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Forschungsstelle
ASTRA SBT
Projektnummer
ASTRA2009/001
Projekttitel
Entwicklung einer besten Praxis Methode zur Risikomodellierung für Strassentunnelanlagen
Projekttitel Englisch
Development of a best practice methodology for risk assessment in roadway tunnels.

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Schlüsselwörter
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Kurzbeschreibung
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Projektbeschreibung
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Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser
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Methoden
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Spezielle Geräte und Installationen
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Allgemeiner Stand der Forschung
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Projektziele
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Forschungsplan
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Umsetzung und Anwendungen
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Publikationen / Ergebnisse
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Berichtsnummer
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Literatur
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Deutsch)
Tunnel, Risikoermittlung, Bayes’sche Netze, Excel©-basiertes Werkzeug,
probabilistische Modellierung
Schlüsselwörter
(Englisch)
Tunnel, Risk analysis, Bayesian Networks, Excel©-based tool,
probabilistic modeling
Kurzbeschreibung
(Deutsch)

Gemäss der Richtlinie 2004/54/EC des Europäischen Parlaments sollen alle Mitgliederstaaten auf nationaler Ebene über ‚detailierte und klar definierte Methoden‘ zur Risikoanalyse in Strassentunneln verfügen. In Zusammenarbeit mit der norwegischen Strassenverwaltung und dem ASTRA soll eine solche Methode entwickelt werden. Die Methode ermöglicht es, Tunnelsegmente mit einem generischen Modell anhand von Indikatoren zu repräsentieren und die Risiken segmentweise zu ermitteln. Innerhalb des Modells können übergeordnete Risiken konsistent berücksichtigt werden (hierarchische Modellierung). Grundlage bilden ‚Bayes’sche Probabilistische Netze‘, die es ermöglichen, physikalische, phänomenologische sowie kausale Zusammenhänge ebenso wie Unfalldaten des Unfallgeschehens zu berücksichtigten.Basierend auf die zu entwickelnde Methodik wird ein MS-Excel© basiertes Softwaretool für die Risikoermittlung bei Strassentunneln zur Verfügung gestellt, das es Bauherren ermöglicht auf einfache Weise die Kosteneffizienz verschiedener risikoreduzierender Massnahmen zu beurteilen und miteinander zu vergleichen.

Die Finanzierung des vorgeschlagenen Projektes soll gemeinschaftlich von ASTRA und der norwegischen Strassenverwaltung getragen werden.

Kurzbeschreibung
(Englisch)

According to the directive 2004/54/EC of the European Parliament, all member states should have detailed and clearly defined methods for risk analysis in road tunnels at the national level. In collaboration with the Norwegian Road Administration and FEDRO (ASTRA) such a method is developed within this project. The method characterizes the tunnel segments with a generic model based on indicators to represent the risks per segment. Furthermore, higher-ranking risks can be consistently taken into account (hierarchical modeling). The model utilizes Bayesian probabilistic networks that allow physical, phenomenological and causal relationships as well as accident data to be taken into account.
Based on the Method to be developed, a Excel
© basel tool will be provided that facilitates the assessment of the cost efficiency of different risk reducing measures.

The financial founding for the proposed project should be provided jointly by the Norwegian Road Administration and FEDRO (ASTRA).
Projektbeschreibung
(Deutsch)

Gemäss der Richtlinie 2004/54/EC des Europäischen Parlaments sollen alle Mitgliederstaaten auf nationaler Ebene über ‚detailierte und klar definierte Methoden‘ zur Risikoanalyse in Strassentunneln verfügen und die Kommission über diese Methoden informieren. Die Methoden sollen der verfügbaren ‚Besten Praxis‘ entsprechen und mittelfristig eventuell zu einer einheitlichen, europaweit gültigen Methodik zusammengeführt werden.

Das vorliegende Forschungsprojekt hat die Entwicklung einer ‚Beste Praxis‘ Methode für die Risikoanalyse von Strassentunneln zum Ziel. Die ‚Beste Praxis‘ Methode ist prinzipiell anwendbar für europäische Strassentunnel, wird aber insbesondere auf Tunneltypen und regulative Rahmenbedingungen, welche in der Schweiz und in Norwegen von Bedeutung sind, zugeschnitten sein.

