Methodik zur Effizienzbeurteilung der Kapazitätsnutzung und -entwicklung von Bahnnetzen

Abstract

Wachsende Zugzahlen und vielfältige Anforderungen der Netznutzer führen auf historisch gewachsenen Bahnnetzen zwangsläufig zu Nutzungskonkurrenz und damit zu Engpässen. Neben dem reinen Mengenwachstum und den sich wandelnden Verkehrsströmen, erfordern gesteigerte Flexibilitäts- und Pünktlichkeitsanforderungen Anpassungen in den Bereichen Betrieb, Produktion und Infrastruktur. Für eine langfristig orientierte, pro-aktive Netzentwicklungsstrategie ist das frühzeitige und zuverlässige Erkennen von Kapazitätsengpässen und Stabilitätsrisiken somit von entscheidender Bedeutung, um einen optimalen Mitteleinsatz zu erreichen. Die übergeordnete Forschungsfrage der vorliegenden Arbeit lautet daher: Wie können Kapazitätsengpässe in einem Eisenbahnnetz für mittel- bis langfrsitige Planungshorizonte beurteilt und effizient beseitigt werden?</br>Zur Beantwortung dieser Frage werden in der vorliegenden Arbeit Methoden zur Beurteilung von Kapazitätsnutzung und –entwicklung in einem dem langfristigen Horizont gerechten Massstab entwickelt und kombiniert, insbesondere bezogen auf die Granularität und Modellierung der Infrastruktur- und Betriebs-Daten. Sie baut auf einer eingehenden Analyse der wichtigsten Einflussfaktoren von Kapazität und Stabilität auf und typisiert Netznutzungsformen anhand von sieben charakteristischen Netznutzern und deren Zusammenwirken anhand von spezifischen Nutzungsmustern.</br>Anhand einer Analyse existierender Methoden zur Kapazitätsermittlung und Definition der Anforderungen im langfristigen Planungshorizont wird eine vereinfachte Kapazitätsermittlung für Strecken und Knoten entwickelt. Deren Vorteil liegt darin, dass trotz einer geringen Anzahl an benötigten Inputparametern eine gegenüber reinen Schätzverfahren belastbarere, quantifizierte Berechnung möglich ist, die Aussagen über zulässige Zugzahlen auf einem Streckenabschnitt oder innerhalb eines Knotenbereichs ermöglicht. Sie liefert damit einen Beitrag zur Schliessung der momentan noch immer bestehenden Lücke zwischen Expertenwissen und IT-basierten Methoden.</br>Die zur Effizienzbeurteilung notwendige quantitative Nutzenbewertung von Kapazitätsnutzungen baut auf einem mehrstufigen Akteursmodell der folgenden vier wesentlichen Sichtweisen auf: Die Sichtweise der Eisenbahninfrastrukturunternehmung, der Eisenbahnverkehrsunternehmung im Personenverkehr, im Güterverkehr und schliesslich die Sichtweise des integrierten Konzerns. Dabei wird bewusst auf eine Monetarisierung der eisenbahnbetrieblichen Nutzenkomponenten verzichtet, um Nutzenwirkungen möglichst in ihrer originären Dimension beschreiben und vergleichen zu können. Hierzu dient ein System von drei Nutzenkomponenten: Der Kapazitätssteigerung, der Flexibilitätssteigerung und der Fahrzeitverkürzung. Diese lassen sich durch direkte und indirekte Nutzenindikatoren quantifizieren, welche in einer Kosten-Nutzwertanalyse beispielsweise den Kosten durch einen Kapazitätsausbau gegenübergestellt werden können. Zur parallelen Kostenbeurteilung einer Massnahme wird ein neu entwickeltes Modell zur Kostenermittlung von Bahninfrastrukturelementen herangezogen, das auf einem mesoskopischen Massstab die rasche Ermittlung zu erwartender Investitionskosten und Annuitäten ermöglicht.</br>Es wird gezeigt, wie die anhand der neu entwickelten Methoden Erkenntnisse für weitere Aspekte im Bereich der Kapazitätsnutzung und –entwicklung gewonnen werden können. Dazu zählen ein Vorschlag zur Kostenumlegung des Kapazitätsverzehrs als Bestandteil eines anreizorientierten Trassenpreissystems, die systematisierte Massnahmenentwicklung im Zuge von Engpassbehebungen und ein Ansatz zur Einteilung von Netzeffekten infrastruktureller Massnahmen innerhalb integral vertakteter Systeme.</br>Schliesslich werden die Methoden in einem generischen Planungsprozess zusammengefasst und anhand einer Case Study, dem nördlichen Teil des schweizerischen Nord-Süd-Korridors Basel – Erstfeld als Teil der Achse Rotterdam - Genua, erprobt. Für die anhand der vereinfachten Kapazitätsermittlung prognostizierten Engpässe im Jahr 2030 werden Lösungsvorschläge sowohl infrastruktureller, als auch betrieblicher Art entwickelt und bewertet. Die Funktionalität der (Gesamt-)Methodik kann grundsätzlich nachgewiesen werden und liefert damit einen Beitrag zur verbesserten Berücksichtigung eisenbahnbetrieblicher Zusammenhänge in der strategischen Infrastrukturplanung.