Entwicklung eines Standards zur Bewertung und Klassifizierung der baulichen Substanz von Kanalhaltungen

23.06.2021

Die bauliche Substanz eines Kanalnetzes ist eine wichtige Kenngröße zur mittelfristigen Planungsunterstützung und zur Entwicklung von Sanierungsstrategien. Verschiedene Ansätze zur Substanzklassifizierung wurden bereits in der Vergangenheit entwickelt. Es existiert bisher aber noch kein allgemeingültiger Standard. In diesem Artikel werden die Ergebnisse des vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Verbundvorhabens „Entwicklung eines Standards zur Bewertung und Klassifizierung der baulichen Substanz von Kanalisationen“ (SubKanS) vorgestellt.

Abb.1: Qualitativer Zusammenhang zwischen Substanz, Substanzklasse, Abnutzung(svorrat) sowie technischer und akzeptierter Nutzungsdauer [Quelle: KA / Kerres]
1. Einführung – Bedeutung der Substanzklassifizierung für ein integrales Siedlungsentwässerungsmanagement
1.1 Einordnung in die bestehende Regelwerkskulisse

die dafür erforderlichen Grundaktivitäten zur Untersuchung und Bewertung, zur Entwicklung von Lösungsansätzen sowie zur Planung und Umsetzung von Maßnahmen werden nach DIN EN 14654-2 [2] bzw. Arbeitsblatt DWA-A 143-1 [3] als einzelne Schritte eines wiederkehrenden Managementprozesses verstanden und umgesetzt. Im ersten Schritt wird dabei eine Bewertung des Ist-Zustands vorgenommen. Bisher wird differenziert nach baulichen, betrieblichen, hydraulischen, umweltrelevanten und sonstigen Untersuchungen. Die Bewertung des baulichen und betrieblichen Zustandes von Kanalhaltungen gemäß Merkblatt DWA-M 149-3 „Beurteilung nach optischer Inspektion“ [4] hat das Ziel, einen gegebenenfalls vorhandenen Handlungsbedarf sowie dessen Dringlichkeit (und damit zeitliche Einordnung) objektscharf festzustellen.

Der Fokus liegt dabei auf der Beurteilung der gegenwärtigen Erfüllung der an die Kanalhaltung gestellten Anforderungen (Funktionserfüllung) bezüglich der Schutzziele Dichtheit, Standsicherheit und Betriebssicherheit. Aussagen zur verbleibenden Kanalsubstanz und damit zukünftigen Funktionserfüllung sowie daraus abgeleitete Schlussfolgerungen in Hinblick auf mittel- und langfristiges Kanalmanagement, erforderliche Sanierungsart oder -kosten sind damit nicht möglich.

In Arbeitsblatt DWA-A 143-14 „Entwicklung einer Sanierungsstrategie“ [5] wird auf die Bedeutung der Kanalsubstanz und deren Erhalt hingewiesen. Neben der aktuellen Funktionserfüllung (Schutzziele gemäß DWA-M 149-3) ist auch die zukünftige Entwicklung des Kanalzustands zu berücksichtigen.

Ziel des Verbundvorhabens „Entwicklung eines Standards zur Bewertung und Klassifizierung der baulichen Substanz von Kanalisationen“ (SubKanS) [6] ist deshalb die Schaffung einer Kenngröße zur Bewertung der baulichen Substanz auf Basis der Ergebnisse der optischen Inspektion, die die oben genannten fünf Bewertungssäulen gemäß Arbeitsblatt DWA-A 143-1 [3] erweitert und die bisherigen Bewertungen (Dringlichkeit, Umweltrelevanz) um die weiteren Bewertungsgrößen „Substanz“ bzw. „Substanzklasse“ ergänzt.

1.2 Nutzen für den Netzbetreiber

Eine Substanzklassifizierung (bzw. die Bewertung des noch für die Funktionserfüllung vorhandenen Abnutzungsvorrats) ergänzt die Entscheidungsgrundlage beim Infrastrukturmanagement sowie bei der Sanierungsplanung.

