenen Staaten die Hauptgründe gegen eine Annahme bestehender Brückenmanagementkonzepte.
Neben der Entwicklung eines Bauwerks-Management-Systems waren für dessen Grundlage bzw. Verbesserungen weitere Einflüsse und allgemeine Praktiken/ Definitionen aus dem Instandhaltungswesen, der Schadensforschung, der Betriebswirtschaft und der benachbarten Managementsysteme zu untersuchen.
Nach der Ermittlung der Kenngrößen und der daraus abgeleiteten Kriterienfindung für den Ansatz eines ablauffähigen Instandhaltungsmodells musste eine Abgrenzung vom theoretischen „Ideal“ zu einem umsetzbaren Bewertungssystem getroffen werden, denn die komplexen und individuellen Bauwerksstrukturen und Baustoffe lassen (derzeit) eine allgemeingültige mathematische Berücksichtigung aller Einflussfaktoren nicht zu.
Dennoch sollte es nach einer mehrjährigen Entwicklungs- und Realisierungsphase möglich sein, durch die Verknüpfung speziell angepasster Nutzungsdauermodelle, Schadensmodelle, Kosten-Nutzen-Modelle, projekt- bzw. netzbezogene Erhaltungsmodelle und einheitlichen Datenbanken bzw. Datenformate unter objektiven Gesichtspunkten Bauwerkszustände, optimale Maßnahmezeitpunkte, geeignete Maßnahmevarianten und Prioritätenreihung sowie die mittel- und […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis


Inhaltsverzeichnis

Aufgabenstellung

1 Einführung
1.1 Ingenieurbauwerke - Bestand, Erhaltung und Prognose
1.2 Vorgehensweise

2 Grundlagen
2.1 Bestehende Regelwerke und Vorschriften in der Brückeninstandhaltung
2.2 Entwicklung und Organisation der Bauwerksinstandhaltung in Deutschland
2.3 Bewertung der Bauwerkszustände nach der RI-EBW-PRÜF
2.4 EDV-gesteuerte Bauwerksinstandhaltung mit Kostenüberwachung
2.5 Umfragen der TH Darmstadt bei Landschaftsverbänden & beim Bundeseisenbahnamt
2.5.1 Wahl der Erhaltungsstrategie
2.5.2 RI-EBW-PRÜF 88/ Bedarfsleiste
2.5.3 Kosten und Kostenschätzung
2.5.4 Brückenprüfungen bei der Deutsche Bundesbahn (1988)
2.6 Zusammenfassung der Umfragen/ Bewertung der bestehenden Systeme
2.7 Aktueller Entwicklungsstand des dt. Bauwerks-Management-Systems

3 Anforderungen und Zielsetzungen im Bauwerksmanagement
3.1 Aufgabenbereiche eines Managementsystems zur Bauwerkserhaltung
3.1.1 Die statisch-konstruktive Ebene
3.1.2 Analysen auf Projektebene
3.1.3 Die politische Ebene
3.2 Anforderungen und Zielsetzungen der Straßenbaulastträger an ein BMS
3.3 Rahmenbedingungen und Schwerpunkte eines Bauwerkserhaltungssystems
3.4 Zielhierarchie eines Bauwerkserhaltungssystems nach Schubert
3.4.1 Leitziel des Brückenmanagements
3.4.2 Oberziel „Planung und Ausführung von Neubaumaßnahmen“
3.4.3 Oberziel „Erhaltung des Gebrauchtwerts vorhandener Bauwerke“
3.4.4 Oberziel „Abriss von Brückenbauwerken“
3.4.5 Kenngrößen für den Aufbau eines Bauwerkserhaltungssystems

4 Instandhaltung/ Instandhaltungsmanagement
4.1 Beschreibung der systematischen Instandhaltung
4.1.1 Beeinflussen der Schädigungsgeschwindigkeit
4.1.2 Instandhaltungsgerechtes Konstruieren
4.1.3 Definition und Wahl der Instandhaltungsstrategie
4.1.4 Leitziel einer Instandhaltungsstrategie
4.2 Das Wesen der Instandhaltung: Überwachen - Erhalten - Wiederherstellen
4.2.1 Erhaltung des Gebrauchtwerts
4.2.2 Regelmäßige Inspektion
4.2.3 Laufende Unterhaltung
4.2.4 Gezielte Instandsetzung

5 Definition und Zuordnung der Schäden und Schadensursachen
5.1 Einteilung der typischen Bauwerksschäden
5.2 Schadensursachen und Zustandsentwicklungen an Baustoffen und Bauteilen
5.2.1 Zustandsentwicklung der Bauteilgruppe „Überbau“ (Beton)
5.2.2 Schäden an Stahlbrücken
5.2.3 Schäden an Stahlverbund- und Steinbrücken
5.2.4 Zustandsentwicklung der Bauteilgruppe „Verschleißbauteile“
5.2.5 Schäden an der Brückentafel
5.2.6 Schäden an Fahrbahnübergängen
5.2.7 Fahrbahnschäden

6 Bereitstellung von Informationen für objekt- und netzbezogene Analysen
6.1 Administrative und technische Daten
6.1.1 Bauwerksdaten
6.1.2 Tragfähigkeit und Verkehrsaufkommen
6.1.3 Benötigte Inspektionsdaten
6.2 Variable Daten
6.2.1 Wartungsdaten
6.2.2 Schadensdaten
6.2.3 Kostendaten
6.3 Statistische Analysen

7 Bewertungsmodelle für Zustände, Ausfälle, Prioritätsreihungen und Eingreifzeitpunkte
7.1 Stochastische Modelle bei unbekanntem Ausfallzeitpunkt und/ oder Ausfallverteilung
7.2 Beurteilung des Prioritätsmodells nach Kraft
7.3 Wertung der Hitzel-Dringlichkeitsreihung
7.4 Ermittlung des technisch optimalen Eingreifzeitpunkts nach Haardt
7.5 Ermittlung des wirtschaftlichen Eingreifzeitpunkts bei blockweisem Ersatz (Schubert)
7.6 Ermittlung des Eingreifzeitpunkts nach der optionalen Strategie (Schubert/ Streicher)
7.7 Zyklische Auswertungen & Erstellung der Erhaltungsprogramme nach Kraft

8 Schadensmodelle für Brückenbauwerke
8.1 Schadens- bzw. Maßnahmekataloge
8.2 Ansätze zur Entwicklung von Brückenschadensmodellen
8.2.1 Definition der Bauelemente
8.2.1.1 Bauwerke
8.2.1.2 Brückenbaustoffe
8.2.2 Definition der Zustände
8.2.3 Wahl der Maßeinheiten (pro Element)
8.2.4 Entwicklung von Schadensfunktionen (pro Element)
8.3 Entwicklung von Schadensfunktionen auf Projektebene

9 Betriebswirtschaftliche Bewertung von Instandhaltungsmaßnahmen
9.1 Kapitalisierter Restwert
9.2 Kostenerfassung/ -kataloge: Kosten für Baulastträger, Nutzer, Dritte
9.2.1 Kosten der Bauwerksinstandhaltung
9.2.2 Kosten der Bauwerksprüfung
9.2.3 Kostenkennzahlen für Brückenbauwerke
9.2.4 Kostenkataloge
9.3 Finanzielle und personelle Kapazitäten
9.4 Maßnahmenbündelung/ Kombinationsmöglichkeiten
9.5 Kapitalisierung von Kosten und Nutzen
9.5.1 Die Nutzwertanalyse
9.5.2 Die Kostenanalyse
9.5.3 Die Kosten - Nutzen - Analyse
9.5.4 EWS-/ BVWP-Bewertungsverfahren

10 Bauliche und funktionale Lebensdauer
10.1 Nutzungsdauermodelle
10.2 Lebensdauerkosten-Modelle und Mehrjahres-Netzoptimierungsmodellen

11 Netzbezogene Verkehrslenkungsmaßnahmen
11.1 Verkehrssituation
11.2 Nutzungseinschränkungen
11.3 Verkehrslenkungsmaßnahmen/ Umleitungsvarianten

12 Controlling
12.1 Controlling auf Bundesebene
12.2 Controlling auf Mittlerer und Unterer Ebene

13 Das Wesen der Systematischen Straßenerhaltung und den Bezug zum BMS
13.1 Die bauliche Erhaltung von Verkehrswegen
13.2 Daten und Modellgrundlagen des PMS
13.3 Grenzen zwischen den Straßen- & Brücken-Management-Systemen

14 Erweiterung und Integration des Bauwerks-Management-Systems
14.1 Aufbau neuer Programme und Schnittstellen mit anderen Systemen
14.2 Andere Verwaltungen/ Baulastträger

15 Denkbare Forschungs- und Entwicklungsprojekte
15.1 Anpassung an die politischen Verhältnisse
15.2 Verbesserung der Bauwerksprüfung/ Bauwerksüberwachung
15.3 Verbesserung der Schadens- und Nutzungsdauermodelle
15.4 Erforschung der Effektivität neuer Instandhaltungsmöglichkeiten
15.5 Entwicklung dynamischer Simulationsmodelle zur Schadensausbreitung

Zusammenfassung

Quellenverzeichnis

Anhang
I. Befragung von Straßenbauämtern zur Brückenerhaltung im Jahr 1990
II. Ausgewählte ausl. Managementsysteme der Brückeninstandhaltung
II.1 Bauwerks-Management-Systeme in den USA
II.2 EU-Kooperationsprojekt „Bridge Management in Europe“
II.3 Das OECD - Brückenmanagementsystem
III. Datenbanken/ Datenarten
IV. Ausgewählte Nutzen - Kosten - Analysen
IV.1 Allgemeiner theoretischer Aufbau einer Kosten - Nutzenfunktion (Streicher)
IV.2 Ablauf der Nutzwert - Kosten - Analyse nach Schubert
V. Ausgewählte Nutzungsdauermodelle
V.1 Modell des Bund/ Länder-Fachausschusses Brücken- und Ingenieurbau
V.2 Vorhersagen der Betriebsdauer aufgrund der Material- und Baumerkmale
V.3 Nutzen-/ Kostenstrategien zur Instandhaltung von Tragwerken (Streicher)
V.4 Nutzungsdauermodell nach Haardt
VI. Prioritätenreihung nach Kraft
VII. Dringlichkeitsreihung nach Hitzel

1 Einführung

1.1 Ingenieurbauwerke - Bestand, Erhaltung und Prognose

Das Bundesfernstraßennetz mit seiner zentralen Lage in Europa trägt die Hauptlast des Transitverkehrs und wird durch den erweiterten europäischen Binnenmarkt ständig zunehmende Verkehrsbelastungen aufnehmen müssen. Es beinhaltete Mitte 2005 ca. 37.000 Brücken mit einer Fläche von rund 27 Mio. m² und einer Gesamtlänge von ca. 1.860 km sowie eine große Anzahl weiterer Ingenieurbauwerke wie Tunnel, Stützwände und Lärmschutzeinrichtungen in der Baulast des Bundes [53].

Rund 90% der Bundesfernstraßenbrücken wurden in Stahlbeton- und Spannbetonbauweise errichtet. Ca. 10% sind Stahl- und Stahlverbundbauwerke [10, 11, 12, 54].

Das Bruttoanlagenvermögen bzw. der Wiederbeschaffungswert des Netzes beträgt derzeit ca. 175 Mrd. Euro; davon entfallen rund 50 Mrd. Euro auf den Bauwerksbestand (Brücken, Tunnel, Stützbauwerke u.a.). Im Jahr 2001 wurden bundesweit ca. 0,8 Mrd. DM für die Erhaltung der Ingenieurbauwerke aufgewendet. Prognosen des zukünftigen Bedarfs gehen von einer Steigerung der Aufwendungen von ca. 1,2 Mrd. DM pro Jahr aus, wenn die derzeitigen mittleren Bauwerkszustände gehalten werden sollen.

