5. Brückenkolloquium - September 2022 439 Strategisches Bauwerkserhaltungsmanagement im Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg Dipl.-Ing. Kay Degenhardt Felix Kaplan M. Sc. Martin Günther M. Sc. Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg, Hoppegarten, Deutschland Zusammenfassung In den letzten zehn Jahren wurde von den Zuständigen im Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg ein umfassendes und inzwischen nachweisbar wirksames Erhaltungsmanagementsystem für die Straßenbrücken etabliert. Das Kernelement dieses Systems sind die sogenannten „Bedarfslisten Brücke“. Für die Aufstellung und zur Verifizierung dieser Listen und den darin ausgewiesenen Erhaltungsmaßnahmen nutzt der Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg inzwischen sehr komplexe Algorithmen und Softwarelösungen, bei deren Entwicklung er teilweise und gemeinschaftlich mit anderen Straßenbauverwaltungen mitgewirkt hat. Aufbauend auf den Erfahrungen der letzten Jahre beabsichtigt der Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg das inzwischen sehr gut etablierte Erhaltungsmanagement für die Straßenbrücken auch auf andere Objekte der Straßeninfrastruktur in Auftragsverwaltung und Zuständigkeit des Landes Brandenburg zu übertragen. Seine langfristige Zielsetzung besteht somit in einem ganzheitlichen Ansatz für alle Assets der Straßeninfrastruktur. 1. Erfordernis Brücken stellen neben der Fahrbahn einen der wesentlichsten Teile der Straßeninfrastruktur dar. Sie sollen über eine sehr lange Nutzungsdauer ihren Nutzungszweck ohne Einschränkung erfüllen. Die normative Nutzungsdauer von Brücken beträgt bauartbedingt zwischen 70 und 130 Jahren und ist damit im Vergleich zur Fahrbahn und anderen Infrastrukturobjekten bedeutend länger. Es handelt sich demzufolge um sehr nachhaltige Objekte. Damit die lange Nutzungsdauer auch sicher erreicht werden kann, bedarf es eines langfristig orientierten Erhaltungsmanagements. Nur so lassen sich der gute Zustand und die Verfügbarkeit aller Brücken im Straßennetz dauerhaft und wirtschaftlich bewahren. 2. Objektumfang und Vorgehen im letzten Jahrzehnt Der Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg (LS) arbeitet dementsprechend seit über einem Jahrzehnt an und auf Grundlage eines brückenspezifischen Erhaltungskonzeptes (-managements). Aktuell umfasst der Brückenbestand ca. 1.560 Brücken (Teilbauwerke nach ASB-ING). Von dieser Objektmenge befinden sich ca. 806 Brücken in der Baulast des Bundes (Zuordnung Bundesstraßen) und ca. 754 Brücken in der Baulast des Landes (Zuordnung Landesstraßen). Das Bundesstraßennetz im Land Brandenburg (ausgenommen die Netzanteile der kreisfreien Städte Potsdam und Cottbus) wird untergliedert in das Leistungsnetz (Blau) und das Grundnetz (BGRUND). Für das Landesstraßennetz ergibt sich eine Einteilung in das Grundnetz (LGRUND), das erweiterte Grundnetz (GRÜN) und das Abstufungsnetz (Gelb). Die Netzbedeutung sowie die Zuordnung der einzelnen Netzabschnitte richten sich nach der Netzkonzeption des Landes. Um eine Vergleichbarkeit mit den Belangen der Streckenerhaltung zu ermöglichen, folgt das Erhaltungsmanagement der Straßenbrücken ausschließlich dieser Netzeinteilung. Das Erhaltungsmanagement der Straßenbrücken wird stetig fortgeschrieben und weiterentwickelt. Dabei wird insbesondere auf die positiven aber auch negativen Erfahrungen aus den zurückliegenden Erhaltungsperioden zurückgeblickt. In seiner Grundausprägung besteht das verschriftlichte Erhaltungsmanagement für Straßenbrücken im LS seit 2010. Letztmalig im Jahre 2020 wurde es für die dritte Erhaltungsperiode im Zeitraum 2021 - 2025 mit Betrachtungshorizont bis 2035 novelliert und fortgeschrieben. Insbesondere mit der letzten