Das Straßennetz der Bundesrepublik Deutschland ist historisch gewachsen und weist daher unterschiedliche Ausbaustandards hinsichtlich der Trassierung, Breite, Frostsicherheit, Tragfähigkeit der Fahrbahnbefestigungen sowie Konstruktion und Tragfähigkeit der Bauwerke auf. Entsprechend der wirtschaftlichen Entwicklung Deutschlands stammt ein erheblicher Anteil des Bestandes in den alten Bundesländern aus den 1960er und 1970er Jahren, für die in den nächsten Jahren eine Grunderneuerung der Fahrbahnbefestigungen (Ersatz der Deck-, Binder- und zum Teil auch der Tragschicht) und eine Grundinstandsetzung der Ingenieurbauwerke ansteht, um auch künftig den Verkehrsanforderungen zu genügen. Hinzu kommt die Steigerung des Güterverkehrs auf den Bundesautobahnen. Die stark erhöhte Beanspruchung der Straßen und Brücken durch Achslasten, Gesamtgewichte und Überladung machen kostenintensivere substanzorientierte Erhaltungsmaßnahmen zu einem früheren Zeitpunkt erforderlich. Eine Grundvoraussetzung für wirtschaftliche Entwicklungsmöglichkeiten ist eine intakte Infrastruktur. Deshalb wurden mit dem aktuellen Bundesverkehrswegeplan die Erhaltungsinvestitionen deutlich erhöht. Zielsetzung ist es, die inzwischen unverzichtbare Mobilität unserer Gesellschaft durch eine angemessene Angebotsqualität der Straßeninfrastruktur langfristig zu sichern.

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

1 Einführung

Das Bundesfernstraßennetz der Bundesrepublik Deutschland umfasst über 12 500 km Bundesautobahnen und ca. 41 000 km Bundesstraßen mit einem Bruttoanlagevermögen von über 175 Mrd. Euro.

Entsprechend der wirtschaftlichen Entwicklung Deutschlands stammt ein erheblicher Anteil des Bestandes in den alten Bundesländern aus den 1960er und 1970er Jahren. Daher ist der Ausbaustandard hinsichtlich Trassierung, Breite, Frostsicherheit, Tragfähigkeit der Fahrbahnbefestigungen sowie Konstruktion und Tragfähigkeit der Bauwerke sehr unterschiedlich. Um den Verkehrsanforderungen weiterhin zu genügen ist bei den Fahrbahnbefestigungen absehbar, dass für einen großen Teil des Bestandes in den nächsten Jahren eine Grunderneuerung (Ersatz der Deck-, Binder- und zum Teil auch der Tragschicht) ansteht und an Bauwerken oft größere Instandsetzungsarbeiten notwendig werden. In den neuen Bundesländern werden bei den Bundesstraßen Erneuerungsmaßnahmen notwendig, die teilweise mit kostenintensiven Um- und Ausbaumaßnahmen (z. B. Gradientenverbesserung, Trassierungsanpassung) kombiniert werden müssen, um den verkehrlichen Standard der alten Bundesländer sukzessive zu erreichen.

Die Bundesautobahnen tragen die Hauptlast des Personen- und Güterverkehrs in Deutschland. Bereits geringe Störungen im Netz durch Verkehrsbeschränkungen oder durch den Ausfall einzelner Streckenabschnitte führen zu starken Verkehrsbehinderungen mit erheblichen Folgekosten für den Straßennutzer und die Volkswirtschaft sowie zu negativen Auswirkungen auf die Umwelt. Zusätzliche Beanspruchungen für das Straßennetz haben sich unter anderem auch durch die Erweiterung des Europäischen Binnenmarktes ergeben.

