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Technische Grundlagen bei der Umsetzung vonÖPP-Projekten Straße
Dr.-Ing.habil. Norbert UlrichSchüßler-Plan Berlin
Bundesverband PPP e.V.Arbeitskreis InfrastrukturNRW-Bank, Düsseldorf, 02.September 2010
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Mitglieder der AG Technik
Leitung: Dr. Ulrich, Schüßler-Plan Berlin
Mitglieder: Vidal, EUROVIA INFRA
Nyga, AC Weimar
Korn, AC Weimar
Warmbold, Pöyry Infra GmbH
Berk, Bilfinger Infrastructure Service
Malik, Vössing Düsseldorf
Ivanoff, Vössing Düsseldorf
Moser, Moser Project
Stäbner, Autobahnplus service
Dr. Großmann, Lehmann + Partner
Keller, Kremer + Keller KG
Dr. Scherer-Leydecker, CMS
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Inhaltsverzeichnis
1 Motivation des technischen Arbeitskataloges
2 Allgemeine Grundlagen2.1 Projektgegenstand2.2 Design - Planung2.3 Build - Bau2.4 Operate - Erhaltung und Betrieb2.4.1 Begriffsdefinition2.4.2 Erhaltung - allgemeine Grundlagen2.4.3 Betrieb - allgemeine Grundlagen
3 ÖPP-Modelle im Straßenwesen3.1 Allgemeine Modellgrundsätze3.2 A - Modelle3.3 F - Modelle3.4 Verfügbarkeitsmodelle3.5 Funktionsbauverträge3.6 Technische Anforderungen - Straßenkategorien
4 Zielstellung für eine Anwendung von ÖPP im Straßenwesen4.1 Lebenszyklusbetrachtung4.2 Risikoverteilung 4.3 Innovationen - Prozessoptimierungen 4.4 Nutzerorientierung
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5 Erhaltungsmanagement 5.1 Umsetzung funktionaler Anforderungen5.2 Substanzwert5.3 Datenerfassung, Dokumentation 5.4 ZEB5.5 Ingenieurbauwerke - BMS5.6 Erdbau5.7 Entwässerung5.8 Ausstattung
6 Betriebsdienst im Rahmen von ÖPP-Modellen Umfang, Leistungsbeschreibung, Umsetzung
7 Technische Grundlagen - Prozessanwendungen7.1 Technische Grundlagen im Rahmen von
Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen7.2 Grundlagen der technischen Bewertung und Vergleichbarkeit - Angebots-
und Betriebsphase
8 Grundlagen der Anwendungen von ÖPP in städtischen Bereichen
9 Zusammenfassung
10 Literaturzusammenstellung
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1 Motivation des technischen Arbeitskataloges
• Rechtliche, finanztechnische, betriebswirtschaftliche Aspekte bei ÖPP-Projekten
• Technische Aspekte - Infrastruktur Straße
- Planung Infrastruktur Straße
- Funktionale Vergabeunterlagen
- Konstruktive Bemessung Straßenverkehrsanlagen
- Erhaltungsmanagement PMS - BMS
- Betriebsdienstleistungen
- Verkehrsprognosen
- Risikobeurteilungen
- Substanzbewertungen
- Baustellenmanagement - Verkehrsführungen
- Baustoffe
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2 Besonderheiten ÖPP-Projekte-Straße
• Komplexe Betrachtung aller technischen Aspekte
• Lebenszyklusbetrachtungen aller technischen Elemente
• Einheit Bau - Erhaltung - Betrieb
• Umfassende Anwendung budgetorientiertes PMS und BMS
• Veränderung Verjährungsfristen - grundlegende Neubewertung qualitativer
Anforderungen (ZTV´en)
• Kostentransparenz über Lebenszyklus
Differenzierte Neubewertung jedes einzelnen ÖPP-Projektes
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2.2 Design - Planung
Planung• Darstellung Leistungsphasen• Ausführungsplanung - Referenzplanung• Planfeststellung - Baurecht
