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Wirtschaftliche Bewertung von Infrastrukturmaßnahmen zur Anpassung der Streckenleistungsfähigkeit auf Grundlage einer integrierten Systembetrachtung = Economic evaluation of infrastructure measures to adapt track efficiency based on an integrated system approach

Dickenbrok, Björn (Author)

2012 & 2013

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Björn Dickenbrok

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2012

UmfangXII, 158, A12 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Zsfassung in dt. und engl. Sprache. - Prüfungsjahr: 2012. - Publikationsjahr: 2013

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Vallée, Dirk (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2012-12-04

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-43746
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/197551/files/4374.pdf

Einrichtungen

1. Lehrstuhl für Schienenbahnwesen und Verkehrswirtschaft und Verkehrswissenschaftliches Institut (313110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Eisenbahn (Genormte SW) ; Kapazitätsmanagement (Genormte SW) ; Wirtschaftlichkeit (Genormte SW) ; Schienenfahrzeug (Genormte SW) ; Erlös (Genormte SW) ; Verkehrsnachfrage (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Streckenauslastung (frei) ; wirtschaftliches Optimum (frei) ; wirtschaftlicher Leistungsbereich (frei) ; Infrastrukturmaßnahmen (frei) ; Eisenbahninfrastruktur (frei) ; Lebenszykluskosten (frei) ; economic evaluation (frei) ; infrastructure measures (frei) ; life-cycle-analysis (frei) ; track efficiency (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
rvk: ZI 6440 * ZI 6480

Kurzfassung
Nach dem derzeitigen Stand der Forschung existiert kein Ansatz, mit dem das auf einem betrachteten Streckenabschnitt erzielte Wirtschaftsergebnis des Systems Bahn unter Berücksichtigung aller Erlöse und Kosten von Eisenbahnverkehrsunternehmen (EVU) und Eisenbahninfrastrukturunternehmen (EIU) für beliebige Streckenbelegungsgrade abgebildet werden kann. Die Betrachtung aller Erlöse und Kosten in Abhängigkeit von der Angebotsqualität ist jedoch erforderlich, um den wirtschaftlich optimalen Leistungsbereich ermitteln und Infrastrukturmaßnahmen zur Verbesserung des Betriebsablaufs bewerten zu können. In dieser Arbeit wird deshalb ein Modellansatz entwickelt, der einen Zusammenhang zwischen der technischen Ausgestaltung der Eisenbahninfrastruktur, dem darauf abgewickelten Betriebsprogramm und der damit einhergehenden Infrastrukturauslastung einerseits sowie der erzielten Beförderungs- und Transportqualität und deren Wirkung auf den Endkunden andererseits herstellt. Dazu werden mit Hilfe von vier Teilmodellen die Erlöse und Kosten von EVU und EIU analysiert und in Abhängigkeit von der auf einem Streckenabschnitt verkehrenden Anzahl an Zügen im Gesamtmodell hinterlegt. Die von EVU erzielten Erlöse aus Beförderungsentgelten werden mit Hilfe von Verkehrserzeugungs- und Verkehrsnachfragemodellen in Abhängigkeit von der Anzahl der verkehrenden Züge ermittelt. Dabei wird die Angebotsqualität eines betrachteten Streckenabschnitts in Bezug zur Nachfrageveränderung des Endkunden und zur Konkurrenzsituation mit anderen Verkehrsträgern gesetzt, um die Nachfragereaktion von Reisenden und Transportkunden sowie die damit einhergehenden Erlösveränderungen abbilden zu können. Das Erlösmodell der EIU berücksichtigt die Einnahmen aus Trassen- und Stationsgebühren sowie Traktionsenergieverkäufen. Die Strecken- und Stationsgebühren sind dabei in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Strecken- und Stationskategorie im Modell hinterlegt. Der Energieverbrauch der Schienenfahrzeuge wird dabei in Abhängigkeit von der Zugmasse, der Geschwindigkeit, der Anzahl der Beschleunigungsvorgänge, der Länge der zurückgelegten Strecke und der Streckentopologie berücksichtigt. Für die Ermittlung der Kosten von EVU wurde ein Lebenszykluskostenmodell entwickelt, welches die Investitions-, Instandhaltungs- und Energiekosten von Schienenfahrzeugen, die Personalkosten des Zugpersonals sowie die Kosten für Trassen- und Stationsgebühren berücksichtigt. Dabei wurden die zeitabhängigen Kostenkomponenten in Abhängigkeit von der auslastungsabhängigen Beförderungszeit im Modell hinterlegt, um die Auswirkungen von auslastungsabhängigen Wartezeiten auf die EVU-Kosten abbilden zu können. Für die Modellierung der EIU-Kosten wurde ein Lebenszykluskostenmodell für die Eisenbahninfrastruktur entwickelt, welches die Investitions-, Instandhaltungs- und Betriebsführungskosten einzelner Infrastrukturelemente berücksichtigt. Abhängig von der technischen Ausrüstung der untersuchten Strecke können die jeweiligen Gesamtkosten der Infrastruktur für den Untersuchungszeitraum berechnet werden. Ein Großteil der Infrastrukturkosten wurde als Fixkosten im Modell abgebildet. Für Gleise, Weichen und Oberleitungen wurden die verschleißabhängigen Instandhaltungskosten in Bezug zu der Anzahl, der Geschwindigkeit und der Masse der verkehrenden Züge im Modell hinterlegt. Mit Hilfe der vier beschriebenen Teilmodelle werden die auf einem Streckenabschnitt erzielten Erlöse und entstehenden Kosten von EVU und EIU ermittelt. Durch eine Gegenüberstellung der Gesamterlöse und -kosten ergibt sich der wirtschaftliche Leistungsbereich des Streckenabschnitts, innerhalb dessen ein positives Wirtschaftsergebnis erzielt wird und der von den wirtschaftlichen Grenzzugzahlen begrenzt wird. Innerhalb des wirtschaftlichen Leistungsbereichs stellt sich die wirtschaftlich optimale Zugzahl an der Stelle mit der größten Differenz zwischen Erlösen und Kosten ein. Im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Qualitätsmaßstäben zur Ermittlung der optimalen Streckenauslastung ist mit diesem Ansatz keine vorherige Eichung von Grenzwerten erforderlich. Darüber hinaus können Infrastrukturmaßnahmen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf den wirtschaftlich optimalen Leistungsbereich und das erzielte Wirtschaftsergebnis bewertet werden. Über einen Vergleich der tatsächlich verkehrenden Anzahl an Zügen und des wirtschaftlich optimalen Leistungsbereichs der betrachteten Strecke können Infrastrukturmaßnahmen dahingehend bewertet werden, inwiefern sie durch eine Verschiebung des wirtschaftlich optimalen Leistungsbereichs zu einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit einer Strecke beitragen. Der wirtschaftliche Erfolg der Maßnahme kann durch die Erlös- und Kostenberechnung auf der Basis von monetären Größen beziffert werden. Dadurch wird eine Entscheidungsgrundlage geschaffen, mit der Strategien für den Infrastrukturausbau und die Effizienz der eingesetzten Investitionsmittel bewertet werden können.