Die Belastung der Straßeninfrastruktur wird allerdings noch weiter zunehmen. Insbesondere mit der Zunahme des schweren Verkehrs und der hiermit einhergehenden Schädigung der Fahrbahnen und Brücken durch hohe Achslasten und Gesamtgewichte – von Schäden durch Überladung ganz zu schweigen –, werden auch aufgrund der laufend ungünstiger werdenden Altersstruktur Schäden im Straßennetz und bei den Bauwerken immer häufiger. Der Investitionsschwerpunkt wurde daher im Bundesverkehrswegeplan für die kommenden Jahre auf die Erhaltung der Straßeninfrastruktur gelegt [1]. Ziel des Bundesverkehrswegeplans ist es, die sichere Leistungsfähigkeit der Straßeninfrastruktur zur langfristigen Sicherung der inzwischen unverzichtbaren Mobilität unserer Gesellschaft zu gewährleisten.

2 Erhaltungsmanagement

Eine ausreichende Qualität der Bundesfernstraßen ist langfristig aber nur mit einer verstärkt substanzorientierten Erhaltung möglich. Dabei kommt einer technisch, wirtschaftlich und baubetrieblich optimierten Erhaltungsplanung eine wesentliche Bedeutung zu. Zur Unterstützung dieser netzweiten Optimierung der Erhaltungsplanung wurde in den letzten Jahren ein bundesweites Erhaltungsmanagement vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) zusammen mit der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) und den Straßen- und Verkehrsverwaltungen der Bundesländer entwickelt und sukzessive eingeführt.

Das Erhaltungsmanagement soll Bund und Länder in die Lage versetzen, die gestiegenen Anforderungen an eine bedarfsgerechte Erhaltung der Straßeninfrastruktur erfüllen zu können. Es gilt einen in finanzieller, personeller und baubetrieblicher Hinsicht nicht mehr zu beherrschenden Erhaltungsnachholbedarf zu vermeiden, um so dem Verkehrsteilnehmer eine leistungsfähige und sichere Straßeninfrastruktur langfristig zur Verfügung stellen zu können.

Mit der Einführung der „Richtlinien für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßenbefestigungen“ (RPE-Stra 01) wurden alle wesentlichen verwaltungstechnischen Planungsstufen und der Ablauf des Erhaltungsmanagements erstmalig bundesweit für die Erhaltungspraxis zugänglich gemacht [2]. Erfahrungen und Verbesserungsansätze aus der praktischen Anwendung werden als ein Teil der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Verbesserung des Erhaltungsmanagements bei der Fortschreibung der RPE-Stra eingearbeitet. Ein entsprechendes Regelwerk für die Bauwerke wurde mit der „Richtlinie zur Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Ingenieurbauwerken“ (RPE-ING) erarbeitet.

Voraussetzung für ein effizientes Erhaltungsmanagement sind netzweit vollständig vorliegende und aktuelle Daten. Bereits bei der Erstanwendung des rechnergestützten Pavement Management Systems PMS wurde die Notwendigkeit einer guten Datenhaltung deutlich. Seither wurde die Datenpflege in allen Bundesländern stetig verbessert. Die Datengrundlage für das Erhaltungsmanagement setzt sich aus Zustands-, Aufbau-, Netz-, Unfalldaten und Daten zur Erhaltungsgeschichte zusammen.

Mittels praxisorientierter Forschung wird das Erhaltungsmanagement immer besser an den Erfordernissen der Erhaltungsplanung ausgerichtet. Für Bund und Länder werden die Instrumentarien und Verfahren für eine netzweit optimierte Erhaltungsplanung entwickelt, um in Deutschland die Straßeninfrastruktur langfristig leistungsfähig und verkehrssicher zu erhalten und um die dafür notwendigen finanziellen Mittel möglichst objektiv begründen und einwerben zu können.

3 Zustandserfassung und -bewertung ZEB

Die Zustandserfassung und -bewertung ZEB liefert die wichtigste Datengrundlage für das Erhaltungsmanagement der Bundesfernstraßen und ermöglicht netzweit einen guten Überblick über die Zustandsverteilungen und Zustandsausprägungen der Fahrbahnoberfläche.

Auf Objektebene geben die unterschiedlichen Merkmalsausprägungen einen ersten Hinweis für die Ursachen eines unzureichenden Straßenzustandes.