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2.3 Build - Bau
Bau• Konstruktionsbemessung• Verjährungsfristen - ZTV• Funktionale Anforderungen Lebenszyklus• Bauzeitverkürzung• Verkehrsführung während Bauzeit
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2.4 Operate - Erhaltung und Betrieb
2.4.1 Begriffsdefinition
Erhaltung(Straßenerhaltung)
Ausbau, Umbau
Neubau
Bauliche Erhaltung
Kontrolle(Zustandskontrolle)
Betriebliche Unterhaltung(Wartung)
Bauliche Unterhaltung(Instandsetzung)
Instandsetzung
Erneuerung
Begriffssystematik „Erhaltung“ ( Quelle:FGSV: Begriffsbestimmungen – Teil Straßenbautechnik)
Qualitäts-verbesserung
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2.4 Operate - Erhaltung und Betrieb
Konzessionszeitraum
Splittmastixasphalt
Gussasphalt
Betondecke
Asphaltbinder
Offenporige Asphalte
Markierungen
Zustandserfassung,-bewertung
Wegweis. Beschilderung
10 20 30 40 50 Jahre
16
19
26
26
6-8
5
2-4
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2.4.2 Erhaltung - allgemeine Grundlagen Lebenszyklusansatz Bau - Erhaltung - Betrieb Erhaltungsintervalle
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2.4 Operate - Erhaltung und Betrieb
Bauliche Unterhaltung
Grünpflege
Wartung und Instandhaltung der Straßenausstattung
Reinigung
Winterdienst
weitere Leistungen u.a. Streckenkontrolle
Z I E LZ I E L
2.4.3 Betrieb - allgemeine Grundlagen
Gewährleistung der dauerhaften Leichtigkeit und Flüssigkeit des Verkehrs
Anforderungsniveau ist in allen Leistungsbereichen einzuhalten
Verpflichtung während des gesamten Konzessionsverfahrens zum Betrieb der Strecke
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2.4 Operate - Erhaltung und Betrieb
2.4.3 Betrieb - allgemeine Grundlagen77 Leistungspositionen sind im „Leistungsheft für die betriebliche Straßenunterhaltung auf Bundesfernstraßen“ beschrieben
Grünpflege26%
Reinigung11%
Ausstattung10%
Winterdienst11%
Streckenwartung30%
bauliche Unterhaltung12%
Kostenverteilung und Kostenarten (ohne Verwaltung)
Personalkosten57%
Fremdleistungen23%
Fahrzeuge, Geräte15%
Material5%
Kostenverteilung und Leistungsarten (ohne Verwaltung)
• Prozentsätze stark schwankend• UI-Titel 2007; 30.740 €/km BAB im Durchschnitt• Berücksichtigung Landesgesetzgebungen
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3 ÖPP-Modelle im Straßenwesen
A-Modelle
• Ausbau Fahrstreifen
F-Modelle
• FstrPrivFinG
Verfügbarkeitsmodelle
• Quantitative und qualitative
Verfügbarkeitskriterien
Funktionsbauverträge
• Reduzierte Finanzierungs-
und Betriebsdienstoptionen
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4 Zielstellung für eine Anwendung von ÖPP
4.1 Lebenszyklusansatz Bau - Erhaltung - Betrieb Durchschnittliche Lebensdauer
Markierung 2- 5 JahreAusstattung 10-15 Jahre
Brücken 70 - 80 Jahre Beschilderung 15 Jahre
Deckschicht 10-15 JahreBinderschicht 15-20 JahreTragschicht 40-50 JahreUnterbau 50-100 Jahre
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4 Zielstellung für eine Anwendung von ÖPP4.2 Risikobetrachtungen
Verantwortung SchadensverhinderungSchadensregulierungRisikocontrolling
Verteilung der Risiken auf Partner
Risikoallokation
Quantitative Bewertung der Risiken nach ProjektbesonderheitenRisikowert = Schadenshöhe X Eintrittswahrscheinlichkeit
Risikobewertung
