Bei der Behandlung der Auswirkungen unterschiedlicher Erhaltungsstrategien auf die Straßennutzer sind zwei gegenläufige Faktoren zu betrachten: die Auswirkungen des (mit der Zeit schlechter werdenden) Fahrbahnzustandes auf die Straßennutzer und die Auswirkungen der Verkehrsbehinderungen, wenn Erhaltungsmaßnahmen durchgeführt werden. Der Beitrag befasst sich ausschließlich mit dem letztgenannten Faktor, und zwar aus der Sicht der (langfristigen) Erhaltungsplanung im Sinne des Pavement-Management-Systems (PMS) bzw. des Bauwerks-Management-Systems (BMS). Diese Systeme optimieren die Planung von Instandsetzungs- und Erneuerungsmaßnahmen, und zwar hauptsächlich für den Zeitraum der nächsten 5 bis 6 Jahre. Im Beitrag wird die Quantifizierung der Auswirkungen von Verkehrsraumeinschränkungen auf den Straßennutzer aus der Sicht von PMS und BMS vorgestellt. Im Gegensatz zum Neubau gibt es für die Erhaltung bisher keine anerkannten Regeln, wie dies zu erfolgen hat. Im Ergebnis können die baustellenbedingten zusätzlichen Nutzerkosten ermittelt und bei der vergleichenden Reihung unterschiedlicher Erhaltungsstrategien einfließen, so dass Erhaltungsstrategien mit geringeren Verkehrsbeeinträchtigungen günstiger bewertet werden.

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

1 Ausgangssituation und Abgrenzung des Beitrags

Durch ansteigenden Gesamtverkehr und überproportionales Wachstum des Schwerverkehrs werden Teilabschnitte des Bundesfernstraßennetzes bereits jetzt bis an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit beansprucht. Dies tritt vor allem in den Spitzenstunden des Verkehrsaufkommens auf, der Zeitbereich dieser Stunden dehnt sich jedoch immer weiter aus.

Übersteigt das Verkehrsaufkommen die Kapazität eines Verkehrsweges, kommt es zum Fahrzeugstau. Es entsteht eine Folge von nicht zeitgerecht bedienten Fahrzeugen, die wegen zu geringer Kapazität des Verkehrsweges eine Warteschlange bilden. Infolge der zeitlichen Diskontinuität der Verkehrsnachfrage und der aus umweltrelevanten und wirtschaftlichen Gründen gesetzten Grenzen für den Ausbau des Fernstraßennetzes sind derartige Staus nicht absolut vermeidbar. Im Ferienverkehr und während der Spitzenstunden des Verkehrsaufkommens in Ballungsgebieten werden Teile des Bundesfernstraßennetzes regelmäßig mit einer die Kapazität des Netzes übersteigenden Verkehrsnachfrage konfrontiert. Die Staus können jedoch durch Verstetigung des Verkehrsflusses (Verkehrsleitsysteme, Wechselverkehrszeichen, Verkehrsinformationen) in Umfang und Auswirkungen reduziert werden.

Mit der Verlagerung der Investitionstätigkeit des Bundes vom Neu- und Ausbau des Bundesfernstraßennetzes auf die Erhaltung des vorhandenen Netzes verstärkt sich die Bautätigkeit am bestehenden Straßenkörper, an Ingenieurbauwerken und sonstigen Anlagenteilen. Arbeitsstellen an Straßen beeinträchtigen durch Geschwindigkeitsbeschränkung bzw. -reduzierung den Verkehrsablauf, sie führen im Zuge einer veränderten Verkehrsführung zu einer Verminderung der Kapazität und damit zu einer höheren Staugefahr. Zudem ist das Unfallrisiko deutlich erhöht. Die insgesamt durch Baustellen verursachten zusätzlichen volkswirtschaftlichen Kosten der Straßennutzung – kurz als Nutzerkosten bezeichnet – rücken zunehmend in den Blickpunkt des öffentlichen Interesses.

Das seit Jahrzehnten bestehende wissenschaftliche Interesse an diesem Problem ist durch zahlreiche Arbeiten und Veröffentlichungen belegt, wobei der Schwerpunkt auf den Arbeitsstellen von längerer Dauer ruhte. Mit der Konzeption und Einführung von Managementsystemen der Straßen- und Bauwerkserhaltung (PMS und BMS) ist die Chance gegeben, die volkswirtschaftlichen Auswirkungen von Baustellen in entscheidungsvorbereitende Systeme der Erhaltungsplanung einzubeziehen und Strategien zu entwickeln, in die sowohl bau- und erhaltungstechnische als auch volkswirtschaftliche Entscheidungskriterien einfließen. Verkehrsinformationssysteme für die Straßennutzer und das zeitnahe Management von Baustellen sind weitere Komponenten zur Minimierung der volkswirtschaftlichen Folgekosten im Zuge von Erhaltungsmaßnahmen.

