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Forschungsstelle
ASTRA SBT
Projektnummer
AGB2002/020
Projekttitel
Beurteilung von Restrisiken und Kriterien zur Festlegung akzeptierter Risiken in Folge aussergewöhnlicher Einwirkungen bei Kunstbauten
Projekttitel Englisch
Assessment of residual risks and acceptance criteria for accidental loading for infrastructural facilities

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Schlüsselwörter
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Kurzbeschreibung
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Projektbeschreibung
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Methoden
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Spezielle Geräte und Installationen
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Stand der eigenen Forschung
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Projektziele
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Forschungsplan
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Abstract
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Umsetzung und Anwendungen
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Berichtsnummer
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Literatur
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Deutsch)
Akzeptanzkriterien, Aussergewöhnliche Lastfälle, Lebensqualitätsindex, Risikoanalyse, Risikobasierte Bemessung von Bauwerken, Philosophische Basis zur Risikobeurteilung, Rechtsprechung bezüglich Risikoanalysen
Schlüsselwörter
(Englisch)
Acceptance Criteria, Accidental Loading, Life Quality Index, Riskassessment, Risk Based Design of Infrastructural Facilities, Philosophical Basis for Risk Assessment, Judicature regarding Riskassessments
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
Das vorliegende Projekt verfolgt drei Ziele. Zum Ersten wird eine Methodik zur Quantifizierung von Risiken infolge aussergewöhnlichen Einwirkungen und Einwirkungen infolge Unfälle mit Rücksicht auf die Relevanz der verschiedenen Arten von Einwirkungen für unterschiedliche Bauwerksklassen entwickelt. Zum Zweiten werden die philosophischen Grundlagen und Methodik bei der Beurteilung von Risikoakzeptanz identifiziert. Schliesslich ist das Ziel zu untersuchen, ob die Schweizer Rechtsprechung die vorgeschlagenen Betrachtungsweisen der risikobasierten Entscheidungsfindung bei der Bemessung von Bauwerken akzeptiert. Falls nicht sind die Streitfragen und Voraussetzungen für eine zukünftige Akzeptanz zu identifizieren.
Kurzbeschreibung
(Englisch)
The project deals with three fundamental aspects of risk assessment. Firstly, a framework will be established for the quantification of risks due to extraordinary loadings and loadings due to accidents, whereby the relevance of the loading for the tape of structure is considered. Secondly, the philosophical basis and the framework for setting acceptance criteria will be identified. Thirdly, it is envisaged to whether the Swiss judicature accepts risk based methodologies for decision making for the design of civil engineering structures. If this is not the case, then the contentious issues and the prerequisites will be identified.
Projektbeschreibung
(Deutsch)
siehe auch Anhang 1 und Anhang 2
Methoden
(Deutsch)
Literaturrecherche, Statistische Datenauswertung, Simulationen, FORM-Berechnungen, Zeitinvariante und Zeitinvariante Zuverlässigkeits Berechnungen.
Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
Keine
Stand der eigenen Forschung
(Deutsch)
4 Eigene Arbeiten
Die Bayes’sche Entscheidungstheorie erweitert die Beurteilung von Risiken ausserordentlich. Diese Methodik erleichtert die Entscheidungsfindung mit inhärenten Unsicherheiten und das vernünftige Abwägen zwischen Kosten und Nutzen. Ein Überblick dieses theoretischen Rahmen für Risikobeurteilungen von Bauwerken ist in folgenden Werken gegeben: Faber und Stewart (2003) and Faber (2002). Hierin ist beschrieben, dass die Bayes’sche Entscheidungstheorie als theoretische Grundlage für Risikobeurteilungen gesehen werden kann. Des Weiteren, werden verschiedene Aspekte der Risikobeurteilungen diskutiert.
Eine wesentliche Fragestellung ist die Bedeutung und Behandlung von unterschiedlichen Typen von Wahrscheinlichkeiten, d.h. inhärente also natürliche Unsicherheiten und Unsicherheiten Mangels genügender Information. Dieser Sachverhalt wird in Faber (2003) detailliert betrachtet. Hierin wird erklärt und ausdrücklich darauf hingewiesen, dass beide Typen von Unsicherheiten berücksichtigt werden müssen bei der Formulierung des Entscheidungsproblems.
