Die Methoden der systematischen Straßenerhaltung für kommunale Netze haben sich in den letzten Jahren stetig entwickelt. So wurde das Technische Regelwerk überarbeitet und ergänzt, so dass von einigen Teilen, z. B. der E EMI und den Arbeitspapieren zur systematischen Stra ßenerhaltung, AP 9, Reihe K, ,,Kommunale Straßen", bereits eine zweite Ausgabe veröffentlicht wurde. Wesentliche Ergänzungen bestehen mit der Beschreibung der Zustandserfassung bei messtechnischer Zustandserfassung (Abschnitt 3.1) sowie den ,,Grundlagen des Erhaltungsmanagements (Abschnitt 4.1). Gerade im AP 9/K 4.1 wurde erstmals der Ansatz eines strategischen Erhaltungsmanagement auf kommunaler Ebene beschrieben. Diese Vorgehensweisen werden bereits mit Erfolg in der Praxis angewandt, haben jedoch methodisch Ergänzungs- und Verbesserungsbedarf. Anhand von Beispielen kann daher die derzeitige Funktionsweise eines strategischen Erhaltungsmanagement für kommunale Straßen aufgezeigt werden, vor allem wenn es um netzweite Betrachtungen beispielsweise für Finanzbedarfsprognosen geht. Dabei besteht die ingenieurtechnische Aufgabenstellung aber stets in einer sachgerechten Analyse und Interpretation der Ergebnisse. Dies wird am Beispiel der möglichen Bewertung und Einbindung der Substanz der Straßenbefestigung aufgezeigt. Trotz aller Weiterentwicklungen fehlen zu bestimmten Bereichen und Themen nach wie vor fundierte Forschungsergebnisse, um die angewandten Rechenmodelle verlässlicher zu gestalten. Dabei sind u. a. die Modelle zur Zustandsprognose, zur Abschnittsbildung oder zur Beschreibung der Wirkung von Erhaltungsmaßnahmen zu sehen. Ein weiteres Feld mit erheblichem Potenzial wird in der Anwendung von Kennzahlenmodellen oder auch Key Performance Indicators gesehen, um die spätere Entscheidungsfindung zum Einleiten von Maßnahmen sachgerechter als bisher zu gestalten. Insgesamt waren die bisherigen Entwicklungen erfolgreich und unterstützen die kommunale Erhaltungsplanung, allerdings sind verschiedene Themenbereiche noch offen, um eine höhere Praxisrelevanz zu erzielen.

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

1 Einleitung

Die grundlegende Aufgabenstellung der systematischen Straßenerhaltung in Kommunen und im Bereich der Außerortsstraßen ist ähnlich, so lange man sich mit eher abstrakten Zielen wie beispielsweise der Werterhaltung oder der Verkehrssicherung beschäftigt. Will man aber diese Oberziele technisch und organisatorisch umsetzen, fallen eine Reihe von Unterschieden und Eigenheiten auf, die zwar zu technisch ähnlichen Lösungen, inhaltlich aber zu kommunalspezifischen Vorgehensweisen führen. Die Unterschiede sind hinlänglich bekannt und diskutiert, sie finden sich in der Struktur des Straßennetzes bedingt durch kurze Abschnittslängen und oftmals historisch gewachsene Aufbauten, in der Aufgabe der Verkehrsfläche auch als Träger der Ver- und Entsorgung verbunden mit der Problematik von Einbauten oder völlig unterschiedliche verkehrliche Belastungskonstellationen.

Diese Randbedingungen führen zu eigenständigen Vorgehensweisen für ein kommunales Erhaltungsmanagement, die in den ,,Empfehlungen für das Erhaltungsmanagement von Innerortsstraßen" (E EMI 2012), (FGSV, 2012) sowie in den zugehörigen ,,Arbeitspapieren zur Systematik der Straßenerhaltung, Reihe K: Kommunale Straßen" (FGSV, 2016) hinterlegt sind. Die Bedeutung der systematischen Straßenerhaltung ist unbestritten, so liegen eine Reihe dieser Papiere, z. B. die E EMI mit Aufnahme der aktuellen Entwicklungen inzwischen bereits in der ,,zweiten Generation" vor, andere erstmals erschienene neue Papiere, wie der Abschnitt 4, Unterabschnitt K 4.1 ,,Grundlagen eines Erhaltungsmanagements" (FGSV, 2015a) setzen neuere Forschungsergebnisse anwendungsorientiert um. In vielen Fällen sind diese Methoden etabliert und auch am ,,Markt" angekommen.

Ebenfalls bekannt ist die Unterscheidung zwischen dem operativen und dem strategischen Erhaltungsmanagement, aus Gründen der Abgrenzung soll dies kurz erläutert werden: Zu den strategischen Zielen gehören in erster Linie die transparente Darstellung des mittel- und langfristigen Ressourcenbedarfs für die Entscheidungsträger, die objektive Darstellung der Auswirkungen von verschiedenen Erhaltungsstrategien auf Zustands- und Wertentwicklungen und damit auch Finanzbedarfsprognosen. Im operativen Bereich ist in erster Linie ein konkretes und abschnittsbezogenes Erhaltungsprogramm aufzustellen. Diese jährlichen Maßnahmenlisten werden auf der Basis des allgemeinen Zustands, der Beurteilung der Nachhaltigkeit der Maßnahmen und weiterer kommunalspezifischer Faktoren vorgenommen. Als Ergebnis für die Projektebene sollte neben der genannten optimierten Ausgabe der jährlichen Erhaltungspläne eine frühzeitige Koordinierung der Maßnahmen einschließlich der notwendigen Planungen sowie Hilfestellungen zur konkreten Bauvorbereitung resultieren. Für die Lösung der spezifischen Aufgaben werden damit sowohl operative als auch strategische Ansätze eingesetzt, wobei im vorliegenden Beitrag vor allem die Ansätze der strategischen Erhaltungsplanung diskutiert und auf Verbesserungspotenzial hin untersucht werden.

