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Forschungsstelle
ASTRA SBT
Projektnummer
VSS1999/293
Projekttitel
Optimierungsprozesse im Management der Strassenerhaltung (MSE)
Projekttitel Englisch
Process of optimisation in Maintenance and Rehabilitation Management System of Roads (MMSR)

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Schlüsselwörter
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Alternative Projektnummern
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Kurzbeschreibung
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Weitere Hinweise und Angaben
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Projektziele
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Zielerreichung
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Abstract
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Executive summary/ Handlungsempfehlung
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Umsetzung und Anwendungen
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Beurteilungsbericht
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Publikationen / Ergebnisse
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Berichtsnummer
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Deutsch)
Optimierung und Koordination der Massnahmenplanung und Dringlichkeitsreihung zum Baustellenmanagement (Ermittlung optimaler Baulose)
Vergleich zwischen verschiedenen Verfahren (multikriterielle und monotäre Bewertungen)
Alternative Projektnummern
(Deutsch)
1999272
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
In den Teilbereichen des MSE "Management der Strassenerhaltung" werden gegenwärtig diverse Optimierungesverfahren bei der Massnahmenplanung und Dringlichkeitsreihung verwendet. So wird z.B. im Teilbereich "Kunstbauten" ein Optimierungsverfahren verwendet mit dem Ziel die Gesamtkosten (Betreiber- und Benutzerkosten) zu minimieren. Die so ermittelten optimalen Massnahmen oder Massnahmenpakete gelten aber nur in ihrem Teilbereich als optimal. Betrachtet man jedoch einen beliebigen Strassenabschnitt, kann "sein" optimales Massnahmenpaket nicht als einfache Zusammensetzung der Resultate aus den drei Teilbereichen gebildet werden, sondern diese müssen bezüglich zeitlichen und räumlichen Aspekten aufeinander abgestimmt (koordiniert und optimiert) werden.

Dieser Prozess soll so verlaufen, dass er einerseits zur Bildung von optimalen Massnahmenpaketen führt (Baustellenmanagement) und andererseits die Erreichung von gleichen Zielen durch Vermeidung von Zielkonflikten begünstigt wird.
Die Methoden der Optimierung, welche gegenseitig verglichen werden, sind monetäre und mulitkriterielle Bewertungen. Nachfolgend sind sie kurz erläutert:

- Monetäre Bewertung: Diese Methode besteht aus monetärer Quantifizierung aller Vergleichskriterien. Zu dieser Gruppe von Verfahren können "Whole life costing", "Gesamtkostenberechnungen" und "Investitionsberechnungen" gezählt werden. Diese Methoden erfordern die Ermittlung von genauen Kostenansätzen und Einschätzung von Lebensdauer der Objekte, sowie Anwendung eines (über längeren Betrachtungszeitraum als durchschnittlich geltenden) Zinsfusses.

-Mulitkriterielle Bewertung: Hier werden nebst monetär quantifizierbaren Kriterien auch andere Kriterien herangezogen, welche qualitativ und quantitativ (jedoch nicht ausschliesslich monetär) beschrieben und erfasst werden. Diese Methode gelangt immer mehr in den Management-Fachgebieten zur Anwendung, insbesondere als komplementäres Verfahren zur monetären Bewertung, da die so optimierten Resultate den Anliegen von grösseren Interessengruppen (ausgedrückt als Ziele im Zielsystem) gerecht werden.

Selbstverständlich ist die Einbettung der zu untersuchenden Verfahren in das gesellschaftliche Umfeld zu berücksichtigen. Dieses Forschungsprojekt wird die Optimierung der Erhaltungsmassnahmen aus drei MSE-Teilbereichen (Massnahmenpakete) in räumlicher und zeitlicher Dimension angehen. Falls sich im Laufe der Arbeiten noch weitere relevante Optimierungskriterien empfehlen sollten (v.a aus der Situationsanalyse der bereits in den Kantonen angewendeten Verfahren), werden sie ebenfalls analysiert und berücksichtigt.
Kurzbeschreibung
(Englisch)
There are different methods of optimisation, which are used right now in the Sub-System of Road Maintenance Management System (RMMS), such as PMS, BMS and EMS, in particular for planning and prioritisation of the measures. As example for Bridge Management System (BMS) the method of minimising the life cycle cost (incl. the user cost) is used currently.

The result of this sort of optimising are the measures or the packages of measures, which are only as optimal in the corresponding Sub-System.

By looking at a randomly selected road-section, its optimal package of measures could not be just the collection of optimal measures from all the Sub-Systems. More over this optimal package must be determined, according to certain criteria, like those of time and site co-ordination.

This process should run in a way, that by determining of optimal package of measures the existing conflicts between the goals could be eliminated.