Die meisten Quellen, die sich mit der Integration der Nutzerkosten in die Straßen- und Bauwerkserhaltung befassen, fußen auf der Methodik der Bundesverkehrswegeplanung und auf den Empfehlungen für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen [1]. Für die Beurteilung von Erhaltungsmaßnahmen sind diese Verfahren in ihrer bestehenden Form nicht unmittelbar geeignet, jedoch sind in ihnen enthaltene Komponenten und Parameter nutzbar.

Das Bild 1 gibt eine Einordnung des Beitrages bezüglich der beiden volkswirtschaftlich relevanten Säulen, die im Rahmen des Erhaltungsmanagements zu zusätzlichen Straßennutzerkosten führen: Es entstehen zusätzliche Nutzerkosten durch den schlechten Fahrbahnzustand (Geschwindigkeitsverhalten, Unfallrate u. a.) und durch Verkehrsbeschränkungen während der Bauausführung.

Bild 1: Nutzermehrkosten im Erhaltungsmanagement

Zum Thema „zustandsbedingte Nutzermehrkosten“ wird auf andere Untersuchungen (z. B. [2]) verwiesen. Der vorliegende Beitrag befasst sich ausschließlich mit dem Thema „baustellenbedingte Nutzermehrkosten“ und basiert auf den Forschungsarbeiten [3] bis [6]. Das Ziel des Beitrages ist es, die bisher erarbeiteten Verfahrensgrundlagen für die Integration der baustellenbedingten Auswirkungen von Erhaltungsmaßnahmen auf die Straßennutzer vorzustellen.

Bezüglich der relevanten Maßnahmekategorien sind zu unterscheiden:

1. Planbare Tagesbaustellen für die betriebliche und bauliche Unterhaltung
2. Nicht planbare Tagesbaustellen für die betriebliche und bauliche Unterhaltung, zum Beispiel kurzfristige Sicherungsmaßnahmen nach Unfällen
3. Instandsetzungs- und Erneuerungsmaßnahmen, die eine ortsfeste Verkehrsführung erfordern und planbar sind
4. Instandsetzungs- und Erneuerungsmaßnahmen, die auf Grund von Störungen kurzfristig erforderlich werden (z. B. Reparatur tragender Teile an Brücken nach Unfällen) und zu einer längeren Verkehrsraumeinschränkung führen.

Die 4 Maßnahmekategorien unterscheiden sich durch Planbarkeit und Dauer. Die Kategorien 1 und 2 erfordern Arbeitsstellen kürzerer Dauer, die Kategorien 3 und 4 erfordern Arbeitsstellen längerer Dauer. Die Kategorien 2 und 4 (Letztere tritt relativ selten auf) sind nicht planbar und somit für das Erhaltungsmanagement im Sinne des PMS und BMS nicht relevant. Die Kategorien 1 und 3 betreffen unterschiedliche Zeitfenster in der Verkehrsbeanspruchung: Kategorie 1 ist in Tages- und Wochenganglinien, Kategorie 3 in Tages,- Wochen- und Jahresganglinien eingebettet.

Zu Kategorie 1:

Die Ableitung wirtschaftlicher Kriterien ist nur für Entscheidungen sinnvoll, die im Rahmen der Planung im PMS oder BMS beeinflusst werden können. Derzeit werden im PMS keine Maßnahmen der betrieblichen und baulichen Unterhaltung berücksichtigt. Dies soll jedoch in Zukunft, zumindest pauschaliert, für die bauliche Unterhaltung (Instandhaltung) erfolgen [7].

Eine Berücksichtigung baulicher Unterhaltungsmaßnahmen im PMS dürfte in jedem Fall zweckmäßig sein, allerdings nicht in der Form, dass konkrete Tagesbaustellen im PMS geplant werden. Dies ist Aufgabe gesonderter Baustellenmanagement-Systeme (z. B. [8]). Jedoch ist absehbar, dass im Ergebnis laufender Forschungsarbeiten [7] eine quantitative Aussage zur alters- bzw. zustandsbedingten Häufigkeit von baulichen Unterhaltungsmaßnahmen vorliegt. Diese ist dann bewertungsrelevant für das PMS. Das PMS sollte in der Lage sein, sinnvoll abzuwägen, ob ein permanentes Hinauszögern von Instandsetzungs- und Erneuerungsmaßnahmen nicht im Endeffekt deutlich teurer wird. Diese Frage ist von höchster praktischer Bedeutung, denn es tritt häufig auf, dass aus Geldmangel anstehende Instandsetzungen oder Erneuerungen hinausgeschoben werden müssen.