Auf Netzebene unterstützt sie den Netzbetreiber bei der Entwicklung bzw. Anpassung einer Sanierungsstrategie, da ein gegebenenfalls vorhandener Investitionsstau bzw. Werteverzehr identifiziert und quantifiziert werden kann. Die Substanzklassifizierung dient damit auch zur Sichtbarmachung des Handlungsbedarfs von Maßnahmen im Kanalnetz und der dafür erforderlichen finanziellen und personellen Ressourcen vor Politik und Bürgern. Sie erlaubt das Netzmonitoring als Wirkkontrolle einer Strategie über die Zeit sowie den Kanalnetzvergleich (Benchmarking). Ein generationengerechtes Kanalmanagement wird möglich.

Auf Objektebene (Haltung) unterstützt die Substanzklasse die Sanierungsbedarfsplanung (s. DWA-A 143-1 [3]). Aus der Substanzklasse sind erste Rückschlüsse auf erforderliche Unterhalts- oder investive Maßnahmen möglich. Damit können Haltungen identifiziert werden, die mit großer Sicherheit investiv saniert werden müssen oder umgekehrt noch lange Restnutzungsdauern erwarten lassen. Dies kann Grundlage zur Abstimmung mit anderen Spartenbetreibern sein. Ebenfalls ist eine erste Abschätzung und Abstimmung mit kaufmännischen Belangen (verbleibende Restnutzungsdauer, drohender Abschreibungsverlust, Überprüfen der betriebsgewöhnlichen Nutzungsdauer) möglich. Aufwand und Nutzen von Sanierungen werden durch den Vergleich der Substanz vor der Sanierung und der Substanz nach erfolgter Sanierung bewertbar.

1.3 Zielsetzung einer standardisierten Substanzbeurteilung

Für Kanalnetze werden bereits verschiedene Bewertungsmodelle angewendet, die eine Substanzbewertung sowie Aussagen zur Unterstützung der operativen Sanierungstätigkeit ermöglichen und damit die Zustandsbeurteilung nach Merkblatt DWA-M 149-3 [4] ergänzen. Je nach Vorgehensweise, Datengrundlage und Komplexität haben die Modelle ihre Stärken in unterschiedlichen Bereichen (vgl. auch [7]). Mit diesen Modellen ist zum Beispiel auch die objektscharfe Ermittlung von Sanierungsart und -kosten und damit die direkte Unterstützung des Planungsprozesses gemäß Arbeitsblatt DWA-A 143-1 [3] möglich. Die Anforderungen an die Datengrundlage dieser Modelle sind aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten zum Justieren und Anpassen der Anwendung entsprechend hoch.

Die Substanzbewertung wird in den vorliegenden Modellen unterschiedlich umgesetzt. Auch wenn die bisherigen Bewertungsverfahren in Hinblick auf die Substanz ähnliche qualitative Einschätzungen liefern, ist aufgrund der unterschiedlichen Ansätze keine direkte Vergleichbarkeit vorhanden. Mit dem Verbundvorhaben SubKanS, an dem drei wissenschaftliche Einrichtungen, zwei Kanalnetzbetreiber und sechs Ingenieurbüros mitwirkten, wurden einheitliche Definitionen, Grundsätze, Skalierungen, Einflusskriterien und Randbedingungen zur Substanzbewertung geschaffen (vgl. [6]). Unter Verwendung der im Verbundvorhaben verfügbaren Modelle wurde eine neue, leicht zu ermittelnde Kenngröße zur Bestimmung der aktuellen Substanz (bzw. des vorhandenen Abnutzungsvorrats) erarbeitet, die auf Grundlage der allgemein verfügbaren Daten eine Abschätzung des baulichen/betrieblichen Sanierungsbedarfs ermöglicht. Die Prognose der zukünftigen Netzentwicklung war nicht Zielsetzung von SubKanS.

2 Quantifizierung der Abnutzung
2.1 Idee

Die Abnutzung von Kanalhaltungen bezeichnet eine Einschränkung der Funktionsfähigkeit (Dichtheit, Standsicherheit und Betrieb) der gesamten Betrachtungseinheit (nicht die Dringlichkeit, mit der eine Sanierung zu erfolgen hat). Sie ergibt sich entsprechend aus der Summe aller die Funktion beeinträchtigenden Indikationen bzw. Schadensbilder. Analog zu DWAM 149-1 [3] umfasst Funktionsfähigkeit im hier verwendeten Sinn zwar betriebliche, nicht aber hydraulische Funktionseinschränkungen im Sinn einer Unterdimensionierung.