2 Stand des Regelwerks für kommunale Straßen

Die Vorgehensweise einer Systematischen Straßenerhaltung im Innerortsbereich wird in den ,,Empfehlungen für das Erhaltungsmanagement von Innerortsstraßen" (E EMI), Ausgabe 2012 (FGSV, 2012) beschrieben. Sie behandeln neben den Grundlagen der kommunalen Straßenerhaltung vor allem die Bereiche Zustandserfassung und -bewertung sowie die Bausteine eines kommunalen Erhaltungsmanagementsystems. Die E EMI werden durch die ,,Arbeitspapiere zur systematischen Straßenerhaltung, AP 9, Reihe K ,,Kommunale Straßen" (FGSV, 2016) ergänzt. Aktuell sind folgende Teile veröffentlicht:

Abschnitt K 1: Grundlagen

Unterabschnitt K 1.1: Grundlagen zur praxisorientierten Umsetzung der E EMI 2003 (Ausgabe 2005)

Unterabschnitt K 1.2: Ordnungssystem und Netzbeschreibung für innerörtliche Verkehrsflächen (Ausgabe 2005)

Unterabschnitt K 1.3: Bestandsdatenerfassung (Ausgabe 2008)

Unterabschnitt K 1.4: Datenorganisation zur Historisierung (Ausgabe 2008)

Abschnitt K 2: Zustandserfassung

Unterabschnitt K 2.1: Vorbereitung und Durchführung der messtechnischen Zustandserfassung für innerörtliche Verkehrsflächen (Ausgabe 2016)

Unterabschnitt K 2.2: Vorbereitung und Durchführung der visuellen Zustandserfassung für innerörtliche Verkehrsflächen (Ausgabe 2015)

Unterabschnitt K 2.3: Schadenskatalog für die messtechnische und visuelle Zustandserfassung (Ausgabe 2015)

Abschnitt K 3: Auswertung

Unterabschnitt K 3.1: Zustandsbewertung bei messtechnischer Zustandserfassung (Ausgabe 2015)

Abschnitt K 4: Rechnergestützte Erhaltungsplanung

Unterabschnitt K 4.1: Grundlagen eines Erhaltungsmanagements (Ausgabe 2015)

Teile der Arbeitspapiere befinden sich in Überarbeitung, es sollen auch die Abschnitte ergänzt werden, z. B. soll im Abschnitt K 3 noch ein Arbeitspapier K 3.2 für die visuell-sensitive Zustandsbewertung ergänzt werden.

Im Jahr 2015 sind die Unterabschnitte K 2.2 ,,Vorbereitung und Durchführung der visuellen Zustandserfassung für innerörtliche Verkehrsflächen" und K 2.3 ,,Schadenskatalog für die messtechnische und visuelle Zustandserfassung" in überarbeiteter Form erschienen und ersetzen die Vorläuferpapiere aus den Jahren 2005. Hintergrund für die Neufassungen waren weitreichende Präzisierungen bei der Definition der zu erfassenden Parameter mit einer größeren Betrachtungstiefe. Dies ist vor allem dem Umstand geschuldet, dass die Substanzmerkmale (Oberfläche) im Vergleich zu Außerortsstraßen einen höheren Stellenwert einnehmen. Zudem wurde ­ soweit möglich und sinnvoll ­ eine zweidimensionale Beschreibung der Merkmale nach Ausprägung und Ausdehnung mit aufgenommen. Infolgedessen war es auch notwendig, den Schadenskatalog im AP 9/K 2.3. anzupassen und zu ergänzen.

