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Erarbeitung eines Prototypen eines technisch-wirtschaftichen Kostenminimierungsmoduls für das Erhaltungsmanagement (PMS)
Abschnittsbezogene Erhaltungsstrategien werden derzeit im Pavement-Management-System (PMS) auf der Grundlage qualitativer Wirksamkeiten bewertet, die sich aus der Differenz der Flächen unter den Verhaltenskurven ohne und mit Maßnahmen ergeben. Alternativ zu dieser qualitativen Bewertung sollte ein technisch-wirtschaftliches Kostenminimierungsmodul entwickelt und getestet werden, das eine monetäre Bewertung des Substanzpotenzials der Fahrbahnen für alternative Erhaltungsstrategien ermöglicht. Dieses Modul, das informationstechnisch in Form eines Prototypen aufzubereiten war, soll entweder als Ersatz oder als Alternative für das bisherige "Fläche unter der Kurve"-Prinzip dienen. Im Untersuchungsablauf wird nach der Analyse des vorliegenden Kenntnisstandes ein fachtechnisches Konzept entwickelt und in Algorithmen umgesetzt. Diese Algorithmen sind die Grundlage für die Erstellung einer Testsoftware, die in die PMS-Umgebung eingebunden und für Testrechnungen eingesetzt wird. Die Untersuchungsergebnisse liefern die Basis für den Entwurf eines FGSV-Arbeitspapiers, das die derzeit verfügbaren Alternativen der Maßnahmenbewertung beschreibt. Die Analyse des vorhandenen Kenntnisstandes zeigt, dass für die Entwicklung eines fachtechnischen Konzepts diverse Grundlagen verfügbar sind. Dazu gehören insbesondere das Dickenäquivalenzprinzip bei der Bewertung der schichtenbezogenen Substanz der Fahrbahnkonstruktionen, die bemessungstechnischen Grundansätze der RStO 01, die Nutzung der ZEB-Daten für die Korrektur der Substanzbewertung, Langzeitbeobachtungen zur Nutzungsdauer und zu den Kosten der einzelnen Konstruktionsschichten sowie vorliegende Analysen zur Korrelation zwischen der Schwerverkehrsbelastung und den äquivalenten Achslastübergängen. Das mit diesen Grundlagen entwickelte fachtechnische Konzept umfasst zunächst die Berechnung des Substanzpotenzials aufnehmbarer Bemessungsachsen der Gesamtkonstruktion des Befestigungsaufbaus für den Gesamtquerschnitt sowie differenziert nach Richtungsfahrbahnen und Fahrstreifen. Davon ausgehend erfolgen die Berechnung des Substanzpotenzials für die einzelnen Schichten des Befestigungsaufbaus, die Korrektur des schichtspezifischen Substanzpotenzials durch den Oberflächenzustand und die Fortschreibung der Schichtdaten der homogenen Abschnitte über den gesamten Bewertungszeitraum inklusive Einarbeitung der vom PMS vorgeschlagenen Erhaltungsmaßnahmen. Diese Schritte bilden die Grundlage für die monetäre Bewertung des Substanzpotenzials und die Ableitung eines Nutzen-Kosten-Verhältnisses für jede vom PMS generierte Erhaltungsstrategie. Das entwickelte fachtechnische Konzept ist die Basis für die Erstellung von Algorithmen und ihre Umsetzung in einer Testsoftware "SUPORT", die auf die Ergebnisdatenbanken des PMS zugreift und zusätzliche Dateien mit allen relevanten Daten und Bewertungen erzeugt. Die in den Software-Prototypen umgesetzten Algorithmen wurden an Teil netzen der Bundesautobahnen (ca. 2.703 km-Richtungsfahrbahnen, ZEB 2005) und der Bundesstraßen (ca. 5.248 km-Richtungsfahrbahnen, ZEB 2003) getestet. Die Berechnungen bestätigen die Umsetzbarkeit und die Plausibilität des Gesamtkonzeptes. Die Auswertung eines den tatsächlichen Verhältnissen entsprechenden Budget-Szenarios zeigt, dass dabei längerfristig eine Verbesserung der Befestigungssubstanz, insbesondere in Bezug auf die Deck- und Binderschichten, erreicht wird. Diese Verbesserung ergibt sich auch bei der betreiberrelevanten monetären Bewertung des Substanzpotenzials. Die Nutzen-Kosten-Verhältnisse der einzelnen Erhaltungsstrategien, berechnet nach dem monetär ausgewiesenen Substanzpotenzial, weisen bei einer Spannweite von 0 bis 20 die deutlich größten Häufigkeiten im Bereich zwischen 0 und 2 auf. Die mit dem Kostenminimierungsmodul ermittelten Nutzen- Kosten-Verhältnisse können dem PMS als Grundlage für eine netzweite Optimierung unter Budgetrestriktionen übergeben werden. Für eine durchgängige Darstellung des Gesamtkonzeptes eines technisch-wirtschaftlichen Kostenminimierungsmoduls für das Erhaltungsmanagement und den Nachweis der Umsetzbarkeit dieses Konzeptes mussten einige der verwendeten Parameter im Sinne einer Erstversorgung pragmatisch festgelegt werden. Diese Parameter, die problemlos verändert und ausgetauscht werden können, bedürfen der weiteren Diskussion und Verfeinerung.