Abnutzung, Substanz sowie technische und akzeptierte Nutzungsdauer (vgl. DWA-A 143-14 [5]) stehen dabei in dem in Abbildung 1 qualitativ dargestellten Bezug.

Die Prozesskette zur Quantifizierung der Abnutzung und zur Substanzklassifizierung von Kanalisationen umfasst die folgenden Schritte:

  1. Vorverarbeitung der Feststellungen (Schadenskodes)
  2. Vorverarbeitung der Schadensbilder (Schadensüberlagerung)
  3. Berechnung der Banutzung
  4. Substanzklassifizierung
2.2. Vorverarbeitung der Feststellungen

Bei der Ermittlung der Abnutzung werden alle Schäden bzw. Schadensbilder der Haltung berücksichtigt. Die Klassifizierung der Einzelzustände (bzw. der einzelnen Feststellungen) folgt dabei grundsätzlich der Methodik gemäß DWA-M 149-2 [8] sowie DWA-M 149-3 [4] mit beispielsweise folgenden Abweichungen:

  • Reparaturstellen werden im Merkblatt DWA-M 149-3 [4] keine Klassifizierung zugeordnet. Bei der Bewertung der Substanz einer Haltung hingegen weisen Reparaturen auf eine bereits erfolgte Abnutzung hin. Aus diesem Grund werden Feststellungen, die auf Reparaturstellen hinweisen, in die Zustandsklasse 4 (D/B) eingestuft. Dies gilt auch für mit Hammer und Meißel erzeugte Anschlüsse (BCA EA), bei denen die vollständige Funktionserfüllung in Zweifel gezogen werden kann, sowie für Bestandskodes, die auf Bauweisen hinweisen, die nicht dem heutigen Stand der Technik entsprechen.
  • Bei den Feststellungen „Infiltration – Schwitzen“ (BBF A) und „Anhaftende Stoffe“ (BBB) wird die Zustandsklasse 4 (D/S/B) angesetzt.
  • Schäden, die gemäß DWA-M 149-3 einer Einzelfallbetrachtung unterliegen, werden in Anlehnung an die Baufachlichen Richtlinien Abwasser [9] klassifiziert.
2.3 Vorverarbeitung der Schadensbilder

Es gilt im Weiteren zu vermeiden, dass den Schadensbildern, die über mehrere Feststellungen erfasst werden, allein aus diesem Grund tendenziell eine höhere Relevanz in Hinblick auf die Substanzbeeinträchtigung zugeordnet wird als jenen Schadensbildern, die durch nur eine Feststellung vollumfänglich beschrieben sind. Auch ist insbesondere für sich überlagernde Streckenschäden festzulegen, ob mehrere Feststellungen zu einem (zum Beispiel Längsriss oben und unten) oder zu verschiedenen Schadensbildern (zum Beispiel Längsriss und verfestigte Ablagerungen) gehören. Daher werden in einem zweiten Schritt die einzelnen Feststellungen sachgerecht zu Schadensbildern wie folgt zusammengeführt: Allen Feststellungen wird eine „Schadensart“ und eine „Schadensausprägung“ zugeordnet.

Tabelle 1: Beispiele für die Zuordnung von Schadenskodes in Schadensart und Schadensausprägung [Quelle: KA / Kerres]

Der SubKanS-Ansatz unterscheidet dabei die Schadensarten „Punktschäden“, „Umfangschäden“ und „Streckenschäden“ sowie die Schadensausprägungen „durchdringende Schäden“ (wanddurchdringende und damit korrespondierende Schäden), „Oberflächenschäden“ und „Schäden ohne Bezug zur baulichen Struktur“ (Rohrwand oder Dichtung). Beispiele dieser Zuordnung sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Feststellungen mit identischer Station werden innerhalb der gleichen Schadensart und der gleichen Schadensausprägung zu Schadensbildern nach folgender Methodik weiterverarbeitet:

  • durchdringende (wanddurchdringende und damit korrespondierende) Schäden:
    • Punktschäden: Alle Feststellungen mit identischer Station und Position werden innerhalb der Schadensart Punktschaden zu einem Schaden zusammengefasst.
    • Umfangschäden: Alle Feststellungen mit identischer Station werden innerhalb der Schadensart Umfangschaden zu einem Schaden zusammengefasst.
    • Streckenschäden: Alle Feststellungen mit sich überschneidender Station werden innerhalb der Schadensart Streckenschaden zu einem Schaden zusammengefasst.
  • Oberflächenschäden: Feststellungen, die Oberflächenschäden beschreiben, werden nach identischer Logik wie die durchdringenden Schäden zu Schadensbildern zusammengefasst.

Die schutzzielbezogenen Zustandsklassen des Schadensbildes ergeben sich für beide Schadensarten aus dem Minimum der schutzzielbezogenen Zustandsklasse der zugeordneten Feststellungen.

  • Schäden ohne Bezug zur baulichen Struktur: Jede Feststellung wird als einzelnes Schadensbild betrachtet. Die schutzzielbezogene Zustandsklasse des Schadensbildes ergibt sich aus der schutzzielbezogenen Zustandsklasse der Feststellung.
2.4 Berechnung der Abnutzung

Die absolute Abnutzung ABNabs (gewichtete Gesamtschadenslänge [m]) ergibt sich aus der Summe der bezüglich Schadensart, Schadenslänge und Zustandsklasse gewichteten Schäden (absolute Bruttoschadenslänge BSLabs) gemäß Gleichung 1:

Die Berechnung des Schadensgewichtes SG erfolgt gemäß Gleichung 2 über

  • die Länge des Schadens i (Schadenslänge SLi)
    • Punktschäden: SLi = 0,3 m
    • Umfangschäden: SLi = Rohrumfang (π∙ DN) [m]
    • Streckenschäden: SLi = kodierte Streckenlänge [m]
  • Das Startgewicht StGi
  • das Klassengewicht KGi.

Die Parametrisierung des Startgewichts in Abhängigkeit von der Schadensart sowie des Schadensklassengewichts in Abhängigkeit von der Zustandsklasse wird in Abschnitt 3 beschrieben.

Die Abnutzung ABN (vgl. Abbildung 1) entspricht der relativen Bruttoschadenslänge BSLrel gemäß Gleichung 3 als Verhältnis von absoluter Bruttoschadenslänge und Objektausdehnung OL und korrespondiert mit der Substanz (SUB):

2.5 Substanzklassifizierung

Der Wertebereich der Abnutzung bzw. Substanz (vgl. Abbildung 1) wird in Substanzklassen unterteilt, um in Analogie zu DWA-M 149-3 [4] die ermittelte Substanz einer Kanalhaltung und eines (Teil-)Netzes im praxisnahen Kontext interpretieren zu können (vgl. Tabelle 2).

Tabelle 2: Definition der Substanzklassen (SBK) [Quelle: KA / Kerres]

3 Kalibrierung der Modellparameter

Während bei der Zustandsklassifizierung prioritäre Schäden ausschlaggebend sind, hat die Gesamtheit aller Schäden einen Einfluss auf die Substanz einer Haltung. Vor allem die Ausdehnung der Schäden ist von großer Bedeutung für die Bestimmung der Schadensdichte. Da die Kanalinspektion jedoch häufig die Ausdehnung nur in Längsrichtung protokolliert, müssen Gewichte zwischen den Schadensarten Punkt-, Umfang-, und Streckenschaden für eine ausgewogene Gesamtbewertung verwendet werden. Ebenfalls muss die Schadensschwere bei der Berechnung der Substanz berücksichtigt werden. Um die Gewichte zu ermitteln, wurden die Modellparameter „Startgewicht“ (StG) und „Klassengewicht“ (KG) unter Verwendung eines Datensatzes von ca. 100 000 Inspektionsprotokollen (3989 km Haltungslänge) und bereits bestehender Modelle zur Substanzbewertung kalibriert.