Novellierung wurden Methoden aufgegriffen, die dem LS erst seit wenigen Jahren zur Verfügung stehen und bei deren Entwicklung Mitarbeitende des LS selbst mitgewirkt haben. Konkret ist der Einsatz des Programms EPING [1] (ErhaltungsbedarfsPrognose für INGenieurbauwerke) zu nennen. Der im Programm implementierte Algorithmus wird durch die im Jahr 2021 vom BMDV eingeführte Richtlinie für die strategische Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Ingenieurbauwerken [2] (RPE-ING) flankiert. An der Auf- Strategisches Bauwerkserhaltungsmanagement im Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg 440 5. Brückenkolloquium - September 2022 stellung dieser Richtlinie waren ebenfalls Mitarbeitende des LS im Rahmen ihrer Mitgliedschaft im zuständigen Koordinierungsausschuss Erhaltung der Bund-/ Länder Dienstbesprechung Ingenieurbau beteiligt. 3. Die „Bedarfslisten Brücke“ als Kerninstrument des Bauwerkserhaltungsmanagements im LS Den Kern des Bauwerkserhaltungsmanagements im LS bilden die sogenannten „Bedarfslisten Brücke“. In diesen Bedarfslisten sind alle wesentlichen Daten der Brückenbauwerke, teilbauwerksbezogen, aufgeführt und anhand verschiedener Kriterien sortiert. Jedem Teilbauwerk ist mindestens eine Erstmaßnahme in Art (Maßnahmenart entsprechend RPE-ING), Zeit (Jahr und Halbdekade) und Kostenrahmen zugeordnet. Im Einzelfall kann nach Erfordernis auch eine Zweitmaßnahme spezifiziert sein. Die Bedarfslisten werden für einen Betrachtungszeitraum von 3 x 5 Jahren (Halbdekaden) erarbeitet. Der Fokus der Betrachtung liegt zunächst auf der ersten Halbdekade (aktuell 2021 - 2025) und untersteht einem besonderen Controlling. Bild 2 Grundaufbau der Klasseneinteilung Bild 1 Auszug Bedarfsliste Brücken L-Straßen Grundnetz Strategisches Bauwerkserhaltungsmanagement im Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg 5. Brückenkolloquium - September 2022 441 Die beiden weiteren Halbdekaden (aktuell 2026-2030 und 2031-2035) geben einen Ausblick auf den wahrscheinlich zu erwartenden Erhaltungsbedarf. Im Hintergrund wird darüber hinaus jedoch die gesamte Nutzungsdauer eines Bauwerks erfasst und mit einer voraussichtlichen Maßnahme auch nach dem Ablauf der dritten Halbdekade verbunden. Der Zeithorizont dieser Maßnahmen wird mit 2036+ betitelt. 4. Prozessbeschreibung Die Bedarfslisten werden alle fünf Jahre vollumfänglich neu aufgestellt und dann jährlich „abgerechnet“. Wie bereits erwähnt, liegt der Fokus des Controllings (Abrechnung) auf der jeweils ersten Halbdekade. Nach fünf Jahren erfolgt ein Abschlusscontrolling und die Neuaufstellung. Neue Bauwerke werden jährlich ergänzt und an die einzelnen Listen (Tabellen) angehängt. Der Aufstellungsprozess erfolgt in mehreren Phasen. Zunächst erfolgt eine Datenaufbereitung der Bauwerksdaten aus dem Programmsystem SIB-Bauwerke [3]. Anhand dieser Daten, hierbei insbesondere auf Grundlage der Zustandsnote und des Traglastindex, erfolgt eine Einteilung aller Teilbauwerke in aktuell acht Klassen (Bild 2). Die Klassifizierung stellt das Hauptsortiermerkmal der Bedarfslisten dar und dient zur einfachen Identifizierung des grundsätzlichen Bedarfs. In einem weiteren Schritt werden mittels des Programms EPING netzbezogen mehrere Nullszenarien gerechnet. Das bedeutet, dass keine Maßnahmen vorgegeben werden und ausschließlich die Ergebnisse aus der EPING- Berechnung anhand verschiedener Parametereinstellungen bewertet werden können. Je nach Netzbezug wird iterativ ein Szenario mit geringfügigstem Mitteleinsatz, ein Szenario mit wenigen Maßnahmen und ein Szenario mit hohem Nutzwert ermittelt. Aus dieser Palette von Szenarien wird abschließend, wiederum netzbezogen, eine „Null-Empfehlung“ bestimmt, die Grundlage des weiteren