Die ZEB erfolgt in vier Teilprojekten (TP): Längs- und Querebenheit (TP 1 a & 1 b), Griffigkeit (TP 2), Substanzmerkmale Oberfläche (TP 3) und daran anschließend die Bewertung, Qualitätssicherung und Ergebnisdarstellung der erfassten Daten (TP 4).

Die Ergebnisse aus der ZEB können in verschiedenen Varianten dargestellt werden. Es ist eine Darstellung getrennt nach den einzelnen Merkmalen oder aber auch in nach festen Verknüpfungsregeln zusammengefassten mehr nutzerorientierten Gebrauchswerten, mehr baulastträgerorientierten Substanzwerten Oberfläche oder Gesamtwerten möglich (Bild 1).

Beim Gebrauchswert liegt der Schwerpunkt auf der Beurteilung der Verkehrssicherheit und des Fahrkomforts. Der Substanzwert Oberfläche ermöglicht durch Analyse der an der Fahrbahnoberfläche erkennbaren Schäden erste Rückschlüsse auf die strukturelle Beschaffenheit der Fahrbahnsubstanz [3].

Bild 1: Zustandsbewertung der ZEB

Der Gesamtwert der ZEB der Bundesstraßen aus den Jahren 2003/2004 und der Bundesautobahnen aus den Jahren 2005/2006 sind in den Bildern 2 bzw. 3 dargestellt.

Bild 2: Gesamtwert der ZEB 2003 – 2004 der Bundesstraßen

Bild 3: Gesamtwert der ZEB 2005 – 2006 der Bundesautobahnen

Die Ergebnisse der ZEB werden länderweise aufbereitet und in Zustandsprofilen und Übersichtskarten (Bild 4) dargestellt. Durch zusätzliche statische Auswertungen ist eine Aussage über den Zustand der Fahrbahnoberfläche sowie Vergleiche der momentanen Angebotsqualität der Bundesfernstraßen in den einzelnen Regionen möglich. Defizite der Fahrbahnoberflächen können im Netz lokalisiert (Bild 4) und die Erhaltungsplanung entsprechend den jeweiligen Erfordernissen (Bild 5) netzweit optimiert werden.

Bild 4: Übersichtsplan der ZEB

Bild 5: Netzweite Zustandsverteilung aller Merkmale

Bild 6: Messkampagnen der ZEB

Seit 1992 werden die Zustandsdaten auf den Bundesfernstraßen in jeweils vier Jahre umfassenden Messkampagnen aufgenommen (Bild 6). In den ersten beiden Jahren einer Messkampagne werden alle Fahrstreifen der Bundesautobahnen messtechnisch erfasst. In den darauf folgenden beiden Jahren wird die ZEB der Bundesstraßen in jeweils einer Fahrtrichtung durchgeführt. Die Jahresmessleistung liegt hierbei bei 24 000 bis 28 000 Fahrstreifenkilometern. Die gewonnenen Ergebnisse aus der ZEB dienen als Grundlage für die Erhaltungsplanungen der Länder, für die Prognose unter anderen im Rahmen der Bundesverkehrswegeplanung, für die Bewertung von Bauweisen sowie als eine wichtige Grundlage für die Forschung. Die inzwischen seit der Ersterfassung gesammelten Erfahrungen liefern immer wieder neue Ansätze für eine kontinuierliche Weiterentwicklung sowohl des Gesamtsystems als auch einzelner Bereiche einschließlich der Messtechnik oder der Bewertung einzelner Merkmalsausprägungen. So wurden unter anderem mit der Einführung der Rohdatenformate, der georeferenzierten Zuordnung der Zustandsmessdaten im Straßennetz und einer gesonderten Bewertung der Ortsdurchfahrten die Aussagekraft und Ergebnisqualität der ZEB sukzessive weiter gesteigert. Der inzwischen erreichte Standard der ZEB wird in den „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien zur Zustandserfassung und -bewertung von Straßen“ (ZTV ZEB-StB), Ausgabe 2006 dokumentiert [4].