According to the current state of research, no basic method currently exists for mapping the economic efficiency of the rail system achieved by a specific track section, taking into account all the revenues and costs of rail traffic companies (RTC) and rail infrastructure companies (RIC) for arbitrary track occupation rates. However, in order to establish the optimum performance range from an economic point of view and be able to efficiently evaluate infra-structure measures so as to improve operations, it is necessary to look at all the revenues and costs as a function of the offer quality. In this dissertation, a model approach is therefore developed that creates on the one hand a relationship between the technical design of the railway infrastructure, the operational program conducted with this infrastructure and the accompanying infrastructure utilisation, and, on the other, the attained transport quality and its effect on the customers. For this purpose, the revenues and costs of RTCs and RICs are analysed with the help of four submodels and inserted in the overall model as a function of the number of trains running on a particular section of track. The revenues from transport charges obtained by RTCs are determined with the help of traffic generation and traffic demand models as a function of the number of trains running. The offer quality of a particular track section is then related to the change in demand of the customers and to the competitive situation with other means of transport in order to be able to document the reaction in demand of travelling customers and the associated changes in revenues. The revenue model of the RIC takes into account the revenues from track and station charges and traction energy sales. The track and station charges are entered in the model as a function of the respective track and station category. The energy consumption of the rail vehicles is taken into account as a function of the train mass, speed, number of acceleration processes, length of track covered, and track topology. To determine the costs of RTC, a life cycle cost model was developed that considers the investment, maintenance and energy costs of rail vehicles, the personnel costs of the train staff and the costs for track and station charges. The time-dependent cost components are included as a function of the capacity utilisation-dependent transportation time in the model in order to be able to document the effects of capacity utilisation-dependent waiting times on the RTC costs. To model the RIC costs, a life cycle cost model was developed for the railway infrastructure that takes into account the investment, maintenance and operating costs of individual infra-structure elements. Depending on the technical equipment of the examined track, the relevant overall costs of the infrastructure can be calculated for the period covered by the study. A large proportion of the infrastructure costs was entered in the model as fixed costs. For rails, points and overhead contact lines, the wear-dependent maintenance costs were incorporated in the model in relation to the number, speed and mass of the trains in operation. With the aid of the four described submodels, the income and costs of RTC and RIC achieved on a track section are determined. Through a comparison of the total revenues and total costs, the economic performance range of the track section can be obtained, within which a positive economic result is achieved and which is limited by the break-even numbers of trains. Within the economic performance range, the economically optimum number of trains occurs at the point with the largest difference between revenues and costs. In contrast to the previously used quality standards for determining the optimum track utilisation, this approach does not require any previous calibration of threshold values. Furthermore, it is possible to evaluate infrastructure measures with regard to their effects on the economically optimum performance range and the attained economic result. Via a comparison of the actual number of trains in operation and the economically optimum performance range of the section of track in question, infrastructure measures can be evaluated in respect of how they contribute to an increase in the economic efficiency of a track section by shifting the economically optimum performance range. The economic success of the measure can be defined by the revenues and cost calculation based on monetary values. This creates a basis for decision-making with which strategies for infrastructure expansion and the efficiency of previous funding can be evaluated.

Fulltext:
PDF

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Interne Identnummern
RWTH-CONV-143406
Datensatz-ID: 197551

Beteiligte Länder
Germany