VORTRÄGE
Die Zielsetzung guter wissenschaftlicher Vorträge ist es, den Rezipienten komplexe Zusammenhänge aus der eigenen Forschung näher zu bringen und gleichzeitig einen Dialog über diese sowie die Validierung und Weiterentwicklung der vorgestellten Ideen und Inhalte zu ermöglichen. Die Auswahl der nachstehenden Vorträge zeigt einen kleinen Auschnitt aus dem Themenspektrum von Hoffmann Consult.
Straßenerhaltung und Asset Management (DE)
HOFFMANN, M. (2021); Innovatives Pavement Management mit Lebenszykluskosten; eingeladener Vortrag Aachener Straßenbau und Verkehrstage; Aachen
​
Die Präsentation gibt einen Überblick über die weltweit sowie im DACH-Raum verwendeten Standardansätze im Pavement Management sowie den verwendeten Vereinfachungen und Grenzen. Aufbauend darauf wird ausgehend von der digitalen Zustandserfassung und Schadensauswertung mit Algorithmen gezeigt, wie wesentliche Verbesserungen mit einem innovativen Ansatz zur individuellen Schadensansprache und Optimierung mittels Skalenerträgen im Lebenszyklus konkret erreichbar sind. Die gezeigten Methoden wurden in über 10 Jahren Forschung gemeinsam mit Valentin Donev entwickelt. In meiner Habilitation wird darauf aufbauend gezeigt, wie diese innovativen Methoden konkret auf Brücken und Tunnels umsetzbar sind und der Nachweis der Anwendbarkeit auf beliebig komplexe alternde reparierbare Systeme erbracht.
Straßenbetrieb und Winterdienst (DE)
HOFFMANN, M. & GRUBER, M. & HOFKO, B. & STINGLMAYR, D. & SEIFRIED, T. & GROTHE, H. & SCHOEN, A. (2022); WINTERLIFE – Effective, sustainable and non-corrosive de-icing agents in winter maintenance, accepted paper with a presentation, XVI World Winter Service and Road Resilience Congress 07-11 February 2022, Calgary 2022
​
Bei durchschnittlich 20 bis 30 Schneefalltagen und 40 bis 70 Tagen mit Reif und gefrierendem Regen in Österreich ist der Winterdienst eine der wichtigsten Aufgaben, um die Verkehrsinfrastruktur auf hohem Niveau sicher und verfügbar zu halten. Die rasche Beseitigung von Eis und Schnee mit Streugut und Taumitteln hat daher auf Straße und Schiene Priorität, um eine hohe Kundenzufriedenheit zu gewährleisten. Die üblicherweise verwendeten Taumittel wie Natriumchlorid (NaCl) sind jedoch hochgradig korrosiv, wodurch die Lebensdauer der Infrastrukturanlagen erheblich verkürzt wird. Um diese Nachteile zu vermeiden, haben der Bahnbetreiber OEBB-INFRA, das BMK und die FFG Mittel für die Suche und Entwicklung von alternativen Enteisungsmitteln bereitgestellt. Die Hauptkriterien sind Auftauleistung, geringe Ausbringungsmengen und -kosten, minimale Korrosion und negative Auswirkungen auf Menschen, Tiere und Pflanzen. Das Forschungsprojekt WINTERLIFE von Hoffmann-Consult und TU Wien stützt sich auf umfangreiche Forschungsprojekte im Bereich des Winterdienstes. Auf Basis von Literatur- und Marktrecherchen werden alle wesentlichen Enteisungsmittel hinsichtlich Gefrierkurven, Auftauvermögen, Kosten und Verfügbarkeit analysiert. Der Wirtschaftlichkeitsvergleich dieser Enteisungsmittel basiert auf den Kosten für das Auftauen der gleichen Schnee-/Eismenge und wird als Auswahlkriterium für die weitere Analyse herangezogen. In einem nächsten Schritt wurde die Korrosion von Taumitteln mit/ohne Korrosionsinhibitoren mit Sprüh- und Tauchversuchen an Kupfer-, Stahl- und verzinkten Stahlplatten getestet. Ausgehend von diesen Ergebnissen werden auch die Umweltauswirkungen und die Verwendbarkeit der vielversprechendsten Kombinationen in einer ganzheitlichen Lebenszyklusanalyse berücksichtigt. Die Präsentation gibt einen Überblick über alle relevanten Kriterien und Ergebnisse der Analyse sowie Empfehlungen für die Auswahl eines optimalen Taumittels im Winterdienst für relevante Anwendungsfälle. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es auf der Grundlage der Forschungsergebnisse möglich ist, das optimale Taumittel und/oder Additive für eine Vielzahl von Anwendungsfällen auszuwählen.