Der Datensatz wurde ausgiebig auf Repräsentativität und Vielfalt in den Schadensbildern überprüft. Kennzahlen zum Alter, zur Materialart, zur Haltungslänge und zum Haltungsdurchmesser sind in Tabelle 3 aufgeführt und der DWA-Umfrage zum Zustand der Kanalisation in Deutschland [10] gegenübergestellt.

Tabelle 3: Kennzahlen zum Alter, Material, Durchmesser und zur Länge der Haltungen im untersuchten Datensatz und gemäß DWAUmfrage
2020 [10] [Quelle: KA / Kerres]

Innerhalb des SubKanS-Projektkonsortiums waren fünf unterschiedliche Modelle zur Substanzermittlung verfügbar, die eine wirtschaftliche und/oder eine technische Herangehensweise verfolgen. Es war zu erwarten, dass die Modelle in ihrer Substanzbewertung nicht bei jeder Haltung identische Ergebnisse erzeugen. Trotzdem war es das Ziel, die Bandbreite aller fünf Modelle für die Kalibrierung des SubKanS-Modells zu verwenden. Daraus entwickelte sich für den SubKanS-Modellansatz folgende Vorgabe:

Wenn eine Haltung von fünf Modellen mit unterschiedlichen Ansätzen ähnlich bewertet wurde, sollte das neu entwickelte SubKanS-Modell ebenfalls zu diesem Ergebnis kommen.

Für jedes bestehende Modell wurden die bewerteten Haltungen in zehn Klassen mit gleich vielen Haltungen einsortiert – von Klasse 1 mit den 10 % aller Haltungen der geringsten Abnutzung bis Klasse 10 mit den 10 % aller Haltungen der höchsten Abnutzung. Ausgewählt wurden alle Haltungen, die von den fünf Modellen gleich klassiert wurden, wobei eine Abweichung von einer Klasse zur durchschnittlichen Klasse toleriert wurde. Diese Einigkeit war bei ca. 30 000 Haltungen gegeben, von denen jeweils eine Hälfte für die Kalibrierung und die andere Hälfte für die Validierung verwendet wurde. Das Modell wurde durch eine Kombination aus Optimierungsalgorithmus und Rasteranalyse kalibriert. Als Bewertungskriterium für die Güte des SubKanS-Modells wurde der Anteil der Haltungen, bei dem die Klassifizierung durch das SubKanS-Modell mit der Klassifizierun

Die Kalibrierung ergab eine achtfache Gewichtung von Punktschäden und eine dreifache Gewichtung von Umfangsschäden gegenüber Streckenschäden (Abbildung 2). Die Schwere der Schäden bzw. Schadensbilder von Zustandsklasse 0 bis 4 werden mit den Klassengewichten 1,0; 0,8; 0,25; 0,15 und 0,05 gewichtet. Das SubKanS-Modell ordnet mit 64,3 % knapp zwei Drittel der Haltungen in die exakte gleiche Klasse ein wie die bestehenden Modelle. Zu 97,8 % wurde die entsprechende Klasse mit der tolerierten Abweichung getroffen. Die beiden Trefferquoten waren bei der Berechnung des Validierungsdatensatzes mit 62,8 % und 97,6 % nur geringfügig schlechter und konnten somit bestätigt werden.

4 Anwendungs- und Interpretationsbeispiele

hEin praktischer Nutzen der Substanzklassifizierung ergibt sich sowohl auf Objektebene als auch auf (Teil-)Netzebene. Auf Objektebene können aus der Substanzklasse Abnutzungsvorrat, Sanierungstendenz und Sanierungserfolg abgeschätzt werden, wie am folgenden Beispiel erläutert wird.

