Eisenbahn-Bundesamt

Ziel Die Untersuchung bewertet moderne Bremstechnologien für verschiedene Einsatzfälle des Schienengüterverkehrs. Es werden technische, verkehrliche und wirtschaftliche Effekte simulationsbasiert analysiert, Kosten ermittelt und Migrationspfade aufgezeigt. Beschreibung Die Bremstechnik im Schienengüterverkehr hat sich – abgesehen von Lärmminderungen – seit Jahrzehnten kaum weiterentwickelt. Moderne Systeme wie elektropneumatische oder vollelektrische Bremsen könnten prinzipiell die Reaktions- und Lösezeiten deutlich verkürzen, Bremswege vereinheitlichen sowie Betrieb und Instandhaltung erleichtern. Dadurch wären betriebliche Vorteile wie höhere Kapazitäten und Geschwindigkeiten möglich. Zusätzlich bieten automatisierte Prozesse bei Bremsproben und wagentechnischen Untersuchungen weiteres Effizienzpotenzial. Die Einführung der Digitalen Automatischen Kupplung (DAK) schafft dafür wichtige Voraussetzungen, da sie Strom- und Datenverbindungen zwischen Waggons ermöglicht. Der Nutzen und die Umsetzbarkeit solcher Innovationen variieren je nach Marktsegment wie Ganzzug- oder Einzelwagenverkehr.

Aus vielfältigen Vorgaben zu Kontroll- und Instandhaltungsmaßnahmen von Güterwagen sollen konkrete technische Anforderungen an die Zustandsüberwachung abgeleitet werden. Das Ziel ist ein Portfolio mit bewerteten Einzellösungen, das die Anforderungen und den Mehrwert der Zustandsüberwachung in einzelnen Bereichen der Instandhaltung definiert und als Grundlage zur Ableitung von Konzepten einer aufwandsreduzierten Instandhaltung dient. Mittels Zustandsüberwachung (engl. Condition Monitoring, CM) können Defekte an Schienenfahrzeugen frühzeitig erkannt werden. Deren Kenntnis bietet einen großen Mehrwert für die Planung der Instandhaltungsmaßnahmen und dient der Vermeidung größerer Betriebsstörungen. Ein weiteres Potenzial, das bisher lediglich eingeschränkt genutzt wird, ist die Reduktion der Kontroll- und Instandhaltungsaufwände durch den Einsatz von Zustandsüberwachung in Kombination mit der (Teil-)Automatisierung der Prozesse. Viele Anforderungen aus etablierten regulatorischen, technischen und anderweitigen Vorgaben für Kontroll- und Instandhaltungsmaßnahmen können grundsätzlich durch die Verwendung der Zustandsüberwachung erfüllt werden. Gleichzeitig sind diese Vorgaben nicht auf deren Einsatz ausgerichtet und enthalten deshalb keine konkreten technischen Anforderungen an die Systeme der Zustandsüberwachung. Die Konkretisierung der technischen Anforderungen an die Zustandsüberwachung zur Erfüllung bestehender Vorgaben eröffnet Spielräume für eine aufwandsreduzierte (teil-)automatisierte Instandhaltung, steigert den Mehrwert und kann zur Kosten- und Aufwandsreduktion im Schienengüterverkehr (SGV) beitragen.

Zunehmende Hitze- und Dürreperioden erhöhen das Risiko von Böschungsbränden entlang von Bahnstrecken und führen regelmäßig zu Störungen im Schienenverkehr. Bisher fehlen praxistaugliche Konzepte, um dieses Risiko wirksam zu reduzieren. Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Erprobung vegetationsbasierter Brandbarrieren an Bahnböschungen. Dafür werden geeignete Pflanzen identifiziert, experimentell auf ihr Brandverhalten untersucht und in Labor- sowie Praxisversuchen getestet. Anschließend wird ein Prototyp unter realen Bedingungen über mehrere Vegetationsperioden beobachtet. Das Vorhaben soll wissenschaftlich fundierte und anwendbare Lösungen liefern, die bei Planung, Ausbau und Instandhaltung von Bahnstrecken eingesetzt werden können. Damit trägt es zur Verbesserung der Betriebssicherheit und zur Stärkung der Klimaresilienz der Schieneninfrastruktur bei.