4 Rechnergestütztes Pavement Management System PMS

Das Pavement Management System PMS ermöglicht die rechnergestützte netzweite Verknüpfung von einer Fülle an erhaltungsrelevanten Daten und Informationen. Die Wirksamkeit ausgewählter Strategien und Maßnahmen können mittels PMS über Jahre abgeschätzt und die Auswirkungen im Netz dargestellt werden. Der Einsatz des PMS führt zu technisch und ökonomisch optimierten Strategien.

In langjährigen Forschungen wurden die Algorithmen für ein auf deutsche Bundesfernstraßenverhältnisse angepasstes rechnergestütztes Pavement Management System (PMS) entwickelt. Das PMS wurde als offenes System mit modulartigem Aufbau konzipiert.

Dieser modulartige Aufbau ermöglicht die gezielte Weiterentwicklung und kontinuierliche Verbesserung jeden einzelnen Moduls. Erfahrungen aus der Erhaltungsplanung und aus Forschungsergebnissen werden der Praxis durch ein entsprechend überarbeitetes und ergänztes System direkt wieder zur Verfügung gestellt. Die Aktualisierung, das heißt der Austausch der einzelnen Module, erfolgt hierbei ohne Beeinträchtigung des Gesamtsystems.

Bereits bei der Erstanwendung des PMS mit allen Bundesländern [5] zeigte sich, dass das Instrumentarium für Bundesfernstraßen gute Ergebnisse erzielt. Um das PMS aber noch besser den Bedürfnissen der Erhaltungspraxis anzupassen und die Basis für eine kontinuierliche Weiterentwicklung zu schaffen wurden zahlreiche Forschungsprojekte angestoßen.

Die im Rahmen der ZEB erfassten Substanzmerkmale der Fahrbahnoberfläche werden mit dem aus den Aufbaudaten gebildeten Substanzwert-Bestand (Einbeziehen von Schichtart, -alter und -dicke) zum Substanzwert-Gesamt (Bild 7) zusammengefasst.

Bild 7: Substanzwert-Gesamt

Für das Erhaltungsmanagement ist die Weiterentwicklung der Substanzbewertung mit einer realen Abschätzung des Substanzwertes eine sehr wichtige und schwierige Aufgabe der nächsten Jahre.

Forschungsprojekte zur Abschätzung des Restwertes der Fahrbahnsubstanz am Ende des Bewertungszeitraums im PMS sind in Vorbereitung. Die Integration von Messungen der Fahrbahnsubstanz ins PMS sind jederzeit möglich; allerdings zurzeit hinsichtlich der Messtechnik bei einer netzweiten Betrachtung noch eher schwierig. Tragfähigkeitsmessungen unterstützt durch Georadarmessungen zeigen jedoch schon viel versprechende Ansätze.

5 Erhaltungsplanung

Im aktuellen Bundesverkehrswegeplan hat die Erhaltung wesentlich an Bedeutung gewonnen. Bis 2015 sollen bundeseinheitlich stabile Substanzverhältnisse bei den Bundesfernstraßen erreicht werden. Dies bedeutet, dass in den nächsten Jahren verstärkt grundhafte Erneuerungen und damit zwangsläufig auch längerfristige Baumaßnahmen durchgeführt werden müssen. Gleichzeitig wird aber die Verkehrsbelastung vor allem im Straßengüterverkehr noch erheblich zunehmen. Aus diesen Gründen muss die Planung von Erhaltungsmaßnahmen das Baustellenmanagement noch stärker mit einbeziehen. Es wird bei den steigenden Verkehrsbelastungen immer mehr darauf ankommen, bei der Erhaltungsplanung den verkehrlichen Erfordernissen besonders Rechnung zu tragen und baustellenbedingte Verkehrsbehinderungen möglichst gering zu halten. Aus diesem Grund ist die Integration einer optimierten Baustellenfolge ein wichtiges Forschungsgebiet im Erhaltungsmanagement [6].

