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Our currency for capacity brings creativity to planning for U.S. freight railroad

January 25, 2022 – 9:14 am

Die Bestimmung der Kapazität von Eisenbahnen war schon immer eine Herausforderung, da die Abhängigkeiten zwischen Infrastruktur, Rollmaterial, Sicherungssystemen und betrieblichen Abläufen enorm sind. Projekte zur Kapazitätsplanung in Südkalifornien und im Pazifischen Nordwesten nutzen jetzt einen innovativen Planungsansatz „made by DB E.C.O. Group“.

Güterbahn Kalifornien - innovative Planungsmethodik made by DB E.C.O. Group

Wenn eine Eisenbahn nach Fahrplan verkehrt, kann man mit der Konzipierung des Angebots beginnen, darauf aufbauend bestimmen, was an Gleisinfrastruktur und Fahrzeugen benötigt wird. Bei einer Güterbahn sind die Dinge etwas komplizierter, denn sie verkehren nicht nach einem Fahrplan. In den USA, wo die privaten Güterbahnen volle Kontrolle über den Betrieb und die Infrastruktur haben, werden die Züge vom Terminal auf die Strecke geschickt, wenn sie beladen und abfahrbereit sind. Vereinfacht gesagt: Die Terminals bestimmen, wann gefahren wird, nicht die Strecke. Zusätzlich verkompliziert die schwierige Vorhersagbarkeit von Güternachfrage alle langfristigen Planungsarbeiten: Es ist kompliziert, heute mit Sicherheit zu sagen, von wo nach wo Güterzüge in fünf oder zehn Jahren fahren müssen, um den Marktbedürfnissen gerecht zu werden?

Dieser Herausforderung hat sich ein Team erfahrener Berater:innen der DB E.C.O. Group in den USA gestellt.

Unser Team ließ sich vom Konzept des Deutschlandtakts und der Algorithmik hinter der Click & Ride-App der DB Netz AG inspirieren, um unsere Unterstützung bei der Entscheidung über Infrastrukturinvestitionen für eine große U.S. Güterbahn anzubieten, die ein Streckennetz von über 52,000 Kilometern betreibt.

Von Südkalifornien bis in den Nordwesten

Unser Angebot konzentrierte sich auf zwei der verkehrsreichsten Korridore. Der San Bernardino-Korridor in Südkalifornien dient als Zugang zu den Container-Hubs der Häfen von Los Angeles/Long Beach und zur lokalen Logistik- und Lagerhaltungsindustrie. Der andere Korridor befindet sich im Nordwesten der USA zwischen Seattle und Tacoma, wo das Unternehmen intermodale Terminals und Häfen für den Export von landwirtschaftlichen Gütern wie Getreide bedient – genügend Getreide, um 900 Millionen Menschen ein Jahr lang mit Brot zu versorgen.

Für beide Korridore wird ein starkes Nachfragewachstum im Güter- und Personenverkehr erwartet. Deshalb sollen frühzeitig notwendige Maßnahmen zur Erhöhung der Kapazität definiert und diese in effektive Ausbauschritte aufgeteilt werden, so dass der Bedarf über die kommenden 20 Jahren gesichert ist. Geeignete Maßnahmen zu identifizieren, ist komplex, da der tägliche Betrieb mit einer Vielzahl von Zugtypen, variierendem Verkehr und einer Disposition herausfordernd erscheint und der Betrieb ohne Fahrplan jeden Tag neu abwickelt werden muss. Die in den USA üblichen Planungsansätze würden nun versuchen, die gesamte Komplexität abzubilden, um dann auf Basis von Simulationen eine lange und kostspielige Liste von Ausbauprojekten vorzulegen, die eine „flexible“ Infrastruktur schaffen sollen. Dieser Ansatz konnte aber aufgrund der erwarteten Kosten von Ausbauten im städtischen Kontext von Südkalifornien und im ökologisch sensiblen Umfeld zwischen Seattle und Tacoma nicht überzeugen.