Ziel des Projektes ist es, eine aussagekräftige, unabhängige Bewertung zu erbringen, ob die Anwendung der partnerschaftlichen Projektabwicklung bei komplexen Eisenbahninfrastrukturvorhaben des Bundes wirtschaftlicher als die konventionelle Projektabwicklung ist. Die partnerschaftliche Projektabwicklung stellt in Deutschland eine neue Form der baulichen Projektabwicklung bei Schieneninfrastrukturprojekten des Bundes dar, so dass die theoretischen Potentiale (u. a. eine höhere Geschwindigkeit bei der Projektabwicklung sowie eine höhere Qualität der Auftragsausführung der Baumaßnahmen, bessere Ausnutzung begrenzter Planungs- und Baukapazitäten und geringere Kosten) weder bestätigt noch widerlegt werden können. Daher sollen im Projekt Kennzahlen entwickelt werden, um die zwei Ansätze der Projektabwicklung miteinander zu vergleichen.

Auftragsgegenstand ist die Erstellung des Prüfberichtes zum Infrastrukturzustands- und -entwicklungsbericht (IZB) für das Berichtsjahr 2023 (IZB 2023) der LuFV III; optional auch für die Berichtsjahre 2024 bis 2026. Weiterhin soll die Möglichkeit geschaffen werden, im Bedarfsfall aus einer Rahmenvereinbarung weitere Prüfungen zur Generalsanierung (GS) und zum Hochwertigen Schienenersatzverkehr (SEV) der GS abrufen zu können.

Die internationale Studie untersucht, wann Bahnnutzung zufrieden macht, welche Faktoren Stressresistenz prägen und was Deutschland von anderen Ländern lernen kann. Ziel Das Projekt schafft eine belastbare, internationale Datengrundlage zur Bahnzufriedenheit und Fahrgastresilienz, leitet evidenzbasierte Handlungsempfehlungen ab und zeigt auf, welche internationalen Erkenntnisse auf Deutschland übertragbar sind. Die im Projekt entwickelten Messinstrumente werden so veröffentlicht, dass Dritte die Erhebung replizieren können und perspektivisch Analysen im Zeitverlauf möglich sind. Beschreibung Aktuell wird eine gewisse Resilienz der Fahrgäste im Umgang mit Unzuverlässigkeiten bei der Bahnnutzung immer wichtiger. Damit der Schienenpersonenverkehr (SPV) eine attraktive Option bei der Verkehrsmittelwahl bleibt, ist deshalb eine höhere Fahrgastzufriedenheit und -resilienz von großer Bedeutung. Interessanterweise ist die Bahnzufriedenheit in einigen anderen Ländern höher als in Deutschland, obwohl die SPV-Nutzung dort nicht substanziell einfacher oder zuverlässiger ist. Das Projekt wird deshalb einerseits erarbeiten, wovon die Bahnzufriedenheit und Fahrgastresilienz in verschiedenen Ländern abhängen, und andererseits untersuchen, welche Impulse und Maßnahmen sich aus einem internationalen Vergleich ergeben, die sich auf Deutschland übertragen lassen, um diese Faktoren hierzulande zu verbessern. Bislang fehlen solch vergleichbare, valide internationale Daten, was entsprechende Analysen erschwert.