Qualitative Analyse in MatrixSchadenshöhe (hoch, mittel, niedrig)Eintrittswahrscheinlichkeit (hoch, mittel, niedrig)
Risikoqualifizierung
z.B. - anforderungsgemäßer Betriebsdienst - Baumängel- Materiallebenszyklus- Verkehrsbelastung
Risikoidentifikation
0 100100 5050
Auftraggeber Auftragnehmer
(„... wer am besten ein Risiko beeinflussen kann, soll es auch übernehmen.“)
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4.3 Innovationen - ProzessoptimierungBau- und Erhaltung - ProzessoptimierungenLebenszyklus - Einheit von Bau, Erhaltung und Betrieb
- ausgereifte Planung der Konstruktion- Verwendung hochwertiger Straßenbaustoffe- qualitativ hochwertige Baurealisierung
- hohe Tragfähigkeiten Untergrund und Unterbau - qualitative Bodenverbesserung
- hohe Tragfähigkeit der unteren Tragschichten - gut und schichtweise verdichtete Konstruktionsschichten - abgestimmte Tragfähigkeitsabstimmung und -balance zwischen
Konstruktionsschichten - breite Befestigungen, um Kantenschäden und Randabbrüche zu vermeiden.
Um bei Betonkonstruktionen z.B. Kantenschäden zu vermeiden, ist der Einbau einer ca. 50 cm breiteren Konstruktion möglich.
- tragfähige Seitenstreifen bzw. tragfähige Bankettausbildungen beugen Kantenschädigungen vor
- ausreichende Entwässerungslösungen - Wahl der Zuschlagstoffe - AKR-Problematik
4 Zielstellung für eine Anwendung von ÖPP
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- Betoneinbau und Betonverdichtung mit größter Sorgfalt durchzuführen- Fugenherstellung und -abdichtung- Oberflächenbehandlung und Schutz gegen Austrocknung- wasserdichte Deckschichten - Frostbeständigkeit der Gesamtkonstruktion berücksichtigen - gute Homogenität in allen Richtungen - gleichmäßige Verdichtung der einzelnen Schichten - Reduzierung der Hohlräume (Luftporen) - Verwendung dauerhafter Binderschichten - zusätzliche Dicken für längere Lebensdauern - Differenzierte Asphaltanwendung mit höherer Qualität
4.3 Innovationen - ProzessoptimierungBau- und Erhaltung - ProzessoptimierungenLebenszyklus - Einheit von Bau, Erhaltung und Betrieb
4 Zielstellung für eine Anwendung von ÖPP
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4 Zielstellung für eine Anwendung von ÖPP4.4 Volkswirtschaftliche Nutzerbewertung von ÖPP-Projekten
• Empfehlung für Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen an Straßen (EWS) 86/02
• Bewertungsverfahren für den Bundesverkehrswegeplan 2003
• Veränderung der Betriebskostensätze• Veränderung der Zeitkosten / Reisezeiten• Bewertung der Unfallfolgen• Bewertung der Lärmbelastung• Bewertung der Schadstoffbelastung• Bewertung der Klimabelastung
Grundlage:
Kosten werden dem Nutzen gegenübergestellt
• Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen• Ermittlung Verkehrsbeeinträchtigungskosten• Verfügbarkeitsmodelle• Bewertungskriterium Bauzeiten
Anwendung:
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5 Erhaltungsmanagement von ÖPP-Projekten
5.1 Funktionale Anforderungen - ZEBGesamtwertermittlung Oberflächenzustand bei ZEB
nach RPE 2001 und AP 9-FGSV
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5 Erhaltungsmanagement von ÖPP-Projekten
Qualitätsbewertung des Oberflächenzustandes, des Befestigungszustandes und sonstiger Netz- und AnlageelementeZIELST ELLUNGZIELST ELLUNG