Erstmals erschienen sind die Unterabschnitte K 2.1 ,,Vorbereitung und Durchführung der messtechnischen Zustandserfassung für innerörtliche Verkehrsflächen" (FGSV, 2015b), K 3.1 ,,Zustandsbewertung bei messtechnischer Zustandserfassung" (FGSV, 2015c) und K 4.1 ,,Grundlagen eines Erhaltungsmanagements" (FGSV, 2015a). Mit diesen Arbeitspapieren werden bestehende und gravierende Lücken im Regelwerk geschlossen. Zum einen ist erstmals die messtechnische Zustandserfassung und -bewertung beschrieben, was ausschreibenden Kommunen Hilfestellung zu Anforderungen und zum Bewertungsverfahren gibt. Beide Aspekte wurden in der Vergangenheit in Anlehnung an die im Außerortsbereich üblichen Verfahren behandelt, was nicht unbedingt falsch sein muss, aber eben auch in der praktischen Anwendung die nötige Sicherheit vermissen lässt. Eine grundlegend diskutierte Frage stellt dabei die Forderung nach einer zeitbefristeten Betriebszulassung der eingesetzten Messfahrzeuge dar. Die sogenannte zeitbefristete Betriebszulassung stellt im Rahmen von Zustandserfassungen nach den ZTV ZEB-StB (FGSV, 2006) einen anerkannten Qualitätsstandard dar, der sicherstellt, dass vergleichbare und wiederholbare Messergebnisse erzielt werden. Man kann die Frage stellen, ob dieser Standard für kommunale Messungen zutreffend sei, die Gremien vertreten hier aber die begründete Ansicht, diesen Standard angesichts einer Vielzahl von neuen Aufnahmeverfahren, die aus anderen Anwendungsbereichen, z. B. der Kartengenerierung für autonomes Fahren kommen, auch für messtechnische Zustandserfassungen im kommunalen Bereich zu fordern. Dies ist nun auch in den Arbeitspapieren so hinterlegt. Denkbar wäre, über eine ,,kommunale Variante" der zeitbefristeten Betriebszulassung nachzudenken, allerdings müssten dafür wirklich gravierende Unterschiede in den Anforderungen nachgewiesen werden, die eine solche Vorgehensweise rechtfertigen würden. Die Zustandsbewertung wird sich auch unter dem Aspekt der gerade erfolgten Neufassung der Zustandsbewertung der ZTV ZEB-StB (FGSV, 2006) vom Außerortsbereich deutlich abgrenzen. Gemäß den E EMI 2012 (FGSV, 2012) werden zwei Funktionsklassen, Fk A und Fk B unterschieden. Fk A umfasst die Hauptverkehrs, die Verbindungs- und die Sammelstraßen, Fk B die Quartier- und die Wohnstraßen. Die Normierungsfunktionen (Bild 1) selbst verzichten ebenfalls auf die Sprungstellen bei einem Zustandswert von 1,5 und 4,5 gemäß den bisherigen ZTV ZEB-StB (FGSV, 2006), allerdings werden die bisherigen Teilwerte Gebrauch und Substanz (Oberfläche) beibehalten und Verknüpfungsvorschriften angegeben.

Bild 1: Normierungsfunktionen für Merkmal Netzrisse nach dem AP 9/K 3.1 (FGSV, 2015c)

Eine weitere wesentliche Hilfestellung gibt das AP 9/K 4.1 ,,Grundlagen eines Erhaltungsmanagements" (FGSV, 2015a). Die Kernelemente dieses Arbeitspapiers sind die Kapitel ,,Darstellung und Bewertung des Ist-Zustandes", ,,Entwurf eines Bauprogramms ­ Ist-Zustand" sowie ,,Strategisches Erhaltungsmanagement". Damit sind drei Auswertebenen beschrieben, die den gängigen Aufgaben der täglichen Praxis entsprechen. Die Darstellung und Bewertung des Ist-Zustandes stellt eine unerlässliche Grundlage für alle weiteren Entscheidungen dar. So können schnell verschiedene Problempunkte des baulichen Zustandes der Verkehrsflächen, statistische Betrachtungen und Zustandsveränderungen bei mehrmalig erfolgten Erfassungen erkannt werden (Bild 2). Dazu wird aber neben der reinen Erfassung der Oberflächenmerkmale auch eine Erfassung und Bewertung des strukturellen Zustandes von Verkehrsflächen für notwendig erachtet. Dies wird vor allem für Hauptverkehrsstraßen mit einer üblichen Schwerverkehrsbelastung für valide Ergebnisse als notwendig gesehen und ist mittlerweile unbestritten. Weiterer Entwicklungsbedarf besteht aber in der anzuwendenden Methode zur Bewertung der Straßensubstanz. Hilfsweise wird für die Bewertung der Substanz (Aufbau) das AP 9 S herangezogen, das derzeit die einzig netzweit einsetzbare Methode darstellt, aber inhaltlich Verbesserungsmöglichkeiten aufweist.

Bild 2: Vorgehensweise zur Darstellung und Bewertung des Ist-Zustandes

Mit der weiteren Aufteilung nach einem operativen und einem strategischen Ansatz wird der Tatsache Rechnung getragen, dass je nach Art und Größe der Kommune ein etwas einfacheres System, das eine reine Rangreihung beinhaltet, ausreicht. Nach eine einfachen Bildung von Erhaltungsabschnitten können diese im einfachsten Fall auf der Basis des aktuellen Zustandes, beispielsweise nach Bildung von Zustandsklassen in Verbindung mit einem gewichteten Gesamtwert in eine Rangreihung gebracht werden (Bild 3). Oftmals wirken aber auch noch andere Faktoren auf das Auslösen einer Erhaltungsmaßnahme ein, dies können beispielsweise die Erhaltungsplanung anderer Infrastruktureinrichtungen, die Verkehrsbedeutung und -entwicklung der jeweiligen Abschnitte, die Netzfunktion, das städtebauliche Umfeld oder umweltrelevante Parameter sein. Das Arbeitspapier AP 9/K 4.1 gibt hier erstmals Hinweise, allerdings müssen solche Vorgehensweisen fallweisen bezogen entwickelt werden. Aktuell laufen erste Pilotprojekte, in denen auf kommunaler Ebene versucht wird, weitere Entscheidungsparameter zum Aufstellen eines Bauprogramms bzw. einer Prioritätenliste einzubinden.