Für die in Abbildung 3 dargestellte Haltung ergibt sich die Substanz bzw. der Abnutzungsvorrat zu 66 %; sie ist mit einer Zustandsklasse ZK 1 nach Tabelle 2 in die Substanzklasse SBK 2 an der Grenze zu SBK 3 einzuordnen. Wird der klaffende Riss an Station 27,10 m repariert, verbessert sich die Substanz auf 71 % (ZK 2, SBK 3). Werden zudem sämtliche schadhaften Anschlüsse wiederhergestellt, ergibt sich eine Substanz von 80 % (ZK 3, SBK 3 mit Tendenz zu SBK 4). Die Reparaturen der Anschlüsse und bzw. oder des klaffenden Risses würden somit dazu führen, dass sich die Substanzklasse der Haltung von ursprünglich Substanzklasse SBK 2 auf SBK 3 nur leicht verbessert. Um die Substanz vollständig wiederherzustellen, wäre aufgrund des Oberflächenschadens mit sichtbaren Zuschlagsstoffen eine investive Sanierung erforderlich (vgl. auch Tabelle 4).

Abb. 3: Haltungsbeispiel Haltung H0000082 (Darstellung: Pecher & Partner) [Quelle: KA / Kerres]

Auf (Teil-)Netzebene können aus der Kombination von Zustands- und Substanzklasse gegenwärtige und mittelfristig erwartbare Risiken sowie erwartbare Sanierungslasten abgeleitet werden. In Abbildung 4 ist ein reales Teilnetz nach Zustandsund Substanzklasse eingefärbt. Etwa 48 % der Haltungen ist den Zustandsklassen ZK 0–2 (vgl. auch Abbildung 5) zuzuordnen. Aus der Gegenüberstellung von Zustand und Substanz (vgl. auch Tabelle 5) wird deutlich, dass Haltungen mit hoher Sanierungspriorität und guter Substanz existieren, die zwar dringend, aber nur mit geringem Aufwand zu sanieren sind. Umgekehrt existieren Haltungen mit nachrangiger Sanierungspriorität, aber geringer Substanz.

Hier wird der Vorteil der Substanzklassifizierung sichtbar, da bei Beurteilung allein auf Grundlage der prioritätsorientierten Zustandsklasse übersehen werden könnte, dass solche Haltungen zukünftig voraussichtlich investiv zu sanieren wären.

Es ist in diesem Zusammenhang unbedingt festzuhalten, dass die Ableitung eines Sanierungshauptverfahrens nicht allein über die Substanzklasse erfolgen kann (oder soll). Neben Substanz sind zusätzliche ingenieursmäßige Beurteilungen und die Einbeziehung zahlreicher weiterer Randbedingungen, insbesondere der kaufmännischen Faktoren, für die dezidierte Festlegung von Sanierungsverfahren erforderlich. Ungeachtet dessen kann für das beispielhafte Teilnetz aus der Gegenüberstellungvon Zustand und Substanz im Einzelnen folgendes abgeleitet werden (vgl. auch Tabelle 5):

  • 205 Haltungen (ca. 15 %, grün hinterlegt) sind in Bezug auf Zustand und Substanz unkritisch. Gegenwärtig besteht kein Sanierungsbedarf, auch mittelfristig ist kein großes Risiko vorhanden (erwartbar sind gegebenenfalls vereinzelt erforderliche Reparaturen). Die Substanz dieser Haltungen weist auf einen erheblichen Abnutzungsvorrat, verbunden mit einer langen technischen Restnutzungsdauer, hin.
  • 92 Haltungen (ca. 7 %, gelb hinterlegt) sind bei hoher Sanierungspriorität in Bezug auf die Substanz unkritisch. Erwartbar ist, dass diese Haltungen mit großem Erfolg repariert werden können. Abnutzungsvorrat und technische Restnutzungsdauer dieser Haltungen sind durch die Sanierung in hohem Maß wiederherstellbar.
  • 428 Haltungen (ca. 32 %, rot hinterlegt) weisen bei niedriger Substanz eine hohe Sanierungspriorität auf. Erwartbar ist, dass diese Haltungen sofort bis mittelfristig und in der Regel mittels investiver Verfahren zu sanieren sind. Bei 25 Haltungen ist der Abnutzungsvorrat erschöpft; das Ende der technischen Nutzungsdauer ist erreicht.
  • 452 Haltungen (ca. 34 %, orange hinterlegt) sind in Bezug auf ein zuzuordnendes Sanierungsverfahren indifferent und können je nach Randbedingungen entweder noch sinnvoll repariert oder müssen investiv saniert werden.
  • 79 Haltungen (blau hinterlegt) weisen eine nachrangige Sanierungspriorität bei allerdings nur geringer Substanz auf. Dies gilt insbesondere für 18 Haltungen (rote Schrift), die mit hoher Wahrscheinlichkeit investiv zu sanieren sind.