Das PMS sollte solche Strategien behandeln können, sie dürfen aber nicht als „optimal“ erscheinen, weil die wirtschaftlichen Folgen der mit der Tagesbaustelle verbundenen Verkehrsraumeinschränkungen unberücksichtigt bleiben.

Die Kategorie 1 ist daher für das PMS relevant. Es werden Verfahrensgrundlagen benötigt, um die nach Alter und/oder Zustand unterschiedliche Häufigkeit von Maßnahmen der baulichen Unterhaltung in das PMS integrieren zu können.

Zu Kategorie 3:

Die Maßnahmen der Kategorie 3 sind der Standardfall im PMS und BMS. Die Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen [9] definieren Arbeitsstellen längerer Dauer (AlD) wie folgt:

„Arbeitsstellen von längerer Dauer im Sinne dieser Richtlinien sind in der Regel alle Arbeitsstellen, die mindestens einen Kalendertag durchgehend und ortsfest aufrechterhalten werden.“

Wie bereits beschrieben, sind AlD in Tages-, Wochen- und Jahresganglinien eingebettet. Der Planungszeitraum für Erhaltungsmaßnahmen im PMS und BMS betrachtet in der Regel den Zeitraum der nächsten 5 bzw. 6 Jahre. Das Jahr 0 wird dabei nicht betrachtet, das heißt, PMS und BMS planen immer für zukünftige Jahresscheiben. Daraus ergibt sich, dass zum Zeitpunkt der ökonomischen Bewertung (einschließlich der wirtschaftlichen Bewertung von Verkehrsraumeinschränkungen) noch gar nicht bekannt ist, in welcher Woche/in welchem Monat die Maßnahme ausgeführt wird!

Zum Zeitpunkt der Bewertung müssen pauschalisierte Annahmen zur Tages-, Wochen- und Jahresganglinie getroffen werden bzw. müssen Regeln beschrieben werden, nach denen eine „repräsentative Bauwoche“ definiert werden kann. Auch die Aufteilung des Verkehrs in die einzelnen Fahrzeugklassen muss nach vereinfachten Regeln erfolgen, da nicht davon auszugehen ist, dass flächendeckend netzweite Zähldaten dazu verfügbar sind. Während dies an Bundesautobahnen noch denkbar ist, wäre eine solche Datenanforderung für Bundes- und Landesstraßen unrealistisch. Vereinfachte Algorithmen dürften jedoch auch völlig ausreichend sein, da bekanntermaßen die zusätzlichen Nutzerkosten nicht in voller Höhe zu den Baukosten in Relation gesetzt werden können. Derartige Versuche waren bisher in der Erhaltungsplanung nie konsensfähig (z. B. [15]), weil die betriebswirtschaftlichen Aspekte der Maßnahmebewertung damit völlig in den Hintergrund gedrängt werden.

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich ausschließlich auf Bundesautobahnen.

2 Modellierung der Verkehrsnachfrage im Erhaltungsmanagement

Eine Berechnung von Straßennutzerkosten im Zusammenhang mit der Einrichtung von Baustellen kann nur bei Kenntnis der Verkehrsnachfrage vorgenommen werden, wobei sowohl die Verkehrsstärke als auch die Zusammensetzung des Verkehrs nach Fahrzeuggruppen von Bedeutung sind.

Zum grundlegenden Informationsbedarf gehören der durchschnittliche tägliche Verkehr DTV in Kfz/24 h und der Schwerverkehrsanteil SVA in %. Diese reichen als alleinige Informationsgrundlage nicht aus, um baustellenbedingte Veränderungen der Straßennutzerkosten zu prognostizieren. Die Verkehrsnachfrage ist diversen Schwankungen unterworfen. Der größte Anteil von Nutzermehrkosten entsteht durch Stau an Baustellen, wenn die Verkehrsnachfrage im Zuge ihrer ungleichmäßigen Verteilung auf Monate, Wochen, Tage und Tagesstunden die Kapazität des Verkehrsweges übersteigt. Es ist deshalb abzuschätzen, ob im Zuge einer veränderten Verkehrsführung an der Baustelle diese Situation eintreten wird und in welchem Umfang das der Fall ist. Dabei ist davon auszugehen, dass auch bei eingeschränkter Kapazität im Zuge einer veränderten Verkehrsführung nur in einigen Stunden des Tages die Verkehrsnachfrage die Kapazität übersteigt. Wäre das für die durchschnittliche stündliche Verkehrsstärke bereits der Fall, dann wäre die ausgewählte Verkehrsführung ungeeignet. Sie könnte nur durch gezielte Umleitung eines Teiles der Verkehrsnachfrage (z. B. des Schwerverkehrs oder des Pkw-Verkehrs) auf alternative Routen aufrechterhalten werden.