Maintenance strategies for road sections are currently evaluated in the Pavement Management System (PMS) on base of qualitative effectiveness which results from the difference of the areas under the performance curves without and with treatments. Alternatively to this qualitative evaluation a techno-economic cost module should be developed and tested which allows a monetary evaluation of the structural potential of road lanes for alternative maintenance strategies. This module, implemented as a prototype program, should serve either as a substitute or as an alternative to the existing "area under the curve" principle. In the processing of the project after an analysis of the present knowledge a stand-fold technical concept is developed and implemented in algorithms. These algorithms are the basis for the creation of a software-prototype used in the PMS environment for exemplary calculations. The study results provide the basis for a draft of a Work Assistance Paper which describes the currently available alternatives for the evaluation of maintenance strategies. The analysis of the present knowledge shows that various foundations are available for the development of a stand-fold technical concept. These include in particular the principle of equivalence strength in the evaluation of the structural layers of roadway construction, the technical approach in design of road structures, the use of condition data for the correction of structural evaluation, long-term observations about life cycles and costs of the individual layers, and present results for the correlation between heavy traffic and equivalent axle load transitions. The technical concept developed with these basics initially includes the calculation of the substance potential of tolerable equivalent axle loads of the structural layers of roadway construction for the total cross-section as well as differentiated according to directions and lanes. This gives the basis for the calculation of the substance-potential of the individual layers, the correction of the layer-specific substance-potential with surface condition, and the update of the characteristics of the layers of homogenous sections throughout the evaluation period, including the incorporation of PMS proposed treatments.These steps are the precondition for the monetary evaluation of the substance-potential and the deduction of benefit-cost- ratios for all PMS-generated maintenance strategies. The developed technical concept is the basis for the creation of algorithms and their implementation in the test software "SUPORT", accessing on the outcome databases of the PMS and producing additional files with all relevant data and evaluation results. The algorithms implemented in the software prototype have been checked with subsets of Federal Highways (about 2,703 km-carriageways, condition survey 2005) and Federal Roads (about 5,248 km, condition survey 2003). The practical applications confirm the feasibility and the plausibility of the overall concept. The interpretation of a realistic budget scenario shows that a long-term improvement of substance-potential is obtained, particularly in relation to the wearing course and the base course layers. This improvement shows also in the monetary assessment of the substance-potential. The benefit-cost-ratios of various maintenance strategies, calculated on base of monetarily evaluated substance-potential, have a wingspan of 0 to 20 with significantly largest frequencies in the range from 0 to 2. The benefit-cost-ratios calculated with the techno-economic cost module can be transferred to the PMS as the basis for a network-wide optimization with budget constraints. For a complete processing of the overall concept of a techno-economic cost module for maintenance management and the proof of applicability of this concept some of the used parameters are defined pragmatically in the sense of a primary set-up. These parameters, which can be easily altered and changed, should be subject to further discussion and refinement.
