Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Einleitung: Dynamische Nachfrage trifft auf statisches Angebot

Der Hamburger Hafen ist einer der größten Seehäfen Europas und der bedeutendste Hafen in Deutschland. Dort werden nicht nur Waren importiert und exportiert, sondern auch sortiert, verpackt, vormontiert oder endgefertigt. Als großer logistischer Knotenpunkt ist der Hamburger Hafen Anlauf-, Verteilund Umschlagspunkt für den Güterverkehr auf allen Verkehrsträgern (siehe HPA 1, [1]).

Die rasante Entwicklung des Welthandels und Hamburgs starke Verbindung zu den Wachstumsmärkten in Asien führten über Jahrzehnte zu einem Wachstum der Umschlagsmengen im Hamburger Hafen (siehe HPA 2, [2]). Studien und Prognosen des Bundes und der Hamburg Port Authority AöR. (HPA) zeigen, dass der Wachstumstrend weiter anhalten wird und eine Verdoppelung des Containerumschlags in Hamburg bis zum Jahr 2030 möglich ist (siehe MWP GmbH, IHS, Uniconsult, Fraunhofer CML, [5]; ISL, [6]).

Ein erheblicher Anteil des Wachstums wird durch Effizienzsteigerungen bestehender Umschlagseinrichtungen und auf der bestehenden Fläche erreicht Es entsteht eine deutlich größere Verkehrsnachfrage im gleichen Raum (siehe TransVer, ISL, [7]).

Im Hamburger Hafen sind die Schwankungen der Weltwirtschaft spürbar. Veränderungen des Ölpreises, die Konjunktur in China, Wirtschaftssanktionen gegen Russland und nicht zuletzt die angespannte Marktsituation der Reedereien sind Beispiele für Einflüsse, die sich auf die Verkehrsnachfrage im Hamburger Hafen auswirken Die Verkehrsnachfrage wird zunehmend flexibel und schwer vorauszusehen.

Im Hamburger Hafen treffen Straßen, Wasserstraßen und Gleise zusammen. Um die Leistungsfähigkeit an den Knotenpunkten verschiedenartiger Verkehrswege aufrechterhalten zu können, bedarf es vieler Brückenbauwerke. Dadurch sind Infrastrukturmaßnahmen im Hamburger Hafen häufig mit erheblichen Kosten und hohen technischen Anforderungen verbunden. Aufgrund der direkten Nachbarschaft zwischen dem Hafengebiet, städtebaulichen Nutzungen und schützenswerter Natur kann es bei Infrastrukturmaßnahmen im Hafen zu langen Realisierungszeiten kommen – Infrastrukturausbau bedingt hohe Hürden und lange Vorlaufzeiten.

Eine sich ständig und schnell verändernde Nachfrage nach Mobilität steht einem statischen Infrastrukturangebot gegenüber.

Abbildung 1: Die Herausforderung im Hamburger Hafen

Im Folgenden wird erläutert, wie die Hafenwirtschaft und die HPA den Herausforderungen begegnen und damit den Hafenverkehr der Zukunft gestalten.

2 Der Hafen der Gegenwart

2.1 Die Ausgangssituation: Straßenverkehr im Hamburger Hafen

Von ca. 9 Mio. Standard-Containern (TEU), die im Jahr 2015 an den Containerterminals des Hamburger Hafens umgeschlagen wurden, wurden ca. 3,1 Mio. TEU auf den (bzw. von dem) Lkw verladen (siehe HPA 1, [1]). Das daraus resultierende Verkehrsaufkommen im Hamburger Hafen wird zusätzlich gesteigert durch hafeninterne, gebrochene Verkehre (z.B. mit Zwischenzielen bei Leercontainerlagern, Packund Logistikbetrieben), Massengutverkehre, Leerfahrten und Parksuchverkehre (siehe DLR, [8]). Darüber hinaus dient das Hauptstraßennetz des Hafens für viele Beschäftigte im Hafen als Arbeitsweg und wird durch Pendler und als Umfahrung der Hamburger Innenstadt genutzt.