Der unterschiedliche Verkehrsablauf innerhalb eines Jahres, einer Woche bzw. eines Tages wird durch Ganglinien beschrieben:

• Jahresganglinien, die für alle Wochen eines Jahres den prozentualen Anteil des Verkehrs einer Woche am Gesamtverkehr eines Jahres für den Straßenquerschnitt ausweisen
• Wochenganglinien mit dem prozentualen Anteil eines Wochentages am richtungsbezogenen Gesamtverkehr einer Woche
• Tagesganglinien mit dem prozentualen Anteil einer Stunde eines bestimmten Wochentages am richtungsbezogenen Gesamtverkehr des betreffenden Wochentages.

Diese Ganglinien liegen in typisierter Form für den Gesamtverkehr vor. Sie wurden mit den Arbeiten [10] und [11] aktualisiert und stehen in Tabellenform zur Verfügung. Als Datengrundlage für die Typisierung der Ganglinien dienten Ergebnisse automatischer Dauerzählstellen.

Für die Modellierung der Verkehrsnachfrage im Erhaltungsmanagement wurde ein Verfahren zur Bestimmung einer repräsentativen Bauwoche entwickelt. Dieses Verfahren baut auf die in

[11] definierten 7 repräsentativen Jahresganglinientypen auf und projiziert die Verkehrsnachfrage zunächst auf die ca. 38 potenziellen Bau-Wochen („bevorzugte Bauzeit“) des Jahres. Über einige weitere Umformungen, die in [3] beschrieben sind, wird ein für die Bauwoche repräsentativer DTV je Ganglinientyp ausgewiesen. Die Bilder 2 und 3 zeigen den DTV der repräsentativen Bauwoche im Vergleich zu ausgewählten Zeitbereichen des Jahres am Beispiel eines Jahres-DTV von 47 848 Kfz/24 h.

Bild 2: Vergleich des DTV der Repräsentativwoche mit dem DTV des Normalzeitbereiches und der Bauzeit außerhalb des Normalzeitbereiches für 7 verschiedene Standard-Ganglinientypen

Bild 3: Gegenüberstellung des Verkehrsbedarfs unterschiedlicher Zeitabschnitte in Abhängigkeit vom Jahresganglinientyp

Die Aufschlüsselung der DTV der repräsentativen Bauwoche auf die einzelnen Wochentage erfolgt dann anhand bekannter Wochenganglinientypen [10]. Mittels der Tagesganglinien wer den die stündlichen Verkehrsstärken in den einzelnen Wochentagen ermittelt. Besonders zu beachten ist dabei, dass der Schwerverkehr anderen Ganglinien folgt als der Leichtverkehr.

3 Kapazitätsermittlung für Fahrbahnen

Die Kapazität des Straßenquerschnitts ist der Schlüsselparameter, um im Vergleich mit der Verkehrsnachfrage den Prozess des Stauaufbaus und Stauabbaus zu modellieren.

Als Kapazität wird die größte Verkehrsstärke QMAX bezeichnet, die ein Verkehrsstrom bei gegebenen Weg- und Verkehrsbedingungen an dem für ihn bestimmten Querschnitt erreichen kann [12].

Die Kapazität wird maßgeblich durch

• den Straßenquerschnitt (Anzahl der Fahrstreifen, Fahrstreifenbreite, Existenz und Nutzung des Standstreifens),
• die Linienführung (Längsneigung und Kurvigkeit)
• die Verkehrszusammensetzung (Anteil des Schwer- Güterverkehrs, Fahrzeugsilhouette)

bestimmt.

Weitere Einflussgrößen sind:

• verkehrsrechtliche Faktoren (Geschwindigkeitsbegrenzung, Überholverbot)
• umweltbezogene Faktoren (Witterungsbedingungen, Tageszeit; Nähe von Ballungsräumen)
• Zusammensetzung des Fahrerkollektivs (u. Anteil des Berufsverkehrs und damit ortskundiger Fahrer, Fahrverhalten).

Im Zuge von Baustellen werden verkehrslenkende, verkehrsbeschränkende und verkehrsverbietende Sicherungsmaßnahmen ergriffen. Die Kapazität des Verkehrsweges wird im Überleitungsbereich und im Baustreckenbereich u. a. durch

• Einengung von Fahrstreifen
• Wegfall von Fahrstreifen
• Wegfall des Standstreifens
• Sperrung einer Fahrbahn
• Beschränkung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit
• Überholverbot
• Länge der Baustelle

verringert. Im Bereich von Bauwerken können Lastbeschränkungen und einzuhaltende Mindestabstände zwischen Schwerverkehrsfahrzeugen zusätzlich die Kapazität beeinflussen.