ingenieurmäßigen Abstimmungsprozesses ist. Der ingenieurmäßige Abstimmungsprozess wird über eine Vielzahl von Diskussionsrunden der Zuständigen für die Bauwerkserhaltung im LS geführt. Die „Null-Empfehlung“ aus EPING wird mit den konkreten Zustandsbeschreibungen (Prüfberichten) abgeglichen und aus Kombination der „Null-Empfehlung“ und der weiteren Informationen zum konkreten Objekt und seinen Schäden wird eine finale Erhaltungsmaßnahme (Erst- und ggf. Zweitmaßnahme) in Art und Zeit bestimmt. Flankiert wird der fachliche Diskussionsprozess mittels objektbezogenen Alterungsfunktionen und der damit verbundenen Überprüfung der Maßnahmen im zeitlichen Ansatz beim Überschreiten bestimmter Grenzwerte. Nach Abschluss der Maßnahmenbestimmung in Art und Zeit wird der Kostenrahmen gesetzt. Dieser richtet sich danach, ob schon konkrete Projektbzw. Planungsinformationen vorhanden sind. Ist das der Fall, werden diese Kosten herangezogen. Andernfalls wird der Kostenrahmen über die Empfehlungen des Leitfadens zur Prüfung von Instandsetzungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen an Ingenieurbauwerken (Abgrenzung Ersatzneubau) [4] (LPI-ING); Anlage 3 bzw. der adäquaten Ansätze in EPING bestimmt. Die finale Maßnahmenbestimmung in Art, Zeit und Kostenrahmen wird wiederum über eine netzbezogene EPING-Berechnung gespiegelt und somit in ihrer Wirksamkeit für die Grundgesamtheit aller Brückenobjekte nochmals verifiziert. Das Ergebnis darf dabei nicht wesentlich von der gewählten Null-Empfehlung abweichen, andernfalls muss iterativ nachgesteuert werden. Nach Festsetzung der Bedarfslisten (innerbetrieblicher Verwaltungsprozess) bilden die Bedarfslisten die Grundlage der Programmplanung und -steuerung. Das bedeutet, dass zum einen die erforderlichen Brückenerhaltungsmaßnahmen mit den Belangen der übrigen Planungen abgestimmt und eingetaktet werden und zum anderen neue Projektanträge sich ausschließlich nach den Vorgaben der Bedarfslisten richten müssen bzw. ansonsten einer Bild 3 Objektbezogene Zustandsentwicklung gemäß Alterungsfunktion nach RPE-ING Strategisches Bauwerkserhaltungsmanagement im Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg 442 5. Brückenkolloquium - September 2022 entsprechenden fachlichen Begründung oder Dringlichkeit aus sonstigen Gründen bedürfen. Der Stand der Abarbeitung der Bedarfslisten bzw. der darüber spezifizierten Maßnahmen wird für die laufende Halbdekade jährlich in einem adäquaten Prozess wie bei der Aufstellung kontrolliert. Sofern neue, objektbezogene Erkenntnisse vorliegen, werden diese berücksichtigt, nach Erfordernis nachgesteuert und über die Abrechnung fixiert (verschriftlicht). Somit ist ein vollumfänglich nachvollziehbarer und transparenter Prozess des Verwaltungshandelns gewährleistet. Darüber hinaus lassen sich mittels der Bedarfslisten bzw. der Nutzung von EPING weitere, für den Betriebsprozess wichtige Erkenntnisse ableiten, z. B.: - begründet zu erwartender Finanzbedarf der nächsten drei Halbdekaden - Personalbedarf für Bauwerksplanung und Brückenprüfung - Zustandsentwicklung und langfristiger Finanz- und Personalbedarf - Erhaltungsstau - Risiken im Nutzungsvermögen des Netzes - Entwicklung des Anlagenvermögens - Wirtschaftlichkeit des Verwaltungshandelns Bild 4 Übersicht der Begriffssystematik der Bauwerkserhaltung gemäß RPE-ING [2] Abschließend ist noch zu betonen, dass die Bedarfslisten ausschließlich die notwendigen Instandsetzungs- und Modernisierungsmaßnahmen im Sinne der RPE-ING erfassen. Die notwendigen Unterhaltungsmaßnahmen werden zwar im Hintergrund des Prozesses soweit wie möglich berücksichtigt und in Teilen auch verschriftlicht, jedoch nicht explizit über die Bedarfslisten ausgewiesen. Grund hierfür ist, dass die baulichen und betrieblichen Unterhaltungsleistungen unabhängig der Gesamtprogrammplanung und Projektsteuerung des LS weitestgehend über Abrufverträge durch die objektverantwortlichen vor Ort und die Straßenmeistereien generiert werden. Gleichzeitig bedürfen insbesondere verkehrssichernde (Unterhaltungs-) Maßnahmen einer sofortigen Umsetzung nach Bekanntwerden deren Notwendigkeit (Empfehlung/ Anforderung aus der Bauwerksprüfung). 