Autobahnbaustellen planen: Sperrungen, Kolonnen und die Reihenfolge der Abschnitte
In welcher Reihenfolge, in welchen Sperrungen und mit wie vielen Kolonnen werden die 16 Arbeitszonen eines 12 km langen Autobahnabschnitts erneuert, damit die Strecke so früh wie möglich und zu vertretbaren Kosten fertig ist?
Ziehen dreht, Scrollen oder Zwei-Finger-Geste zoomt. Der Plan darunter spielt die ganze Erneuerung ab, Nacht für Nacht. Die Schaltflächen wechseln zwischen dem Plan mit 3 Kolonnen, einer Kolonne Abschnitt für Abschnitt und einem Plan mit 4 Kolonnen. Balken und Abschnitte zeigen Details beim Überfahren. Plan berechnet mit einem Timefold-Modell.
Die Planungsfrage
Ein fiktiver sechsstreifiger Autobahnabschnitt von 12 km wird erneuert. Er hat 8 Abschnitte zu 1,5 km mit je zwei Richtungsfahrbahnen, das ergibt 16 Arbeitszonen. Eine Richtungsfahrbahn ist die Seite der Autobahn für eine Fahrtrichtung, hier mit 3 Fahrstreifen und einem Seitenstreifen. Fünf Abschnitte bekommen eine neue Binderschicht und Deckschicht, die beiden Asphaltschichten über der Tragschicht. Drei Abschnitte bekommen nur eine neue Deckschicht. Die Arbeiten beginnen am Montag, 19. April.
Eine Kolonne fräst mit einer Fräse den alten Asphalt ab und baut dann mit einem Einbauzug die neuen Schichten ein: Fertiger, Lkw, die ihn beschicken, und zwei Walzen. Die Kolonnen teilen sich 2 Fräsen und 2 Einbauzüge. Eine Fahrbahn kann nachts von 20:00 bis 05:00 gesperrt werden (Montag bis Donnerstag) oder ein ganzes Wochenende von Freitag 20:00 bis Montag 05:00. Während der Sperrung wird ihr Verkehr auf die Gegenfahrbahn übergeleitet, deshalb kann in einem Abschnitt nur eine Seite gesperrt sein. Ein Markierungstrupp bringt danach tagsüber die endgültige Markierung auf, dafür ist nur der rechte Fahrstreifen gesperrt.
Arbeitsstunden, Kostensätze und Kalender sind Annahmen für dieses Beispiel. Eine Vollerneuerung braucht 34 Kolonnenstunden je Zone, eine neue Deckschicht 13 Stunden. Eine Nachtschicht kostet 6.500 €, eine Kolonne ist für 8.000 € je Woche gebucht, eine Nachtsperrung kostet 2.000 € und eine Wochenend-Vollsperrung 22.000 € für die Umleitung. Die Baustelle kostet 4.500 € pro Tag für Verkehrsführung und Sicherung. Die 3D-Ansicht verkürzt die Strecke: 1 km wird als 100 m gezeichnet, Breiten und Fahrzeuge sind maßstäblich.
So planen wir
Das Timefold-Modell entscheidet je Arbeitszone zwei Dinge: ihren Platz in der Reihenfolge der Arbeiten und ob ihr Asphalt in Nachtsperrungen oder in einer Wochenend-Vollsperrung eingebaut wird. Bei jeder Änderung baut es den ganzen Plan, Sperrfenster für Sperrfenster. Eine Kolonne mit einer begonnenen Zone arbeitet weiter, wenn die Zone gesperrt werden darf und eine Maschine frei ist. Eine freie Kolonne nimmt die nächste Zone der Reihenfolge, die in diesem Fenster gesperrt werden darf. Zwischen zwei Schichten ruht eine Kolonne 11 Stunden. Aus dem Plan ergeben sich der Fertigstellungstermin, die Nächte mit Sperrung und die Kosten für Kolonnenschichten, gebuchte Kolonnen, Sperrungen, Markierung und Baustellentage, die das Modell gering hält.