The current methods of optimising, which are to be compared are life cycle cost and multi-criteria evaluation.
Weitere Hinweise und Angaben
(Deutsch)

Einfluss auf Normenwerk:

Diese Forschungsarbeit hat direkten Einfluss auf die Normen der FK7, welche sich mit Fragen der Optimierung, Koordination, Bildung von Massnahmenpaketen, Erhaltungsstrategien sowie Nutzen/Kosten- Verhältnisse der Massnahmen befassen.

Projektziele
(Deutsch)
Erarbeitung von Grundlagen für die Verfahren zur Massnahmenwahl und koordinierten Optimierung der Entscheidungsprozesse in den Teilbereichen PMS, BMS und EMS.
Erarbeitung einer Methode zur Optimierung der Entscheidungsprozesse im Gesamtsystem.
Erarbeitung von Grundlagen zur Normierung und zur Aus- und Weiterbildung.
Projektziele
(Englisch)
This research evaluates the possible methods of optimising with different goals and under consideration of social environment. In particular it should evaluate and quantify, with some examples from the practice, the advantages and disadvantages of each method

However this research has the following goals:

- Unification of characterisation of variants from the Sub-Systems PMS, BMS and EMS for the process of optimising, by minimising of number of indicators
- Determining of a method of optimising for the level of RMMS to create optimal solution of measures and packages of measures, by taking into consideration of geographical optimising as a main issue
- Determining of basis for the relevant standards
Zielerreichung
(Deutsch)

Der Auftrag des Bundesamtes für Strassen ASTRA, vom 20. Juli 2001, lautete:

„Erarbeitung von Grundlagen für optimale Massnahmenwahl und Koordination der Entscheidungsprozesse im MSE und seinen Teilbereichen PMS, BMS und EMS durch Vergleich von möglichen Verfahren, sowie Erarbeiten der Grundlagen zur Normung sowie Aus- und Weiterbildung der MSE- Fachkräfte“

Diese Formulierung wurde im Rahmen der Situationsanalyse und aufgrund der Diskussionen innerhalb der Begleitkommission wie folgt konkretisiert:

.  Erarbeitung von Grundlagen zur optimalen Kombination von mehreren Massnahmen aus den Teilsystemen PMS, BMS und EMS zu Massnahmenpaketen im Gesamtsystem und zur Ermittlung ihrer optimalen Realisierungszeitpunkt.

.  Erarbeitung von Grundlagen zur Normierung und zur Aus- und Weiterbildung.

Diese Ziele sind durch das Forschungsprojekt erreicht worden.
Abstract
(Deutsch)

Die Forschungsarbeit befasst sich mit den multikriteriellen und wirtschaftlichen Optimierungsverfahren bei der Realisierung von Erhaltungsmassnahmen und zeigt deren Einsatzmöglichkeiten und –grenzen.

Die Anwendung der Optimierungsprozesse bringt in erster Linie für Strassennetze mit hoher Verkehrsbelastung (Autobahnen, Hochleistungs- und Hauptverkehrsstrassen ausserorts) markante Vorteile.

Nachfolgend stehen die wichtigsten Resultate dieses Forschungsauftrages:

.  Einsatzmöglichkeiten der Optimierungsverfahren (übergeordnete, bzw. stark benutzte Strassen)

.  Genereller Ablauf des multikriteriellen Optimierungsprozesses

.  Aufzeigen des Weges zur Anwendung der Optimierungsverfahren im Erhaltungsmanagement mit teilweise durchgerechneten Beispielen, darunter für die Verfahren: „Zeitliche Präferenz“, „Gewichtete Summation“, „Multiattributive Nutzwertfunktion“, „Analytischer Hierarchieprozess“, „Inkrementelles Nutzen/ Kosten- Verfahren“, „Problem des kürzesten Pfades“

.  Methodische Grundlagen für örtliche Optimierung (Massnahmenmanagement, bzw. Bildung von optimalen Massnahmenpaketen) mit Beispielen

Methodische Grundlagen für zeitliche Optimierung mit Beispiel (Ermittlung des

. optimalen Zeitpunktes der Realisierung von Massnahmenpaketen)

.  Methodische Grundlagen für Berechnung der Baustellendauer von Massnahmenpaketen mit Beispiel

Vorschläge für zwei Norm- Entwürfe.
Executive summary/ Handlungsempfehlung
(Deutsch)

Die wichtigsten Folgerungen dieser Forschungsarbeit sind:

· Die Anwendung der Optimierungsverfahren auf Stufe Gesamtsystem führt primär für Strassen mit hohem Verkehrsaufkommen zu einer merklichen Reduktion der Gesamtkosten und zur Erhöhung des Gesamtnutzens.

· Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurde festgestellt, dass die Bedeutung der beiden Teilsysteme PMS und BMS für die Optimierung auf Stufe Gesamtsystem dominierend ist. Der Grund dafür liegt insbesondere in der Tatsache, dass die Zustandsänderung der Objekte dieser Teilsysteme stetig oder stufenweise erfolgt.

· Die im Bericht berechneten Beispiele zeigen, dass die Anwendung von Optimierungsverfahren das Nutzen/ Kosten- Verhältnis von Massnahmenpaketen erhöht.

· Die Zielsetzung der Optimierungsaufgabe ist entscheidend dafür, welche der beiden Methoden der wirtschaftlichen oder multikriteriellen Optimierung einzusetzen sind.

Empfehlungen: Diese betreffen Massnahmen auf verschiedene Ebenen, nämlich Normung, Forschung und praktische Anwendung.

Zur Normung der erarbeiteten Grundlagen sind im Bericht Vorschläge bezüglich Struktur und Inhalt von zwei spezifischen Normen präsentiert, welche der Fachkommission 7 vorgelegt wurden.

Für die praktische Anwendung der gewonnenen Erkenntnisse empfiehlt es sich, dass die Tiefbauämter ihr zuständiges Personal gezielt in die Materie Optimierung weiterbilden (Workshops) und dafür sorgen, dass ihr Wissensstand nachhaltig aktuell bleibt.

Auf Ebene Forschung sind weitere Projekte zu starten, welche die aufgedeckten Wissenslücken schliessen sollen. Diese sind über:

· Weitere Optimierungsaufgaben im Erhaltungsmanagement insbesondere Optimierung von Erhaltungsstrategien müssen erforscht werden. Die Grundlagen dafür sind teilweise bereitgestellt, so dass im Rahmen eines eigens zu lancierenden Forschungsauftrages die entsprechende Methodik mit den dazugehörigen Ansätzen und Möglichkeiten aufgezeigt werden kann. Darüber hinaus:

· Optimale Erhaltungsstrategien pro Strassentyp in Abhängigkeit von definierten Zustandsbereichen (Netzebene)

· Optimale Erhaltungsstrategien für Objekte (Strassenabschnitte) in Abhängigkeit von definierten Zustandsbereichen (Projektebene)

· Methode der heuristischen Massnahmenplanung für PMS und BMS (durch eindeutige Festlegung der Planungsschritte)

· Ermittlung der zusätzlichen Kosten infolge zeitlicher Verschiebung von Massnahmen

· Ermittlung des monetären Nutzens von Massnahmen in Abhängigkeit des Strassenzustandes

· Analytisches Verfahren zur Ermittlung optimaler Kombination von Massnahmenvorschlägen aus den Teilsystemen

· Festlegung der „Standardisierten Massnahmen“, (Massnahmen, welche als optimal für definierte Zustände der Fahrbahnen, Kunstbauten und Technische Ausrüstungen gelten.)

· Ermittlung von „Verhaltenskurven“ der Fahrbahnen und Kunstbauten (und evtl. bestimmter Anlagen der Technischen Ausrüstung) für bestimmte Strassentypen und differenziert nach durchgeführten Massnahmen (Instandsetzung, Verstärkung und Erneuerung), als „Grund- Elemente“ zur Definition von Wirkungsdauer der Massnahmen (als ein Grundmodell der zeitlichen Optimierung).

Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
Die Umsetzung der Ergebnisse dieser Forschungsarbeit wird konzeptionell durch Bereitstellung von Normen und elektronischen Programmen (Software) sowie praktisch durch gezielte Aus- und Weiterbildung der Mitarbeiter der Tiefbauämter (z.B. in eigens durchzuführende Workshops) erfolgen.
Beurteilungsbericht
(Deutsch)

Die durchgeführte Forschungsarbeit hat für den Fachkreis Erhaltungsmanagement grosse Bedeutung. Mit dieser Arbeit wird es möglich, die sehr komplexe Thematik in mathematisch-logischer Weise anzugehen und entsprechende Lösungswege zu erarbeiten. Die Errungenschaften dieser Studie ermöglichen den Strassenverwaltungen bei ihrer richtigen Anwendung, materielle Effektivitätssteigerungen.

Zudem liefert der Inhalt des Berichtes neuen Grundstoff für alle, die auf diesem Gebiet sich aus- oder weiterbilden lassen wollen (Entscheidungsträger in den Strassenverwaltungen, Studenten und Lehrkräfte).

Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)

.  Forschungsbericht

. Grundlagenentwurf für zwei Normen (zu erarbeiten in der EK 7.09)
Berichtsnummer
(Deutsch)
1109