5. Sonderprogramme Weiterhin finden in der Diskussion der Bedarfslisten bestimmte „Sonderprogramme“ Berücksichtigung. Derzeit umfassen die Sonderprogramme folgende Inhalte: - Technisch erhaltungswürdige Bauwerke oder technische Denkmale - Stahlbetonplatten mit Baujahr bis 1985 - BTC-Konstruktionen - Bauwerkswinkel < 90 gon - Signifikante Korrosionsschäden - AKR Verdacht bei den Bauteilgruppen Überbau und Unterbau - Verifizierung des Ziellastniveaus - Spannungsrisskorrosion - Defizite an Fahrzeugrückhaltesystemen Das Ziel der Erfassung dieser Sonderprogramme ist es, Bauwerke mit ähnlichen Problemen zusammenzufassen. Durch eine systematische, regional übergreifende Bearbeitung dieser Probleme sollen Synergien genutzt und ggf. Musterlösungen erarbeitet werden. Dieses einheitliche Vorgehen erhöht die Validität der Maßnahmenfestlegungen und verspricht eine Effizienzsteigerung bei der Bearbeitung der Erhaltungsmaßnahmen. Diese Effekte lassen sich exemplarisch für das Sonderprogramm AKR- Verdacht bei den Bauteilgruppen Überbau und Unterbau veranschaulichen: Die Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) beschreibt eine Reaktion zwischen den alkaliempfindlichen Bestandteilen der Gesteinskörnung und der Porenlösung des Betons. Alkaliempfindliche Gesteinskörnungen sind aufgrund ihrer Zusammensetzung im alkalischen Milieu des Betons instabil. Es bildet sich ein Alkali-Kieselsäure-Gel, welches das Bestreben hat, Wasser aufzunehmen. Bei Beton, der während seiner Nutzung häufig oder längere Zeit feucht ist, besteht in diesem Fall die Gefahr, dass infolge der expansiven Reaktion (Quelldruck) das Gefüge des Betons geschädigt wird. Eine AKR ist augenscheinlich durch ein netzartiges Rissbild, Ausblühungen und Betonabplatzungen zu erkennen. Sie kann das Erscheinungsbild eines Bauwerkes beeinflussen. Wesentlicher sind jedoch die Minderung der Gebrauchstauglichkeit und der Tragfähigkeit. Die Dauerhaftigkeit wird insbesondere bei größeren Rissbreiten schnell gefährdet. Im Rahmen des Sonderprogramms werden die unter Verdacht stehenden Bauteile untersucht, um das Potential einer schädigenden AKR-Reaktion zu identifizieren. Anschließend werden objektbezogene Instandsetzungskonzepte entwickelt um das AKR-Treiben in den betroffenen Betonbauteilen zu mindern oder zum Stillstand zu bringen. Durch die frühzeitige Umsetzung solcher Maßnahmen im Vorfeld einer weiteren Schädigung kann der planmäßige Betrieb eines Bauwerks gegebenenfalls bis zum Ende seiner Nutzungsdauer aufrechterhalten werden. An Bauwerken/ Bauteilen, wo das AKR-Treiben Strategisches Bauwerkserhaltungsmanagement im Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg 5. Brückenkolloquium - September 2022 443 bereits heute einen starken Fortschritt verzeichnet, muss gegebenenfalls ein vorzeitiger Ersatz erfolgen. 