Die ‚Beste Praxis‘ Methode wird entwickelt, um Entscheidungen bezüglich der Planung, des Betriebes und des Unterhalts von Strassentunneln zu unterstützen. Die Methode hat folgende Eigenschaften:

Zielgerichtet: Die Methode unterstützt die relevanten Entscheidungen bezüglich der Planung, des Betriebes und des Unterhalts von Strassentunneln. Entscheidungen zielen darauf ab, die Mindestsicherheitsanforderungen einzuhalten und die verfügbaren Mittel optimal in risikoreduzierende Massnahmen einzusetzen.

Wegweisend: Die Methode manifestiert eine ‚Beste Praxis‘ und vereint den Stand der Forschung und Technik im Verkehrsingenieurwesen und im Bereich der Risiko und Sicherheitsforschung.

Konsistent: Unsicherheiten und kausale Zusammenhänge in der Risikomodellierung werden mithilfe von Bayes’schen Netzen modelliert. Dies erlaubt eine konsistente Berücksichtigung von neuer Information, z.B. in Form von Daten oder verbesserten Modellen.

Transparent: Die Methodik ist transparent dokumentiert und erlaubt eine kontinuierliche kritische Reflektion und ggfs. Verfeinerung und Verbesserung der verwendeten Modelle, wenn neue Forschungsergebnisse und Erfahrungen zur Verfügung stehen.

Umsetzbar: Die Methode wird in ein MS-Excel© basiertes Software Tool implementiert. Der Anwender benötigt keine speziellen Kenntnisse in der probabilistischen Modellierung und Risikoanalysen können effizient durchgeführt werden. Die einfache Anwendbarkeit wird anhand von Fallbeispielen demonstriert.

Die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes werden in einen technischen Bericht zusammengestellt. Er enthält eine vollständige Dokumentation der Methode mit Sensitivitätsanalyse und Fallbeispielen, eine Literaturstudie, eine Analyse von bestehenden Unfalldaten, einen Ausblick auf weiteren Forschungsbedarf und Vorschläge für zukünftige Datenerhebungen. Desweiteren wird ein MS-Excel© basiertes Softwaretool für die Risikoermittlung bei Strassentunneln zur Verfügung gestellt.

Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit den nationalen Strassenbehörden von Norwegen und der Schweiz durchgeführt. Beide haben sich bereit erklärt, der Forschungsgruppe umfangreiche Verkehrsunfall- und Tunnelgeometriedaten zur Verfügung zu stellen. Vertreter der beiden Strassenbehörden stehen als Teilnehmer von geplanten Workshops und allgemein als Ansprechpartner bereit.
Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser
(Deutsch)

Gemäss der Richtlinie 2004/54/EC des Europäischen Parlaments sollen alle Mitgliederstaaten auf nationaler Ebene über ‚detailierte und klar definierte Methoden‘ zur Risikoanalyse in Strassentunneln verfügen und die Kommission über diese Methoden informieren.
Das vorliegende Forschungsprojekt hat die Entwicklung einer ‚Beste Praxis‘ Methode für die Risikoanalyse von Strassentunneln zum Ziel. Die ‚Beste Praxis‘ Methode ist prinzipiell anwendbar für europäische Strassentunnel, wird aber insbesondere auf Tunneltypen und regulative Rahmenbedingungen, welche in der Schweiz und in Norwegen von Bedeutung sind, zugeschnitten sein.

Mit der Methode bzw. dem entwickelten Softwaretool können Bauherren auf einfache Weise die Kosteneffizienz verschiedener risikoreduzierender Massnahmen beurteilen und miteinander vergleichen
Methoden
(Deutsch)
Grundlagen für das Projekt bieten die Studien [1] – [7] und die Expertise des Forschungsteams im Bereich der probabilistischen Modellierung und Tunnelrisikoanalyse. Zusätzlich werden Daten von den norwegischen und schweizerischen Strassenverwaltungen zur Verfügung gestellt, die bei der Entwicklung des Risikomodells berücksichtigt werden.
Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
Keine
Allgemeiner Stand der Forschung
(Deutsch)

Die methodischen Grundlagen für die Gefahrenanalyse und die Risikoermittlung im Strassenbereich wurden im Projekt AGB2002/020 [1] erarbeitet. Im Projekt AGB1/102 [2] wurden diese Ergebnisse weiterverfolgt und eine Methodik zur einheitlichen Bewertung von Risiken im Strassensystem wurde entwickelt. Diese Ergebnisse bilden die Voraussetzung für einen effizienten, transparenten und kommunizierbaren Umgang mit Risiken und ermöglicht es, dass sich unterschiedliche Risiken über die verschiedenen Sicherheitsbereiche einheitlich und aggregierbar ermitteln und bewerten lassen.