Reisezeitgewinne VS Zeitkonstanz - ein unauflösbarer Widerspruch?
HOFFMANN, M. (17/5/2022); Beitrag zum Workshop der Forschungsgesellschaft Straße, Schiene, Verkehr (FSV) zur Evaluierung hochrangiger Straßenbauvorhaben in Österreich - Methodische Diskussion von geeigneten Bewertungsansätzen und Verfahren von Entscheidungshilfen.
​
Abstract: Verkehrsinfrastruktur ermöglicht die Erreichung der Daseinsgrundfunktionen bzw. wirtschaftlicher Beziehungen zwischen Standorten sowie Teilhabe an Ressourcen, Produkten und Nutzungen in einem gemeinsamen Markt. Den daraus entstehenden Markt- und Preisvorteilen aus Skalenerträgen und Konzentrationstendenzen stehen Aufwendungen für die Bereitstellung der Verkehrsinfrastruktur, Ressourcenverzehr und Umweltwirkungen entgegen. Jede Verbesserung eines Verkehrsträgers in Bezug auf Kosten, Reisezeit, Effizienz und Komfort hat daher entsprechende Auswirkungen auf den Marktanteil (Modal-Split) und erhöht Transportvolumen und Transportdistanz. Systematische Analysen von Investitionsumfeld, Randbedingungen und Trends sind daher Grundlage einer ganzheitlichen Bewertung von Investitionen in die Verkehrsinfrastruktur. In Europa beinhalten die hoheitlichen Genehmigungsverfahren von Verkehrsinfrastrukturen entsprechend formalisierte Nachweise der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit. Als wesentlicher Nutzen des Ausbaus von Verkehrsinfrastruktur wird in diesen Nachweisen der zwischen angeschlossenen Standorten ermittelte Zeitgewinn angesehen. Mit Verweis auf seit Jahrzehnten in Summe annähernd konstante Zeitaufwendungen für Mobilität wird dagegen argumentiert, dass es keine relevanten Zeiteinsparungen und damit Nutzen im Verkehrssystem gibt. Wie die Literaturanalyse und empirische Daten zeigen, lässt sich sowohl die Zeiteinsparung zwischen Standorten nach dem Ausbau, als auch die langfristig annähernd konstanten Zeitaufwendungen für Mobilität im System nachweisen.
​
Die Auflösung dieses Widerspruchs bzw. konsistente Bewertung von Nutzen und Kosten sowie deren Verteilung ist daher von wesentlicher Bedeutung für die Entscheidungsfindung. Anhand eines standorttheoretischen Modells und empirischer Daten lässt sich zeigen, dass Ausbauvorhaben die Transportkosten senken, die Effizienz erhöhen und die eingesparte Zeit weitgehend in Erreichbarkeitsvorteile umgesetzt werden. Die dadurch mögliche zentrale Produktion und Arbeitsteiligkeit ist Grundlage des Standortwettbewerbs über Skalenerträge, Treiber der Globalisierung und resultiert in einer Konsumentenrendite. Diese Wohlstandsgewinne bei abnehmendem Grenznutzen lassen sich auf Basis einer Datenanalyse aller Länder der Welt konsistent nachweisen. Die Argumentation eines generell fehlenden Nutzens von Ausbauvorhaben aufgrund annähernd konstanter Zeitaufwendungen im System ist daher ebenso wenig haltbar, wie der Fokus auf lokale Zeitgewinne von Einzelvorhaben. Vielmehr führt der Ausbau zu einer Ballung in kompetitiven Zentren und einer Entleerung peripherer Räume von Personen, Arbeitsplätzen und Gelegenheiten. Damit ist ein Ausbau auch nicht für alle angeschlossenen Standorte gleichermaßen vorteilhaft. Die daraus entstehenden Umweltfolgen und der Ressourcenverbrauch sind weder in üblichen Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen, noch der volkswirtschaftlichen Gesamtrechnung adäquat abgebildet. Dementsprechend führt diese fehlende Kostenwahrheit weltweit zu wenig nachhaltigen Entwicklungen von Standorten und Verkehrssystemen mit hohen externen Kosten. Zusammenfassend benötigt es daher eine umfassendere Sicht in der Planung, die Entwicklung besserer Bewertungsmethoden und eine konkrete Umsetzung auf allen Ebenen, die über unverbindliche Zielsetzungen hinausgeht. Ein möglicher Weg zur Erreichung dieses Ziels kann darin bestehen, den Schwerpunkt auf den volkswirtschaftlichen Nutzen im Vergleich zu den Kosten für Ausbau, Betrieb und Instandhaltung sowie den externen Kosten für Umwelt und Gesellschaft auf der Grundlage einer zirkulären wirtschaftlichen Bewertung im Lebenszyklus zu legen.