6. Ausblicke Die zuvor dargestellten Schritte im Erhaltungsmanagement basieren auf Prognosemodellen für die Entwicklung des Bauwerkszustands. Um die Transparenz und die Validität der Prognosen zu erhöhen, wird sukzessive an einer Verbesserung der Datengrundlage gearbeitet. Durch die systematische Nachrechnung der Bauwerke wird die tatsächliche Tragfähigkeit erfasst und vorhandene Tragfähigkeitsreserven genutzt. Der Einsatz von Informationen aus Monitoringanlagen ermöglicht zum einen die Erfassung der Verkehrsbelastung auch auf niedrigfrequentierten Strecken und zum anderen über die Bauwerksprüfung hinausgehende Aussagen über die Schadensentwicklung an Bauwerken. Die so gewonnenen Daten werden dann in den Prozess des Erhaltungsmanagements gespiegelt und führen soweit erforderlich zur einer Anpassung der Einzelmaßnahmen. Weiterhin wirkt der LS an einer Weiterentwicklung des genutzten Prognosetools EPING mit, um dessen Einsatz noch betriebsaber auch anwenderfreundlicher innerhalb der IT-Architektur des LS etablieren zu können. Das Erhaltungsmanagement des LS für die Brückenbauwerke soll zukünftig auf die übrigen Bauwerksarten des Ingenieurbaus (VZB, LSW, etc.) übertragen werden. Gleichfalls steht zukünftig die Verschneidung mit dem Erhaltungsbedarf der Strecke im Vordergrund der Betrachtung und Weiterentwicklung. Bild 5 Darstellung des Erhaltungsbedarfs der Straßenbrücken in MapInfo Strategisches Bauwerkserhaltungsmanagement im Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg 444 5. Brückenkolloquium - September 2022 Mit den Bedarfslisten zum Stand 2020/ 12 wurde hierbei ein erster visueller Ansatz getätigt (Bild 5). Diese Kartendarstellung soll zukünftig mit der der Streckenerhaltung verschnitten werden, so dass sich ein nahezu vollständiges Bild des notwendigen Erhaltungsbedarfs von Brücke und Strecke für die Programmplanung und -steuerung des LS sowie die regional Verantwortlichen im LS ableiten lässt. Das Ziel des LS ist es, innerhalb der nächsten Jahre ein System zur nachhaltigen und ganzheitlichen Betrachtung aller Anlagenteile der Straße zu etablieren (ganzheitliches Asset-Management). Hierbei sind die bereits genutzten Systeme, Tools und Prozesse auch in adäquater Form außerhalb des Ingenieurbaus und für nahezu alle übrigen Objekte der Straßeninfrastruktur zu etablieren. Letztendlich wird auch der Einsatz von BIM und die Aufstellung eines digitalen Zwillings einen weiteren Erkenntnis- und Effizienzgewinn für das Erhaltungsmanagement, insbesondere im Ingenieurbau, in den nächsten Jahren nach sich ziehen. 7. Fazit Der Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg hat mittels seiner Bedarfslisten in den letzten zehn Jahren über mehrere Etappen hinweg ein höchst effizientes Erhaltungsmanagement für die Straßenbrücken in seiner Zuständigkeit aufgebaut. Die Listen und der dahinterstehende Prozess ermöglichen ein wirtschaftliches und transparentes Verwaltungshandeln, dessen Effektivität und Wirksamkeit inzwischen eindeutig nachweisbar ist. Die positiven Erkenntnisse aus dem Brückenerhaltungsmanagement sollen sukzessive auf die anderen Objekte der Straßeninfrastruktur übertragen werden. Mittelfristiges Ziel des Landesbetriebes Straßenwesen Brandenburg ist ein ganzheitliches Asset-Management über alle Objekte der Straßeninfrastruktur in seiner Zuständigkeit. Der zukünftige Einsatz von BIM bzw. der BIM-Methode auch im Betrieb wird eine weitere Verbesserung dieses bereits gut etablierten Prozesses ermöglichen. Literatur und Quellenverweis [1] Ingenieurbüro Probst GmbH: EPING - Erhaltungsbedarfsprognose; https: / / www.ib-probst.de/ leistungen/ erhaltungsbedarfsprognose/ ; URL-Zugriff 2022-05-31; 11: 45 [2] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI): Richtlinien für die strategische Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Ingenieurbauwerken (RPE-ING); Stand 2020/ 12 [3] WPM-Ingenieure GmbH: Programmsystem SIB- Bauwerke; https: / / sib-bauwerke.de/ ; URL-Zugriff 2022-05-31; 11: 49 [2] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI): Leitfaden zur Prüfung von Instandsetzungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen an Ingenieurbauwerken (Abgrenzung Ersatzneubau); Stand 2020/ 10