Ermittlung und Analyse des technischen Anlagenwerts von Infrastrukturanlagen am Beispiel des österreichischen Autobahn- und Schnellstraßennetzes

Abstract

Das österreichische Autobahnen- und Schnellstraßennetz – verwaltet durch die Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs-Aktiengesellschaft (ASFINAG) – umfasst mit Stichtag 31.12.2020 rd. 2258km Streckenlänge sowie 5984 Brücken und Tunnelanlagen. Dieses gewachsene Netzwerk benötigt zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit und Verkehrssicherheit eine regelmäßige Zustandskontrolle sowie Planung erforderlicher Erhaltungsmaßnahmen. Dabei spielt insbesondereder wirtschaftliche Einsatz der verfügbaren Ressourcen zur Erreichung eines bestmöglichenNetzzustands eine immer größere Rolle. In diesem Sinne befasst sich die vorliegende Dissertation mit der Entwicklung eines gesamtheitlichen Berechnungsmodells für einen zustandsbasierten technischen Anlagenwert im Rahmen des Asset Managements. Dieser beinhaltet die Betrachtung des Straßenoberbaus sowie der Brücken und Tunnel (bauliche, elektrotechnische und maschinelle Anlagenteile).Die methodische Vorgehensweise im Zuge dieser Forschungsarbeit gliedert sich im Wesentlichen in die fünf Schritte: Grundlagenstudie, Definition des Bewertungsrahmens, Entwicklung des Berechnungsmodells, Implementierung des Modells im bestehen Datenmanagementsystem der ASFINAG sowie Auswertung und Interpretation der Ergebnisse. Zu Beginn erfolgt die Beschreibung der derzeitigen Zustandserfassung und der Vorgaben für die Umsetzung eines Datenmanagementsystems auf Basis einer umfassenden Literaturrecherche. Zusätzlich wird die aktuelle Umsetzung der Datenspeicherung in Bezug auf das ASFINAG-Netz näher erläutert. Die daraus gewonnen Erkenntnisse fließen in weiterer Folge in das Forschungsprojekt „Technische Anlagenbewertung im Asset Management (TAniA)“ mit ein. Als Teil des Forschungsteams konnte die Autorin im ersten Schritt der Modellierung an der Vereinheitlichung der notwendigen Definitionen im deutschsprachigen Raum mitwirken. Gleichzeitig erfolgt dabei die Beschreibung des Bewertungsrahmens, zur Abgrenzung gegenüber buchhalterischen und betriebswirtschaftlichen Betrachtungen. Abgeleitet von diesen Grundlagen und den Ergebnissen einer Datenanalyse inDeutschland, Österreich und der Schweiz folgt die Festlegung von erforderlichen Eingangsgrößenund deren Mindestanforderungen. Einen weiteren wesentlichen Bestandteil des Modells stellt die Auswahl des Zustandsprognosemodells anhand der verfügbaren Daten dar. Hierfür stehen drei Varianten zur Verfügung. Abschließend wird der Zusammenhang zwischen dem Zustand und dem technischen Anlagenwert qualitativ hergestellt und mathematisch ausformuliert.Auf Grundlage der zur Verfügung gestellten Datenbanken der ASFINAG erfolgt durch die Autorin die Anpassung des Modells an die bestehenden Randbedingungen. Dabei werden die notwendigen Berechnungen und Ergänzungen im Erhaltungsmanagementsystem implementiert.Der Abschluss der Dissertation beschäftigt sich mit der Zusammenführung der Ergebnisse aus den Datenbanken des Straßenoberbaus, der Brücken und Tunnel zu einer gemeinsamen Betrachtung auf Netzebene. Unterschiedliche Gegenüberstellungen zeigen die ableitbaren Erkenntnisse anhand des technischen Anlagenwerts auf verschiedenen Betrachtungsebenen sowie einen etwaigen Zusammenhang zwischen dem Investitionsbudget und der Wertentwicklung. Zusätzlich werden die Auswirkung des gewählten Zustandsprognosemodells und der Zustandserhebung auf Bauwerks bzw.Bauteilebene auf den technischen Anlagenwert dargestellt. Diese zeigen den Mehrwert der Einführung eines zustandsbasierten technischen Anlagenwerts für die strategische Planung von Erhaltungsmaßnahmen haben kann. Das entwickelte Modell bildet die Ausgangslage zur zukünftigen Ergänzung des Erhaltungsmanagements in anderen Bereichen der Verkehrsinfrastruktur,wie beispielsweise für Gemeinde- oder Landesstraßen, Schiffswege und Schienen.

The Austrian freeway and expressway network, which is managed by ASFINAG (German:Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs-Aktiengesellschaft), consists of approximately 2258km of roadway and 5984 bridges and tunnels per December 31, 2020. In order to ensure the functionality and traffic safety of this network, regular condition checks and the planning of necessary maintenance measures are required. In particular, the economic use of available funds and resources to achieve the best possible network condition plays an increasingly important role. In this sense, the present research work deals with the development of a holistic calculationmodel for a condition-based technical asset value in the context of asset management. Thisincludes the consideration of the road superstructure, the bridges and structural tunnel systems as well as the electrotechnical and mechanical equipment in tunnels.The methodological approach in the process of this research work is essentially divided into the five steps: Basic study, definition of the assessment framework, development of the calculation model, implementation of the model in the existing data management system of ASFINAG, and evaluation and interpretation of the results. At the beginning of this PhD thesis, the description of the current condition assessment and the specifications for the implementation of a datamanagement system is based on a comprehensive literature review. In addition, the current implementation of data storage in relation to the ASFINAG network is explained in more detail.The knowledge gained from this research is subsequently incorporated into the “technical assetvaluation in asset management (TAniA)” research project. As part of the research team, the author was in the first step able to contribute to the standardization of the necessary definitions and the description of the valuation framework, to differentiate it from accounting and businessmanagement considerations, in the DACH countries. Using these basics and the results of adata analysis in Germany, Austria, and Switzerland, the necessary input variables and their minimum requirements are defined. Another essential part of the model is the selection of the state forecast model based on the available data, which was determined by three variants formore flexibility. Finally, the relationship between the condition and the technical plant value isqualitatively established and mathematically formulated.Based on the available databases of the Austrian road administration, the author adapts the model to the existing boundary conditions. The necessary calculations and additions are implemented in the maintenance management system. The conclusion of the research workfocuses on the consolidation of the results from the databases of the road superstructure, bridgesand tunnels to a common consideration on the network level. Different comparisons show the resulting findings based on the technical asset value on different observation levels as well as a possible connection between the investment budget and the value development. In addition, the impact of the selected condition forecast model and the condition survey at the structure or component level on the technical asset value is shown. These demonstrate the added value thatthe introduction of a condition-based technical asset value can have on the strategic planning of maintenance activities. The model developed also forms the starting point for future additions to maintenance management in other areas of transport infrastructure, such as for municipal orstate roads, shipping lanes and railways.