Ingenieurbauwerke spielen eine wichtige Rolle für die Erfüllung der Transport- und Mobilitätsbedarfe von Wirtschaft und Gesellschaft in Deutschland und Europa. Angesichts des zunehmenden Alters dieser Ingenieurbauwerke und den damit einhergehenden Schädigungen ist es von großer Bedeutung, diese Ingenieurbauwerke instand zu halten. Dabei spielen Brücken- und Tunnelbauwerke eine wichtige/essentielle Rolle, deren Erhaltungsmanagement eine zunehmend bedeutende Aufgabe darstellt und somit weiter in den Fokus rückt. Derzeit werden Ingenieurbauwerke der Verkehrsinfrastruktur im Rahmen eines reaktiven Prozesses instandgehalten. Ein wichtiger Faktor bei der Verbesserung des Instandhaltungsmanagements von Ingenieurbauwerken ist die Verfügbarkeit von ausreichenden Informationen über den Betrieb und die Instandhaltung im gesamten Lebenszyklus. Können diese Informationen in Form von digitalen Daten erhoben werden, lassen sich auch digitale Unterstützungsprozesse zur Entlastung anwenden. Dazu müssen diese Daten einheitlich erfasst, verknüpft und langfristig gespeichert werden, um sie in digitalen Modellen zu verwenden. Dies kann durch die Nutzung von digitalen Systemen wie Building Information Modeling (BIM) bewerkstelligt werden. In der Regel stehen für neu gebaute Bauwerke hochwertige digitale 3D-Modelle zur Verfügung, die als Grundlage für das Bauwerksmanagement in der Betriebsphase verwendet werden können. Dies ist bei bestehenden Bauwerken nicht immer gegeben. Dies kann jedoch durch neue, modulare Ansätze zur (weitgehend) automatisierten Umwandlung von 3D-Punktwolken in 3D-Modelle erreicht werden. Allerdings gibt es noch viele offene Fragen, die untersucht und geklärt werden müssen, z. B. welche Ansätze am besten geeignet sind und welche Probleme bei der Anwendung dieser Verfahren in der Praxis zu erwarten sind. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Standard-Vorgehensweisen zur (weitgehend) automatischen Generierung von 3D-Modellen von Ingenieurbauwerken aus 3D-Punktwolken als Grundlage für ein BIM-basiertes prädiktives Instandhaltungsmanagement (PM). Die entwickelte Methodik zur (weitgehend) automatischen Generierung der 3D-Modelle von Ingenieurbauwerken aus 3D-Punktwolken ist anhand eines entsprechenden Demonstrators darzustellen und in Form von Handlungsempfehlungen berichtsmäßig aufzubereiten.

Ingenieurbauwerke spielen eine wichtige Rolle für die Erfüllung der Transport- und Mobilitätsbedarfe von Wirtschaft und Gesellschaft in Deutschland und Europa. Angesichts des zunehmenden Alters dieser Ingenieurbauwerke und den damit einhergehenden Schädigungen ist es von großer Bedeutung, diese Ingenieurbauwerke instand zu halten. Dabei spielen Brücken- und Tunnelbauwerke eine wichtige/essentielle Rolle, deren Erhaltungsmanagement eine zunehmend bedeutende Aufgabe darstellt und somit weiter in den Fokus rückt. Derzeit werden Ingenieurbauwerke der Verkehrsinfrastruktur im Rahmen eines reaktiven Prozesses instandgehalten. Ein wichtiger Faktor bei der Verbesserung des Instandhaltungsmanagements von Ingenieurbauwerken ist die Verfügbarkeit von ausreichenden Informationen über den Betrieb und die Instandhaltung im gesamten Lebenszyklus. Können diese Informationen in Form von digitalen Daten erhoben werden, lassen sich auch digitale Unterstützungsprozesse zur Entlastung anwenden. Dazu müssen diese Daten einheitlich erfasst, verknüpft und langfristig gespeichert werden, um sie in digitalen Modellen zu verwenden. Dies kann durch die Nutzung von digitalen Systemen wie Building Information Modeling (BIM) bewerkstelligt werden. In der Regel stehen für neu gebaute Bauwerke hochwertige digitale 3D-Modelle zur Verfügung, die als Grundlage für das Bauwerksmanagement in der Betriebsphase verwendet werden können. Dies ist bei bestehenden Bauwerken nicht immer gegeben. Dies kann jedoch durch neue, modulare Ansätze zur (weitgehend) automatisierten Umwandlung von 3D-Punktwolken in 3D-Modelle erreicht werden. Allerdings gibt es noch viele offene Fragen, die untersucht und geklärt werden müssen, z. B. welche Ansätze am besten geeignet sind und welche Probleme bei der Anwendung dieser Verfahren in der Praxis zu erwarten sind. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Standard-Vorgehensweisen zur (weitgehend) automatischen Generierung von 3D-Modellen von Ingenieurbauwerken aus 3D-Punktwolken als Grundlage für ein BIM-basiertes prädiktives Instandhaltungsmanagement (PM). Die entwickelte Methodik zur (weitgehend) automatischen Generierung der 3D-Modelle von Ingenieurbauwerken aus 3D-Punktwolken ist anhand eines entsprechenden Demonstrators darzustellen und in Form von Handlungsempfehlungen berichtsmäßig aufzubereiten.