Bild 3: Erstellung eines Bauprogramms (Ist-Zustand) (FGSV, 2015a)

Das strategische Modell stellt hingegen ein komplexes Berechnungsmodell dar, das mit verschiedenen Rechenmodellen und zugehörigen Annahmen unter bestimmten Zielvorgaben (Budgetvorgaben oder Qualitätsziele) die künftige bauliche Netzentwicklung prognostiziert (Bild 4). Eine gängige Anwendung ist das Erstellen einer Finanzbedarfsprognose für die mittelfristig notwendigen Erhaltungsaufwendungen. Dies basiert u. a. auf Modellen zur Zustandsprognose, zur Maßnahmenzuordnung, zur Maßnahmenwirkung und zur Kostenberechnung und stellt damit den wesentlichen Unterschied zum operativen Ansatz dar. Das strategische Modell liefert daher nicht einen Vorschlag für ein Bauprogramm, vielmehr muss dieser im Rahmen einer Nachbearbeitung der Einzelergebnisse erst erarbeitet werden. Allerdings steht mit der Finanzbedarfsprognose bereits ein mächtiges Werkzeug für die strategische Planung zur Verfügung, das freilich erst dann seine Leistungsfähigkeit bei hinreichend großen Netzen entfaltet.

Bild 4: Strategisches Erhaltungsmanagement (FGSV, 2015a)

Ein strategisches EMS-K zeigt somit auf, welches Budget zur Erreichung einer bestimmten Qualität notwendig ist (Qualitätsszenario) oder wie sich die Qualität bei vorgegebenen Budgets entwickelt (Budgetszenario). Beide Szenarientypen erlauben somit eine Quantifizierung von Zusammenhängen zwischen Mitteleinsatz und Zustandsentwicklung, so dass im Vorfeld der Entscheidung die Machbarkeit verschiedener Ziele realistisch eingeschätzt werden kann. Die Entscheidung für unrealistische, ,,überzogene" Zielvorgaben, die unweigerlich zu einem Scheitern des Erhaltungsmanagements führen, kann somit effektiv vermieden werden (FGSV, 2015a).

3 Modellannahmen im strategischen Erhaltungsmanagement

Ein typisches strategisches Berechnungsmodell benötigt im Vergleich zum operativen Ansatz eine Reihe zusätzlicher Eingangsdaten. Gleiche Datengrundlagen bestehen im Netzmodell und den Zustands- bzw. Bestandsdaten. Zusätzlich ist beispielsweise eine Altersverteilung oder auch Art und Jahr der letzten Erhaltungsmaßnahme erforderlich.

Die grundsätzlichen Modellannahmen erfolgen analog zum Pavement Management System auf Außerortsstraßen, sind aber für die kommunale Anwendung entsprechend modifiziert. Die Zustandsbewertung weicht für die Bildung der Teilwerte und des Gesamtwertes von den Vorgehensweisen gemäß dem AP 9/K 3.1 (FGSV, 2015c) ab. Grund dafür ist zum einen die Berücksichtigung des Subtanzwertes (Aufbau) und zum anderen die Erfordernis nach einem gewichteten Gesamtwert für die Optimierung in einem PMS-Algorithmus. Zudem wird in diesem Zusammenhang auch der Zustandswert Risse und Oberflächenschäden, ZRIO verwendet. In (Maerschalk, et al., 2013) kamen beispielsweise u. a. folgende Berechnungsregeln zum Einsatz:

Formeln siehe PDF.

Darin bedeuten:

ZSUB: Substanzwert Bestand (Aufbau), gemäß AP 9/S (FGSV, 2003)

ZSUG: Substanzwert Gesamt

Für alle Zustandsmerkmale, die für die Maßnahmenermittlung notwendig sind, müssen Prognosefunktionen im Berechnungsmodell hinterlegt werden. Primäres Ziel der Zustandsprognose ist es, mögliche Eingreifzeitpunkte abzuschätzen. Spezifische Verhaltensfunktionen, die auf kommunale Belange abgestimmt sind, existieren derzeit nicht, entsprechende Forschungsarbeiten blieben ohne Ergebnis (Oeser, et al., 2015). Hilfsweise wird daher die für Außerortsstraßen entwickelte Vorgehensweise übernommen und soweit als möglich auf kommunale Belange übertragen (FGSV, 2001), (Maerschalk, et al., 2008).

Als weiteres Modell wird eine Mängelklassendefinition verwendet. Dabei wird auf der Basis des TWRIO und des ZWPGR (Zustandswert Planographensimulation) versucht, auf eine mögliche Schadensursache und damit auf eine Mängelklasse zu schließen (Bild 5).

Bild 5: Mängelklassenmodell nach dem AP 9/K 4.1 (FGSV, 2015a)

Weiter sind dann zulässige bautechnische Maßnahmen, deren Einsatzbedingungen in Abhängigkeit der Mängelklasse in Verbindung mit ergänzenden Parametern zu definieren. Die Durchführung der Maßnahme hat dann Auswirkungen auf den Zustand (sog. Rücksetzwerte, als auch ggf. auf die Verhaltensfunktion. Die tatsächliche Wirkung einer Erhaltungsmaßnahme hängt in erheblichem Maße davon ab, inwieweit die Ursachen für die Schäden bzw. Mängel beseitigt werden können, deren Ausprägungen letztlich die Maßnahme auslösen. Dies ist die maßgebliche Steuerungsgröße im strategischen Modell und sollte daher auf fundierten Erkenntnissen beruhen. In Verbindung mit dem Flächengerüst und einem Kostenmodell können dann die Maßnahmenkosten berechnet werden, unter Einbeziehung einer Nutzenfunktion kann dann mit Hilfe eines Nutzen-Kostenverhältnisses zum einen die quasi-optimale Variante auf Maßnahmenebene und zum anderen über das ganze Netz berechnet werden. Als Nutzenfunktion wird wie im Außerortsbereich immer noch der Ansatz ,,Fläche unter der Kurve" genutzt (Bild 6).