Die Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen [9] enthalten so genannte Regelpläne zur Verkehrsführung in den einzelnen Teilabschnitten einer Baustelle. Die Teilabschnitte sind der Annäherungsbereich mit Ankündigung der Baustelle und Beschränkung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit, der Überleitungsbereich zur eigentlichen Baustrecke, der Baustreckenbereich und der Überleitungsbereich an die folgende freie Strecke.

Die vorliegenden Untersuchungen zur Kapazität an Baustellen konzentrieren sich auf Verkehrsführungen nach RSA, wobei der Schwerpunkt auf Autobahnen ausgerichtet ist. Im Bild 4 werden verschiedene Verfahren der Kapazitätsermittlung verglichen. Die Kapazität wird entweder in so genannten Pkw-Einheiten (Pkw-E) pro Stunde angegeben, wobei eine Umrechnung des Schwerverkehrs in eine erhöhte Anzahl von Pkw über einen so genannten Pkw-Äquivalenzwert erfolgt, oder die Angabe der Kapazität erfolgt in Kraftfahrzeuge pro Stunde mit zugehörigem Schwerverkehrsanteil.

Ältere Literaturquellen gehen von einer vergleichsweise geringeren Kapazität aus als sie heute in der Praxis beobachtet wird. Der Einfluss der Längsneigung und der Länge dieser Längsneigung, überlagert mit dem Schwerverkehr, wurde erst in späteren Untersuchungen einbezogen. Häufig wird von einer Basiskapazität ausgegangen, die durch weitere Faktoren abgemindert wird. Dies können sein

• der Wegfall eines benachbarten Fahrstreifens
• die Überführung des Fahrstreifens auf die Gegenfahrbahn
• die Zusammensetzung des Fahrerkollektivs (ortsunkundige Fahrer, repräsentiert durch einen Anteil des Berufsverkehrs unter 50 %)
• die Wetterbedingungen.

Für die Anwendung im Erhaltungsmanagement sind nur Verfahren nutzbar, die mit den hier verfügbaren Daten arbeiten können. Die Wettersituation beispielsweise ist über Jahre im Voraus nicht abschätzbar. Der Anteil ortskundiger Fahrer ist ein langjährig relativ stabiler Wert. Jedoch müsste er abschnittsbezogen bereitgestellt werden. Derzeit ist noch offen, ob dem Operator des PMS/BMS eine interaktive Eingriffsmöglichkeit gegeben werden soll (Gleiches betrifft die Ganglinientypen). Die meisten Einflussfaktoren sind jedoch im Datenpool des PMS bzw. BMS vorhanden.

Für die weitere Arbeit in der Erhaltungsplanung [3] wird auf das Verfahren von Ressel [16] in Kombination mit einigen Faktoren aus [19] aufgebaut.

4 Modelle für Stauaufbau und Stauabbau

Ist die Verkehrsnachfrage größer als die Kapazität, können die Fahrzeuge nicht mehr zeitgerecht abgefertigt werden. Es kommt zum Stau, d. h. zu einer Warteschlange von Fahrzeugen vor dem Engpass. Stauaufbau und -abbau werden durch Modelle beschrieben, mit denen vor allem die Länge und die Dauer des Verkehrsstaus erfasst werden. Die Anzahl der in den Stau einbezogenen Fahrzeuge und die Zeit, die diese Fahrzeuge im Stau verbringen, dienen als Grundlage für die Berechnung der durch den Stau verursachten volkswirtschaftlichen Kosten. Zur allgemeinen Beschreibung des Verkehrsablaufs verwendet man

• mikroskopische Modelle: sie bilden das individuelle Verhalten von Einzelfahrzeugen in Abhängigkeit vom Verhalten anderer Fahrzeuge ab
• makroskopische Modelle: sie beschreiben den Verkehrsablauf durch das mittlere Verhalten der Gesamtheit der Fahrzeuge mit Hilfe globaler Parameter (Verkehrsstärke, Verkehrsdichte, Geschwindigkeit des Fahrzeugkollektivs) und weisen Analogien zu Strömungsmodellen von Flüssigkeiten und Gasen auf.

Speziell für die Stausituation sind Modelle der Warteschlangenbildung und -auflösung zutreffend:

• stochastische Warteschlangenmodelle berücksichtigen den zufälligen Charakter der Fahrzeugankunft sowie des Bedienungsprozesses an der Engstelle; sie basieren auf Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die einzelnen Prozesskomponenten und liefern im Ergebnis statistische Aussagen über die Anzahl wartender Fahrzeuge und die Wartezeiten im Stau
• deterministische Warteschlangenmodelle basieren auf einem Vergleich der Verkehrsnachfrage innerhalb der gewählten Zeiteinheit mit der vorhandenen Kapazität und weisen eine Warteschlange aus, wenn die Nachfrage die Kapazität übersteigt.