5.1 Funktionale Anforderungen - ZEBGesamtwertermittlung Oberflächenzustand bei ZEB
Bewertung des Oberflächenzustandes
Nach Erfassung und Bewertung • Zustandsgrößen• Zustandswerte• Teilwerte für Gebrauch
und Substanz• Gesamtwert
Zustandsgrößen werden in Zustandswerte überführt
Gewichtung und Bewertung von Teilwerten
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5 Erhaltungsmanagement von ÖPP-Projekten
5.1 Funktionale Anforderungen - ZEBEinhaltung der Funktionsanforderungen während der Vertragslaufzeit - Straße - z.B. 30 JahreBasis: ZTV-Funktion-Ob-StB08, ZTV-Funktion-E-StB08, ZTV-Funktion-Ew-StB08, ZTV -ING
Übergabewerte Einzuhaltende Maximalforderungen bei Inbetriebnahme
Warnwerte bei Überschreiten Maßnahmeplanung und -einleitung, bevor Schwellenwert erreicht wird
Schwellenwerte während Vertragslaufzeit einzuhalten; darf nicht überschritten werden
Abnahmewerte entsprechen in der Regel den Warnwerten
Messtechnische standardisierte
numerische Erfassung
Zustandsgrößen
Visuelle Zustandserfassung
der Schadensmerkmale
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5 Erhaltungsmanagement von ÖPP-Projekten
5.1 Funktionale Anforderungen - ZEBFunktionswerte - Messtechnische Zustandserfassung und -bewertungAnforderungen zur Übergabe, im Erhaltungszeitraum und zur Abnahme sind einzuhalten
4 m
(Oberfläche)
Beispiel:Anforderungen im Erhaltungszeitraum
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5 Erhaltungsmanagement von ÖPP-Projekten
5.1 Funktionale Anforderungen - ZEBFunktionale Anforderungen abhängig von der Straßenkategorie
Festlegung der Zustandsanforderungen
Beispiel: Ebenheit im Querprofil - Zustandsgröße
BAB
L-StraßenK-Straßen
100
1,0
2,0
3,0
3,5
4,0
5,0
20 30 mm
Zust
ands
wer
t
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5 Erhaltungsmanagement von ÖPP-Projekten
5.1 Funktionale Anforderungen - ZEBFunktionale Anforderungen Standardfunktionen Zustandsentwicklung
Baujahr bzw.letzte Erneuerung
Jahr derZustandserfassung
Zum Beispiel
- Zustandsentwicklung als Grundlage fürRisikoeinschätzung innerhalb des Lebenszyklusansatzes
- Bewertung für E1- und E2-Maßnahmen
nach AP9, FGSV
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5 Erhaltungsmanagement von ÖPP-Projekten5.1 Funktionale Anforderungen - ZEB
Grundhafte Erneuerung - Bau und Erhaltung
• Zustandserfassung und Bewertung• Prognose• Vertragsgrundlage
20
-20
30
-10
10
-30
0 40 Vertragslaufzeit
Vertragslaufzeit
Splittmastixasphalt
3 BeispieleSplittmastix-asphalt
Betondecke
Asphaltbinder
Grundhafte Erneuerung /
Bau
laufendeErhaltung
Vert
rags
begi
nn
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5 Erhaltungsmanagement von ÖPP-Projekten5.2 Wertebestand - Substanzwert im Lebenszyklus
Problemstellung -Definition Substanz zum Vertragsende
Befestigungsaufbau nach RStO und Bauklasse
oder
41015
2945
120
Vertragsende
- ZTV-Funktion-Ob 2008 ergibt Substanzwert (Oberfläche) Ermittlung Substanzwert (Bestand) – nach FGSV-Arbeitspapier Nr. 9/5 – 2003
- Bl = Dlvorh / Dlerf Substanzwert Bestand VertragsbestandteilDlvorh = Σ (Di + Aqmax – q x t;b) Dlerf = 40,1 – 0,246 x Ev2 + 4,96 x 10-4 x Ev2
2 bei Bkl 4- Bohrkernuntersuchungen, Tragfähigkeitsmessungen, Georadar als
Erfassungsmethoden