Die Anforderungen, die dadurch an das Straßennetz des Hamburger Hafens gestellt werden, sind hoch. An einem durchschnittlichen Werktag fahren ca. 40.600 Pkw und ca. 11.100 Lkw in das ca. 30 Kilometer lange Hauptstraßennetz des Hafens ein und legen dort ca. 500.000 Fahrzeugkilometer zurück (siehe HPA 1, [1]). Insbesondere bei Baustellen, Unfällen oder Störungen an logistischen Knoten kommt es zu Überlastungen im Straßennetz. Nicht nur die Infrastruktur, sondern auch die Suprastruktur stößt temporär an die Kapazitätsgrenzen. In diesem Fall stehen mehr Fahrzeuge zur Lieferung oder Abholung eines Containers bereit, als am Containerterminal abgewickelt werden können. Derzeit wird der Zulauf zu den Terminals noch nicht reguliert.

Abbildung 2: Modal Split im Container Hinterlandverkehr (Quelle: HPA)

Abbildung 3: Zusammensetzung werktags in den Hafen einfahrender Fahrzeuge (Quelle: HPA)

2.2 Story 1: Der Transportprozess heute

Ein Container erreicht den Hamburger Hafen über das Seeschiff, wird abgeladen und liegt am Containerterminal bereit. Eine Spedition erhält den Auftrag, diesen Container am Terminal abzuholen und bis zu einer bestimmten Zeit zum Kunden zu bringen. Der Disponent in der Zentrale der Spedition teilt seinen Fahrern Aufträge zu und organsiert die Routenplanung. Dabei muss er die Reisezeiten, Wochenendund Nachtfahrverbote, Lenkund Ruhezeiten und auch die Situation im Hafen und an den Terminals im Auge behalten. Da der Disponent weiß, dass der Prozess am Containerterminal so schneller funktioniert, meldet er die Abholung des Containers am Terminal an. Pünktlich schickt er seinen Fahrer los. Der Fahrer ist unterwegs und hält sich über sein Radio, sein Navigationsgerät, Telefonate mit dem Disponenten und Kollegen sowie über seine On-Board-Unit auf dem Laufenden. Der Disponent hat zeitgleich sämtliche Medien im Blick um immer informiert zu sein, was auf den Routen seiner Fahrer los ist.

Auf der A7, kurz vor der Ausfahrt zum Hafen, ist ein unfallbedingter Stau. Der Fahrer kennt sich nicht gut im Hamburger Hafen aus. Daher fährt er in den Stau hinein und hofft, dass dieser sich schnell auflösen wird. Da er schon auf der Strecke nach Hamburg einige Baustellen passieren musste, ist er später dran als erwartet, als er den Hamburger Hafen erreicht. Ein Blick auf seine On-Board-Unit verrät, dass er aufgrund seiner Lenkzeitenregelung bald eine Pause einlegen muss. Er versucht über Telefonate und die Beschilderung einen freien Parkplatz zu finden. Erst beim zweiten Parkplatz ist er erfolgreich. Gemeinsam mit seinem Disponenten trifft er die Entscheidung, den Container erst am nächsten Tag abzuholen.

Am nächsten Tag fährt er zum Containerterminal. Leider wollen alle Fahrer gleichzeitig ihre Ware abholen. Es ist die Spitzenstunde. Daher tritt bereits ein Stau auf der Zulaufstrecke des Containerterminals auf. Zudem sind die Vorstauflächen direkt vor dem In-Gate voll. Er verliert eine Stunde, die erneut auf seinem Lenkzeitkonto verbucht wird. Er fährt durch die Zufahrt des Containerterminals, sein Fahrzeug wird erkannt und mit den Voranmeldedaten abgeglichen. Er muss sich vor dem In-Gate erneut in eine lange Lkw-Schlange stellen. Er kann seinen Container abholen, sobald er durch den Rückstau vorm In-Gate gekommen ist.