Reifglätte im Winterdienst – Messung, Prognose und Kontrolle
HOFFMANN, M. & DONEV, V. (13/11/2022); Reifglätte im Winterdienst – Messung, Prognose und Kontrolle; Eingeladener Vortrag Winter Service Talks Tulln; Austria
​
Abstract: Der Winterdienst als Kernaufgabe der Straßenbetreiber gewährleistet Erreichbarkeit und Sicherheit in der Winterperiode von Anfang November bis Ende April. Die Herausforderung besteht in der Optimierung der optimalen Strategie mit Timing, Streumenge und Soleanteil für 15-25 Schneefallereignisse und 40-60 Reifereignisse. In der Folge werden die wesentlichen Ergebnisse zu der Messung, Prognose und Vermeidung von Reifglätte präsentiert. Allgemein wird die Kondensation von Wasserdampf zu Eis an Oberflächen bei Minusgraden als Reif verstanden. Der Literatur zufolge sind eine hohe relative Luftfeuchtigkeit, sinkende Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, moderate Windgeschwindigkeiten und Bewölkung relevante Wetterparameter für die Prognose. Darüber hinaus haben frühere Untersuchungen gezeigt, dass die Griffigkeit bei moderaten Eisbedeckungen zwischen 50 und 200 g/m2 Eis stark abnimmt [Karlsson, A. (2006); Horton, S. et al. (2014)]. In den Forschungsprojekten WINTERFIT I bis III für die ASFINAG wurde ein Prototyp eines Reifsensors entwickelt, der in Kombination mit einer Wetterstation eine kontinuierliche Messung und Analyse von Reifereignissen ermöglicht. Die statistische Analyse zeigt, dass die Reifbildung ein kontinuierlicher Prozess ist, der zwischen 22:00 und 01:00 Uhr abends beginnt und zwischen 7:00 und 9:00 Uhr morgens seinen Höhepunkt erreicht. Die typischen Wetterbedingungen sind sinkende Temperaturen zwischen -1°C und -6°C bei einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit von über 88% und einer resultierenden Eismasse von 50 bis 150 g/m2. Für den prädiktiven Winterdienst der ASFINAG wurden mehrere Modelle (logistische Regression, ANN) entwickelt, die eine Vorhersage zukünftiger Ereignisse mit einer Genauigkeit von 88 bis 92 % ermöglichen. Zusammen mit dem Winterdienstmodell ist es nun möglich, sowohl Reifereignisse und deren Auswirkungen auf die Griffigkeit ohne Streuung als auch allen möglichen Streustrategien zu simulieren. Die Optimierung basiert auf der Effizienz im Hinblick auf die erzielte Erhöhung der Griffigkeit und den resultierenden Kosten. Die Ergebnisse zeigen die positiven Auswirkungen einer präventiven Streuung zwischen 22:00 und 0:00 Uhr mit 10 g/m2 (FS50). Bei starkem Reifereignissen wird eine zweite Streuung zwischen 3:00 und 6:00 Uhr morgens mit 10 g/m2 (FS50) empfohlen. Alternativ können ein oder zwei Streuungen mit 20 g/m2 Sole (FS100) gewählt werden. Im Gegensatz dazu werden bei einer nachträglichen Streuung im Falle eines verpassten Reifereignisses beträchtliche Salzmengen benötigt und zudem ein ungünstigeres Ergebnis erreicht. Derzeit werden die Ergebnisse in das Streumodell der ASFINAG sowie das Wetterportal WETTER 2.0 integriert. Die Zusammenführung von aktuellen Sensormessungen und Wetterprognosen bis zu Fahrbahnzustand und Streuempfehlung bildet die Grundlage für die Einsatzplanung und praktische Optimierung der Winterdiensteinsätze für alle Wetterereignisse auf dem gesamten Autobahnnetz. Die abschließende Validierung aller Modelle mit umfangreichen Grip-Tester-Messungen erfolgt im Winter 2022/2023.
​
Keywords: Wetterereignisse, Reifereignisse, Prognosemodelle, präventive Streuung, Winterdienst
​
Danksagung: Die Entwicklung des Winterdienstmodells, des Reifsensors und der Prognosemodelle für den Straßenzustand in Echtzeit sowie des Tools für den prädiktiven Winterdienst wären ohne die großzügige Unterstützung und Beiträge der ASFINAG nicht möglich gewesen.