Das PMS ermöglicht eine netzweite Optimierung der Erhaltungsplanung. Es kann die Zustandsentwicklung der Fahrbahnoberfläche und der Fahrbahnsubstanz auf der Grundlage bekannter Verhaltenskurven und aktueller Zustandsergebnisse in Abhängigkeit vom eingesetzten Budget netzweit abschätzen (Bilder 8 und 9). Für jedes Merkmal und Jahr kann die prozentuale Verteilung der vier Zustandsbereiche in dem betrachteten Straßennetz in Abhängigkeit eines definierten Budgets ermittelt und einem Flächenanteil zugeordnet werden

Bild 8: Beispielnetz: PMS-Prognose der Gebrauchswertmerkmale

Auf diese Weise ist eine Abschätzung der Zustandsentwicklung über mehrere Jahre (Prognose) und eine entsprechend ausgerichtete Erhaltungsplanung möglich.

Die Möglichkeiten, die notwendigen Mittel für die Erhaltung objektiv zu begründen, werden durch das PMS entscheidend verbessert. Es erhöht die Transparenz des gesamten Entscheidungsprozesses und liefert überzeugende Grundlagen für Haushaltsverhandlungen. Dies zeigte auch der Entscheidungsprozess auf Grundlage einer fundierten Erhaltungsbedarfsprognose, der zu den Festlegungen im aktuellen Bundesverkehrswegplan geführt hat.

Das PMS ermöglicht ein iteratives Vorgehen bei der Erhaltungsplanung. Die Erhaltungsstrategien werden durch das Rechnen verschiedener Szenarien optimiert.

Bild 9: Beispielnetz: PMS-Prognose der Substanzmerkmale

Durch die Entwicklung und Implementierung der PMS-I/O (Input, Output)-Software zur Visualisierung der Eingabe und Ausgabedaten, wird sich zugleich auch die Anwenderfreundlichkeit des PMS weiter erhöhen.

Die Eingabedaten und die auf das Netz bzw. den Streckenabschnitt projizierten Ergebnisse lassen sich visualisieren (Bild 10) und sind für eine verbesserte Öffentlichkeitsarbeit einsetzbar.

Die mit dem PMS erarbeiteten mittelfristigen Erhaltungsprogramme sollen zukünftig ohne großen Aufwand direkt in das Streckenband der koordinierten Erhaltungsplanung übertragen werden können [7]. Die Streckenbänder sind eine der wichtigsten Voraussetzungen für eine koordinierte Erhaltungsplanung der Straßen, der Bauwerke und der sonstigen Anlagenteile. Die wichtigsten Daten der Erhaltungsplanung einschließlich einer Auflistung der Erhaltungsausgaben insgesamt sind in den Streckenbändern dargestellt (Bild 11) und lassen Defizite der Erhaltungsplanung ebenso wie weitere Verbesserungsmöglichkeiten sehr schnell erkennen.

Bild 10: Kartendarstellung mit ZEB-Ergebnissen und PMS-Maßnahmevorschlägen

Bild 11: Streckenband aus der koordinierten Erhaltungsplanung (KEP)

Die koordinierten Erhaltungsplanungen (KEP) der Länder beinhalten Listen, Streckenbänder und zum Teil auch Karten für eine Netzübersicht über die geplanten Maßnahmen. Das Streckenband ermöglicht eine „einfache Darstellung“ der wichtigsten Informationen und lässt sich durch den ähnlichen Aufbau ohne weiteres mit den Zustandsprofilen oder Streckenbändern der Aufbaudaten vergleichen.

In den Streckenbändern der KEP werden die Erhaltungsplanungen für die Fahrbahnen, die Bauwerke und die sonstigen Anlagenteile zusammengeführt. Durch die Darstellungsform können die einzelnen Maßnahmen geografisch, zeitlich und auch finanziell zugeordnet werden.

Die koordinierte Erhaltungsplanung zeigt die Notwendigkeit, für alle Anlagenteile rechnergestützte Managementsysteme für eine netzweit optimierte Auswahl von Maßnahmen zu entwickeln. Zurzeit wird für die Ingenieurbauwerke ein Bauwerks-Management-System BMS programmiert. Für den ständig zunehmenden Bestand der sonstigen Anlagenteile ist noch ein Erhaltungsmanagementsystem zu entwickeln und entsprechende Forschung zu initiieren.