Bild 5: Vorliegende Staumodelle

Auf die einzelnen Modelle soll an dieser Stelle nicht detailliert eingegangen werden. Für die Modellierung von Stausituationen im Rahmen des Managements der Straßenerhaltung wurde ein makroskopisches, deterministisches Modell in Anlehnung an Ressel [16] gewählt. Dieses Modell wurde erweitert, da ein Vergleich von Tagesganglinien des Güterverkehrs und des Gesamtverkehrs erkennen lässt, dass einer auf Bundesautobahnen über die Tagesstunden relativ gleichbleibenden Verkehrsstärke des Güterverkehrs Spitzenstunden im Pkw-Verkehr gegenüberstehen, in denen bei gleichmäßig auf den gesamten Tag verteiltem Güterverkehr der relative Anteil des Güterverkehrs am Gesamtverkehr abnimmt. Während der Stauzeit hängt die Kapazität des Baustellenengpasses davon ab, welchen Güterverkehrsanteil die nachgefragte Verkehrsstärke hat. Diese Tatsache war Anlass dafür, das Modell von Ressel zu verallgemeinern. Die Anzahl der im Stau wartenden Fahrzeuge zu Beginn einer Stunde wird dabei zusätzlich durch ihre „Herkunft“ unterschieden, d. h. durch Angabe derjenigen Stunde, zu deren Verkehrsnachfrage sie gehören.

Durch Zusammenfassung über alle nicht zeitgerecht bedienten Verkehrsnachfragen werden die gleichen Ergebnisgrößen wie im Verfahren von Ressel ausgewiesen, jedoch auf der Basis von Kapazitäten, die dem Güterverkehrsanteil der Verkehrsnachfrage entsprechen.

5 Berechnung der Nutzerkosten

Die in der Literatur anzutreffenden Berechnungsverfahren von Nutzerkosten lehnen sich an die Nutzerkostenberechnung nach RAS-W [21] bzw. an die EWS-97 [1] an oder übernehmen direkt die dort beschriebenen Komponenten. Der Vorteil der EWS besteht darin, dass diese Empfehlungen speziell auf den Verkehrszweig Straße zugeschnitten und sämtliche Verfahrenskomponenten völlig transparent sind. Für die Nutzer(mehr)kostenberechnung bei Maßnahmen der Straßenerhaltung sind aus den EWS die dort enthaltenen Komponenten und deren Kostenparameter nutzbar (direkt oder als Orientierung).

Das Bild 6 zeigt die Analyse der derzeit in den EWS und im Erhaltungsmanagement sowie in einer aktuellen Forschungsarbeit [2] eingesetzten Nutzerkostenkomponenten nach [22].

Bild 6: Derzeit eingesetzte Komponenten bei der Berechnung von Nutzen-Kosten-Verhältnissen [22]

Eine zur EWS vergleichbare Empfehlung für das Erhaltungsmanagement gibt es bisher nicht. Das liegt hauptsächlich daran, dass bisher keine Notwendigkeit bestand, derartiges zu erarbeiten. Durch die weitgehend flächenhafte Implementierung von PMS und BMS entsteht dieser Bedarf jetzt. Der wissenschaftliche Vorlauf fehlt jedoch noch an einigen wesentlichen Punkten:

• Beziehungen zwischen Fahrbahnzustand und Nutzerkosten (damit hat sich [2] befasst)
• Behandlung von Alternativrouten
• Berechnungsmöglichkeiten zusätzlicher Nutzerkosten in Baustellenbereichen (Inhalt dieses Beitrages)
• Zuordnung der verschiedenen (betriebswirtschaftlichen und volkswirtschaftlichen) Kostenkomponenten zu Kosten oder Nutzen und Definition eines geeigneten Nutzen-Kosten-Kriteriums, um verschiedene Erhaltungsstrategien reihen und (in fernerer Zukunft) auch mit Neubau Um- und Ausbaumaßnahmen vergleichen zu können
• Konsens zur „Vermischbarkeit“ von Baulastträger- und Nutzerkosten.

Diese Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Sie zeigt aber, dass eine fundierte Einbindung von Nutzerkosten in das Erhaltungsmanagement nur schrittweise möglich sein wird, ein Weg, der international schon seit längerer Zeit verfolgt wird.

Unter Berücksichtigung der im Erhaltungsmanagement verfügbaren Datengrundlage und auf der Basis von Beispielrechnungen wurde für die Berechnung von Baustellensituationen eine Auswahl der Nutzerkostenkomponenten getroffen:

• Betriebskosten,
• Zeitkosten,
• Unfallkosten.