Für gewöhnliche Bauwerke stellen Bauwerksnormen eine effiziente Entscheidungsfindung sicher. Diese
Normen können mittels Methoden der Strukturellen Zuverlässigkeitstheorie kalibriert werden. Faber und
Sorensen (2003) beschreiben dafür eine Methodik, die auch vom Joint Committee on Structural Safety
(JCSS) empfohlen wird. Für aussergewöhnliche Bauwerke und Bauwerke die aussergewöhnlichen
Einwirkungen ausgesetzt sind stellt die Strukturelle Zuverlässigkeitstheorie eine effiziente Basis dar zur
Ermittlung der Wahrscheinlichkeit eines nachteiligen Ereignisses, z.B. Bauwerksversagen, Korrosion;
siehe Faber (2001). Es ist wichtig, dass bei Risikobeurteilungen bezüglich aussergewöhnlichen
Einwirkungen, wie z.B.: Erdbeben, Lawinenabgänge, Hangrutschungen und Steinschlag, jedes Bauwerk
als aussergewöhnliches Bauwerk berücksichtigt wird, dies auf Grund der spezifischen
Einwirkungssituation.
Kübler und Faber (2002) betrachten die optimale Bemessung von Bauwerken und die Identifizierung von
Akzeptanzkriterien im Zusammenhang mit dem Lebenszyklusnutzen eines Bauwerks. Dies beinhaltet
Einnahmen, Versagenskosten und Konsequenzen bezüglich Todesfälle. Die Autoren zeigen, dass
nicht nur die nachteiligen Konsequenzen sondern auch die Einnahmen durch das Betreiben eines
Bauwerks – also der Nutzen des Bauwerks – im Entscheidungsproblem berücksichtigt werden müssen.
Diese Thematik wird gegenwärtig vom Antragsteller behandelt im Rahmen eines Forschungsprojektes
des Schweizerischen Nationalfonds (Projektnummer: 2100-066770, Titel: „Failure consequences and
reliability acceptance criteria for exceptional building structures“). Dieses Projekt betrachtet besonders
die potenziellen Konsequenzen infolge Versagen von aussergewöhnlichen Bauwerken.
Die Entwicklung einer rationalen Bemessungsgrundlage für flexible Steinschlagschutzsysteme wurde
schon initiiert, siehe Roth (2002). Neben der generellen Beschreibung der Bemessungsgrundlage
fokussierte diese Arbeit den Aspekt der Festigkeitsmodellierung von flexiblen Stahlnetzen.
Schliesslich, leitet der Antragsteller ein kürzlich initiiertes und departementsübergreifendes
Forschungsprojekt am D-BAUG an der ETH Zürich. Das Projekt betrachtet das Risikomanagement
bezüglich Erdbeben. Ziel des Projektes ist es, eine rationale Basis zur Entscheidungsfindung im
Hinblick auf die Ertüchtigung von existierenden Bauwerken zu entwickeln. Diese Basis stützt sich auf
so genannte Indikatoren, das heisst beobachtbare oder anderweitig abschätzbare Grössen. Diese
Indikatoren beinhalten Informationen bezüglich erdbebengefährdeten Bauwerke.
Projektziele
(Deutsch)
Das vorliegende Projekt verfolgt drei Ziele. Zum Ersten wird eine Methodik zur Quantifizierung von Risiken infolge aussergewöhnlichen Einwirkungen und Einwirkungen infolge Unfälle mit Rücksicht auf die Relevanz der verschiedenen Arten von Einwirkungen für unterschiedliche Bauwerksklassen entwickelt. Es ist beabsichtigt, die Ergebnisse dieses Teils in eine mit Beispielen dargestellte Richtlinie zusammenzufassen. Zum Zweiten werden die philosophischen Grundlagen und Methodik bei der Beurteilung von Risikoakzeptanz identifiziert. Auch dieser Teil des Projektes wird in Form einer Richtlinie zusammengefasst. Schliesslich ist das Ziel zu untersuchen, ob die Schweizer Rechtsprechung die vorgeschlagenen Betrachtungsweisen der risikobasierten Entscheidungsfindung bei der Bemessung von Bauwerken akzeptiert. Falls nicht sind die Streitfragen und Voraussetzungen für eine zukünftige Akzeptanz zu identifizieren.
Projektziele
(Englisch)
The project deals with three fundamental aspects of risk assessment. Firstly, a framework will be established for the quantification of risks due to extraordinary loadings and loadings due to accidents, whereby the relevance of the loading for the tape of structure is considered. Secondly, the philosophical basis and the framework for setting acceptance criteria will be identified. Thirdly, it is envisaged to whether the Swiss judicature accepts risk based methodologies for decision making for the design of civil engineering structures. If this is not the case, then the contentious issues and the prerequisites will be identified.
Forschungsplan
(Deutsch)
5 Vorgesehene Arbeiten
Es ist vorgesehen, dass das Projekt in zwei parallelen Teilprojekten bearbeitet wird:

Teilprojekt 1: Bewertung der Risiken infolge aussergewöhnlicher Einwirkungen und Einwirkung infolge Unfälle
Teilprojekt 2: Bewertung der Risikoakzeptanzkriterien und der juristischen Akzeptanz des Risikoansatzes

Jedes Teilprojekt ist in zwei Phasen unterteilt. Phase eins des Teilprojekts 1 beinhaltet ein Risk Screening zur Identifizierung von unterschiedlichen Einwirkungen/Bauwerken, die in der weiteren Untersuchung berücksichtigt werden. Nach Abschluss der ersten Phase wird ein detaillierter Zeitplan für die zweite Phase aufgestellt. Teilprojekt 2 wird parallel zum Teilprojekt 1 über die gesamte Projektphase laufen.

5.1 Teilprojekt 1:
Bewertung der Risiken infolge aussergewöhnlicher Einwirkungen und Einwirkung infolge Unfälle

Erste Phase
Zuerst werden die für die Untersuchung relevanten unterschiedlichen Bauwerksklassen und die
relevanten unterschiedlichen Einwirkungen identifiziert. Diese Auswertung wird anhand von Risk
Screening – Sitzungen durchgeführt mit Beteilung vom Forschungsteam und Experten des
Bundesamts für Strassen. Im Anschluss an das Risk Screening wird eine Einstufung der
unterschiedlichen Fälle, beispielsweise Einwirkungen/Bauwerke durchgeführt, die in der zweiten
Phase berücksichtigt werden. Anschliessend wird ein detaillierter Zeitplan und Budget für die
zweite Phase aufgestellt.

Zweite Phase
Basierend auf die klassifizierten Einwirkungen/Bauwerke aus Phase 1 des Teilprojektes, werden
Methoden für die Quantifizierung von Risiken dokumentiert, illustriert und entwickelt.
Diese beinhaltet Ereignisbäume, Fehlerbäume, Bayes’sche Netze, Quantitative Risikoanalyse,
Strukturelle Risikoanalyse, et cetera. Ihre Anwendbarkeit wird anhand von Beispielen illustriert.
Die Ergebnisse von Phase 1 und Phase 2 des ersten Teilprojekts wird in einem Bericht wiedergegeben.

5.2 Teilprojekt 2:
Bewertung der Risikoakzeptanzkriterien und der juristischen Akzeptanz des Risikoansatzes

Erste Phase
Die erste Aufgabe von Teilprojekt 2 wird die Beschreibung einer Methodik zur Beurteilung von
akzeptierbaren Risikoniveaus für die Bemessung von Bauwerken sein. Sie wird ein besonderes
Augenmerk auf den Aspekt der aussergewöhnlichen Einwirkungen und Einwirkungen infolge Unfälle
legen. Es ist notwendig eine philosophische Basis zu Beschreiben, die auf der rationellen Bayes’schen
Entscheidungstheorie, siehe Benjamin & Cornell (1970), fundiert. Diese Basis muss auch die Prinzipien
der Risikoanalyse berücksichtigen. Wird diesen Prinzipien Rechnung getragen, so können die
Entscheidungen die auf Ihr beruhen rational verteidigt werden, gegenüber dem Bauherrn und der
Öffentlichkeit, siehe Nathwani, Lind and Pandey (1997). Das Ergebnis dieser Phase wird in einem
Bericht festgehalten. Darin wird die Basis beschrieben wie auch deren praktische Anwendung um
akzeptierbare Sicherheitsniveaus zu identifizieren. Schliesslich illustrieren Beispiele Ihre Anwendbarkeit.

Zweite Phase
Während sich die erste Phase des Teilprojekts mit der Verteidigung von Risikobeurteilung gegenüber
Bauherrn und der Öffentlichkeit befasst, betrachtet Phase 2 die Haltbarkeit von Risikoanalysen in der
Rechtsprechung. Phase 2 soll prüfen ob Entscheidungsnehmer, die Entscheidungen auf Grund der
Basis aus Phase 1 fällen, vor Regressforderungen geschützt sind. Grundlage hierzu ist die Schweizer
Judikative. Hierbei ist zu prüfen ob die Schweizer Judikative die Basis zur rationellen Risikobewertung
und Entscheidungsfindung akzeptiert. Sollte die nicht der Fall sein, und die Judikative diese Methodik
teilweise oder gar gänzlich ablehnen, so sind die Streitfragen zu identifiziert. Die Ergebnisse aus
Phase 2 werden in einem Bericht wiedergegeben.