Durch Aggregieren der Abschnittsergebnisse und einer netzweiten Optimierung kann damit ein jährliches Budget als Finanzbedarfsprognose ermittelt werden. Dabei darf nicht verkannt werden, dass einige Modellannahmen stark diskutiert und hinterfragt werden. Dies gilt vor allem für das Modell zur Zustandsprognose, das bezüglich seiner Genauigkeit stark in der Kritik steht, es gilt für das Modell der Substanzbewertung (Aufbau), das im Prinzip eine Abschreibungsfunktion darstellt und es gilt für das Modell der Entscheidungsfindung, das nach dem Prinzip ,,Fläche unter der Kurve" ebenfalls hinterfragt wird. Bei aller sachlichen Kritik stellen dies die aktuell einzig verfügbaren Verfahren dar, daher laufen auch Aktivitäten entweder Alternativen zu entwickeln oder Verfahren deutlich in ihrer Aussagekraft zu verbessern. Netzweite Prognosen, z. B. für den mittelfristigen Finanzbedarf erscheinen jedoch möglich und werden auch in der Praxis angewandt. Dabei muss man ein strategisches Erhaltungsmanagement als Entscheidungsunterstützung verstehen, mit dem Trends und Probleme bei größeren Netzen sichtbar gemacht und als Grundlage für die generelle Handlungsstrategie mit einbezogen werden können.

Bild 6: Auswirkungen einer Maßnahme im Vergleich zur Nullvariante als Nutzenfunktion gemäß AP 9/K 4.1 (FGSV, 2015a)

4 Anwendungsbeispiele

Mit den nachfolgenden Ergebnissen wird für ein Teilnetz einer Großstadt die Anwendung eines strategischen Erhaltungsmanagements aufgezeigt. Die Grunddaten waren folgende:

–­ Erfassungslänge ca. 220 Netz-km, Gesamtfläche von ca. 1.9 Mio m² ­

– 739 Abschnitte, mittlere Abschnittslänge ca. 572 m; maxL = 2.160 m, minL = 14 m (z. B. Restabschnitte im Knotenbereich).

Im Bild 7 sind die Häufigkeitsverteilungen für Zustandsbereiche den Ist-Zustand (Zeitpunkt der Erfassung) angegeben. Dargestellt sind die Verteilungen für die Planographensimulation (ZWPGR), die Spurrinnentiefe (ZWSPT), die fiktive Wassertiefe (ZWSPH), Schadenswert (Risse/Oberflächenschäden) (ZWRIO) sowie für den Gebrauchswert (TWGEB), den Substanzwert-Oberfläche (TWSUB) und den Substanzwert-Gesamt (ZSUG) und den Gesamtwert GW. Die Verteilung zeigt ein für den kommunalen Bereich typisches Bild, die Spurrinnentiefen (ZWSPT) und die fiktiven Wassertiefen (ZWSPH) und infolgedessen auch der Gebrauchswert (TWGEB) sind vergleichsweise problemlos, der Schadenswert für Risse/Oberflächenschäden (ZWRIO), die Planographensimulation (ZWPGR) und infolgedessen der Substanzwert-Gesamt (ZSUG) weisen deutlich kritischere Werte auf. Dies entspricht typischen kommunalen Netzen, wobei der ZWPGR zu hinterfragen ist. Zum einen ist oftmals ein gewisser Zusammenhang zwischen den Oberflächenschäden und der Planographensimulation festzustellen. Steigt der Anteil an Oberflächenschäden, reagiert systembedingt durch die eingesetzte berührungslose Laser-Distanz-Messung auch der ZWPGR. Zum anderen werden oft entwurfstechnisch bedingte Unebenheiten, z. B. entwässerungsbedingt in Knotenpunkten messtechnisch mit erfasst und entsprechend schlechter bewertet. Dies stellt dann kein Defizit an sich dar, wird aber verfahrensbedingt so ausgewiesen. Insofern sollte die Frage des Umgangs mit der Längsebenheit im kommunalen Netzen überdacht werden.

Bild 7: Flächenanteile der Zustandsklassen des Ausgangszustands

Im weiteren Verlauf wurden dann die im AP 9/K 4.1 (FGSV, 2015a) enthaltenen Überlegungen in verschiedenen Rechenläufen getestet. Gerechnet wurde mit vier verschiedenen Budgets, 1 Mio. EUR, 2 Mio. EUR, 3 Mio. EUR und 4 Mio. EUR Erhaltungsbudget p.A.. Interpretiert man unter diesen Randbedingungen die Gesamtergebnisse, das heißt die Zustandsentwicklung aller prognostizierbaren Merkmale sowie die jeweils resultierende Maßnahmenverteilung, erhält man eine erste Aussage zum erforderlichen Budget, um das Netz in einem stabilen Zustand zu halten. Unter stabilem Zustand wird in diesem Zusammenhang eine Zustandsentwicklung verstanden, in dem die Anteile der einzelnen Zustandsklassen in etwa gleich bleiben. Dies ist exemplarisch am Beispiel des Substanzwertes Gesamt im Bild 8 dargestellt. Eine erste Aussage könnte wie folgt aussehen:

­ – Der Ansatz mit 1 Mio. EUR p.A. bedingt mit 0,51 EUR/m² einen Mitteleinsatz unterhalb bisheriger Erfahrungen. Es zeigt sich eine deutliche Zustandsverschlechterung im Planungszeitraum. Dieser Budgetansatz ist damit als deutlich zu niedrig für eine angemessene Erhaltung des Straßennetzes einzustufen.