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5 Erhaltungsmanagement von ÖPP-Projekten5.3 Funktionale Anforderungen - Ingenieurbauwerke - BMS
Einhaltung der Funktionsanforderungen während der VertragslaufzeitIngenieurbauwerk Basis: RI-EBW-PRÜF; DIN 1076, Einzelschadenbewertung
Standsicherheit – Verkehrssicherheit –Dauerhaftigkeit = Zustandsnote BauwerkMindesttragfähigkeit BK 60/30 – DIN 1072Vertragszeitraum < 2,9; Ende Vertragszeitraum < 2,4
Zustandsentwicklung Stahl- und Spannbetonbrücken
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6 Betriebsdienst – Strukturen und Anwendungen
Bestandsdatenermittlung, Laufendhaltung(u.a. Fahrbahnfläche, Anzahl VZ, Leitpfosten, Bauwerke, Beschilderung, Nebenanlagen, Schutzplanken, Gehölze, Entwässerung; m2, m, km, t, Stck, h)
Planung der erforderlichen Leistungen in allen Leistungsbereichen
PersonaleinsatzFahrzeug- und GeräteeinsatzMaterialeinsatzGenehmigungen
Ausschreibung der Vergabe dererforderlichen Leistungen, ggf. Eigenleistungen
Kontrolle der Leistungen
Planung und Kontrolle der finanziellen Mittel
Gewährleistung der dauerhaften Leichtigkeit und Sicherheit des Verkehrs unter Einhaltung des Anforderungsniveaus in allen Leistungsbereichen des Betriebes der Konzessionsstrecke über einen Zeitraum von 30 Jahren
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7 Technische Grundlagen - Prozessanwendungen
• Technische Grundlagen im Rahmen von
Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen
• Grundlagen der technischen Bewertung und
Vergleichbarkeit - Angebots- und Betriebsphase
• Projektziele - Element 1
• Projektverständnis - Element 2 - Output-Spezifikation
• Risiko - Allokation - Element 3
• Anreize - Element 4
• Bewertungsmatrix
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8 PPP in der kommunalen Infrastruktur
Besonderheiten Kommunen
• Gleisanlagen• Nebenflächen (u.a. Rad- und Gehwege, Parkplätze, Stadtplätze), unscharfe Übergänge• Leitungsträger (Gas, Wasser, Elektro, Abwasser, Telekom)• Stark differenzierte Verkehrsbelastung (Nutzeranforderungen)• Wechselnde Belagarten• Ausgeprägter ÖPNV
Grundlagen und Ausblick
• E EMI 2009 (Empfehlungen für das Erhaltungsmanagement von Innerortsstraßen)• FGSV-Arbeitspapiere zur Systematik der Straßenerhaltung, Reihe K• RPE Stra 01, ZEB, Datenbanken TT-SIB, ROSY, TIFOSY, Assetmanagement• Erfassung und Bewertung Anlagevermögen (Zusammenhang mit Doppik)• Erfassung und Bewertung aktueller Zustand• Entwicklung Prognosefunktion• Erweiterung Bewertungsverfahren für innerörtliche Verkehrsflächen
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9 Zusammenfassung und Ausblick
• Neustrukturierungen der Straßenbauverwaltungen, Fachkräftemangel,
Finanzierungsdefizite erfordern neue Wege
• Umfassende Umsetzung eines PMS und BMS
• Einbeziehung Betriebsdienst
• Innovatives Qualitätsmanagement und innovative Bauweisen
• Nutzerorientiertes Management auf der Basis funktionaler Bewertungskriterien
• Volkswirtschaftliche Bewertungen der Projekte als Legitimation zur Realisierung von
PPP-Projekten
• Einführung Doppik in Städten und Gemeinden - Erfassung Anlagebestand und
Anlagevermögen, Voraussetzung für PPP-Umsetzung
• Erfahrungen erster PPP-Projekte nutzen und auswerten
• Standardisiertes Vorgehen zur Lösung technischer Problemstellungen bei
PPP-Projekten erforderlich