Gemäss der Richtlinie 2004/54/EC des Europäischen Parlaments wird verlangt für bestimmte Fälle eine Risikoanalyse für Strassentunnel durchzuführen. Zurzeit existiert keine einheitliche Methodik Tunnelrisiken zu ermitteln. Analysen folgen unterschiedlichen methodischen Grundlagen und der Detailierungsgrad ist sehr uneinheitlich - von sehr groben Abschätzungen bis zu detailierten und komplexen Analysen. Eine Reihe von europäischen Forschungsvorhaben zum Thema Tunnelrisikomodellierung wurde seit dem Jahr 2000 durchgeführt, unter anderen UPTUN, DARTS, FIT und SAFE-T, [4] – [7]. Die Erkenntnisse dieser und anderer Projekte bilden die Grundlage für die Entwicklung einer einheitlichen ‚Besten Praxis‘ Tunnelrisikobewertungsmethode.

Durch die Zusammensetzung des Projektteams, namentlich der Firma MATRISK GmbH und der Firma HOJ Consulting GmbH ist sichergestellt, dass die zu entwickelnde Methode den Stand der Technik im Bereich Strassentunnelrisikomodellierung repräsentiert und den kürzlich innerhalb AGB1 entwickelten Kriterien der einheitlichen Risikobewertung genügt.
Projektziele
(Deutsch)
Ziel dieses Forschungsprojektes ist es eine ‚Beste Praxis‘ Methode zur Risikomodellierung für Strassentunnelanlagen zu entwickeln. Die Methode repräsentiert den aktuellen Stand der Technik im Bereich der Verkehrstechnik, insbesondere im Bereich der Modellierung des Unfallgeschehens, der Modellierung von Folgeereignissen und von Konsequenzen in Strassentunneln. Gleichzeitig orientiert sich die Methode am aktuellen Stand des Wissens im Bereich der risikobasierten Entscheidungsfindung. Die Methode ist anwendbar auf Strassentunnel im europäischen Strassennetz und berücksichtigt die regulativen Vorgaben, welche für die Schweiz und für Norwegen gültig sind, ebenso wie die Besonderheiten in den Bauweisen. Sie soll einfach anwendbar sein und typische sicherheitsrelevante Entscheidungen während Planung, Betrieb und Unterhalt von Strassentunneln unterstützen.
Projektziele
(Englisch)
The main objective of this research project is the development of a ‘best practice’ method for road tunnel risk assessment. The method represents the current state of the art in the field of risk based decision making and in the field of traffic engineering, especially in the field of modeling accident frequency and the consequences in road tunnels. The method is applicable to road tunnel in the European road network and takes into account the regulatory requirements and tunnel layouts, which are valid for Switzerland and Norway. The method is easy to apply and supports typical safety-related decisions during the planning, operation and maintenance of road tunnels
Forschungsplan
(Deutsch)

In den folgenden Abschnitten werden die vorgesehenen Arbeiten und die erwarteten Ergebnisse beschrieben. Die Studie gliedert sich in drei Phasen. Sie stellen gleichzeitig die Meilensteine des Projektes dar.

Erste Phase: Identifikation der massgebenden Parameter und Aufbereitung der Grundlagen
(KW 10 2009 – KW 14 2009)
Statistische Daten zu Unfällen aus der Schweiz und aus Norwegen werden gesammelt, gesichtet und ausgewertet. Die durzuführende Literaturrecherche berücksichtigt insbesondere die Dokumentationen über vorhandene Methoden zur Tunnelrisikoermittlung in Europa sowie die Europäischen Regularien. Die relevanten Indikatoren zur Beschreibung des Tunnelsystems, sowie die zu berücksichtigenden Tunneltypen und deren Charakteristiken werden identifiziert.