Die Zahl der Kolonnen wird verglichen: Das Modell plant die Strecke mit 1, 2, 3, 4 und 5 Kolonnen, die Seite zeigt die Kolonnenzahl mit den geringsten Kosten. Zum Vergleich erneuert eine Kolonne die Strecke Abschnitt für Abschnitt in Nachtsperrungen, gerechnet mit demselben Code.
Was der Plan zeigt
| Kennzahl | Optimierter Plan | Vergleich: 1 Kolonne, Abschnitt für Abschnitt |
|---|---|---|
| fertig nach (Wochen) | 5,2 −11,3 | 16,5 |
| Kosten (Tsd. €) | 907 −334 | 1.241 |
| Nächte mit Sperrung | 26 −36 | 62 |
Entscheidungen
- Reihenfolge der 16 Arbeitszonen (8 Abschnitte, 2 Fahrbahnen)
- Nachtsperrungen oder eine Wochenend-Vollsperrung je Zone
- Zahl der Asphaltkolonnen (1 bis 5 verglichen)
Randbedingungen
- Sperrungen nur nachts (Montag bis Donnerstag, 20:00 bis 05:00) oder als Wochenend-Vollsperrung (Freitag 20:00 bis Montag 05:00), keine rund um Feiertage
- je Abschnitt nur eine Fahrbahn gesperrt (der Verkehr wird auf die andere übergeleitet), Sperrungen auf derselben Fahrbahn mindestens einen offenen Abschnitt auseinander
- jede Kolonne, beide Fräsen und beide Einbauzüge arbeiten jeweils an einer Zone
Ziel
frühe Fertigstellung, wenige Nächte mit Sperrung, geringe Kosten für Kolonnen, Sperrungen und Baustelle
Fragen
Wie viel Personal ist sinnvoll?
Mit 1 Kolonne dauert die Strecke 11,1 Wochen, mit 2 Kolonnen 6,7 Wochen und mit 3 Kolonnen 5,2 Wochen. Eine vierte Kolonne ist einen Tag früher fertig und kostet 36.000 € mehr. Eine fünfte Kolonne ist nicht früher fertig. Die Grenze setzen die 2 Einbauzüge und die Sperrregeln: In einer Nacht dürfen nur wenige Zonen gesperrt sein, und nur in 2 davon kann Asphalt eingebaut werden.
Warum werden manche Zonen in einer Wochenend-Vollsperrung erneuert?
Ein Wochenende bietet 54 Arbeitsstunden am Stück. Eine Vollerneuerung einer Zone passt in ein Wochenende, nachts braucht sie 5 Nächte. Der Plan nutzt 5 Wochenendsperrungen für Zonen mit neuer Binderschicht, wo der Gewinn am größten ist, und baut die übrigen Zonen nachts. Jede Wochenendsperrung kostet 22.000 € für die Umleitung, die kürzere Bauzeit bezahlt sie.
Warum dauert der Vergleich 16,5 Wochen?
Eine Kolonne arbeitet die Zonen in Kilometrierung ab, 4 Nächte pro Woche, und rund um Christi Himmelfahrt, Pfingsten und Fronleichnam gibt es keine Sperrungen. Das ergibt 62 Nächte mit Sperrung. Im Plan arbeiten drei Kolonnen gleichzeitig in Zonen, die weit genug auseinander liegen, und die Strecke braucht 26 Nächte mit Sperrung (ein Wochenende zählt als 3 Nächte).
Simuliert das Modell Staus?
Nein. Es hält in jedem Abschnitt eine Fahrbahn offen und zählt die Nächte mit Sperrung. Verkehrsmengen je Stunde oder Kosten für die Verzögerung der Verkehrsteilnehmer lassen sich als weiteres Ziel ergänzen.
Weitere Anwendungsfälle
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