6 Partner
Eine wissenschaftliche Zusammenarbeit ist vorgesehen mit Professor Rüdiger Rackwitz vom Lehrstuhl
für Massivbau der Technischen Universität München. Wird Phase 2 des zweiten Teilprojektes
durchgeführt, so wird darüber hinaus ein Professor für Rechtswissenschaften kontaktiert werden und
er wird eingeladen am Forschungsprojekt zu partizipieren.






7 Zeitplan und Budget
Das Forschungsprojekt kann zum 1. Jannuar 2004 beginnen. Die Planung sieht eine Laufzeit von
3 Jahren für das Projekt vor und wird von einem Doktoranden bearbeitet. Die Kosten umfassen
die Lohn- sowie Sach- und Reisekosten. Der Zeitplan wie auch das Budget sieht vor, dass beide Phasen
von Teilprojekt 1 mit Phase 1 des Teilprojekts 2 eine Einheit bilden. Für diese Einheit ist das Budget
erstellt worden. Phase 2 des zweiten Teilprojekts bildet eine Einheit für sich. Es ist vorgesehen,
dass zu einem späteren Zeitpunkt ein detaillierter Zeitplan und Budget für diese Phase aufgestellt wird.
Daraufhin kann entschieden werden ob diese Phase durchgeführt wird und mit dem restlichen Projekt zu
einer Einheit zusammengefügt wird. Dies wird durch den Meilenstein M1 berücksichtigt.

7.1 Zeitplan, Meilensteine & Abgabetermine
Termine
T1 01.01.2004 Beginn der Phase 1 des ersten Teilprojektes
T2 01.01.2004 Beginn der Phase 1 des zweiten Teilprojektes
T3 01.07.2004 Detaillierter Zeitplan und Budget für Phase 2 des zweiten Teilprojektes
T4 01.01.2005 Beginn der Phase 2 des ersten Teilprojektes
T5 30.03.2005 Ende von Phase 1 des ersten Teilprojektes
T6 01.07.2005 Beginn von Phase 2 des zweiten Teilprojektes (bedingt auf M5)
T7 31.12.2005 Ende von Phase 1 des zweiten Teilprojektes mit wissenschaftlichem Bericht
T8 31.12.2006 Ende von Phase 2 des ersten Teilprojektes mit wissenschaftlichem Bericht
T9 31.12.2006 Ende von Phase 2 des zweiten Teilprojektes mit wissenschaftlichem Bericht
Meilensteine
M1 31.12.2004 Entscheidung bezüglich der Durchführung von Phase 2 des zweiten Teilprojektes