Der Bundesverkehrswegeplan 2003 [17] leitet aus der Notwendigkeit einer steten Funktionsfähigkeit der bestehenden Verkehrsinfrastruktur eine nachhaltige Erhaltungspolitik ab. Dies beinhaltet u.a. die Durchführung nur wirtschaftlich gerechtfertigter und erhaltungstechnisch begründeter Erhaltungsmaßnahmen. Bereits geringe Störungen im Netz durch Verkehrsbeschränkungen oder Ausfall einzelner Anlagenteile führen zu starken Verkehrsbehinderungen mit erheblichen Folgekosten/ Schäden für den Straßennutzer, Volkswirtschaft und Umwelt.

Das zunehmende Verkehrsaufkommen insbesondere im Schwerverkehr durch zunehmende Anzahl, Auslastung und zulässige Gewichte der Fahrzeuge und, dadurch bedingt der Anstieg der Anzahl der Brücken in den letzten Jahrzehnten, war begleitet von wissenschaftlichen und technischen Entwicklungen, Verbesserungen bei den Baumaterialien und dem ständigen Fortschritt der elektronischen Rechenleistung. Dies alles führte zu sehr fortgeschrittenen Konstruktionen, Bautechniken und zum Bau sehr ausgereifter, äußerst verschiedenartiger Brücken.

Bei einem Großteil der bestehenden Ingenieurbauwerke - vor allem bei den Brücken in den neuen Bundesländern - stehen heute besondere Anstrengungen im Bereich der Erhaltung an.

Die ungünstig werdende Alterstruktur der Bauwerke und der wirtschaftliche Einsatz der zur Verfügung stehenden Finanzmittel zwingen alle Beteiligten dazu, die Erhaltung der Bundesfernstraßen zu systematisieren, um auch zukünftig den Verkehrsteilnehmern eine ausreichende Qualität der Verkehrswege zu sichern.

Diesem Sicherheits- und Zuverlässigkeitsgedanken steht jedoch die Forderung nach einem wirtschaftlich sinnvollen Entwurf bei minimalen Kosten und einem aus der Struktur zu gewinnenden maximalen Nutzen gegenüber.

Bislang existiert für Erhaltungsmaßnahmen noch kein monetäres Bewertungsverfahren, das in gleicher Weise gestattet, Aufwendungen und Wirkungen der Straßen- und Bauwerkserhaltung gegenüberzustellen. Das Erfordernis, auch hierfür ein standardisiertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, steht in engem Zusammenhang mit dem Aufbau des BMS/ PMS. Das langfristige Leitziel dieser Systeme besteht darin, Entscheidungen über die Mittelverwendung für alle Bereiche des Straßen- und Brückenbaus sowie der zugehörigen Erhaltung auf eine vergleichbare Grundlage zu stellen.

Diese Managementsysteme sollen die Baulastträger in die Lage versetzen, Erhaltungsziele und -strategien systematisch und nach einheitlichen Kriterien umzusetzen.

Damit wird auch eine wirtschaftlich optimale eine Aufteilung der für die Verkehrswege vorgesehenen Finanzmittel zwischen Neu- und Ausbaumaßnahmen einerseits und Erhaltungsmaßnahmen andererseits möglich.

Mit der Entwicklung eines Bauwerks-Management-Systems werden eine bundesweite Vereinheitlichung von Planungsverfahren sowie die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit im Rahmen der Erhaltung der Bauwerke des Bundesfernstraßennetzes angestrebt. Dabei sind die Vorhersagen von Brückenschäden und die Schätzung der verbleibenden Betriebsdauer einer Brücke die wichtigsten Faktoren für die bauliche und finanzielle Optimierung der Brückenerhaltung.

1.2 Vorgehensweise

In einem ersten Schritt wird neben der notwendigen Sichtung geltender Regelwerke und Vorschriften das aktuelle Vorgehen von Bund, Länder und Ausland bei der Erhaltungsplanung im Rahmen einer Literaturuntersuchung im Detail bestimmt sowie die Möglichkeit einer Übernahme/ Anpassung bereits bestehende nationale und internationale Erhaltungskonzepte bewertet (Kapitel 2).

Nach der Beschreibung von Stärken und Schwächen in den derzeit üblichen Arbeitspraktiken werden die Zielvorstellungen der verschiedenen Straßenbaulastträger/ Straßenbauverwaltungen eines zukünftigen Managementsystems der Bauwerkserhaltung (Kapitel 3) und der Begriff der Instandhaltung speziell für den Straßen- und Brückenbau dargestellt (Kapitel 4).

Eine weitere Literaturrecherche befasst sich mit Schadensarten, Schadensentwicklungen und Schadensursachen sowie Folgeschäden, bezogen auf die unterschiedlichen Bauwerksteile bzw. -gruppen (Kapitel 5). Hier wird in erster Linie auf die Unterschiede zwischen Stahl- und Stahlbetonwerkstoffen eingegangen.

Neben der Entwicklung/ Anpassung bestehender Datenbanken zur Vorhaltung von statischen und dynamischen Bauwerksdaten (Kapitel 6) wird für das BMS-Konzept die einheitliche und zum Teil EDV-gesteuerte Durchführung von Bauwerksprüfungen unter objektiven Gesichtspunkten in Verbindung mit der Bewertung der Prüfergebnisse untersucht (Kapitel 7/ Anhang VI & VII).

Für eine beabsichtigte Priorisierung und finanzielle Optimierung der geplanten Instandhaltungsmaßnahmen werden verschiedene Schadens- und Nutzungsdauermodelle sowie Kosten-Nutzen-Analysen - bezogen zuerst auf Objekt-, danach auf Netzebene - untersucht und deren Vor- bzw. Nachteile beschrieben (Kapitel 8-10).

Kapitel 11 stellt das Nötigwerden einer Schnittstelle zum Verkehrslenkungsmanagement dar während Kapitel 12 den geplanten Ablauf bzw. die Steuerung eines BMS nach dessen Einführung erläutert.

Im letzten Abschnitt dieser Arbeit werden mögliche Unterschiede zwischen dem Pavement-Management -System (PMS) und dem Bauwerks-Management-System (BMS) (Kapitel 13), die Integrationen bzw. Schnittstellen des BMS mit anderen Management-Systemen sowie der Einfluss anderer Baulastträger analysiert (Kapitel 14) und derzeitig mögliche Forschungsprojekte (Kapitel 15) aufgelistet.

2 Grundlagen

Die Brückenerhaltungspolitik wird durch zahlreiche Faktoren beeinflusst, wie z.B. die verfügbaren Mittel, steigende Kosten, neue Vorschriften, die öffentliche Meinung, wirtschaftliche Trends, wechselnde soziale Muster und technischer Fortschritt. Die Brückenbehörde muss daher von Zeit zu Zeit ihre Politik überprüfen und neu anpassen um auf neue Gegebenheiten zu reagieren oder auf neue Anforderungen einzugehen.

Sie kann z.B. erkennen, dass die Brückenwartung grundsätzlich verbessert werden muss, um den Bedarf an Austausch- und Erneuerungsarbeiten zu verringern. Eine solche Zielsetzung führt dazu, dass gezieltere Wartungsregeln eingeführt werden, die wiederum die Lebensdauer der vorhandenen Bauten verlängern.

Zur Verwirklichung der Erhaltung des Gebrauchswerts der vorhandenen Brückenbauwerke mit der Maßgabe, eine hohe Sicherheit der Nutzer bei gleichzeitig möglichst geringen Aufwendungen für Erhaltungsarbeiten zu gewährleisten, hat das Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (BMVBW) das Ziel, zusammen mit den Ländern ein Managementsystem zur Brückenerhaltung zu entwickeln und zur praktischen Anwendung zu bringen. Mit diesem Optimierungsverfahren werden künftig die Bewertung der Dringlichkeit von Erhaltungsmaßnahmen und eine monetäre Bewertung des Erhaltungsbedarfs miteinander verbunden.

Die Erhaltung von Brücken steht in dieser Arbeit im Vordergrund, so dass im Folgenden nur noch auf diese Bauwerke eingegangen wird. Die Verfahren und Modelle zur Erhaltungsplanung sind allerdings auch sinngemäß auf andere Ingenieurbauten übertragbar.

2.1 Bestehende Regelwerke und Vorschriften in der Brückeninstandhaltung

Nach Artikel 90 des Grundgesetzes [37] ist der Bund Eigentümer der Bundesfernstraßen. Die Länder verwalten die Bundesfernstraßen eigenverantwortlich im Auftrag des Bundes als sogenannte Bundesauftragverwaltungen. Dem Bund stehen hierbei gewisse Einwirkungsrechte zu. Zur Wahrnehmung dieser Einwirkungsrechte werden vom BMVBW eine Reihe von Verfahren durchgeführt, z.B.:

- Erlass von Allgemeinen Verwaltungsvorschriften, Weisungsbefugnis (Einflussnahme bei Planfeststellung und Sachverhaltsermittlung bzw. -beurteilung, Bundesaufsicht (Gesetzmäßigkeit und Zweckmäßigkeit der Ausführung)) (Artikel 85 GG).
- Natürliche Bundeskompetenz zur zentralen Planung (Feststellung des Netzes durch Rahmenplanung, Aufstellung von Bedarfsplänen und Investitionsprogrammen, Formulierung von technischen Anforderungen usw.).
- Finanzverantwortung: Zu den vom Bund zu tragenden Sachausgaben gehören insbesondere die Kosten für den Bau, die Unterhaltung und Erhaltung des Straßennetzes.

Gemäß § 836 des Bürgerlichen Gesetzbuches [13], § 4 des Bundesfernstraßengesetzes [16] sowie § 9 des Straßengesetzes Baden-Württemberg [83] ist der Träger der Straßenbaulast verpflichtet, die Straßen entsprechend den anerkannten Regeln der Technik so zu unterhalten, dass sie den Erfordernissen der „Sicherheit und Ordnung genügen“. Dazu gehört auch die Unterhaltung der Brücken und anderer Ingenieurbauwerke als Bestandteil des Straßenkörpers. Hier regelt die DIN 1076 (Ausgabe 1999) [21] die technische Überwachung und Prüfung der Standsicherheit und Verkehrssicherheit von Brücken, Tunneln, Trog-, Stütz- Und Lärmschutzbauwerke, Durchlässen und sonstigen Ingenieurbauwerken im Zuge von Straßen und Wegen. Brücken und Durchlässe müssen dabei ab einer lichten Weite von 2,00 m geprüft werden. Bei Stützbauwerken liegt die Grenze bei 1,50 m sichtbarer Höhe.

Aber auch kleinere Ingenieurbauwerke sind im Rahmen der Verkehrssicherungspflicht zu kontrollieren und ggf. zu prüfen. Die Bauwerksüberwachung nach DIN 1076 setzt sich zusammen aus der in der Regel halbjährlich stattfindenden laufenden Beobachtung zur Feststellung offensichtlicher Mängel und der einmal jährlich stattfindenden Besichtigung.

Die Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 sind aufgeteilt in:

- Einfache Prüfungen in der Regel in Zeitabständen von 3 Jahren
- Hauptprüfungen in zeitlichen Abstand von 6 Jahren
- Prüfungen aus besonderen Anlass (Sonderprüfung) nach, den Zustand der Bauwerke beeinflussenden Ereignissen oder wenn es nach der Bauwerksüberwachung erforderlich erscheint
- Prüfungen und Überwachungen maschineller und elektrischer Anlagen nach besonderen Vorschriften.