Tabelle 4: Ermittlung von Abnutzung und Substanzklasse für das in Abbildung 3 dargestellte Haltungsbeispiel [Quelle: KA / Kerres]

Auf (Teil-)Netzebene ermöglicht die Kenntnis über die Verteilung der Substanzklassen zusammenfassend eine Einschätzung des vorhandenen Sanierungs- bzw. Investitionsbedarfes, die den Netzbetreiber bei der Entwicklung bzw. Überprüfung und Anpassung der Sanierungsstrategie unterstützen soll. Im konkreten Beispiel-Kanalnetz wäre deshalb kritisch zu überprüfen, ob die bisher durchgeführte bzw. geplante Sanierungstätigkeit in Hinblick auf das Kriterium Substanz ausreichend ist. Wird zudem das Netzalter sowie die erwartete Nutzungsdauer berücksichtigt, kann eine erste Einschätzung vorgenommen werden, ob gegebenenfalls bereits ein unangemessener Netzverschleiß und damit Substanzverzehr vorhanden ist, dem durch eine geeignete Sanierungsstrategie vorgebeugt werden muss.

Abb. 5: Reales Teilnetz mit 1337 Haltungen: Zustands- und Substanzklassenverteilung [Quelle: KA / Kerres]

5 Fazit und Ausblick

Durch die Schaffung einer einheitlichen Definition von Substanz mit einer entsprechenden Substanzklassifizierung ist es möglich, auf Basis von in der Regel verfügbaren Stamm- und Zustandsdaten auf Objektebene weitreichende Aussagen über erwartbare Sanierungsverfahren und Sanierungserfolge zu treffen. Auf Netzebene erlaubt die Substanzklassifizierung eine deutlich umfassendere Analyse des Systems als dies bei alleiniger Betrachtung der Zustandsklasse möglich ist: Sanierungslasten können abgeschätzt und insbesondere Risiken identifiziert werden.

Substanz bzw. Substanzklasse stellen damit neben dem baulichen/ betrieblichen Zustand eine weitere Zustandsinformation dar und sind wesentliche Grundlage einer strategischen Sanierungsplanung bzw. präventiven Instandhaltung von Kanalisationen. Zahlreiche weitere Gründe für die Notwendigkeit der Substanz als Bewertungsparameter für Kanalisationen sind in DWA-A 143-14 [5] aufgeführt. Um dieser Notwendigkeit Rechnung zu tragen, wurde die DWA-Arbeitsgruppe ES-4.7 „Sanierungsstrategien“ in enger Abstimmung mit der DWA-Arbeitsgruppe ES-4.1 „Zustandserfassung und -beurteilung“ mit der Erstellung des Merkblatts DWA-M 149-10 „Zustandserfassung und -beurteilung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden, Teil 10: Substanzklassifizierung” beauftragt.

Die Methodik zur Substanzklassifizierung baut auf den Ergebnissen einer optischen Zustandserfassung auf. Sie wurde für Kanalhaltungen entwickelt und parametrisiert, ist aber vom Grundsatz auf andere Systemelemente, wie Schächte, Anschlusskanäle oder Grundstücksentwässerungsanlagen übertragbar. Insbesondere für Schächte werden weitergehende Betrachtungen angestrebt, um den Bauwerkseigenschaften und den statischen Verhältnissen gerecht werden zu können. Eine Übertragbarkeit auf andere Infrastrukturen ist ebenfalls möglich, sofern Inspektionsergebnisse vorliegen.

Dank

Das dieser Veröffentlichung zugrundeliegende Vorhaben SubKanS wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie unter den Förderkennzeichen 03TNH007 A-J gefördert. Die Verbundpartner danken dem Projektträger für die finanzielle Unterstützung. Ebenfalls möchten sich die Verbundpartner bei den zahlreichen Fachleuten aus Forschung, Wirtschaft, öffentlicher Hand und Verbänden für ihre kollegiale fachliche Unterstützung bedanken. Ihr wertvolles Feedback wurde umfassend in die Methodenentwicklung eingebunden.