2.3 Erläuterungen zum Transportprozess heute

Für einen effizienten Ablauf ist eine Vielzahl an Informationen zu Warenströmen, Verkehrsströmen und zur Verfügbarkeit der Infrastruktur erforderlich. Jeder Akteur in der Transportkette muss Informationen preisgeben und ist auf Informationen angewiesen. Heute gibt es eine große Zahl unterschiedlicher Operateure, Medien und Plattformen, die jeweils einen bestimmten Aspekt der Transportkette im Fokus haben. Die Infrastrukturbetreiber, Containerterminals, Fahrer und Disponenten versuchen auf dieser Basis den Transportprozess möglichst effizient zu gestalten. Eine Verschneidung der Informationen erfolgt durch den Menschen. Hierbei kommt es häufig vor, dass Informationen fehlen und nicht berücksichtigt werden. Dies führt zu Verzögerungen, Störungen und zusätzlichen zeitlichen und finanziellen Aufwänden.

An den Containerterminals können Lieferund Abholvorgänge vorangemeldet werden, eine verbindliche Zeit wird hierbei noch nicht vereinbart. Die Nachfrage im Hamburger Hafen unterliegt Schwankungen im Jahres-, Wochenund Tagesverlauf. Es kommt zu Nachfragespitzen, die an besonders starken Tagen zu Rückstauerscheinungen im Zulauf der Containerterminals führen. Sowohl die Zufahrt zum Gate, als auch die Vorstaufläche des Terminals und die öffentliche Zufahrtstraße sind betroffen.

Die zukünftig erwarteten zusätzlichen Umschlagsmengen können auf den Terminals nur abgewickelt werden, wenn die Nachfrage verstetigt wird. Es ist vorgesehen ein SlotManagement einzuführen, bei dem verbindliche Zeitfenster vergeben werden.

3 Die Containerterminals der Zukunft

3.1 Einführung des verbindlichen Slot-Managements

Die Betreiber der Containerterminals und die Hamburg Port Authority (HPA) als Infrastrukturbetreiber des Hafens verfolgen das Ziel, die Spitzenzeiten zu glätten, sodass die Auslastung auf der Infrastruktur und auf den Terminals verstetigt wird und die Nachfrage zeitlich verlagert werden kann.

Derzeit werden verbindliche Zeitfenster für Lkw-Verladeprozesse an den Containerterminals in Form eines Slot-Buchungsverfahrens eingeführt. Der Disponent oder der Fahrer bucht ein Zeitfenster beim Containerterminal und erhält eine Bestätigung. Je nach Nachfragezeitraum kann das Zeitfenster ein bis drei Stunden lang sein. Sobald das Slot-Buchungssystem verbindlich wird, werden Fahrzeuge, die den Containerterminal außerhalb des Zeitfensters erreichen, abgewiesen (Siehe HHLA, [9]).

Es werden Zeitlücken zwischen der Ankunft der Lkw im Hafen und den zugewiesenen Zeitfenstern entstehen. Damit diese nicht zu Staubildung auf dem Straßennetz im Zulauf der Containerterminals führen, werden Lösungsansätze entwickelt, wie das Parken in die Logistikprozesse des Hafens integriert werden kann (siehe Transver GmbH und ISL, [6]).

3.2 Story 2: Der Transportprozess mit verbindlichem Slot-Management

Ein Container erreicht den Hamburger Hafen über das Seeschiff, wird abgeladen und liegt am Containerterminal bereit. Eine Spedition erhält den Auftrag, diesen Container am Terminal abzuholen und bis zu einer bestimmten Zeit zum Kunden zu bringen.

Der Disponent bucht beim Containerterminal ein verbindliches, einstündiges Zeitfenster, in dem der Fahrer den Container abholen kann. Die Buchung wird durch den Containerterminal bestätigt.

Der Disponent in der Zentrale der Spedition teilt seinen Fahrern Aufträge zu und organsiert die Routenplanung. Dabei muss er die Reisezeiten, Wochenendund Nachtfahrverbote, Lenkund Ruhezeiten und auch die Situation im Hafen und an den Terminals im Auge behalten. Er berücksichtigt auch das verbindliche Zeitfenster für die Abholung des Containers. Er will das Risiko minimieren, dass der Fahrer sein Zeitfenster verpasst und auf ein neues Zeitfenster warten muss. Daher schickt er den Fahrer sehr früh los.