Überwachungen dienen vorwiegend der dauerhaften Gewährleistung der Verkehrssicherheit. Sie beschränken sich auf zugängliche Bereiche der Bauwerke und beinhaltet die Besichtigung der Bauwerke ohne größere Hilfsmittel, während Prüfungen - über die Erfassung von Schäden hinaus - der Feststellung der planmäßigen Tragfähigkeit und der vorausgesetzten Dauerhaftigkeit der Bauwerke ermitteln. Sie schließen die Überwachung ein, müssen sich allerdings auf alle Bereiche erstrecken, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Besichtigungseinrichtungen, Rüstungen oder Ähnlichem.

Als Unterlagen für die Prüfung und Überwachung dienen das Bauwerksverzeichnis, das Bauwerksbuch und die Bauwerksakte.

Das Bauwerksverzeichnis besteht aus einer Auflistung der Bauwerke nach Straßennummern in aufsteigender Kilometrierung, in der einige wesentliche Grunddaten der einzelnen Bauwerke angegeben sind.

Die Dokumentation der Ergebnisse von Untersuchungen erfolgt im Prüfbericht. Dieser ist Bestandteil des Bauwerksbuches, welches für jedes einzelne Bauwerk angelegt werden muss. Bereits während der Bauausführung werden Bauwerksakten angelegt, in denen alle für die Unterhaltung und laufende Bearbeitung wichtigen Angaben zum Bauwerk erhalten sind.

Die Ergebnisse der Bauwerksprüfungen bilden die Grundlage für die Erhaltungsplanung.

Zur Durchführung der Aufgaben nach DIN 1076 sind Brücken baulich so auszubilden und so auszustatten, dass Prüfungen und Erhaltungsmaßnamen sicher, einfach und wirtschaftlich durchgeführt werden können. Einheitliche Regelungen dafür geben die „Richtlinie für die bauliche Durchbildung und Ausstattung von Brücken zur Überwachung, Prüfung und Erhaltung“ (RBA-BRÜ) [70] und die „Richtzeichnungen für Brücken und andere Ingenieurbauwerke“ [73] vor. Weiterhin erarbeitet der Bund/ Länder-Fachausschuss Brücken und Ingenieurbau Richtzeichnungen für erprobte und bewährte Konstruktionseinzelteile. Diese bautechnischen Informationen werden in der Straßenbauverwaltung und in Planungsbüros als Grundlage für haushalts-, bau- sowie verkehrstechnische Entscheidungen benötigt und sollen Tragwerks- und Instandhaltungsplanungen verbessern.

Bislang erfolgte die Erfassung und Speicherung der Daten auf Grundlage der Anweisung Straßendatenbank (ASB 79). Wegen technischer Entwicklungen ergab sich die Notwendigkeit der Überarbeitung diese Anweisung zu überarbeiten. Parallel dazu erfolgte die Konzeption und Realisierung des Programmsystems SIB-Bauwerke ® [61] (Nachfolger von BW-PRUF II [60]), das zur Erfassung, Speicherung und Auswertung der Bauwerksdaten, Schäden, Erhaltungsmaßnahmen und -kosten dient und in den Verwaltungen der Länder eingeführt wurde.

Zur einheitlichen Erfassung, Bewertung, Aufzeichnung und Auswertung von Ergebnissen der Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 [21] hat der Bund/ Länder Hauptausschuss Brücken- und Ingenieurbau die RI-EBW-PRÜF, Ausgabe 1988 [67] verbindlich eingeführt. Aufgrund der Überarbeitung der Anweisung Straßeninformationsbank - Teilsystem Bauwerksdaten (ASB-ING) [5], die die Datenaufnahme regelt, wurde die Richtlinie bisher dreimal überarbeitet und 1994, 1998, 2004 jeweils neu herausgegeben.

Für die technisch einheitliche Durchführung von Schutz und Instandsetzung von Straßenbrücken führte das Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (BMVBW) in seinen Geschäftsbereich die in jüngerer Zeit erarbeiteten Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien ein:

Die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen (ZTV) des BMVBW sind als Ergänzungen der Allgemeinen Technischen Vorschriften (ATV) im Teil C der Verdingungsordnung für Bauleistungen (VOB) [87] anzusehen. Darin sind für den Bereich des BMVBW Vertragsbedingungen für die Ausführung von Brücken- und sonstigen Ingenieurbauwerken, für Schutz- und Instandsetzung und die Ausführung spezieller Bauarten festgelegt. Vorrangige Stellung haben hierbei:

- Die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen für Kunstbauten (ZTV-K) [91],
- Die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Schutz- und Instandsetzung von Betonbauteilen (ZTV-SIB) [97],
- Die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für das Füllen von Rissen in Betonbauteilen (ZTV-RISS) [92],
- Die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Herstellung von Brückenbelägen auf Beton (ZTV-BEL-B) [98],
- Die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Herstellung von Brückenbelägen auf Stahl (ZTV-BEL-ST) [95],
- Die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Korrosionsschutz (ZTV-KOR) [94],
- Die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Straßentunneln (ZTV-Tunnel) [93],
- Die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Verkehrszeichenbrücken (ZTV-VZB) [99],
- Die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen für Ingenieurbauten (ZTV-ING) [96].

Die Instandsetzung von Betonbauteilen ist eine oft sehr komplexe Ingenieuraufgabe, die nur mittels Erfahrung im Umgang mit den vorhandenen und den vorgesehenen Baustoffe unter Berücksichtigung des Bauverfahrens, des Bauablaufs, der klimatischen Bedingungen und der Fähigkeiten der Beteiligten fachgerecht mit langfristigem Erfolg gelöst werden kann. Vertragliche und technischen Grundlagen enthalten die ZTV-ING Teil 3 „Massivbau“. Die ZTV-ING [96] fassten 2003 als Nachfolgerichtlinien die ZTV-SIB, ZTV-RISS, ZTV-Tunnel, ZTV-K sowie die ZTV-BEL-B zusammen und wurden zeitgleich (1. Mai 2003) mit den DIN-Fachberichte 100-104 [25, 26, 27, 28, 29] eingeführt [3]. Die einzelnen Abschnitte der ZTV - ING enthalten sowohl vertragliche Regelungen für die Lieferung, Prüfung, Bauausführung, Abnahme und Abrechnung wie auch Richtlinien für die Planung, Ausschreibung, Bauvorbereitung, Baudurchführung und Bauüberwachung.

Für Beton gelten heute die Anforderungen gemäß ZTV-ING Teil 3 „Massivbau“ Abschnitt 1, d.h. es gilt der DIN-Fachbericht 100 „Beton“ [25], in dem DIN EN 206-1 [24] und die DIN 1045-2 [20] festgelegten Änderungen und Ergänzungen zusammengefasst sind. Für Spritzbeton gelten die Anforderungen gemäß den ZTV-ING Teil 3 „Massivbau“ Abschnitt 4.

Des Weiteren sind je nach dem instandzusetzenden Bauteil u.a. auch die DIN-Fachberichte 101 - 104 [26, 27, 28, 29] - im Inhalt den Eurocodes ähnlich - in Betracht zu ziehen.

Vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton im NA-Bau des Deutschen Institutes für Normung wurde die „Richtlinie für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ [65] 2001 neu herausgegeben. Die für die Instandsetzung wichtigen technischen Regelungen sind weitgehend in dieser „DAfStb-Instandsetzungs-Richtlinie“ [65] erfasst. Auf dieser Grundlage können Instandsetzungen an Betonbauwerken auch gemäß DIN EN 206-1/ DIN 1045-2 und DIN 18551 [22] durchgeführt werden, z.B. wenn einzelne Bauteile verstärkt oder ersetzt werden müssen. Die DAfStb-Richtlinie für die Instandsetzung regelt ferner die Planung, Durchführung und Überwachung von Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen für Bauwerke und Bauteile aus Beton und Stahlbeton, unabhängig davon, ob die Standsicherheit betroffen ist oder nicht. Sie kann sinngemäß auch für Spannbetonbauwerke angewendet werden. Da diese Richtlinie aber im Bereich der Bundesfernstraßen für die Ingenieurbauwerke nicht angewendet wird, geht „der Elsner (2004)“ [19] in seinem Kapitel J: „Bauwerke“ nicht weiter weiter auf sie ein. Vollrath und Tathoff als Autoren des Buches: „Handbuch der Brückeninstandhaltung (2. Auflage 2002)“ [89] hingegen meinen, dass „die Richtlinien für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton [65] den allgemeinen Bedarf der Betoninstandsetzung, insbesondere den der Stahlbeton- und Massivbrücken, abdecken soll“.

Für die technische Qualität und für die Anwendung der Stoffe und Stoffsysteme gelten die entsprechenden Technischen Lieferbedingungen (TL) und Technischen Prüfvorschriften (TP). Diese werden im jeweiligen Bauvertrag durch die Inbezugnahme der ZTV-ING [96] bzw. der ZTV-KOR [94] vereinbart. Die Überarbeitung und Anpassung dieser insgesamt 36 Technischen Lieferbedingungen (TL) und Technischen Prüfvorschriften (TP) für Ingenieurbauten findet derzeit statt und sollen als TL/ TP-ING [86] zusammengefasst werden.

2.2 Entwicklung und Organisation der Bauwerksinstandhaltung in Deutschland

[9, 34, 40, 80, 88, 89]

Der heutige Brückenbau wurde unter dem erst in den letzten drei Jahrzehnten hinzugekommenen Gesichtspunkt der Prüfbarkeit/ Unterhaltbarkeit in zahlreichen Bereichen erheblich fortentwickelt. Das durchschnittliche Brückenalter beläuft sich auf 30 (West) bzw. 60 Jahre (Ost), was sich inzwischen an zunehmenden Schäden an den Bauwerken zeigt. Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 sind daher in Zukunft ein wichtiger werdendes Aufgabenfeld, für das gut ausgebildetes und geschultes Personal vorhanden sein muss, um den sehr komplexen Bauwerksbestand richtig beurteilen zu können.

Die besten Brückenprüfungen sind allerdings zwecklos, wenn sie nicht als Arbeitsgrundlage für die Planung und Durchführung der Unterhaltungsarbeiten dienen können. Deshalb ist die Systematik der Erfassung, Bewertung und Verfolgung der Prüfergebnisse äußerst wichtig, um zu einer systematischen Unterhaltung zu gelangen.

Befasst man sich etwas eingehender mit der Brückeninstandhaltung, so ist festzustellen, dass insbesondere auf Kreis- und Bezirksebene hier erheblicher Nachholbedarf besteht. Die nach dem 2. Weltkrieg entstandenen Organisationsstrukturen hatten ganz andere Schwerpunkte als systematische Bauwerksinstandhaltung. Viele der insgesamt 120.000 deutschen Straßenbrücken sind heute noch nicht einmal erfasst; Bestandspläne sind gar nicht, falsch oder lückenhaft vorhanden. Prüfungen werden nicht im erforderlichen Umfang und Unterhaltungsarbeiten heute noch teilweise ohne Konzept durchgeführt [89].

Erste Ansätze zur systematischen Schadenserfassung gab es Anfang der 80er lediglich bei der Deutschen Bundesbahn mit der Dienstvorschrift „DS 803“ [90] sowie bei einzelnen Straßenbauverwaltungen. Eine Vereinheitlichung für die Straßenbauverwaltung hatte hier die Einführung der RI-EBW-PRÜF im Jahr 1988 [67] geschaffen.

Die TH Darmstadt beschäftigte sich unter der Leitung von Eberhard Schubert zusammen mit dem Landschaftsverband Rheinland (LVR) zwischen 1985 und 1997 intensiv mit der Entwicklung eines systematischen Bauwerkerhaltungssystems.

Ab 1987 versah man innerhalb des LVR die Prüfberichte der Hauptprüfungen mit einer Leiste (die sogenannte „Bedarfsleiste“), in der zu jeder Erhaltungskategorie der erforderliche Erhaltungsbedarf eingetragen wurde. In der zweiten Zeile der Bedarfsleiste sollte die Dringlichkeit der erforderlichen Instandsetzungsmaßnahme nach RI-EBW-PRÜF 88 angegeben werden.