Außerdem werden zunächst die Klimakosten mit ausgewiesen. Es muss im Rahmen weiterer Untersuchungen geklärt werden, ob die Klimakosten relevant sind. Die nachfolgenden Beispiele zeigen die Größenordnung der einzelnen Komponenten. Die Relationen zwischen den Komponenten unterscheiden sich zum Teil deutlich, je nachdem, ob Stau auftritt oder nicht.

6 Anwendungsbeispiele

Die nachfolgenden Beispiele beruhen auf den Algorithmen, wie sie in den Abschnitten 2 bis 5 diskutiert und festgelegt wurden. Das Bild 7 zeigt ein Beispiel einer vierstreifigen Bundesautobahn mit einer Verkehrsführung 3s+0 [9]. Dargestellt ist der prognostizierte Verlauf der Stauentwicklung für die gesperrte und nunmehr auf einen Fahrstreifen reduzierte Richtungsfahrbahn. Als Grundannahmen gehen

• die Längsneigung
• die Typen der Jahres-, Wochen- und Tagesganglinien (zu Details wird auf die angegebene Literatur verwiesen)
• der DTV und der Güterverkehrsanteil

in die Berechnung ein. Im Ergebnis ist die Stauentwicklung im Stundentakt für einen DTV von 25 000 Kfz und einen Güterverkehrsanteil von 15 % dargestellt. Bei dieser Berechnung sind bisher keine Verlagerungseffekte berücksichtigt. Es ist erkennbar, dass die Montag-Vormittag-Spitze und die Freitag-Nachmittag-Spitze zu größeren Staus führen, die übrigen Tage der Woche überwiegend staufrei ablaufen.

Bild 7: Stauentwicklung im Wochenverlauf an einem Beispiel (gesperrte Seite mit einem Fahrstreifen

Wichtig ist die Feststellung, dass bei ortsfesten Baustellenführungen zusätzliche Nutzerkosten nicht nur durch Stau entstehen, sondern auch durch die Verkehrsführung an sich und je nach Art der Verkehrsführung auf beiden Richtungsfahrbahnen. Neben der damit verbundenen Geschwindigkeitsbeschränkung, die sich auf Zeit- und Betriebskosten auswirkt, besteht in allen Bereichen der Baustelle ein erhöhtes Unfallrisiko. Bei Nutzerkostenberechnungen müssen also sowohl die staufreien als auch die nicht staufreien Zeitbereiche einbezogen werden. Das Bild 8 zeigt die Entwicklung zusätzlicher Nutzerkosten für das im Bild 7 gewählte Beispiel, eine Variation des querschnittsbezogenen DTV von 40 000 bis 55 000 Kfz/Tag und eine Variation des Güterverkehrsanteils (GVA) von 0 bis 30 %. Es ist erkennbar, dass der GVA einen erheblichen Einfluss auf die Stauentwicklung und damit die zusätzlichen Nutzerkosten hat. Überlagert sich ein hoher GVA mit einer größeren Längsneigung, führt dies zu noch stärkeren Kapazitätsverlusten und damit höheren zusätzlichen Nutzerkosten.

Bild 8: Entwicklung zusätzlicher Nutzerkosten bei verschiedenen Güterverkehrsanteilen

Es ist auch erkennbar, dass der Zuwachs der zusätzlichen Nutzerkosten pro Bauwoche exponentiell zunimmt, sobald mit Staus zu rechnen ist. Deshalb wird diese Berechnung ab bestimmten Größenordnungen als nicht zielführend angesehen, da in der Praxis durch veränderte Planung (andere Baustellenführung) und/oder alternative Routenwahl eine andere reale Stauentwicklung zu beobachten sein wird.

Bild 9: Entwicklung der zusätzlichen Kosten (in %)

Abschließend soll auf das Verhältnis der einzelnen Kostenkomponenten eingegangen werden. Das Bild 9 zeigt für verschiedene DTV und einen festen GVA von 15 % die prozentuale Entwicklung der Klimakosten und der drei Nutzerkostenkomponenten gegenüber dem Nullfall „keine Baustelle“. Es ist erkennbar, dass auf Grund der Geschwindigkeitsreduzierung die Klima- und Betriebskosten im staufreien Bereich zunächst sinken und dass sich Zeit- und Unfallfolgekosten etwa die Waage halten. Mit zunehmender Stauentwicklung jedoch werden die Zeitkosten immer dominanter und lassen alle anderen Kostenkomponenten in den Hintergrund treten.