­ – Beim Budgetansatz 2 Mio. EUR p.A. / 1,01 EUR/m² zeigt sich immernoch eine zunehmende Verschlechterung der Straßennetzes im Planungszeitraum. Ein Aufrechterhalten des derzeitigen Status Quo scheint mit diesem Budget ebenfalls nicht möglich zu sein.

­– Beim Budgetansatz 3 Mio. EUR p.A. / 1,52 EUR/m² weist der Modellansatz bereits eine Stagnation auf vorhandenem Niveau aus. Auch wenn die gelben Anteile leicht steigen, wachsen die blauen Anteile deutlich.

­– Demgegenüber scheint der Ansatz mit 4 Mio. p.A. / 2,02 EUR/m² zu einer schon deutlichen Verbesserung des Netzzustandes zu führen. Unter realen Bedingungen wäre dieser Werte als eher zu hoch einzuschätzen, da die blauen und dunkelgrünen Bereiche deutlich wachsen.

Unter realen Bedingungen wäre eine Reihe von weiteren Betrachtungen durchzuführen, um zu einer validen Aussage zu kommen, was für netzweite Betrachtungen auch möglich ist. Eine wesentliche Voraussetzung hierzu sind umfassende und verlässliche Daten, die unter qualitätsgesicherten Randbedingungen erhoben wurden.

Bild 8: Vergleich der Auswirkungen verschiedener Budgets auf die Entwicklung des Substanzwertes Gesamt (obere Reihe links, 1 Mio. EUR p.A. rechts 2 Mio. EUR p.A., untere Reihe links 3 Mio. p.A., rechts 4 Mio. p.a.)

Damit stellt sich aber auch die Frage nach der Verlässlichkeit einer solchen Prognose, insbesondere, wenn anders als in dem vorgestellten Fall Datenlücken auftreten oder nicht vollständig sind. Ein Problempunkt im kommunalen Bereich sind neben fehlenden Altersverteilungen auch fehlende Aufbaudaten. Daher wurde in einem anderen Untersuchungsansatz der Frage nachgegangen, wie sich die Prognoseergebnisse unterscheiden, wenn man ohne ein Substanzkriterium (Aufbau) rechnen würde. Dazu wurde ein weiteres Netz mit ähnlichen Kenndaten wie das zuerst berechnete Netz untersucht, in dem in einem Fall der Substanzwert (Aufbau) unberücksichtigt blieb. Die Vorgehensweise war wie folgt: In einem ersten Rechendurchlauf wurde mit einem vollständigen und geprüftem Datensatz ein PMS-Modell erstellt und gerechnet (Fall: Mit Substanzkriterium). In einem zweiten Rechendurchlauf mit dem gleichen Datensatz wurde auf die oben aufgezeigte Berücksichtigung des Substanzwertes (Aufbau), zsub verzichtet und der Gesamtwert, nach dem die spätere Optimierung jeweils durchgeführt wird, als gewichteter Wert aus dem Teilwert Gebrauch und dem Teilwert Substanz (Oberfläche) gerechnet (Fall: Ohne Substanzkriterium).

Betrachtet man dabei die prognostizierten Zustandsentwicklungen (Bild 9), sieht man Differenzen, die aber nicht auf den ersten Blick bewertbar sind. Betrachtet man hingegen zusätzlich die vom PMS vorgeschlagene Maßnahmenverteilung als weiteres Beurteilungskriterium (Bild 10), stellt man fest, dass bei Nicht-Berücksichtigung eines Substanzkriteriums eher oberflächenbildorientierte Maßnahmen gezogen werden. So ist beispielsweise im Fall ,,ohne Substanzkriterium" die Maßnahme ,,Dünnschichtbelag" häufiger gezogen als im Fall ,,mit Substanzkriterium". Demgegenüber wird im Fall ,,mit Substanzkriterium" die Maßnahmenarten ,,Tiefeinbau Decke" sowie ,,Tiefeinbau gebundene Schichten". Zusätzlich wurden für beide Fälle, die entsprechenden Daten lagen vor, die Entwicklung des Substanzwertes (Aufbau) sowie Substanzwert (Gesamt) unter diesen Maßnahmenverteilungen mit berechnet und als längengewichteter Mittelwert für das Gesamtnetz als Substanzwert (Gesamt) berechnet (Bild 11). Man sieht, dass beide Verläufe sich deutlich unterscheiden. Damit zeigt sich, was bereits aufgrund der Maßnahmenverteilung zu erwarten war, dass die berechnete Strategie nach dem Fall ,,ohne Substanzkriterium" zu einer mittelfristigen Verschlechterung des Substanzwertes Gesamt im vorliegenden Netz führt.