Der Fahrer ist unterwegs und hält sich über sein Radio, sein Navigationsgerät, Telefonate mit dem Disponenten und Kollegen sowie über seine On-Board-Unit auf dem Laufenden. Der Disponent hat zeitgleich sämtliche Medien im Blick um immer informiert zu sein, was auf den Routen seiner Fahrer los ist.

Auf der A7, kurz vor der Ausfahrt zum Hafen, ist ein unfallbedingter Stau. Der Fahrer kennt sich nicht gut im Hamburger Hafen aus. Daher fährt er in den Stau hinein und hofft, dass dieser sich schnell auflösen wird. Da er schon auf der Strecke nach Hamburg einige Baustellen passieren musste, ist er später dran als erwartet, als er den Hamburger Hafen erreicht. Gut, dass er so früh losgefahren ist.

Er wird es wohl noch pünktlich schaffen können, sein Zeitfenster zu erreichen. Doch als er sich dem Containerterminal nähert, stellt er fest, dass es einen langen Rückstau auf die Straße gibt. Auch die anderen Fahrer haben ein Zeitfenster gebucht und sind früh losgefahren. Um auf Nummer sicher zu gehen, fahren sie direkt zum Containerterminal. Schließlich können sie ja dort warten. Der Fahrer ärgert sich, weil er jetzt vor dem In-Gate Zeit verliert und andere Fahrer, die viel später dran sind, die Vorstaufläche am Terminal und die Zufahrt blockieren. Er verpasst sein Zeitfenster und telefoniert mit seinem Disponenten. Der bucht ein neues Zeitfenster in einer weniger nachgefragten Zeit.

Ein Blick auf seine On-Board-Unit verrät, dass er aufgrund seiner Lenkzeitenregelung bald eine Pause einlegen muss. Er versucht über Telefonate und die Beschilderung einen freien Parkplatz zu finden. Erst beim zweiten Parkplatz ist er erfolgreich. Hier wartet er nun auf sein neues Zeitfenster. Dies musste für einen späteren Zeitpunkt gebucht werden, damit die Lenkund Ruhezeiten eingehalten werden können.

Schließlich fährt er zum Containerterminal. Zu dieser Zeit sind nicht so viele Lkw dort. Er fährt durch die Zufahrt des Containerterminals, sein Fahrzeug wird erkannt und mit den Voranmeldedaten abgeglichen. Er kann seinen Container abholen.

3.3 Erläuterungen zum Transportprozess mit verbindlichem Slot-Management

Durch das verbindliche Slot-Management können die Verladeprozesse am Terminal besser geplant werden. Die Nachfrage wird reguliert. Für die Spediteure und Lkw-Fahrer ergibt sich eine neue Situation. Die Flexibilität wird eingeschränkt. Reaktionsmöglichkeiten in Bezug auf unvorhergesehene Ereignisse im Straßenverkehr sind nur dann gegeben, wenn eine ausreichende zeitliche Sicherheit bei der Routenplanung einkalkuliert wird.

Es entstehen Zeitlücken, weil Fahrzeuge zu früh im Hamburger Hafen sind oder weil Zeitfenster verpasst wurden und neu gebucht werden müssen. Ohne ein Parkraummanagement werden die Fahrer so nah wie möglich an ihr Ziel heranfahren und dort warten. So wollen Sie sicherstellen, dass sie das Zeitfenster erreichen. Der Parkdruck auf die Vorstauflächen direkt an den Terminals, auf die Parkplätze im direkten Umfeld und die Infrastruktur im Zulauf der Terminals wird erheblich zunehmen.

Es ist möglich, dass Fahrzeuge, die auf ihr Zeitfenster warten, andere Fahrzeuge, deren Zeitfenster bereits erreicht sind, blockieren. Auf den Terminals wird die Nachfrage verstetigt, auf der Infrastruktur wirkt sich dies jedoch nicht hinreichend aus.

