Multikriterielle Entscheidungsunterstützung in der risiko-basierten Instandhaltungsplanung am Beispiel der Verkehrswasserbauwerke
Creators: name: Schmidt-Bäumler, Heike
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2020
Subjects: Infrastruktur
Instandhaltung
Zustandsprognose
Verkehrswasserbauwerke
Multikriterielle Entscheidungsanalyse
PROMETHEE
Risiko
Planung
Entscheidungsunterstützung
Simulation
R
Clusteranalyse
k-medoid
Budgetierung
Flächenanalyse
Ex-ante-Schadensanalyse
GIS
Schallwelle
Bauwerksversagen
Periodisierung
Instandhaltungsrückstau

description: Altersstruktur und Zustand der Verkehrswasserbauwerke an den Bundeswasserstraßen machen einen gezielten Einsatz von Ressourcen zwingend notwendig. Die Verkehrswasserbauwerke werden bislang unabhängig voneinander hinsichtlich ihrer Bedeutung für den Schiffsverkehr sowie ihres Zustands bewertet und einer der Prioritätsstufen zugeordnet, sodass die Anzahl der Bauwerke mit hoher Priorität und der Instandhaltungsrückstau beständig steigt. Potenzielle Folgen für die Bevölkerung, die Wirtschaft und die Umwelt durch Funktionsausfall bzw. Bauwerksversagen bleiben in der Entscheidungsfindung bislang weitestgehend unberücksichtigt. Methoden wie bspw. standardisierte Risikobewertungen, Nachrechnungen oder Gutachten liefern präzise Ergebnisse für Einzelbauwerke, sind in der Umsetzung für einen großen Bau-werksbestand allerdings ressourcenintensiv und somit eher hinderlich bei der Beschleunigung von Entscheidungsprozessen. Eine vorausschauende Instandhaltungsplanung unter Berücksichtigung bauwerksspezifischer Risiken und langfristiger Entwicklungen für einen großen Bauwerksbestand gestaltet sich zunehmend komplex. Diese Dissertation stellt ein Planungsinstrument für die Instandhaltung von Verkehrswasserbauwerken vor, welches eine risiko-basierte Bewertung der Priorität in die Instandhaltungsplanung für einen großen Bauwerksbestand integriert sowie aktuelle und zukünftige Ressourcenbedarfe sowie Entwicklungen im Instandhaltungsrückstau quantifiziert. Da aufgrund der Zustandsentwicklungen der Verkehrswasserbauwerke zunehmend mit einem Funktionsausfall bzw. Bauwerksversagen zu rechnen ist, werden für jedes untersuchte Bauwerk mögliche Versagensfolgen für dieses Extremereignis erfasst. Dafür werden Geoinformationsdaten sowie Daten verschiedener statistischer Ämter ausgewertet. Mit einem angepassten hydraulischen Ansatz wird die Höhe einer Schwallwelle nach einem plötzlichen Bauwerksversagen berechnet. Die in der Ex-ante-Schadensanalyse neu ermittelten Daten werden als Kriterien für die risiko-basierte multikriterielle Entscheidungsanalyse herangezogen. Bei der verwendeten Outranking Methode werden die Ergebnisse aus paarweisen Vergleichen zwischen den Bauwerken in Präferenzwerte überführt und mithilfe der Aggregation der Präferenzwerte wird für jedes Bauwerk ein risiko-basierter Prioritätswert ermittelt. Für die Instandhaltungsplanung in Form einer Langzeitprognose werden Alterungsprozesse und Instandhaltungsmaßnahmen modelliert, sodass für jedes Bauwerk bestimmt werden kann, wann das Ende der Nutzungsdauer erreicht wird, welche Instandhaltungsmaßnahme notwendig ist und wie hoch der Investitionsbedarf ist. Da in einem großen Bauwerksbestand immer mehrere Bauwerke zeitgleich das Ende ihrer Nutzungsdauer erreichen, werden Bauwerke mit höheren Prioritätswerten bevorzugt in der Instandhaltungsplanung berücksichtigt. Das Planungsinstrument kann an unterschiedliche Rahmenbedingungen wie die Nutzungsdauer der Bauwerke oder das jährlich verfügbare Budget angepasst werden. In der Szenarioanalyse werden für die unterschiedlichen Instandhaltungspläne langfristige Trends im Bauwerksbestand und die Entwicklung des Instandhaltungsrückstaus aufgezeigt.