Damit sollen zwei Dinge aufgezeigt werden:

(1) Ein strategisches Berechnungsmodell ohne ein Kriterium für den Substanzwert (Aufbau) führt zu deutlich schlechteren Ergebnissen im Hinblick auf die Substanzerhaltung und sollte auch im kommunalen Bereich vermieden werden. Zusätzlich besteht großer Handlungsbedarf in der Verbesserung der Verfahren zur netzweiten Bewertung der vorhandenen Substanz des Aufbaus. Dieser Aspekt wurde für den Außerortsbereich bereits in der Vergangenheit diskutiert und führt aktuell zu neuen Forschungsvorhaben.

(2) Ein strategisches Berechnungsmodell kann dennoch im kommunalen Bereich zielführend eingesetzt werden, erfordert jedoch eine Reihe von Auswertungen und Analysen der Detailergebnisse, bevor Schlussfolgerungen für eine passende Erhaltungsstrategie zusammen mit einer Finanzbedarfsprognose gezogen werden können. Exemplarisch sind hier die aus dem Modell resultierenden Maßnahmenverteilungen, die prognostizierten Entwicklungen einzelner Merkmale als auch die Entwicklung der längengewichteten Mittelwerte genannt.

Bild 9: Auswirkung eines Kriteriums für den Substanzwert (Aufbau) auf die Ergebnisse (obere Reihe links, ohne Kriterium Substanz Aufbau, GW, rechts ZRIO; untere Reihe ohne Kriterium Substanz Aufbau, GW, rechts ZRIO)

Bild 10: Resultierende Maßnahmenverteilung oben ohne Kriterium Substanz Aufbau, unten mit Kriterium Substanz Aufbau

Bild 11: Prognoseverlauf längengewichteter mittlerer Substanzwert Gesamt

5 Bedarf für künftige Entwicklungen

Trotz aller Fortschritte in den vergangenen Jahren lässt sich dennoch eine Reihe von Punkten auflisten, in denen sich Verbesserungsbedarf erkennen lässt. Einige Punkte, wie beispielsweise die Verlässlichkeit der Prognosefunktionen und die Frage der Substanzbewertung wurden bereits aufgezeigt. Weitere Aspekte lassen sich wie folgt formulieren:

Bei der Zustandserfassung wurde in den letzten Jahren die lagegetreue Erfassung sowie bei visuell-sensitiver Erfassung neben der Beschreibung der Schadensfläche auch die Frage der Ausprägung eines Oberflächenschadens angesprochen. Da ein erheblicher Vorteil der o. g. lagegenauen Erfassung und Beschreibung in der weitgehenden Elimination von subjektiven Bewertungen oder gar Benotungen von Zustandsmerkmalen (z. B. Längsebenheit bei visuell-sensitiver Erfassung in fünf Klassen) besteht, sollte auch die Beschreibung der Ausprägung bzw. deren Stufen stets auf Basis einigermaßen quantifizierbarer Größen erfolgen. Dabei entstehen auch neue Möglichkeiten für die Bildung von homogenen Abschnitten oder Zustandsabschnitten. Aufgrund der vergleichsweisen inhomogenen Zustandsverteilungen in kommunalen Netzen sollte überprüft werden, in welchem Umfang die bisherigen Verfahren zur Abschnittsbildung verbessert werden können.

Ein wesentlicher Punkt und damit eine maßgebliche Steuerungsgröße in einem strategischen Berechnungsmodell ist die Beschreibung der Wirkung einer Erhaltungsmaßnahme. Die Durchführung der Maßnahme führt zu einer Zustandsverbesserung (sogenannte Rücksetzwerte), als auch ggf. auf einer Änderung der Verhaltensfunktion. Die tatsächliche Wirkung einer Erhaltungsmaßnahme hängt in erheblichem Maße davon ab, inwieweit die Ursachen für die Schäden bzw. Mängel beseitigt werden können, deren Ausprägungen letztlich die Maßnahme auslösen. Derzeitige Modelle erscheinen zunächst plausibel, allerdings sollte für den kommunalen Bereich dieses Thema in der Forschung aufgegriffen werden, um z. B. Sonderbauweisen, inhomogene Verhältnisse oder auch Maßnahmen an Pflaster- und Plattenbelägen besser beschreiben zu können.

Ein nach wie vor offenes Dauerthema stellt die Auswirkungen von Aufgrabungen auf das Langzeitverhalten vor allem im Hinblick auf die Substanz des Aufbaus dar. Derzeit werden Grabungen indirekt durch die Zustandserfassung der Flickstellen erfasst. Dies ist allerdings eine problematische Vorgehensweise, da Flickstellen verschiedene Gründe haben können, geplante Aufgrabungen stellen nur einen möglichen Fall dar. Damit werden zwei Problemkreise adressiert: Zum einen wäre die Aussagekraft des Zustandsmerkmals Flickstelle, auch wenn teils zwischen ,,aufgelegten" und ,,eingelegten" Flickstellen unterschieden wird, zu hinterfragen, zum anderen stellt sich eben die Frage nach der Qualität der Wiederherstellung des Straßenaufbaus nach einer Aufgrabung.