Dies kann verhindert werden, indem eine Organisation der Wartezeiten erfolgt, bei der den Spediteuren und Fahrern ein hohes Maß an Sicherheit in Bezug auf das Erreichen des Zeitfensters gegeben wird. An dieser Stelle sind Lösungen gefragt, die eine Optimierung des Transportprozesses unter den neuen Voraussetzungen möglich machen.

4 Der Hafen der Zukunft

4.1 Die Vision smartPORT Hamburg: Intelligenz und Vernetzung

Als Infrastrukturbetreiber des Hafens steht die HPA vor der Herausforderung, die Grundlage dafür zu schaffen, dass vorhandene und zukünftige Verkehre zuverlässig, schnell, effizient und nachhaltig abgewickelt werden können. Vor dem Hintergrund der in Abschnitt 1 beschriebenen Herausforderungen, erfordert dies, die wachsende, dynamische Nachfrage so zu regulieren, dass temporäre Überlastungen des Infrastrukturangebotes und des Suprastrukturangebotes reduziert werden. Dadurch wird die Effizienz der bestehenden Infrastruktur gesteigert. Dies ist das Ziel des smartPORT Konzeptes, mit dem die HPA den Grundstein für den Hafen der Zukunft legt (siehe HPA 3, [3]).

Abbildung 4: Vision smartPORT Hamburg (Quelle: HPA)

Im Hafen der Zukunft wird die Infrastruktur mit Intelligenz versehen sein. Die Infrastrukturelemente Straßen, Lichtsignalanlagen, Schienen, Schleusen, Brücken, etc. melden ihren Zustand und/oder ihre Auslastung, Baustellen melden ihre Position und ihren Status, Parkplätze melden ihren Belegungszustand. Operatoren in Verkehrsleitzentralen, an den Terminals, an logistischen Knoten und in den Zentralen der Speditionen geben Informationen zu Verkehrsund Warenströmen ins System. Verkehrsteilnehmer können ihre Position, ihr Ziel und ihre gewünschten Ankunftszeiten übermitteln (siehe HPA 3, [3]).

Die Daten werden auf einer mobilen Business Cloud gesammelt, verschnitten und verarbeitet. Über dynamische Anzeigetafeln, das Internet, öffentliche Datenmarktplätze, wie dem Mobilitätsdatenmarktplatz Deutschland (MDM), und einen speziell für den Hamburger Hafen entwickelten Service Marktplatz (SPL) werden die Informationen kommuniziert. Jeder Akteur erhält nur die Informationen, die für ihn relevant sind (siehe HPA 3, [3]; HPA 4, [4]).

Abbildung 5: Vision smartPORT Traffic Center (Quelle: HPA)  

4.2 Der Stand: Grundlagen für den smartPORT (Straße)

Bereits seit einigen Jahren wird die Infrastruktur des Hamburger Hafens mit Erfassungstechnik ausgestattet. Neben Verkehrsstärken werden auch Reisezeiten (u.a. Bluetooth-Detektoren), Achslasten (Weight-in-Motion-Messungen) und Zustände der beweglichen Brücken im Hafen erfasst. Über eine Schnittstelle findet Datenaustausch mit dem Verkehrsrechner der Stadt Hamburg statt.

Mit dem Ziel, die Verkehrslage im Hafen in Echtzeit berechnen und abbilden zu können, wurde das System zur effizienten Verkehrslageermittlung (EVE) umgesetzt. Dabei werden sämtliche verfügbaren Daten zum Straßenverkehr und der Infrastruktur in einer EchtzeitVerkehrssimulation zu Reisezeiten, Kurzfristprognosen und einem Level of Service (LoS) auf definierten Routen im Hafengebiet und dessen Umfeld verarbeitet. Zur finalen Vorbereitung auf den operativen Einsatz findet derzeit ein Monitoring der Datenqualität statt.

Die zentrale Anlaufstelle für bestehende und neue Straßenverkehrsdaten bildet das Port Road Management Center (PRMC). Es besteht aus einem Verkehrsrechner und einem besetzten Leitstand. Hier werden die Daten qualitätsgesichert, verarbeitet und visualisiert. Die Operateure überwachen den Verkehrsablauf und können bei Bedarf Maßnahmen zur Optimierung ergreifen. Die Daten werden zur Verbreitung über verschiedene Kommunikationsmedien vorbereitet. Die Verkehrsinformationen werden über dynamische Anzeigetafeln (DIVA-Tafel) im Hafengebiet und über den MDM verbreitet.