Erarbeitung eines Prototypen eines technisch-wirtschaftichen Kostenminimierungsmoduls für das Erhaltungsmanagement (PMS)
Abschnittsbezogene Erhaltungsstrategien werden derzeit im Pavement-Management-System (PMS) auf der Grundlage qualitativer Wirksamkeiten bewertet, die sich aus der Differenz der Flächen unter den Verhaltenskurven ohne und mit Maßnahmen ergeben. Alternativ zu dieser qualitativen Bewertung sollte ein technisch-wirtschaftliches Kostenminimierungsmodul entwickelt und getestet werden, das eine monetäre Bewertung des Substanzpotenzials der Fahrbahnen für alternative Erhaltungsstrategien ermöglicht. Dieses Modul, das informationstechnisch in Form eines Prototypen aufzubereiten war, soll entweder als Ersatz oder als Alternative für das bisherige "Fläche unter der Kurve"-Prinzip dienen. Im Untersuchungsablauf wird nach der Analyse des vorliegenden Kenntnisstandes ein fachtechnisches Konzept entwickelt und in Algorithmen umgesetzt. Diese Algorithmen sind die Grundlage für die Erstellung einer Testsoftware, die in die PMS-Umgebung eingebunden und für Testrechnungen eingesetzt wird. Die Untersuchungsergebnisse liefern die Basis für den Entwurf eines FGSV-Arbeitspapiers, das die derzeit verfügbaren Alternativen der Maßnahmenbewertung beschreibt. Die Analyse des vorhandenen Kenntnisstandes zeigt, dass für die Entwicklung eines fachtechnischen Konzepts diverse Grundlagen verfügbar sind. Dazu gehören insbesondere das Dickenäquivalenzprinzip bei der Bewertung der schichtenbezogenen Substanz der Fahrbahnkonstruktionen, die bemessungstechnischen Grundansätze der RStO 01, die Nutzung der ZEB-Daten für die Korrektur der Substanzbewertung, Langzeitbeobachtungen zur Nutzungsdauer und zu den Kosten der einzelnen Konstruktionsschichten sowie vorliegende Analysen zur Korrelation zwischen der Schwerverkehrsbelastung und den äquivalenten Achslastübergängen. Das mit diesen Grundlagen entwickelte fachtechnische Konzept umfasst zunächst die Berechnung des Substanzpotenzials aufnehmbarer Bemessungsachsen der Gesamtkonstruktion des Befestigungsaufbaus für den Gesamtquerschnitt sowie differenziert nach Richtungsfahrbahnen und Fahrstreifen. Davon ausgehend erfolgen die Berechnung des Substanzpotenzials für die einzelnen Schichten des Befestigungsaufbaus, die Korrektur des schichtspezifischen Substanzpotenzials durch den Oberflächenzustand und die Fortschreibung der Schichtdaten der homogenen Abschnitte über den gesamten Bewertungszeitraum inklusive Einarbeitung der vom PMS vorgeschlagenen Erhaltungsmaßnahmen. Diese Schritte bilden die Grundlage für die monetäre Bewertung des Substanzpotenzials und die Ableitung eines Nutzen-Kosten-Verhältnisses für jede vom PMS generierte Erhaltungsstrategie. Das entwickelte fachtechnische Konzept ist die Basis für die Erstellung von Algorithmen und ihre Umsetzung in einer Testsoftware "SUPORT", die auf die Ergebnisdatenbanken des PMS zugreift und zusätzliche Dateien mit allen relevanten Daten und Bewertungen erzeugt. Die in den Software-Prototypen umgesetzten Algorithmen wurden an Teil netzen der Bundesautobahnen (ca. 2.703 km-Richtungsfahrbahnen, ZEB 2005) und der Bundesstraßen (ca. 5.248 km-Richtungsfahrbahnen, ZEB 2003) getestet. Die Berechnungen bestätigen die Umsetzbarkeit und die Plausibilität des Gesamtkonzeptes. Die Auswertung eines den tatsächlichen Verhältnissen entsprechenden Budget-Szenarios zeigt, dass dabei längerfristig eine Verbesserung der Befestigungssubstanz, insbesondere in Bezug auf die Deck- und Binderschichten, erreicht wird. Diese Verbesserung ergibt sich auch bei der betreiberrelevanten monetären Bewertung des Substanzpotenzials. Die Nutzen-Kosten-Verhältnisse der einzelnen Erhaltungsstrategien, berechnet nach dem monetär ausgewiesenen Substanzpotenzial, weisen bei einer Spannweite von 0 bis 20 die deutlich größten Häufigkeiten im Bereich zwischen 0 und 2 auf. Die mit dem Kostenminimierungsmodul ermittelten Nutzen- Kosten-Verhältnisse können dem PMS als Grundlage für eine netzweite Optimierung unter Budgetrestriktionen übergeben werden. Für eine durchgängige Darstellung des Gesamtkonzeptes eines technisch-wirtschaftlichen Kostenminimierungsmoduls für das Erhaltungsmanagement und den Nachweis der Umsetzbarkeit dieses Konzeptes mussten einige der verwendeten Parameter im Sinne einer Erstversorgung pragmatisch festgelegt werden. Diese Parameter, die problemlos verändert und ausgetauscht werden können, bedürfen der weiteren Diskussion und Verfeinerung.