7.2 Budget
In Abbildung 3 ist das Budget bezüglich der Zeit und Kostenart aufgegliedert. Es umfasst die Lohnkosten
für den Doktoranden, Sach- und Reisekosten sowie die Kosten für den Berichtseinband. Es sei nochmals
vermerkt, dass dieses Budget sich ausschliesslich auf Phase 1 und 2 des ersten Teilprojektes und
Phase 1 des zweiten Teilprojektes bezieht. Somit ergibt sich ein Finanzbedarf von 250'000 SFr.
Abstract
(Deutsch)
.
Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
Zuerst wird eine Methodik zur Quantifizierung von Risiken infolge aussergewöhnlichen Einwirkungen und Einwirkungen infolge Unfälle mit Rücksicht auf die Relevanz der verschiedenen Arten von Einwirkungen für unterschiedliche Bauwerksklassen entwickelt. Es ist beabsichtigt, die Ergebnisse dieses Teils in eine mit Beispielen dargestellte Richtlinie zusammenzufassen. Diese Richtlinie wird den in der Praxis tätigen Ingenieur bei der quantifizierung von Risiken unterstützen. Zum Zweiten werden die philosophischen Grundlagen und Methodik bei der Beurteilung von Risikoakzeptanz identifiziert. Auch dieser Teil des Projektes wird in Form einer Richtlinie zusammengefasst. Diese Richtlinie kann eine Basis bilden auf die sich in der Praxis durchgeführte Risikoanalysen stützen. Schliesslich ist das Ziel zu untersuchen, ob die Schweizer Rechtsprechung die vorgeschlagenen Betrachtungsweisen der risikobasierten Entscheidungsfindung bei der Bemessung von Bauwerken akzeptiert. Falls nicht sind die Streitfragen und Voraussetzungen für eine zukünftige Akzeptanz zu identifizieren. Angemerkt sei, dass der zuletzt genannte Aspekt optional ist.
Ein Fortsetzungskredit ist nicht vorgesehen.
Berichtsnummer
(Deutsch)
616
Literatur
(Deutsch)
8 Literatur
-Benjamin, J.R. & Cornell, C.A. (1970) Probability, Statistics and Decision for Civil Engineers, McGraw-Hill, NY, 1970.
-Ditlevsen, O. and Madsen, H.O. (1996) Structural Reliability Methods, Wiley, Chichester, 1996.
-Faber, M.H. (2001). Risk and Safety in Civil, Surveying and Environmental Engineering. available online at: www.ibk.baug.ethz.ch/Fa.
-Faber, M.H. and Sørensen, J.D. (2002). Reliability Based Code Calibration. JCSS. online verfügbar unter: www.jcss.ethz.ch.
-Faber, M.H. (2003). Uncertainty Modeling and Probabilities in Engineering Decision Analysis. . Proceedings to the International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering in Cancun, Mexico, 2003.
Proceedings OMAE’03 International Conference on Applied Statistics and Probability, San Francisco, July 6-9, 2003. In press.
-Faber, M.H. and Sørensen, J.D. (2003). Optimal Code Calibration – the JCSS Approach. Proceedings to the 9th (ICASP) International Conference on Applied Statistics and Probability, San Francisco, July 6-9, 2003. In press.
-Faber, M.H. and Stewart, M.G. (2003). Risk assessment for civil engineering facilities: critical overview and
discussion. Reliability Engineering and System Safety 80, 173–184.
-Gheorghe, A.V. , Hoj, N.P. , Vamanu, D., Kroger, W. (2000), DSS for Risk Assessment of Transportation
of Dangerous Goods Integrating Tunnel Fires Assessment and Simulation, PSAM5, International
Conference on Probabilistic Safety Assessment and Management, November 27-December 1, 2000,
Osaka International Convention Centre, Osaka, Japan.
-Joint Committee on Structural Safety, (2001) Probabilistic Model Code, JCSS Web-publication
http://www.jcss.ethz.ch/.
-Kübler, O. and Faber, M.H. (2002). Optimality and Acceptance Criteria in Offshore Design. Proceedings
to the International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering in Oslo, Norway, 2002.
-Nathwani, J.S., Lind, N.C. and Pandey, M.D. (1997) Affordable Safety by Choice: The Life Quality Method,
Institute of Risk Research, University of Waterloo, Waterloo, Canada.
-Raiffa, H. & Schlaifer, R. (1961) Applied Statistical Decision Theory. Harward University Press, Cambridge
University Press, Cambridge, Mass., 1961.
-Rackwitz, R. (2000) Optimization – the basis for code-making and reliability verification, Journal of
Structural Safety, Elsevier Science, Vol. 22, (2000), pp. 27-60.
-Rackwitz, R. (2001) A New Approach for Setting Target Reliabilities. Proc. Safety, Risk and Reliability –
Trends in Engineering- Malta, March 21-23, 2001, IABSE, Zürich,, pp. 531-536.
-Roth, A. P. (2002) Zuverlässigkeit von flexiblen Steinschlag-Schutzsystemen. Diplomarbeit am Institut für
Baustatik und Konstruktion des Departementes Bau, Umwelt und Geomatik der Eidgenössischen
Technischen Hochschule Zürich.
-Schneider, J. Schlatter, H.P. (1996) Sicherheit und Zuverlässigkeit im Bauwesen – Grundwissen für
Ingenieure. VDF Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, B.G. Teuber Stuttgart.
-Skjong, R. and Ronold, K. (1998) Social Indicators and Risk Acceptance, Proc, Offshore Mechanics and
Arctic Engineering OMAE, 1998, July 5-9, Lisbon, Portugal.
-Sørensen, J.D., Kroon, I.B and Faber, M.H. (1994) Optimal Reliability-Based Code Calibration. Journal of
Structural Safety, Vol. 15, 1994, pp. 197-208.