Grundlage der Maßnahmenreihung war damals allein die Erfahrung der Ingenieure, das Wissen über den Bauwerksbestand und die damit verbundenen Randbedingungen und Abhängigkeiten im Verkehrsnetz. Entscheidungen bei der Erhaltungsplanung wurden auf subjektiver Basis getroffen.

Die Durchführung der Bauwerksprüfungen war Aufgabe der Landes- oder den Straßenbauämtern. Die Erkenntnisse aus den Brückenprüfungen, weiteren Schadensanalysen und vergleichenden Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen zur Feststellung der Notwendigkeit und des Umfangs von Erhaltungsmaßnahmen führten zur Erarbeitung der Erhaltungskonzepte in den Ämtern. Hier erfolgten ebenfalls die Erstellung der Leistungsbeschreibungen, die Ausschreibung und Vergabe sowie die Abwicklung und die Dokumentation von Projekten.

Maßnahmen geringen Umfangs wurden (werden) von den Meistereien in der Regel im Regiebetrieb in eigener Zuständigkeit durchgeführt. Für alle anderen Maßnahmen wurden in den Ämtern jährliche Bauprogramme erstellt und diese mit der zuständigen übergeordneten Verwaltung abgestimmt. Dringlichkeitsreihungen erfolgten auf der Grundlage der vorhandenen Schadenschwere, der baubetrieblichen und verkehrsbedingten Gegebenheiten sowie der zu Verfügung stehenden Finanzmittel.

Ebenso fanden in den Ämtern Kostenschätzungen (in der Regel auf Grundlage der Instandsetzungsentwürfe aber auch in Form pauschaler Schätzungen) statt. Aus diesen Kostenschätzungen resultierten die nicht nach einheitlichen - von Bundesland zu Bundesland verschieden - Kriterien aufgestellten Bedarfsmeldungen an das BMVBW.

Die Mittelzuweisung an die Ämter erfolgte auf der Grundlage von Haushaltsbesprechungen, in denen die Umsetzung der gereihten Maßnahmen erörtert wurde. Bei allen Entscheidungen wurden jedoch grundsätzliche Zielvorstellungen im Sinne einer Strategie berücksichtigt, z.B.:

- Wiederherstellung des Zustandes hinsichtlich Stand- und Verkehrssicherheit
- Größtmögliche Leichtigkeit des Verkehrs und des Baustellenverkehrs
- Geringstmöglicher Kostenaufwand für eine dauerhafte Erhaltung
- Minimierung des Verwaltungsaufwandes
- Möglichst lange Nutzungsdauer
- Maßnahmenbündelung
- Umweltverträgliche und gesundheitlich unbedenkliche Baustoffe und Bauverfahren.

Die Brückenbetreiber stützen sich dabei üblicherweise auf empirische Formeln und den Sachverstand der Techniker für die Festsetzung von Prioritäten für Brückenreparatur und -verbesserung vor dem Hintergrund bestehender Haushaltsbeschränkungen. Zwar erfordern

empirische Methoden weniger Daten, aber sie haben einen gravierenden Nachteil gegenüber den Optimierungstechniken: Durch dieses Vorgehen wurde lediglich eine Brücke mit einer anderen verglichen; so entstand eine Auswahlliste, die der jeweiligen Investitionshöhe angepasst war. Ein wirtschaftlicher Mitteleinsatz verlangte hingegen nach Transparenz, Objektivierung der Entscheidungsprozesse, integrativen Strukturen und Controllinginstrumentarien und wurde durch diese Methoden nicht erreicht. Für Maßnahmen oberhalb einer bestimmten Kostensumme erfolgte die Geldmittelfreigabe durch die übergeordnete Dienststelle. Über kleinere Maßnahmen wurde in der Regel informiert.

Zu Controllingzwecken erhielten die übergeordneten Dienststellen in der Regel Informationen über durchgeführte Maßnahmen, laufende Übersichten oder Jahresabschlussmeldungen.

Als Controllingmechanismen fanden Soll/ Ist-Vergleiche statt und die sich ergebenden Informationen während den Instandsetzungsphasen wurden von den Bauleitern des Baulastträgers datenseitig erfasst.

Im Oktober 1993 wurde die „Programmplanung und das Bedarfsprogramm für die Erhaltung von Bauwerken“ für den Bereich der Bundesfernstraßen eingeführt (nach [9]). Danach sind von den Ländern dem BMVBW zu melden:

- Ein mittelfristiges Bedarfsprogramm für die Bauwerkserhaltung (Zeitraum 5 Jahre, Maßnahmen > 2 Mio. DM).
- Eine jährliche Programmplanung für das jeweils folgende Haushaltsjahr (Zeitraum 1 Jahr, Maßnahmen > 2 Mio. DM, pauschal alle Maßnahmen < 2 Mio. DM).

Die Meldungen sind getrennt nach Bundesautobahn und Bundesstraße vorzunehmen. Ähnliche Meldungen über Erhaltungsmaßnahmen an Straßen wurden 1994 im Rahmen der verbesserten Erhaltungsstrategie eingeführt. Hierbei sind für die Streckenabschnitte, in denen Erhaltungsmaßnahmen vorgesehen sind, auch die Maßnahmen für Brücken mit anzugeben.

Diese Meldungen sind für den Bund eine wichtige Information über anstehende, größere Instandsetzungsmaßnahmen und den zugehörigen Mittelbedarf. Ein Überblick über den Erhaltungszustand des Gesamtbestandes wird dabei allerdings nicht erreicht.

Ersichtlich wird jedoch, inwieweit die Vorgaben aus der Erhaltungsprognose von den Ländern durch konkrete Maßnahmen umgesetzt werden. Zusammen mit den Meldungen über den Vollzug des Programms und den Ist-Angaben der Ausgaben wird somit ein, wenn auch grober Überblick über die Durchführung von Erhaltungsmaßnahmen erzielt.

Ein einheitlich angestrebtes Zustandsniveau der Bauwerke muss durch Bewertungen auf Objekt- und Netzebene möglichst über verschiedene Vergleichsparameter (aufgrund der zahlreich verschiedenen Brückenkonstruktionen) festgelegt werden. Dieses Zustandsniveau ist durch den Umstand der Verknüpfung von Unterhaltungsaufwand und der damit erzielbaren Nutzungszeit eng mit dem Optimum für eine wirtschaftliche Nutzung verbunden.

Mit dem ARS Nr. 26/2001[2] hat der Bundesminister für die Erhaltungsplanung des Gesamtsystems Straße einen neuen Grundstein gelegt. An die Stelle der bisher nach den Straßenbestandteilen getrennt aufgestellten mittelfristigen Bedarfs-Programmen und jährlichen Programmplanungen ist nunmehr nur noch ein mittelfristiges Erhaltungsprogramm als koordiniertes Programm für die Aggregate Straßenbefestigungen, Bauwerke und sonstige Anlagenteile - getrennt nach Bundesautobahnen und Bundesfernstraßen - vorzulegen. Damit und mit den zurzeit in der Entwicklung befindlichen Erhaltungsmanagementsystem für Straßen (Pavement-Management-System - PMS) und Brücken (Bauwerks-Management-System - BMS) werden bundeseinheitliche Verkehrsgrundlagen für das Aufstellen von Erhaltungsprogrammen geschaffen.

2.3 Bewertung der Bauwerkszustände nach der RI-EBW-PRÜF

Nach Abschluss der Hauptprüfung vergab der Bauwerksprüfingenieur eine Zustandsnote nach der in der RI-EBW-PRÜF 94 eingehaltenen „Definition der Zustandsnoten für Ingenieurbauwerke nach DIN 1076“, die die Schäden und deren Auswirkung hinsichtlich der Standsicherheit, Verkehrssicherheit und Dauerhaftigkeit berücksichtigt.

Die bisherigen Verfahren der Zustandsbewertung im Rahmen der Bauwerksprüfung waren durch eine mehr oder weniger subjektive Vergabe von Zustandsnoten gekennzeichnet. Dieser Teil wurde durch ein Verfahren zur detaillierten Schadens- und Zustandsbewertung nach einheitlichen Kriterien ersetzt.

Mit der bundesweiten Vereinheitlichung der Prüfberichte ergaben sich folgende Vorteile:

- Übersichtliches, wirtschaftliches und schnelles Speichern, vorhalten und auswerten des sehr umfangreichen Datenbestands der im Straßennetz vorhandenen Bauwerke,
- Ersatz des sehr personalintensiven manuellen Herstellens der Prüfberichte nach DIN 1076 durch automatischen Ausdruck,
- Möglichkeit zur Einbindung von Fotos und Skizzen in die Prüfberichte,
- Verknüpfung der Prüfberichte mit den Konstruktionsdaten der Bauwerksdaten nach der ASB zur z.B. bauteilbezogenen Schadensbewertung bzw. für ein strategisches Bauwerkserhaltungsmanagement.

Heutiger Hauptbestandteil dieser Richtlinie sind Kataloge für die Verschlüsselung von Bauteilen, Schäden, Schadensmengen sowie die Bewertung der Schäden nach Schweregraden. Zustandsnoten für Brückenbauwerke sind bei jeder Hauptprüfung zu vergeben und gemäß [4] halbjährlich an die Bundesanstalt für Straßenwesen abzugeben.

Die beispielhafte Schadensbewertung für 450 Einzelschäden sollen dem Brückenprüfer helfen, zu einer möglichst objektiven Bewertung des Schadens zu gelangen. Der Prüfer vergibt für jeden Schaden eine dreistufige Schadensbewertung getrennt nach Standsicherheit (S), Verkehrssicherheit (V) und Dauerhaftigkeit (D).

Die zur Beurteilung der technischen Dringlichkeit von Einzelschäden notwendigen Zustandsnotenbereiche sind in der RI-EBW-PRÜF wie folgt definiert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 1: Zustandsnoten nach RI-EBW-PRÜF [67]

Aus dieser Schadensbewertung lassen sich die Zustandsnoten für Bauteilgruppen wie Überbau, Unterbau, Lager, Fahrbahnübergangskonstruktionen usw. sowie für das Gesamtbauwerk unter Berücksichtigung des Schadensumfangs und die Anzahl der Einzelschäden errechnen.

So kann beispielsweise festgestellt werden, ob ein instandgesetzter Schaden nach mehreren Jahren wieder auftritt oder ob schon vor der Instandsetzung Schäden vorhanden waren.

Für die Ermittlung der Zustandsnoten reicht die relativ oberflächige Schadensbeurteilung der RI-EBW-PRÜF in einigen Fällen nicht mehr aus und muss erweitert werden:

Bei komplexen, schwerwiegenden oder unklaren Schadensbildern können über die Bauwerksprüfung hinausgehende detaillierte objektbezogene Schadensanalysen (OSA[1] ) [49] erforderlich werden um einerseits zu einer genaueren Beurteilung von Schadensausmaß und -ursache sowie zu einer sicheren Schadensbewertung zu gelangen; andererseits geeignete Erhaltungsmaßnahmen festlegen zu können.

Wenn objektbezogen die Informationen aus den Grunddaten bzw. Bauwerksprüfungen nicht ausreichend sind, müssen diese durch zusätzliche Untersuchungen, gegebenenfalls durch Hinzuziehung von Expertenwissen, bereitgestellt werden.

Durch die objektive Erfassung, Bewertung, Aufzeichnung und Auswertung der Prüfergebnisse ist eine Beurteilung des Bauwerksbestandes nach verschiedenen Kriterien und eine Verknüpfung der Prüfbefunde mit den Konstruktionsdaten nach ASB und somit eine computergesteuerte Auswertung möglich.