Ein ebenfalls bedeutsamer Aspekt ist die Frage der Entscheidungsfindung in einem kommunalen Erhaltungsmanagement. Aktuell wird im Wesentlichen die Entwicklung des Gesamtwertes zur Nutzenermittlung herangezogen. Damit ist der bauliche Straßenzustand und dessen prognostizierte Zustandsentwicklung Entscheidungsgrundlage, ggf. noch verknüpft mit Verkehrsdaten. Kommunale Zielsetzungen zur Entwicklung der Straßeninfrastruktur und damit maßnahmenauslösende Faktoren sind letztlich nicht nur auf den baulichen Straßenzustand bezogen. Insofern können durchaus weitere Kriterien in die Entscheidungsfindung einfließen. Beispielsweise könnten bestimmte innerstädtischer Verkehrsachsen in der Entscheidungsfindung eine höhere Priorität bekommen, sei es von der zeitlichen Abwicklung als auch des Maßnahmenumfangs her aufgrund ihrer Bedeutung für das städtische Umfeld. Auf der strategischen Ebene könnten für kritische Erfolgsfaktoren sogenannte ,,Key Performance Indicators" (KPIs) genutzt werden. Auf der operativen Ebene lassen sich zur Entscheidungsfindung und zur Priorisierung ebenfalls Kennzahlenmodelle entwickeln, beispielsweise Kennzahlen zur Bedeutung durch Pendlerverflechtungen, Kennzahlen für die soziale Versorgung und weitere. Im Außerortsbereich wird der Gedanken z. B. in (Degelmann, et al., 2016 (6)) auf der strategischen Ebene umgesetzt, in einem Kreisstraßennetz werden erweiterte Kennzahlen zur Priorisierung auf der operativen Ebene in (Stöckner, et al., 2015) angewandt. Trotzdem ist diese Methode im Bereich der Straßenerhaltung noch nicht verbreitet, hinsichtlich der wachsenden Bedeutung der Erhaltung auch im kommunalen Bereich aber dringend erforderlich.

6 Zusammenfassung und Ausblick

Die Entwicklungen der letzten Jahre zu den Methoden des kommunalen Erhaltungsmanagements lieferten wesentliche Bausteine für die praktische Anwendung. So sind die maßgeblichen Verfahren und Bewertungsmethoden in einem umfangreichen Regelwerk bestehend aus den E EMI mit zugehörigen Arbeitspapieren beschrieben. Die messtechnische und visuell-sensitive Zustandserfassung hat Eingang in die tägliche Praxis gefunden, mit den zugehörigen Auswertungen sind fundierte Aussagen zur Netzqualität als auch zur Qualität einzelner Abschnitte möglich. Für den operativen Bereich können damit in Verbindung mit anderen Kriterien Prioritätenlisten aufgestellt werden, die damit die Grundlage für die späteren Erhaltungsprogramme auf einer transparenten und nachvollziehbaren Basis liefern. Ebenso können strategische Modelle für eine Finanzbedarfsprognose angewandt werden. Trotzdem muss an verschiedenen Stellen ein Weiterentwicklungsbedarf adressiert werden. Neben den Methoden der Zustandserfassung und -bewertung sind dies Modellannahmen bei strategischen Auswertungen und auch Kennzahlenmodelle, die eine erweiterte Entscheidungsfindung zulassen. In verschiedenen Bereichen werden hierzu bereits Anstrengungen unternommen, wichtig dabei ist, diese auch auf den kommunalen Bereich anwenden zu können, um zu einer noch höheren Praxisrelevanz der Methoden der systematischen Straßenerhaltung zu kommen.

Literaturverzeichnis

D e g e l m a n n, R. und H e l l e r, S. 2016 (6): Kennzahlen zur systematischen Beschreibung und Weiterentwicklung der Straßeninfrastruktur im Freistaat Bayern. Straßenverkehrstechnik. Heft 6, 2016. Kirschbaum Verlag, Bonn

FGSV, 2015c: Arbeitspapier 9/K 3.1. zur Systematik der Straßenerhaltung, Reihe K: Kommunale Belange, Abschnitt K 3: Auswertung, Unterabschnitt K 3.1: Zustandsbwertung bei messtechnischer Zustandserfassung. Köln, 2015 (FGSV 490 AP 9/K 3.1)

FGSV, 2015b: Arbeitspapier Nr. 9/K 2.1 zur Systematik der Straßenerhaltung, Reihe K: Kommunale Straßen, Abschnitt K 2: Zustandserfassung, Unterabschnitt K 2.1: Vorbereitung und Durchführung der messtechnischen Zustandserfassung für innerörtliche Verkehrsflächen. Köln, 2015 (FGSV 490 AP 9/K 2.1)

FGSV, 2015a: Arbeitspapier Nr. 9/K 4.1, Reihe K: Kommunale Belange, Abschnitt K 4: Rechnergestützte Erhaltungsplanung, Unterabschnitt K 4.1: Grundlagen eines Erhaltungsmanagementes. Köln, 2015 (FGSV 490 AP 9/K 4.1)

FGSV, 2016: Arbeitspapiere zur Systematik der Straßenerhaltung. Reihe K: Kommunale Straßen. Stand: August 2016. Köln, 2016 (FGSV 490 AP 9 K)

FGSV, 2012: Empfehlungen für das Erhaltungsmanagement von Innerortsstraßen (E EMI 2012). Köln, 2012 (FGSV 487)

FGSV, 2001: Richtlinien für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßen (RPE Stra 2001). Köln, 2001 (FGSV 488)

FGSV, 2003: Systematik der Straßenerhaltung ­ Reihe S Substanzwert (Bestand). FGSV Verlag, Köln, 2003 (FGSV 490 AP 9 S)

FGSV, 2006: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien zur Zustandserfassung und -bewertung von Straßen (ZTV ZEB-StB 06) Köln, 2006 (FGSV 489)

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