Maintenance strategies for road sections are currently evaluated in the Pavement Management System (PMS) on base of qualitative effectiveness which results from the difference of the areas under the performance curves without and with treatments. Alternatively to this qualitative evaluation a techno-economic cost module should be developed and tested which allows a monetary evaluation of the structural potential of road lanes for alternative maintenance strategies. This module, implemented as a prototype program, should serve either as a substitute or as an alternative to the existing "area under the curve" principle. In the processing of the project after an analysis of the present knowledge a stand-fold technical concept is developed and implemented in algorithms. These algorithms are the basis for the creation of a software-prototype used in the PMS environment for exemplary calculations. The study results provide the basis for a draft of a Work Assistance Paper which describes the currently available alternatives for the evaluation of maintenance strategies. The analysis of the present knowledge shows that various foundations are available for the development of a stand-fold technical concept. These include in particular the principle of equivalence strength in the evaluation of the structural layers of roadway construction, the technical approach in design of road structures, the use of condition data for the correction of structural evaluation, long-term observations about life cycles and costs of the individual layers, and present results for the correlation between heavy traffic and equivalent axle load transitions. The technical concept developed with these basics initially includes the calculation of the substance potential of tolerable equivalent axle loads of the structural layers of roadway construction for the total cross-section as well as differentiated according to directions and lanes. This gives the basis for the calculation of the substance-potential of the individual layers, the correction of the layer-specific substance-potential with surface condition, and the update of the characteristics of the layers of homogenous sections throughout the evaluation period, including the incorporation of PMS proposed treatments.These steps are the precondition for the monetary evaluation of the substance-potential and the deduction of benefit-cost- ratios for all PMS-generated maintenance strategies. The developed technical concept is the basis for the creation of algorithms and their implementation in the test software "SUPORT", accessing on the outcome databases of the PMS and producing additional files with all relevant data and evaluation results. The algorithms implemented in the software prototype have been checked with subsets of Federal Highways (about 2,703 km-carriageways, condition survey 2005) and Federal Roads (about 5,248 km, condition survey 2003). The practical applications confirm the feasibility and the plausibility of the overall concept. The interpretation of a realistic budget scenario shows that a long-term improvement of substance-potential is obtained, particularly in relation to the wearing course and the base course layers. This improvement shows also in the monetary assessment of the substance-potential. The benefit-cost-ratios of various maintenance strategies, calculated on base of monetarily evaluated substance-potential, have a wingspan of 0 to 20 with significantly largest frequencies in the range from 0 to 2. The benefit-cost-ratios calculated with the techno-economic cost module can be transferred to the PMS as the basis for a network-wide optimization with budget constraints. For a complete processing of the overall concept of a techno-economic cost module for maintenance management and the proof of applicability of this concept some of the used parameters are defined pragmatically in the sense of a primary set-up. These parameters, which can be easily altered and changed, should be subject to further discussion and refinement.
Erarbeitung eines Prototypen eines technisch-wirtschaftichen Kostenminimierungsmoduls für das Erhaltungsmanagement (PMS)
Developing a prototype of a techno-economic cost minimisation module for the Pavement Management System (PMS)
Rübensam, Joachim (Autor:in) / Schwiethal, Sven (Autor:in) / Maerschalk, Günther (Autor:in)
2010
85 Seiten, Bilder, Tabellen, 35 Quellen
Report
Deutsch