Zudem ist die erste Version der Kommunikationsplattform SPL bereits im Einsatz. Diese setzt sich zusammen aus einer Logistik-Applikation sowie einem virtuellen Marktplatz zur Vernetzung der Hafenwirtschaft. Die Applikation stellt die Grundlage für eine zielgerichtete Kommunikation mit den Akteuren der Hafenwirtschaft, also auch der Lkw-Fahrer und Disponenten dar. Es wird angestrebt, Fahrer und Disponenten bedarfsgerecht über die Belegungszustände der Lkw-Stellplätze und die Verkehrssituation (aus EVE) im Hafen zu informieren und somit das Verhalten der Verkehrsteilnehmer positiv zu beeinflussen.

4.3 Das Konzept: prePORT Parken

In der Zeit vor der Wirtschaftskrise, als die Verkehrsnachfrage im Hamburger Hafen besonders hoch war, zeigten sich Kapazitätsengpässe an den Containerterminals, im Straßennetz und auch auf den Lkw-Parkplätzen im Umfeld des Hafens. Eine Studie zum Parkraummanagement im Hamburger Hafen aus dem Jahr 2012 belegte, dass bereits im Jahr 2010 die bestehenden Lkw-Stellplätze nicht ausreichten, um die Nachfrage zu decken (siehe SHP, [10]).

Im Rahmen einer von der EU geförderten Studie mit dem Titel „Untersuchung der betrieblichen Anforderungen an einen Pre-Gate-Parkplatz (PGP) für Zielverkehre im Hafen Hamburg“ aus dem Jahr 2011 wurde zudem deutlich, dass die Integration des Parkens in den Transportprozess große Chancen im Hinblick auf die zeitliche Verteilung der Zielverkehre und die effiziente Nutzung der Infraund Suprastruktur bietet. Diese Studie stellt die konzeptionelle Grundlage des prePORT Parkens (ehemals Pre-Gate-Parken) dar (siehe TransVer, ISL, [7]).

Durch das verbindliche Slot-Buchungssystem an den Containerterminals entstehen Zeitlücken zwischen der Ankunft der Lkw und den gebuchten Zeitfenstern am Terminal. Damit diese geregelt und auf geeigneten Stellplätzen (und nicht im Zulauf der Terminals) verbracht werden können, wird die Integration des Parkens in den Transportprozess angestrebt (siehe TransVer, ISL, [7]).

Da es diesbezüglich an Erfahrungswerten fehlt, wurde entschieden, in einem Pilot-Projekt einen bestehenden Lkw-Parkplatz technisch auszurüsten, das System einzuführen, zu testen, Erfahrungswerte zu sammeln und es im Rahmen der praktischen Anwendung weiterzuentwickeln.

4.4 Story 3: Der Transportprozess im smartPort Hamburg

Ein Container erreicht den Hamburger Hafen über das Seeschiff, wird abgeladen und liegt am Containerterminal bereit. Eine Spedition erhält den Auftrag, diesen Container am Terminal abzuholen und bis zu einer bestimmten Zeit zum Kunden zu bringen.

Der Disponent der Spedition nutzt die Online-Oberfläche von SPL. Hier nimmt er zunächst die Voranmeldung am Containerterminal vor und erhält die Bestätigung seines gewünschten Zeitfensters. Er nutzt SPL um die Tourenplanung vorzunehmen. Hierbei kann er auf sämtliche Informationen zur Infrastruktur, zum Verkehrsgeschehen, zu der Situation an den Terminals und zu seinen Aufträgen, Lkw und Fahrern zentral zurückgreifen. Er berücksichtigt auch das verbindliche Zeitfenster für die Abholung des Containers. Anhand der Verkehrsinformationen kann er eine realistische Einschätzung treffen, wann die Abfahrt des Fahrers erfolgen sollte.