Zukünftig sollen auch die Um- und Ausbaumaßnahmen und die Erweiterungsmaßnahmen bei der koordinierten Erhaltungsplanung stärker berücksichtigt und in das Gesamterhaltungsmanagement einbezogen werden.

6 Schlussbemerkung

Für eine netzweite Optimierung der Erhaltungsplanung und um die bezüglich Umfang und Bedeutung ständig wachsende Aufgabe der Erhaltung der Straßeninfrastruktur bewältigen zu können, wurde das Erhaltungsmanagement entwickelt. Durch praxisnahe Forschung wird das Erhaltungsmanagement kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert. Modifizierungen des Systems ermöglichen neue Wege, die Vorgaben aus dem Bundesverkehrswegeplan umzusetzen und die für die Erhaltung einer leistungsfähigen und sicheren Straßeninfrastruktur notwendigen finanziellen Mittel objektiv begründen und sichern zu können.

Für die Erhaltung des Bundesfernstraßennetzes und damit die Erhaltung eines wichtigen Teils der Infrastruktur insgesamt, wurden im aktuellen Bundesverkehrswegeplan deutlich erhöhte Erhaltungsinvestitionen festgelegt. Die Ergebnisse der zugrunde gelegten Erhaltungsbedarfsprognose zeigen aber deutlich, dass nur durch eine substanzorientierte Erhaltung ein ausreichend guter Zustand der Bundesfernstraßen gesichert werden kann.

Zugleich ist ein weiteres Ziel des Erhaltungsmanagements, dem Verkehrsteilnehmer langfristig die inzwischen unverzichtbare Mobilität unserer Gesellschaft durch eine angemessene Angebotsqualität zu ermöglichen und trotzdem gleichzeitig die baustellenbedingten Verkehrsbehinderungen möglichst gering zu halten. In Anbetracht der momentanen Qualität unserer Straßeninfrastruktur, den erheblichen Belastungen und der sich hieraus ergebenden großen Anzahl an Baustellen wird das zukünftig noch eine große Herausforderung darstellen, die neben einem möglichst optimalem Erhaltungs- und Baustellenmanagement auch eine gezielte Öffentlichkeitsarbeit erfordern wird. [8]

Literaturverzeichnis

1. Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen: Bundesverkehrswegeplan 2003, Bonn 2003
2. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Richtlinien für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßenbefestigungen (RPE-Stra 01), Ausgabe 2001, Köln, FGSV 988
3. Schröder, G.: Erhaltungsmanagement der Bundesfernstraßen, Vortrag zur 2. Europäischen Tagung zum Erhaltungsmanagement für Straßen, Berlin 2004
4. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien zur Zustandserfassung und -bewertung von Straßen (ZTV ZEB-StB), Ausgabe 2006, Köln, FGSV 998
5. Maerschalk, G.; Krause, G.: Erstanwendung der vorliegenden Algorithmen für die Erhaltungsplanung in ausgewählten Bauämtern, Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, Heft 878, Bonn 2004
6. Künkel-Henker, A.; Schröder, G.: Erhaltungsmanagement für das klassifizierte Straßennetz, Vortrag zum Deutschen Straßen- und Verkehrskongress, Berlin 2004
7. Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen: Allgemeines Rundschreiben Straßenbau Nr. 26/2001: Aufstellung koordinierter Erhaltungsprogramme für Straßenbefestigungen, Bauwerke und sonstige Anlagenteile von Bundesfernstraßen, Bonn 2001
8. Schröder, G. ; Künkel-Henker, A.: Erhaltungsmanagement zur Umsetzung der Vorgabe aus dem Bundesverkehrswegeplan & Aktuelle Forschung zum Erhaltungsmanagement und PMS, Vortrag zum Deutschen Straßen- und Verkehrskongress, Karlsruhe 2006