„Währung für die Kapazität“

Unser Team entwickelte daraufhin gemeinschaftlich mit dem Unternehmen einen neuen Ansatz. Er basiert darauf, den Betrieb zu ordnen, Struktur in die Komplexität zu bringen und eine maximale Nutzung der bestehenden Infrastruktur gekoppelt mit zielgerichteten Investitionen anzustreben. Selbstverständlich wird der Güterverkehr auch in Zukunft komplex sein, mit breiter Streuung, was die Länge, das Gewicht, die Geschwindigkeit und die Angebotsanforderungen der Züge angeht, so dass unregelmäßige Abfahrtszeiten und divergierende Fahrzeiten angenommen werden müssen. Anstelle einer Simulation aller Faktoren, wird die Planung vereinfacht, indem ein normierter Zug zusammen mit standardisierten Dispositionsentscheidungen, sozusagen als „Währung für die Kapazität“, zur Grundlage der Trassenplanung gemacht wird. Für den San Bernardino-Korridor ist dies ein Zug mit einer Länge von 2.590 Metern (8.500 Fuß), einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit von 80 km/h (50 mph) und einer Lokomotivleistung von drei PS pro Tonne Zuggewicht.

Als ersten Schritt sättigen wir den Korridor mit Trassen für den normierten Zug und entwickeln ein Verständnis für die Einschränkungen, die uns daran hindern, noch weitere Trassen hinzuzufügen – sei es das Signalsystem, die Gleisinfrastruktur oder die Schnittstellen zu den Güterbahnhöfen. Als Nächstes stellen wir das mögliche Angebot an Normtrassen der tatsächlich erwarteten Nachfrage nach Trassen gegenüber, bewerten Kapazitätslücken und ermitteln geeignete Maßnahmen, um die notwendige Anzahl an Trassen bereitstellen zu können. Im Ergebnis erhalten wir ein Raster von Normtrassen, also eine der Planung zugrundeliegende Ordnung, die es erlaubt, Ausbaumaßnahmen eindeutig mit dem erzielten Kapazitätsgewinn zu verknüpfen.

Erfahrungen aus früheren Projekten haben uns dazu veranlasst Normtrassen im Kontext einer nordamerikanischen Güterbahn nicht als vorgeschriebene Fahrpläne zu verstehen bzw. darzustellen. Stattdessen beschreiben die Trassen, für welchen idealen Zugtyp und Betriebsablauf der Korridor ausgelegt ist, das heißt, wie die maximal mögliche Ausnutzung des Korridors aussehen kann. Der tatsächliche Zugbetrieb wird sich weiterhin an den gegebenen Marktbedürfnissen ausrichten. Unser Raster von Normtrassen dient somit als Referenz, den zusätzlichen Kapazitätsverbrauch von Zugbewegungen, die von der Norm abweichen, zu bewerten. So kann unser Ansatz eingesetzt werden, um wirtschaftlich sinnvolle Entscheidungen zu treffen, wenn es um die Frage geht, wie viel betriebliche Flexibilität mit teuren Infrastrukturinvestitionen erkauft werden sollte oder ab welchem Punkt es besser ist, sich dem idealen Zugtyp und Betriebsablauf anzunähern.

Ein neuer Ansatz zur „vollen Flexibilität“

Im Laufe des Projekts für den San Bernardino-Korridor wurde deutlich, dass die niedrige Geschwindigkeit bei Einfahrt in den intermodalen Güterbahnhof Hobart zu Kapazitätsverlusten auf der Strecke führt und zusätzliche Trassen zu den Häfen von Los Angeles/Long Beach blockiert. Darüber hinaus führt die mangelnde Abstimmung unter den Passagierverkehren dazu, dass mehr Normtrassen als nötig belegt werden. Zudem zwingt das Fehlen von Abstellgleisen in der Zufahrt zu den meistbelasteten Korridorabschnitten die Disposition dazu, für längere Zeit Güterzüge an ungünstigen Orten abzustellen, bis ein Gleis am Zielbahnhof oder in den Häfen frei wird. Unser Projekt hat nun gezielte Investitionen herausgearbeitet, die eine Trennung von Güter- und Personenverkehr ermöglichen, verlängerte Einfahrtsgleise für den Güterbahnhof Hobart vorsehen, neue Abstellgleise im Zulauf ausweisen und das Signalsystem des Korridors verbessern.

Im Nachhinein erscheinen diese Empfehlungen zwar selbstverständlich, aber das waren sie zu Beginn des Projekts nicht. Mit Blick auf den fahrplanlosen Betrieb konzentrieren sich die Planer in den USA in der Regel auf den Bau zusätzlicher Hauptgleise und überdimensionieren die Infrastruktur, um der Forderung nach „voller Flexibilität“ nachzukommen. Mit diesem Projekt konnten wir diese Haltung ändern und einen neuen Ansatz etablieren.

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