Die RI-EBW-PRÜF, Ausgabe 1998, sah erstmals eine automatisierte Ermittlung der Zustandsnote vor, mit dem Vorteil, dass gegenüber der bislang praktizierten z.T. subjektiven Zustandsbewertung, die automatisch ermittelten Zustandsnoten auf einer einheitlichen Grundlage basieren.

Weiterhin enthält die Richtlinie Regeln für eine einheitliche IT-Protokollierung der Prüfbefunde sowie Erläuterungen, zu der vom Programm ermittelten objektbezogenen Zustandsnote. Diese Regeln wurden in der jüngsten Ausgabe (2004) weiter ergänzt.

Bis vor kurzem kam bundeseinheitlich das Programmsystems BW-PRUF II zur Anwendung, wobei für die Auswertung der erfassten Daten das Programm BW-PRUF-AUSW zuständig war. In Zukunft werden in den Bundesländern Bauwerksdatenbanken in einem einheitlichen Format auf der Grundlage der ASB - Teilsystem Bauwerksdaten geführt. Hierbei kommt das neu entwickelte DV-Programm SIB-Bauwerke ® zum Einsatz, welches aus diesen vorliegenden Daten die Zustandsnote des Bauwerks ermittelt und diese den Bauwerksdaten hinzufügt.

2.4 EDV-gesteuerte Bauwerksinstandhaltung mit Kostenüberwachung

Die Erhaltungsprogramme der Baulastträger sind heute keine kurzfristige Planung mehr, sondern umfassen einen längeren Zeitraum und eine Summe von Anlagen, bzw. Bauwerke. Eine Vielfalt von Einflussfaktoren müssen bei der Auswahl der optimalen Entscheidungsalternative berücksichtigt werden.

Moderne Brückenerhaltungssysteme unterscheiden sich von den herkömmlichen Erhaltungsmethoden darin, dass die formalisierten Abläufe für die Entscheidungsfindung eher auf Netzebene als auf Projektebene stattfinden.

Auf Netzebene werden Brücken nicht als isolierte Einheit, sondern als Teil eines größeren Systems betrachtet. In diesem Zusammenhang werden Verbesserungen an Brücken vor allem nach ihrer Auswirkung auf das System und erst an zweiter Stelle nach ihrer Wirkung für die Brücke selbst bewertet. Analysen auf Netzebene sind für die Bewertung von Brückenzuständen, die Quantifizierung systemweiter Bedürfnisse, die Ermittlung von Prioritäten bei der Brückenverbesserung und die Erstellung von Wartungsstrategien geeignet, wogegen bei Analysen auf Projektebene, die jede Brücke einzeln betrachten, lediglich Projektalternativen verglichen werden.

Ziel dieser BMS-Konzeption ist, die Erörterung analytischer Modelle für die Festlegung von Prioritäten, die Betrachtung möglicher Strategien und Ermittlung langfristiger Trends, sowie die Erläuterung einiger Angaben zur Verwendung eines Brückenerhaltungssystems für Planung, Programmerstellung und Haushaltsplanung.

Grundgedanke ist hierbei die Verstetigung des Mittelbedarfs bei Vorgabe der wirtschaftlichsten Unterhaltungsstrategie. Bei konsequenter Anwendung der hier vorgeschlagenen Instandsetzungsstrategie wird es abgesehen von Unfällen und Naturkatastrophen keine „Not-Reparaturen“ mehr geben.

Derzeit werden Entscheidungen über Erhaltungsmaßnahmen in der Regel sehr kurzfristig getroffen. Dementsprechend erfolgt die Erstellung der Entwurfsunterlagen zu einem relativ späten Zeitpunkt erst kurz vor der Ausschreibung. Haushaltsunterlagen werden allerdings schon am Anfang des vorausgehenden Haushaltsjahres benötigt, um diese Maßnahmen im Entwurf des Haushaltsplanes berücksichtigen zu können.

Spätere Vorlagen von Haushaltsunterlagen führen zur nachträglichen Einstellung in den Haushalt mit entsprechend größerem Verwaltungsaufwand.

Um solche zeitliche Engpässe vorzubeugen, teilt das Bauwerks-Management-System der Stadt Düsseldorf (Abbildung 1) mit Hilfe von Bauwerksdateien die Unterhaltungsarbeiten in dringliche und langfristige Maßnahmen auf. Für die langfristigen Maßnahmen werden die Kosten ermittelt und für die dringlichen Maßnahmen ein Kostenanschlag erstellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Ablaufschema des EDV-gesteuerten Bauwerksmanagement nach DIN 1076 (Stadt Düsseldorf, 2002) [89]

Die Kosten für die langfristigen Maßnahmen und die Kosten für die dringlichen Maßnahmen, für die im laufenden Jahr keine Mittel zur Verfügung stehen, werden in die mittelfristige Kostenplanung der EDV eingegeben. Aus der mittelfristigen Kostenplanung ergibt sich die Mittelbereitstellung für das laufende Jahr.

Im Hinblick auf einen größtmöglichen Nutzen müssen die Inspektionsergebnisse richtig ausgewertet werden, um nicht nur die Art der Mängel festzustellen, sondern auch deren Ursachen zu ermitteln, da dies einen erheblichen Einfluss auf die Wahl der geeigneten Wartungsmethoden, sowie auf spätere Reparaturarbeiten und deren Kosten und Planung haben kann.

2.5 Umfragen der TH Darmstadt bei Landschaftsverbänden & beim Bundeseisenbahnamt

Die u. a. von Forkert [34] (vgl. Anhang I: Befragung von Straßenbauämtern zur Brückenerhaltung), Kraft [46] und Haardt [40] durchgeführten Umfragen zeigten, dass in der Bauwerkserhaltung gravierende Unterschiede zwischen den Straßenbauämtern und Autobahnämtern bezüglich der Örtlichkeit, Struktur und Organisation zu berücksichtigen sind: Während beispielsweise 1987 das Rheinische Straßenbauamt Wechsel 406 Brücken betreute, unterhielt das Rheinische Autobahnamt Köln zur gleichen Zeit mehr als das Vierfache (1662 Brücken) [48].

Generell wurden beim LVR die Hauptprüfungen nach DIN 1076 von zentralen Prüftrupps durchgeführt. Diese meldeten ihre Ergebnisse mittels eines Prüfberichts an die jeweiligen Ämter. Es hatte sich erwiesen, dass eine Kontrolle der Prüfberichte durch die entsprechende Bearbeiter sinnvoll sei, da sie im Gegensatz zu den Prüftrupps über bessere Detail- und Ortskenntnisse verfügten. Der Prüftrupp sah die Brücke innerhalb eines Prüfzyklus nur alle 6 Jahre. Der Bearbeiter im Amt führte die einfache Prüfung durch, die 3 Jahre nach der Hauptprüfung erfolgte und musste sich während der Vorbereitungsphase eines Erhaltungskonzepts vor Ort ein Bild des angegebenen Schadens machen. Im Gegensatz zum Prüftrupp, der den Schaden nur feststellte, forschte der Bearbeiter im Sinne einer konsequenten Erhaltungsstrategie nach den Ursachen, um den tatsächlichen Grund der Schädigung auszumachen.

Problematisch konnte allerdings die Bewertung eines einzelnen Schadens sein:

Wenn der Bearbeiter im Amt zu einer anderen Bewertung als der Brückenprüfer kam hatte er durchaus die Möglichkeit zur Korrektur des Prüfberichts. Allerdings durfte eine gewisse Hemmschwelle von Seiten der Ämter nicht übersehen werden, einen vom Prüfer bewerteten Schaden (auch wenn es absolut vertretbar ist) abzustufen, denn mit solch einer Abstufung nahm man doch ein gewisses Maß an zusätzlicher Verantwortung auf sich, was von den Ämtern nicht erwünscht wurde.

2.5.1 Wahl der Erhaltungstrategien

Die von den einzelnen Ämtern früher praktizierte Erhaltungsplanung basierte auf bestimmten Entscheidungskriterien, die von den mit der Erhaltungsplanung beauftragten Personen nach verschiedenen Randbedingungen, jedoch mit einem nicht zu verhindernden subjektiven Einfluss, gewichtet wurden. Dabei waren bei der Erstellung eines Erhaltungsprogramms folgenden Kriterien von Bedeutung:

- Verfügbare Haushaltsmittel
- Verfügbares Personal zur Bearbeitung
- Zustand der Brücke
- Bedeutung der Straßen/ Verkehrssituation
- Maßnahmenbündelung
- Schadensverlauf, Schadensentwicklung
- Notfälle
- Auslastung des Personals durch laufende Maßnahmen
- Berücksichtigung der Belange der Öffentlichkeit
- Berücksichtigung der Belange anderer Baulastträger.

Bei der Koordinierung der erhaltungsbedürftigen Bauwerke wurden vom Entscheidungsträger im Amt die o.g. Kriterien mehr oder weniger stark berücksichtigt, wobei deren Gewichtung nicht unbedingt strukturiert, z.B. mit Hilfe einer Checkliste stattfand.

2.5.2 RI-EBW-PRÜF 88/ Bedarfsleiste [67, 80]

Nach bundeseinheitlichen Einführung der ersten RI-EBW-PRÜF (Ausgabe 1988) [67] und einer Testphase der von der TH Darmstadt entwickelten Bedarfsleiste beim Landschaftsverband Rheinland wurden deren Anwendbarkeit in der Praxis sowie mögliche Schnittstellen bei den Landesämtern erfragt.

Aus diesen Erhebungen sollte sich die Frage lösen wie sich die objektbezogenen Bedarfsermittlung und die Richtlinie im Hinblick auf eine Prioritätenreihung der Brücken verbessern ließen.

Durch Soll/ Ist-Vergleiche der laut Bedarfsleiste erforderlichen Erhaltungsmaßnahmen und den tatsächlich durchgeführten Erhaltungsmaßnahmen konnte man Anhaltspunkte zur Verbesserung der objektbezogenen Bedarfsermittlung ermitteln.

2.5.3 Kosten und Kostenschätzung

Für die Entwicklung eines Brückenerhaltungssystems waren zudem Fragen nach den Kostenschätzungen für die einzelnen Erhaltungsmaßnahmen sowie auch die Kosten im Amt selbst, die für die Erhaltungsplanung anfielen, von großer Bedeutung.

Die Kostenschätzung erfolgte generell auf der Basis alter Submissionsergebnisse. Da sich jedoch konjunkturelle Schwankungen, regionale Unterschiede und riskante Kalkulationen der Bauunternehmen sich jedoch nie ausschließen ließen, verließen sich die meisten Mitarbeiter auf ihre im Laufe der Zeit gewonnenen Erfahrung.

Der LVR führte 1988 erstmals mit Hilfe der von ihm und der TH Darmstadt entwickelten Bedarfsleiste einen „Soll/ Ist-Vergleich“ durch. Damit wollte man Rückschlüsse zur Verbesserung der Erfassung des Erhaltungsbedarfs ziehen und die objektbezogene Bedarfsermittlung optimieren. Der Soll/ Ist-Vergleich erfolgte in zwei Schritten: Zuerst wurden die Soll - Kosten auf Grundlage der Prüfergebnissen aus der Hauptprüfungen ermittelt. Die Eintragungen in die Bedarfsleiste der Brückenprüfungen eines Prüfzyklus (6 Jahre) nach DIN 1076 [21] bildeten, prozentual auf jede Bauteilkategorie verteilt, den Erhaltungsbedarf.

Diese Daten stellten die Grundlage für die Erstellung der Kostenkurven nach Hölzgen [42, 79] mit denen der mittels der Bedarfsleiste erfasste Erhaltungsbedarf monetär bewertet werden konnte.