Literaturverzeichnis

1. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Empfehlungen für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen (EWS), Ausgabe 1997 (Entwurf), Köln
2. Zentrum für Logistik und Verkehrsplanung/SEP Maerschalk: Entwicklung eines BVWP/EWS-kompatiblen Bewertungsbausteins für Erhaltungsinvestitionen der Straßeninfrastruktur und dessen bedarfsgerechte Begleitung im Feldversuch nach Integration des Bewertungsbausteins in die Software „VIAPMS“ der VIAGROUP Winterthur, FA 23.0005, Bonn, ZLV Berlin, Mai 1999
3. Hellmann, L.; Rübensam, J.: Erarbeitung eines Verfahrens zur Minimierung der baustellenbedingten Nutzerkosten für das Erhaltungsmanagement (PMS), FA 9.133, RS-Consult Berlin (in Bearbeitung)
4. Hellmann, L.; Maerschalk, G.; Rübensam, J.: Verfahren zur Ermittlung der ökonomischen Wirkung von Erhaltungsmaßnahmen an Brücken- und Ingenieurbauwerken, Abschlussbericht zum FA 15.320, März 2001
5. Hellmann, L.; Maerschalk, G.; Rübensam, J.: Entwicklung eines Verfahrens zur Erhaltungsplanung auf Bauwerksebene (fachliche Feinkonzeption), FA 15.346, Abschluss 12/2003
6. Hellmann, L.; Maerschalk, G.; Rübensam, J.: Entwicklung eines Verfahrens für die Bewertung von Maßnahmevarianten für die Erhaltungsplanung auf Objektebene, FA 15.323, März 2002
7. Maerschalk, G. u. a.: Einbindung der baulichen Unterhaltung in Verfahren für das Erhaltungsmanagement, FA 9.131, in Bearbeitung
8. Bergmann-Syren, J.: Baustellenmanagementsystem Hessen, Sachstandsbericht März 2003, Hessisches Landesamt für Straßen- und Verkehrswesen, unveröffentlicht
9. Bundesministerium für Verkehr: Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen (RSA), Ausgabe 1995, Bonn
10. Pinkofsky, L.: Typisierung von Tages- und Wochenganglinien, Schlussbericht zu PA 00621, Bundesanstalt für Straßenwesen, Bergisch Gladbach 2002
11. Pinkofsky, L.: Typisierung von Jahresganglinien, Schlussbericht zu PA 00623, Bundesanstalt für Straßenwesen, Bergisch Gladbach 2003
12. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS), Ausgabe 2001, Köln
13. Schmuck, A.: Straßenerhaltung mit System, Grundlagen des Managements, Kirschbaum Verlag, Bonn 1987
14. Oefner, G.: Handbuch für die wirtschaftliche Vergleichsrechnung im Management der Straßenerhaltung – Baulasträger- und Nutzerkosten, Informationen – Verkehrsplanung und Straßenwesen – Heft 27, München-Neubiberg 1988
15. Hellmann, L.; Rübensam, J.: Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit und bautechnischen Bewährung von Fahrbahnbefestigungen aus Asphalt und Beton auf bestehenden Bundesautobahnen, FA 9.121, RS-Consult, Januar 2004
16. Ressel, W.: Untersuchungen des Ingenieurbüros Dr.-Ing. Ressel + Partner im Auftrag der Obersten Baubehörde im Bayerischen Staatsministerium des Inneren, unveröffentlicht, 1996
17. Bundesministerium für Verkehr: Richtlinien zur Baubetriebsplanung auf Bundesautobahnen (RBAP), Ausgabe 1996, Bonn
18. Stöcker t, R.; Klot z, S.: siehe [19]
19. Beckmann, A.; Zackor, H.: Untersuchung und Eichung von Verfahren zur aktuellen Abschätzung von Staudauer und Staulängen infolge von Tages- und Dauerbaustellen auf Autobahnen, Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, Heft 808, Bonn 2001
20. Rübensam, J.; Hellmann, L.; Maerschalk, G.: Entwicklung eines Verfahrens für die Bewertung von Maßnahmevarianten für die Erhaltungsplanung auf Objektebene, Wartezeiten im Stau vor Baustellen während der Ausführung von Erhaltungsmaßnahmen, Hintergrundbericht 1 zum FA 15.323, RS-Consult/SEP Maerschalk, März 2001
21. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Richtlinien für die Anlage von Straßen (RAS), Teil: Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen (RAS-W), Ausgabe 1986, Köln
22. Elchlepp, F.: Zu Nutzen-Kosten-Vergleichen an Straßen, unveröffentlichtes Manuskript im Rahmen des AK 9.15.1 der FGSV, 2003
23. Ressel, W.: Untersuchungen zum Verkehrsablauf im Bereich der Leistungsfähigkeit an Baustellen auf Autobahnen, Informationen – Verkehrsplanung und Straßenwesen – Heft 37, München-Neubiberg 1994