Zweite Phase: Identifikation aller relevanten Entscheidungssituationen und Fragestellungen
(KW 13 2009 – KW 22 2009)
Auf einem durchzuführenden Workshop mit den Auftraggebern und den Auftragnehmern werden die Entscheidungen identifiziert, welche von der Methodik unterstützt werden sollen. Ebenso wird ein der Problemstellung angemessener Detailierungsgrad bestimmt.

Dritte Phase: Entwicklung der Methode zur Risikomodellierung für Strassentunnelanlagen
(KW 22 2009 – KW 36 2009)
Aufgrund der Ergebnisse der Voranalyse wird eine ‚Beste Praxis‘ Methode zur Risikomodellierung für Strassentunnelanlagen entwickelt. Die Methode ermöglicht es, Tunnelsegmente mit einem generischen Modell anhand von Indikatoren zu repräsentieren und die Risiken segmentweise zu ermitteln. Innerhalb des Modells können übergeordnete Risiken konsistent berücksichtigt werden (hierarchische Modellierung).

Vierte Phase: Umsetzung mittels Bayes’scher Netze und Implementierung in Microsoft Excel©
(KW 24 2009 – KW 40 2009)
Unter Verwendung der massgebenden Indikatoren und Parameter, werden Bayes’sche Netze zur Risikoermittlung aufgebaut. Zur Sicherstellung der Anwendbarkeit des Modells werden die Bayes’schen Netze in eine Excel
© basierte Benutzeroberfläche integriert. Alle probabilistischen Berechnungen finden im Hintergrund statt. Dies ermöglicht dem Anwender schnell und effizient, unter Verwendung der relevanten Informationen, Risikoanalysen durchzuführen. Das entwickelte Excel©-Berechnungswerkzeug kann direkt angewendet werden.

Fünfte Phase: Erstellung der Dokumentation
(KW34 2009 – KW44 2009)
In der letzten Projektphase wird die zweiteilige Dokumentation erstellt. Der erste Teil soll dem Benutzer die notwendigen Informationen zur Anwendung des Excel
©-basierten Programms bereitstellen. In diesem Teil wird auf Hintergrundinformationen zur Modellierung verzichtet. Diese werden im zweiten Teil der Dokumentation zusammengestellt. Detailliert wird hier nun auf die probabilistische Modellierung der Indikatoren eingegangen. Das Bayes’sche Netz zur Risikoermittlung wird dargestellt und die Modellierung erläutert. Hinweise auf mögliche Weiterentwicklungen des Modells und deren Implementierung in der Zukunft werden gegeben.
Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
Das Werkzeug zur Risikoermittlung soll einfach in der Handhabung sein. Die probabilistische Modellierung erfolgt über Bayes’sche Netze, die mit Excel© verknüpft werden. Dies ermöglicht es, ohne speziellen Kenntnisse der probabilistischen Modellierung, Risikoanalysen für Strassentunnel durchzuführen. Die Ergebnisse der mit diesem Werkzeug durchgeführten Risikoanalysen genügen den in [2] entwickelten Kriterien zur einheitlichen Risikobewertung.
Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
.
Berichtsnummer
(Deutsch)
1351
Literatur
(Deutsch)
1] Schubert, M., Faber, M.H. (2007): Beurteilung von Risiken und Kriterien zur Festlegung akzept- ierter Risiken in Folge aussergewöhnlicher Einwirkungen bei Kunstbauten, Entwurfsversion 15.02.2008, Bundesamt für Strassenwesen ASTRA, 306.

[2] Faber, M.H., Köhler, J. Schubert, M., Sabiote, E., Fermaud, C., Scheiwiller A., (2007): Methodik zur einheitlichen Risikobeurteilung, Entwurfsversion 10.01.2008, Bundesamt für Strassenwesen ASTRA.

[3] Schubert, M., Faber, M.H. (2009): Excel
© basiertes Werkzeug zur Risikoermittlung bei Stein schlaggalerien, ASTRA Projekt AGB2008/003.

[4] UPTUN - a major European RTD-project on cost effective, sustainable and innovative Upgrading methods for fire safety in existing TUNnels. http://www.uptun.net

[5] SafeT - a "Safety in Tunnels" Thematic Network on development of European guidelines for up grading tunnel safety.

[6] DARTS - Durable and Reliable Tunnel Structures. http://www.dartsproject.net

[7] FIT - a European Thematic Network on Fire in Tunnels. http://www.etnfit.neT