Als Ergebnis erhielt man für jede Erhaltungskategorie eine Kurve, bei der die Kosten pro Fläche über die Brückenfläche unter Berücksichtigung des Straßentyps aufgetragen waren. Es hatte sich gezeigt, dass die einzelnen Werte bei einer Kostenkurve weniger streuen, wenn man den Straßentyp und somit indirekt die unterschiedlichen Belastungen, wie Verkehrsaufkommen und Tausalzbeanspruchung, mit einbezog.

Alle Kosten wurden mittels Baupreisindex auf die Basis des letzten Prüfjahrganges hochgerechnet, jedoch waren Brücken, die noch in der Gewährleistungsfrist standen, sowie im Prüfzyklus abgerissene, bzw. deutlich baulich veränderte Brücken nicht in der Brückenstammdatei aktualisiert.

Nach der Auswertung der Bedarfsleiste erhielten die Ämter eine Liste ihrer Brücken mit dem prozentualen Erhaltungsbedarf je Kategorie sowie einer monetären Bewertung mittels Kostenkurven („Kostenleiste“).

Später meldeten die Ämter die tatsächlich von ihnen in einem Jahr durchgeführt Erhaltungsmaßnahmen (Ist - Kosten).

Die schlussgerechneten Erhaltungsarbeiten mussten auf die einzelnen Erhaltungskategorien verteilt werden. Die Ausschreibungen wurden allerdings, dieser Gliederung entsprechend, nicht angepasst, da dies ohne die Hilfe der EDV einen zu großen Aufwand darstellte. Künftig hätte man bei einer automatischen Erstellung der Leistungsverzeichnisse dieses Aufteilungsverfahren berücksichtigen müssen.

Das mit diesen Kurven allerdings nicht gearbeitet wurde, hat mehrere Gründe:

Die tatsächlich durchgeführten Erhaltungsmaßnahmen waren immer teurer als die nach der Bedarfsleiste errechneten Kosten. Dies war im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass der Brückenprüfer vor Ort nur grob den Erhaltungsbedarf auf der Grundlage des sichtbaren Befundes abschätzen konnte. Das tatsächliche Schädigungsausmaß wurde erst während der durch die Ämter betriebenen Ursachenforschung bzw. während der Erhaltungsmaßnahmen erkannt. Weiterhin wurden mehrere Maßnahmen an einer Brücke oder innerhalb eines Streckenzuges zusammengefasst, um dadurch auch wirtschaftliche Vorteile gewinnen zu können.

Für die sich in der Praxis ergebenden Kostenabweichungen hatte Hölzgen keine Korrekturfaktoren berücksichtigt, um eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.

Zusätzlich beeinflussten Randerscheinungen, wie z.B. nicht absehbare kostenintensive Auflagen bei Instandsetzungsmaßnahmen (z.B. Einhausung), Nachtragskalkulationen, saisonal/ regional bedingte Preisschwankungen, etc. die Genauigkeit der Kostenprognosen.

Hier wurde deutlich, dass eine kontinuierlich-, begleitende Auswertung des Datenmaterials die Prognosen erheblich verbessern würde. Zudem konnten so Rückschlüsse auf die Qualität des Erhaltungsprogramms gezogen und auch qualifizierte und nachweisbare Aussagen über eine Schadensentwicklung gewonnen werden.

2.5.4 Brückenprüfungen bei der Deutsche Bundesbahn (1988)

Bei der Deutschen Bundesbahn erhielt zum Abschluss einer Brückenprüfung jede Brücke, in einer detaillierten Dokumentation getrennt nach Widerlager/ Pfeiler und Überbau, eine Bewertung nach den Buchstaben A, B und C.

Der Hauptgruppenleiter traf letztendlich die Entscheidung, welche Maßnahmen ausgeführt werden. Neben der Berücksichtigung des Bauwerkszustandes (Vorschlag und Wertung des Brückenkontrolleurs) beeinflussten noch weitere Kriterien die Entscheidung:

- Bedeutung der Strecke
- Möglichkeiten betrieblicher Maßnahmen bzw. Dauerbehelfsmaßnahmen
- Bauliche Folgen bei Aufschub bzw. Entwicklung der Kosten
- Prioritäten in der Reihenfolge des Verhältnisses zu anderen Baumaßnahmen
- Randbedingungen (Linienverbesserung, Änderung des Kreuzungsbauwerkes)
- Verfügbare Haushaltsmittel
- Verfügbares Personal.

Da im Bereich des Schienennetzes im Normalfall keine Umleitungsmöglichkeiten existierten und Baumaßnahmen Verzögerungen im Fahrplan hervorriefen, war bei der Deutschen Bahn eine langfristige und kontinuierliche Instandhaltungsplanung unabdingbar.

2.6 Zusammenfassung der Umfragen und Bewertung der bereits bestehenden Systeme

Die Auswertung der Ämterbefragung bezog sich nur auf die wesentlichen Punkte, die von nahezu allen Befragten übereinstimmend dargelegt wurden.

Die örtlich-speziellen Probleme, die vereinzelt von den Amtsgruppenleitern genannt wurden waren meist regional-strukturell bedingt und standen nicht unbedingt im Zusammenhang mit einem zu entwickelnden Erhaltungssystem.

Die Bauwerkserhaltung stellt ein derart komplexes Themengebiet dar, das die Modellentwickler meist versuchten, es in eine Anzahl kleinerer Teilgebiete aufzuschlüsseln. Die Ergebnisse dieser einzelnen getrennten Optimierungsmodelle konnten dann durch einen Koordinierungsprozess in ein gemeinsames Hauptprogramm integriert werden.

Da heute schon weltweit einige Staaten ein anwendbares Managementsystem zur Brückenerhaltung besitzen, stellt sich hier natürlich die Frage, ob nicht eines dieser Systeme geeignet ist, direkt in Deutschland um- bzw. eingesetzt zu werden.

Untersuchungen der TH Darmstadt und der BASt kamen zu dem Schluss, dass alle bisher entwickelten Systeme auf die speziellen Bedürfnisse der jeweiligen Staaten zugeschnitten sind, und sich keines für die einheitliche Umsetzung in Deutschland eignet.

Das Prinzip der Entscheidungsfindung ist von Land zu Land je nach den Arbeitsmethoden, Organisationsmitteln, dem erworbenen Know-how und der Erfahrung unterschiedlich. Bei der Entwicklung von Erhaltungssystemen muss daher die spezielle Situation im jeweiligen Land/ Region berücksichtigt werden.

Bei allen Verfahren (vgl. Anhang II: Ausgewählte ausländische Managementsysteme der Brückeninstandhaltung) war die Gemeinsamkeit zu erkennen, dass sie aufgrund ihrer Schätzweise, die auf alten Submissionsergebnissen beruhte, nur mittlere Schadens- und Kostenprognosen ermöglichten. Diese Systeme waren zwar für die Finanzplanung über eine größere Gesamtheit von Bauwerken anwendbar, wiesen für die Beurteilung des tatsächlichen Sanierungsbedarfs am Einzelobjekt jedoch zu große Streuungen auf. Nach einer Instandsetzung setze man die neue Nutzungsdauer mit dem der vorhergehenden Maßnahmenzyklen gleich. Der zu erwartende Einfluss von einer durchgeführten Sanierungsmaßnahme auf die folgende Nutzungsdauer eines Bauteils wurde in diesen Modellen noch nicht beachtet.

Ebenso fehlten die Berücksichtigung neuer Normen, geänderte Verkehrsbedingungen und verbesserte Instandsetzungsprodukte bei der Ermittlung dieser Nutzungszeiten.

Das Pennsylvania Bridge-Management-System (vgl. Anhang II.1: Bauwerks-Management-Systemen in den USA) war beispielsweise auf die geographischen und historischen Randbedingungen der USA abgestimmt [51]. Dies drückte sich dadurch aus, dass die Umleitungslänge als wesentliches Kriterium für die Instandhaltung berücksichtigt wurde. In den USA gab es Bauwerke bei deren Sperrung eine Umleitung von über 100 Meilen entstanden wäre.

Weiterhin wurde die amerikanischen Brückenbauwerke, nicht wie die der Deutschen, durch einen Krieg zerstört. In Pennsylvania war demnach ein größerer Teil des Bauwerksbestands veraltet und konnte den Güterverkehr nur noch bedingt ertragen.

Das dänische Brückenerhaltungssystem wurde speziell auf die Bauwerksanzahl, der Bauwerksdichte, den verkehrlichen Gegebenheiten und den Verwaltungsstrukturen der Straßenbauverwaltungen zugeschnitten. Auch diese Randbedingungen stimmten mit denen der Deutschen nicht überein.

Im schwedischen Erhaltungssystem fanden die klimatischen Verhältnisse große Beachtung, die in Deutschland nicht angetroffen wurden..

Im Gegensatz zu den oben genannten ausländischen Systemen lieferte das OECD - Managementsystem (vgl. Anhang II.3: Das OECD - Brückenmanagementsystem) einen eher theoretischen, verallgemeinerten Modellansatz, den man zwar als Grundlage ansehen konnte, jedoch so in Deutschland nicht direkt umsetzbar war.

2.7 Aktueller Entwicklungsstand des deutschen Bauwerks-Management-Systems

Auch von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wurde unter der Leitung von Dr.-Ing. Peter Haardt Informationsgespräche mit Vertretern einiger ausgewählter Bundesländer (u.a. Hessen, Baden-Württemberg, Brandenburg, Thüringen sowie der Landschaftsverband Rheinland und Westfalen-Lippe) durchgeführt. Dabei wurden Fragen zu folgenden Themen gestellt:

- Ziele der aktuellen Erhaltungsstrategie der Länderverwaltungen
- Verfahren zur Erstellung, Abstimmung und Steuerung von Erhaltungsprogrammen
- Verfahren zur Feststellung des Mittelbedarfs und deren Bereitstellung durch den Bund
- Grundlagen der derzeitigen Planung von Erhaltungsmaßnahmen und dabei berücksichtigte Kriterien für die Dringlichkeitsreihung
- Maßnahmen der Qualitätssicherung und Erfolgskontrolle
- Identifikation der Aufgaben eines künftigen BMS aus Ländersicht
- Anforderungen der mittleren und unteren Straßenbaubehörden an ein künftiges BMS.

Mit der Durchführung der weiteren Schritte zur Realisierung eines bundesweit einheitlichen Bauwerks-Management-Systems wurde vom Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (BMVBW) die Bundesanstalt für Straßenwesen beauftragt.

Auf der Grundlage des OECD-Konzepts (vgl. Abb. 2, 15), den Vorstudien der TH Darmstadt

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Grobstruktur eines Bauwerksmanagement gemäß der OECD-Studie (BASt, 1998) [40]

und den eigenen Umfragen entwickelt die Bundesanstalt für Straßenwesen seit 1998 ein bundeseinheitliches Managementsystem für die Brücken der deutschen Fernstraßen. Dabei werden im Besonderen die Randbedingungen der vorherrschenden Verwaltungsstrukturen beachtet und auf die Anforderungen und Ziele der Baulastträger eingegangen.

Die Organisation der Straßenbauverwaltung ist dadurch charakterisiert, dass der Bund Baulastträger für die Bundesfernstraßen ist. Die Bundesländer hingegen planen, bauen, betreiben und erhalten die Bundesfernstraßen im Auftrag des Bundes:

Das auf diesen verwaltungsbedingten Umstand ausgelegte Grobkonzept der BASt [40] beinhaltet sieben Themenmodulen, die in vier einzelnen Stufen umgesetzt werden. Ein Themenmodul ist wiederum in Themengruppen untergliedert, die sowohl vertikal als auch teilweise horizontal miteinander verknüpft sind. Bis Ende 2005 hätte das BMS der BASt bundesweit einsatzbereit sein sollen.