Literatur

[1] DIN EN 752 „Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden – Kanalmanagement“, Beuth, Berlin, 2017

[2] DIN EN 14654-2 „Management und Überwachung von betrieblichen Maßnahmen in Abwasserleitungen und -kanälen – Teil 2: Sanierung“, Beuth, Berlin, 2013

[3] Arbeitsblatt DWA-A 143-1 „Sanierung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden – Teil 1: Planung und Überwachung von> Sanierungsmaßnahmen“, Hennef, 2015

[4] Merkblatt DWA-M 149-3 „Zustandserfassung und -beurteilung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden – Teil 3: Beurteilung nach optischer Inspektion“, Hennef, 2015

[5] Arbeitsblatt DWA-A 149-14 „Sanierung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden – Teil 14: Entwicklung einer Sanierungsstrategie“, Hennef, 2017

[6] Abschlussbericht des Verbundvorhabens „Entwicklung eines Standards zur Bewertung und Klassifizierung der baulichen Substanz von Kanalisationen (SubKanS)“ im Förderschwerpunkt Wissenstransfer durch Normung und Standardisierung des BMWi, Förderkennzeichen 03TNH007 A-J (noch unveröffentlicht)

[7] DWA-Themenband T4/2012 „Leitfaden zur strategischen Sanierungsplanung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden“, Hennef, 2012

[8] Merkblatt DWA-M 149-2 „Zustandserfassung und -beurteilung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden – Teil 2: Kodiersystem für die optische Inspektion“, Hennef, 2013

[9] „Baufachliche Richtlinien Abwasser – Arbeitshilfen zu Planung, Bau und Betrieb von abwassertechnischen Anlagen in Liegenschaften des Bundes“, Bundesministerium des Innern, für Bau und Heimat (BMI), 2019

[10] Berger, C.; Falk, C.; Hetzel, F.; Pinnekamp, J.; Ruppelt, J.; Schleiffer, P.; Schmitt, J. „Zustand der Kanalisation in Deutschland – Ergebnisse der DWA-Umfrage 2020“, KA Korrespondenz Abwasser, Abfall 2020, 67 (12), 939–953

Autoren

Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres, Dipl.-Ing. Sylvia Gredigk-Hoffmann
Fachhochschule Aachen
Fachbereich 2 Bauingenieurwesen, Lehrgebiet Netzmanagement
Bayernallee 9, 52066 Aachen
E-Mail: kerres@fh-aachen.de, gredigk@fh-aachen.de

Stefan Orlik, M. Eng., Prof. Dr.-Ing. Torsten Schmidt
Hochschule Magdeburg Stendal
Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft/Infrastrukturentwicklung
Breitscheidstraße 2, 39114 Magdeburg
E-Mail: stefan.orlik@h2.de, torsten.schmidt@h2.de

Malte Zamzow, M. Sc.
Kompetenzzentrum Wasser Berlin gGmbH
Cicerostraße 24, 10709 Berlin
E-Mail: malte.zamzow@kompetenz-wasser.de

Dipl.-Ing. (FH), Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Rüdiger Jathe,
Dipl.-Ing. Ralph Zwafink
hanseWasser Bremen GmbH
Birkenfelsstraße 5, 28217 Bremen
E-Mail: jathe@hansewasser.de, zwafink@hansewasser.de

Dipl.-Ing. Christoph Plogmeier
Gelsenwasser AG
Willy-Brandt-Allee 26, 45891 Gelsenkirchen
E-Mail: christoph.plogmeier@gelsenwasser.de

Dipl.-Ing. Michael Hippe
Fischer Teamplan Ingenieurbüro GmbH
Holzdamm 8, 50374 Erftstadt
E-Mail: michael.hippe@fischer-teamplan.de

Dipl.-Ing. Ingo Kropp
3S Consult GmbH – Büro Dresden
Schillerplatz 2, 01309 Dresden
E-Mail: kropp@3sconsult.de

Dipl.-Ing. Klaus-Jochen Sympher
Dr.-Ing. Pecher und Partner Ingenieurgesellschaft mbH
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