Der modulartige Aufbau (vgl. Abb. 3) gestattet es, vorhandene Module zu einem späteren Zeitpunkt durch weiterentwickelte, verbesserte Segmente zu ersetzen/ verknüpfen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Module des Bauwerks-Management-Systems (BMS) nach Haardt (BASt, 1998/ 2002 [38, 40, 54] )

vgl. mit BMS (Abb.15)

Stufe 1 befasst sich mit den benötigten Grundlagenuntersuchungen zur Informationsbereitstellung. In der 2. Stufe wird ein Verfahren zur Bewertung von Maßnahmen und Objekten auf Objektebene entwickelt und Stufe 3 beinhaltet die Bereitstellung eines Verfahrens zur Optimierung von Erhaltungsprogrammen auf Netzebene.

Der Abschlussbericht zur 3. Stufe [43] wurde von der BASt im August 2005 veröffentlicht. Aktuelles Ziel ist die Entwicklung der 4. Stufe, die sich mit der IT-Realisierung des BMS, der Umsetzung in die Verwaltungspraxis und der Ausschreibung/ Überwachung sowie Abrechnung von Instandhaltungsmaßnahmen befasst.

3 Anforderungen und Zielsetzungen im Bauwerksmanagement

3.1 Aufgabenbereiche eines Managementsystems zur Bauwerkserhaltung

Erhaltungsmanagementsysteme stellen für die einzelnen Sachgebiete die notwendigen Informationen bedarfsgerecht zur Verfügung. Die nachfolgend angesprochenen Aufgabenbereiche bzw. -ebenen sind, obwohl sie sich hier nur auf die Brückenerhaltung beziehen, auch auf andere Bauwerks- bzw. Straßenerhaltungssysteme (z.B. Schifffahrtsschleusen) übertragbar.

3.1.1 Die statisch-konstruktive Ebene

Die Notwendigkeit zur Verstärkung bestehender Tragwerke ist nicht nur bei der Schädigung älterer, infolge veränderter Nutzung, sondern auch bei Schäden an neueren Konstruktionen erforderlich; sei es infolge von Bemessungsfehlern oder infolge von äußeren, seinerzeit bei Planung und Bau nicht voraussehbaren Einflüssen.

Die Verstärkung von einzelnen Bauwerksgruppen/ -teilen ist eine örtliche bzw. umfassende, konstruktive Maßnahme mit dem Ziel

- Die Tragfähigkeit
- Die Gebrauchsfähigkeit
- Das Ermüdungsverhalten
- Die Dauerhaftigkeit

wiederherzustellen oder positiv zu beeinflussen. Darüber hinaus werden Verstärkungsmaßnahmen auch oft im Rahmen von geplanten Erweiterungen/ Ausbauten notwendig.

Die Instandsetzung einzelner Bauteile im Zuge eines Brücken- bzw. Straßenausbaus sei hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt, da das BMS als Optimierungseinheit von diesen Maßnahme nur unwesentlich betroffen ist. Jedoch müssen alle sich daraus ergebenden Zustandsmerkmale/ Zustandsdaten neu erfasst werden, um auch in Zukunft genaue Kosten-, Schadens- und Instandsetzungsprognosen (trotz veränderter Rahmenbedingungen) treffen zu können.

3.1.2 Analysen auf Projektebene

Analysen auf Projektebene sind für die objektive Abwägung projektbezogener Maßnahmevarianten und Erstellung netzbezogener Erhaltungsprogramme unentbehrlich. Zu den gängigen Analyseinstrumenten auf Projektebene gehören Kosten-Nutzen-Analysen und Lebensdauerkosten-Modelle (vgl. Kapitel 9.5.3 & 10.1).

Analysen der Lebensdauerkosten werden angewandt, um die erwarteten Gesamtkosten alternativer Strategien, die eine Reihe von Verbesserungsmaßnahmen (z.B. Wartung, Reparatur und Austausch) enthalten, miteinander zu vergleichen.

Anhand von Kosten-Nutzen-Analysen kann der Netto-Nutzen alternativer Strategien unter Berücksichtigung der auf Baulastträger und Nutzer entfallenden Kostenanteile ermittelt werden. Dafür müssen alle Auswirkungen bzw. Einschränkungen des Baulastträgers/ Nutzers berücksichtigt und differenzierte Anforderungen an die Zuverlässigkeit der vorhandenen Brückenbauten, je nach deren „Bedeutung“, erarbeitet werden.

Oft sind Maßnahmen oder Maßnahmenkombinationen zwar bautechnisch, aber nicht finanziell miteinander verträglich. Daher muss sich der Betreiber nach einem Abwägungsprozess, in dem alle Randbedingungen objektiv berücksichtigt werden, für eine Lösung entscheiden.

Im Sinne einer bundesweiten Einführung eines Bauwerks-Management-Systems wird empfohlen, die Gewichtung weitestgehend (d.h. mit Ausnahme von regionalen Randbedingungen) einheitlich zu setzen, um eine bundesweite Vergleichsmöglichkeiten zu haben.

3.1.3 Die politische Ebene

Die politische Ebene spiegelt sich in den Zielen der Behörden, externe Zwänge wie beispielsweise Gesetze und Vorschriften sowie soziale, politische oder wirtschaftliche Erwägungen wieder. Beispiele dafür sind:

- Handlungsnormen, die die Standards und die technischen/ verkehrsbezogenen Ziele der Behörde aufzeigen
- Haushaltszwänge
- Umweltbedingte Zwänge
- Administrative Zwänge durch Konstruktionsvorgaben, Verflechtung/ Koordinierung von Projekten und anderen programmgebundenen Erwägungen.

Dem Bund obliegen die strategischen Aufgaben, d.h. die Entwicklung von Zielvorstellungen, die Erstellung von Bedarfsprognosen und weiteren Analysen als Grundlage der Haushaltsplanung und der Mittelbereitstellung, direkte Eingriffe in den Planungsprozess usw. während die Länder das operative Geschäft des Erhaltungsmanagements durchführen, welches auf Objekt- oder Teilnetzebene die Maßnahmenplanung, die Finanzbedarfsermittlung, die Programmerstellung und die Durchführung der Erhaltungsmaßnahmen beinhaltet.

Hierbei wird zwischen dem Planungs- und dem Realisierungsprozess unterschieden:

Der Planungsprozess von Erhaltungsmaßnahmen findet in den Ländern auf Objekt- und Teilnetzebene statt. Die untere Ebene (z.B. Straßenbauamt) führt die Bewertung der Objekte sowie die Konzeption und Bewertung von Maßnahmen durch. Die obere Ebene (z.B. Landesbauamt) ist für die Dringlichkeitsreihungen, Projektzusammenstellungen sowie Finanzbedarfsermittlungen zuständig.

Im Realisierungsprozess wird das Erhaltungsprogramm auf Länder- und Behördenebene für ein vorgegebenes Budget und ggf. weitere Restriktionen (z.B. Maßnahmenbündelung, Schnittstellen zu anderen Managementsystemen usw.) erstellt. Die Entwicklung des meist für ein Jahr dauernden Erhaltungsprogramms umfasst die Bewertung, Reihung und Auswahl der zur Erhaltung vorgesehenen Bauwerke auf Netzebene.

3.2 Anforderungen der Straßenbaulastträger an ein BMS

Nach Kapitel 3.1 und 12 umfasst ein vollständiges Managementsystem der Bauwerkserhaltung Planungs-, Realisierung- und Controllingaktivitäten von Bund und Ländern.

Um das Potential des BMS voll ausnutzen zu können, ist der Bund in die Lage zu versetzen, neben einem aktuellen Zustandüberblick der Bauwerke auf Netzebene auch Aussagen zum Finanzbedarf zu erlangen um Strategien, langfristige Ziele sowie Rahmenbedingungen in der Praxis verwirklichen zu können. Zum anderen sollten Ländern und Behörden Empfehlungen zur Durchführung von Verbesserungen auf Objektebene geliefert werden, die mit den Strategien, langfristigen Zielen, Rahmenbedingungen und Haushaltszwängen vereinbar sind.

Somit hat das Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (BMVBW) die Möglichkeit, die Haushaltsmittel zu planen und bedarfsorientiert an die Länder zu verteilen. Weiterhin ist eine objektiv-verbesserte Rechtfertigung der aufgewendeten und der benötigten Mittel gegenüber dem Parlament bzw. Steuerzahler möglich. Für das BMVBW ergibt sich die wichtige Aufgabe, entsprechende Vorgaben zu formulieren und durch ein geeignetes Controllingsystem das Erreichen der Erhaltungsziele sicherzustellen und ggf. zu steuern.

Mit Rücksicht auf die o.g. hierarchisch geprägten Beziehungen zwischen den verschiedenen Straßenbaubehörden wurde vom BMVBW zusammen mit der BASt folgender Hauptsatz (nach dem ökonomischen Prinzip) für die Erhaltung von Brücken und Straßen formuliert:

„Festlegen, Erreichen & Einhalten eines akzeptablen Zustands-, Leistungs-, Sicherheits-, und Umweltschutzniveaus der Bundesfernstraßen bei minimalen gesamtwirtschaftlichen Kosten.“

Um diesen Anspruch einhalten bzw. umsetzen zu können, stellt der Bund grundlegende Anforderungen an ein deutsches Bauwerks-Management-System auf folgenden Gebieten:

1. Finanzplanung und -zuweisung an die Länder

- Erstellen mittel- und langfristiger Finanzbedarfspläne für die Erhaltung von Brücken und anderen Ingenieurbauwerken an Bundesfernstraßen.
- Analyse und Bewertung verschiedener Strategien der Erhaltungsplanung (Szenarien) unter volkswirtschaftlichen und/ oder politischen Gesichtspunkten.
- Zusammenführung und Bewertung von Erhaltungsmaßnahmen auf Netzebene.
- Budgetierung von Haushaltsansätzen der Länder.
- Schnittstellen zu bzw. Kopplung mit anderen Managementsystemen (Pavement-Management, Baustellenmanagement, Projektmanagement usw.) im Hinblick auf eine integrierte Finanzplanung.
- Bereitstellung von Eingangsinformationen für die Aufstellung von Langfristprognosen.

2. Kontrolle der Umsetzung von Erhaltungsvorgaben

- Feststellen, Bewerten und Analysieren des Zustands bzw. der Zustandsentwicklung auf Netz- oder Teilnetzebene.
- Bilanzierung, Soll/ Ist-Vergleiche.

3. Sonderauswertungen

- Erstellung von statistischen Auswertungen zu spezifischen Fragestellungen (z.B. über Schäden oder Kosten) im Hinblick auf die Fortschreibung technischer Regelwerke.

Darüber hinaus ist es für den Bund von ausschlaggebendem Interesse, dass in den Ländern einheitliche Verfahren der Dringlichkeitsreihung, Programmerstellung und Finanzbedarfsermittlung eingesetzt werden. Nur mit den auf einheitlicher Basis und mit einheitlichen Verfahren erhobenen Informationen der Länder lassen sich Strategien, Ziele und Randbedingungen des Bundes formulieren und umsetzen (vgl. Abbildung 4).

Die Entwicklung eines theoretischen Modells, das in der praktischen Umsetzung noch eine jahrelange Datensammlung erfordert, wird abgelehnt. Dem Bund würde es nichts nützen, erst in Zukunft über ein System zu verfügen, das den gegenwärtigen Ansprüchen genügt, bei dessen Einführung jedoch veraltet sein wird. Es muss deshalb ein praktikables System auf Grundlage der gegenwärtigen Datenbestände entwickelt werden, welches in der Zukunft mit dem Besitz neuer Erkenntnisse erweiterbar ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4: Aufgabenverteilung und Schnittstellen Bund - Länder (Naumann; Hahn [54] )

Ziel der Länder ist einerseits, den wirtschaftlich optimalen Einsatz der zugeteilten Haushaltsmittel für Instandhaltungsmaßnahmen zu sichern, andererseits die Forderung nach bedarfsgerechter Anpassung dieser Mittel gegenüber dem Bund. Auch für die Länderbehörden ist die Prioritätsbewertung verbunden mit einer Kostenschätzung ein wichtiger Baustein, um diese Forderungen gegenüber beiden Instanzen zu bekräftigen.

Bei der unteren Straßenbauverwaltungen der Städte und Landkreisen steht der Aspekt der Verbesserung des Bauwerkszustands insgesamt und die Sicherheit der Nutzer an oberster Stelle. Die unteren Behörden kennen den Bauwerksbestand und die Verkehrsrandbedingungen innerhalb des Systems genau. Eine Entscheidung über die Dringlichkeit einer Maßnahme ist daher stark von den speziellen Randbedingungen des Verkehrssystems geprägt. Entscheidungen über Haushaltsmittel stehen hier im Prinzip nicht an, da größere Maßnahmen ohnehin der Genehmigungspflicht der oberen Behörden unterliegen.

3.3 Rahmenbedingungen und Schwerpunkte eines Bauwerkserhaltungssystems

Ein Brücken-Management-System ist ein Instrument, welches Autobahn- und Brückenbehörden bei der Auswahl der optimalen Verbesserungen im Brückennetz unterstützen soll. Es beinhaltet alle technische und betriebliche Funktionen, die für den wirksamen Betrieb einer Brücke erforderlich sind; dazu gehören das Erfassen und Verwalten von Daten, Inspektionen und Planungen, Erstellen der Arbeitsprogrammen sowie Bau und Wartung.

Das komponentenbasierende System, dessen Struktur in Bild 5 zusammengefasst ist, enthält

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 5: Systemüberblick und Datenfluss (Holst [43] )

formalisierte Verfahren für die Koordinierung dieser Funktionen, sowie analytische Werkzeuge oder Modelle zur Festlegung des Bedarfs und Erstellung von Prioritäten.

Als Ergebnis erhält man Empfehlungen zur Durchführung von Verbesserungen, die mit der Politik der Ämter und deren langfristigen Zielen und Haushaltszwängen vereinbar sind, jedoch keine Entscheidungen. Diese sind von den jeweiligen Entscheidungsträgern zu treffen.

Ausgehend von umfassenden Datensammlungen, insbesondere aus den Ergebnissen der Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 werden Informationen über auftretenden Kosten, den Zustand der Bauwerke und ihr zukünftiges Verhalten abgeleitet. Weitere Eingangsgrößen sind Informationen über das zur Verfügung stehende Budget, über Mindestbedingungen sowie über Instandhaltungsmaßnahmen in der Vergangenheit, Gegenwart oder Zukunft. Für die Bereitstellung von Haushaltsmitteln und die Erarbeitung von Wartungsstrategien berücksichtigt ein BMS die Bedingungen des gesamten Brückenbestands (auf Netzebene). Dies weicht von den Ansätzen der Vergangenheit ab, bei denen die Entscheidungen jeweils nur fallbezogen (nur auf Projektebene) getroffen wurden.

Das Managementsystem sollte bestimmte Rahmenbedingungen einhalten, um in der Praxis der Brückenerhaltung zur Anwendung gebracht zu werden. Diese Bedingungen sind im Wesentlichen:

- Anlehnung an die RI-EBW-PRÜF
- Einfache Handhabung und Bedienung
- EDV-tauglich
- Möglichst wenig Änderungen für den Prüfenden vor Ort
- Feststellung von alarmierenden Schadensgrenzen
- Einheitliche Erfassung aller Schäden an Brücken
- Jederzeitige Kenntnis über die Zustand der Brücken, ihrer Vorgeschichte und Beanspruchung
- Zusammenarbeit zwischen Brückenplanung und Brückenerhaltung
- „Instandsetzungsfreundlichkeit“ der Brücken
- Verkehrlicher Nutzen der Brücke in dem einzelnen Straßenzug und Bedeutung der Straße im Gesamtstraßennetz
- Nutzbare Bauverfahren und Baustoffe
- Zeitliche, personelle und finanzielle Rahmenbedingungen
- Erhaltungsprogramm mit Dringlichkeiten (Soll/ Ist-Vergleich)

Als allgemein geltende Schwerpunkte für die Entwicklung eines zukünftigen BMS, welches in den Ländern zum Einsatz kommen sollte, wurden bei den von der TH Darmstadt durchgeführten Befragungen (vgl. Kapitel 2.5/ Anhang I) folgende Bereiche genannt [80]:

- Unterstützung der Erhaltungsplanung durch Maßnahmevorschläge auf der Grundlage der Prüfberichte in Verbindung mit Kostenschätzungen auf Objektebene. Auch Abwägung der Kosten bei unterschiedlichen Strategien z.B. Erhaltung - Ersatz.
- Automatisierte Erstellung von Leistungsverzeichnissen, Termin- und Ablaufplänen.
- Erstellung von für die Anwender nachvollziehbaren Dringlichkeitsreihungen sowohl auf Bauamtsebene als auch auf der Ebene der übergeordneten Dienststelle.
- Unterstützung bei der Ermittlung des Erhaltungsbedarfs nach einheitlichen Kriterien.
- Simulation von Szenarien unter Berücksichtigung der Schadensentwicklung zur Begründung des Mitteleinsatzes.
- Ermöglichung von Auswertungen u.a. der Bauwerks-, Bestands-, Zustands- und Kostendaten bzw. deren Entwicklungen in grafischer Form.
- Aufbau von Maßnahmeverwaltungsprogrammen.
- Sicherstellung von Schnittstellen zwischen einzelnen Programmen (Haushalt, Projektsteuerung usw.).
- Standardleistungskataloge und Regelwerke/ Vorschriften in Übereinstimmung bringen.
- Sicherstellung der Kompatibilität zwischen PMS und BMS.
- Erfahrungen der Ingenieure in den Ämtern bei der Instandsetzungsplanung sollten weiterhin einbezogen werden.
- Es sollte ein praktikables System angestrebt werden, welches mit derzeit vorhandenen Daten kurzfristig realisiert werden kann.

3.4 Zielhierarchie eines Bauwerkserhaltungssystems nach Schubert

Für die Gewichtung der für das Bauwerkserhaltungssystem wesentlichen Randbedingungen hat Schubert [80] eine „Zielhierarchie“ erstellt. An der Spitze der Hierarchie steht das Leitziel für die verantwortlichen Entscheidungsträger. Dieses Ziel beschreibt die Leitregel für alle Handlungsweisen, die mit dem Bauwerk zusammenhängen. An zweiter Stelle folgen die Oberziele, danach die primären und sekundären Unterziele.

3.4.1 Leitziel des Brückenmanagements

Das Leitziel, „Schaffung und Erhaltung eines Brückennetzes im Verkehrssystem Straße, das dem Nutzer bei minimalen gesamtwirtschaftlichen Kosten sowie größtmögliche Umweltverträglichkeit bietet“, gibt den Grundgedanken wieder, welche Funktion das Bauwerk im Verkehrssystem Straße einnimmt. Es erwähnt die Oberziele, die sich aus Sicht der Nutzer auf die drei Projektphasen des Bauwerks beziehen.

Innerhalb dieser drei Phasen lassen sich weitere Ziele (primäre Unterziele) formulieren.

Zur Ermittlung der Kriterien und zur Gewichtung dieser für eine Dringlichkeitsreihung wird das primäre Unterziel zur Instandhaltung nochmals in seine Kenngrößen und in die Zielkriterien zur Prioritätsbewertung aufgeschlüsselt.

3.4.2 Oberziel „Planung und Ausführung von Neubaumaßnahmen“

Das Oberziel „Planung und Ausführung von Neubaumaßnahmen“ lässt sich in drei primäre Unterziele aufteilen, die „Planung“, die „Ausführung der Baumaßnahme“ und die „Einbindung in die Umwelt“.

Betrachtet man die sekundären Unterziele, so kommen in der Planungs- und Realisierungsphase die Hauptaspekte „Ansprüche der Nutzer“, „Anforderungen an Ausschreibung und Vergabe“ und „Einbindung des Bauwerks in den Lebensraum Mensch & Natur“ zum Tragen.

Die Ansprüche der Nutzer können und müssen in der Planungsphase erarbeitet bzw. eingearbeitet werden. Hierbei muss das Bauwerk als wichtiges Glied im Gesamtsystem Straße gesehen werden.

Für die Ausführung der Maßnahme stehen die Qualitätsaspekte im Vordergrund, d.h. sowohl in der Ausschreibung als auch in der Ausführung bzw. in der Kontrolle der Ausführung muss es das Ziel sein, die Ansprüche an die Konstruktion klar und eindeutig zu formulieren und umzusetzen.

3.4.3 Oberziel „Erhaltung des Gebrauchtwerts vorhandener Bauwerke“

Die Erhaltung des Gebrauchswerts von Brückenbauwerken kann als Anspruch verstanden werden, die Anforderungen der Nutzer an das Bauwerk in allen Phasen der Bauwerksnutzung zu erfüllen. Wesentliche Ansprüche an die Brücke bestehen an die Sicherheit des Bauwerks, verbunden mit den minimalen gesamtwirtschaftliche Kosten der Nutzer und die Aufrechterhaltung der Verbindungsfunktion innerhalb des Verkehrsnetzes.

Um dieses Oberziel zu erreichen, werden nochmals drei primäre Unterziele definiert, die dem Tätigkeitsfeld einer zuständigen Brückenbauverwaltung entsprechen: die „Kontrolle des Bauwerkszustands“, die „Laufenden Unterhaltungsmaßnahmen“ und die „Gezielten Instandhaltungsmaßnahmen“.

Im Rahmen des Managementsystems bilden die Prüfberichte den Grundstock für die Bewertung der Dringlichkeit einer Instandsetzungsmaßnahme. Die Ansprüche, die mit der Bauwerksprüfung verbunden sind, formulieren sich zu „Einheitlichkeit“, „Vergleichbarkeit“ und „Bewertbarkeit“.

Bei den Unterhaltungszielsetzungen wird in der Hauptsache auf die Schadenserkennung und -behebung in einem Frühstadium Wert gelegt. Damit soll eine Ausbreitung der Schäden zu echten Instandhaltungsmängeln vermieden werden.

3.4.4 Oberziel „Abriss von Brückenbauwerken“

Mit dem Oberziel „Abriss von Brückenbauwerken“ sind zwei Unterziele verbunden. Ein Abriss wird erforderlich, wenn sich die grundsätzlichen Verkehrsrandbedingungen geändert haben und das Bauwerk den Anforderungen des Verkehrs nicht mehr gewachsen oder wenn das wirtschaftliche Lebensende des Bauwerks erreicht ist. Unter diesen Umständen wären die Kosten für eine Instandhaltungsmaßnahme gegenüber den Erneuerungskosten nicht mehr vertretbar.

[...]


[1] OSA: (Verfahren zur Erfassung, Auswertung und Bewertung von Schäden, die zusätzlich Untersuchungen erfordern, sowie für Empfehlungen von Maßnahmen einschließlich Kostenschätzungen)

Details

Seiten
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2005
ISBN (eBook)
9783832494773
ISBN (Paperback)
9783838694771
DOI
10.3239/9783832494773
Dateigröße
1.9 MB
Sprache
Deutsch
Institution / Hochschule
Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft – Fakultät für Architektur und Bauwesen
Erscheinungsdatum
2006 (März)
Note
1,0
Schlagworte
instandhaltung bauwerksschaden schadensmodell schadensursache
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Titel: Konzeption eines Managementsystems zur Bauwerkserhaltung
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