Demonstratoren und Normungsvorschläge für den Sicherheitsnachweis interpretierbarerer KI-Komponenten in sicherheitsrelevanten Bahnanwendungen Ziel Im Vorhaben sollen Erfahrungen beim Risikomanagement im Rahmen des Sicherheitsnachweises für interpretierbare KI-Komponenten gesammelt werden, indem die Anwendbarkeit von gängigen Normen für die Softwareentwicklung bewertet wird. Dabei werden Demonstratoren für ein technisches Wahrnehmungssystem für den fahrerlosen Schienenverkehr sowie die KI-unterstützte prädiktive Instandhaltung eines Infrastrukturelements entwickelt. Die Erkenntnisse daraus zusammen mit Auswertungen zu weiteren Bahnanwendungen sollen zu Normungsempfehlung verhelfen. Beschreibung Softwaresysteme für Bahnanwendungen werden zukünftig vermehrt aus Komponenten bestehen, die Künstliche Intelligenz (KI) verwenden. Das betrifft Anwendungen im Bereich des fahrerlosen Fahrens (GoA3+), der digitalen und datenbasierten Instandhaltung (IH) beispielsweise mittels prädiktiven IH-Strategien (PM), aber auch Aufgaben in den Bereichen des Kapazitätsmanagements wie Trassenvergabe, Fahrplanerstellung oder Disposition sowie der Security. Der Einsatz von Software im Eisenbahnbetrieb, die als KI-Systeme nach AI Act gelten, ist in Bezug auf Sicherheitsnachweise noch Gegenstand der Forschung. Obwohl für die Softwareentwicklung anwendbare Normen wie EN 50128:2012, EN 50129:2019, EN 50657:2017, Entwurf EN 50716:2022, IEC 62279 und IEC 61508 existieren, fehlt es noch an wissenschaftlichen Erkenntnissen und Erfahrungen, die eine Zulassung speziell von KI-Systemen unterstützen.

Im Projekt sollen mögliche Einsatzfälle und die Anforderungen verschiedener Akteure (behinderte und/oder mobilitätseingeschränkte Fahrgäste, EVU, Hersteller) an selbstständig bedienbare fahrzeugseitige Einstiegshilfen definiert werden. Ziel Ziel des Projekts ist die Definition von Anforderungen an selbstständig bedienbare fahrzeugseitige Einstiegshilfen und die Prüfung möglicher Einsatzfälle und der Umsetzbarkeit solcher Systeme im realen Eisenbahnbetrieb. Im Ergebnis sollen Anforderungskataloge für selbstständig bedienbare fahrzeugseitige Einstiegshilfen entstehen, die mit den betroffenen Akteuren (behinderte und/oder mobilitätseingeschränkte Fahrgäste, EVU, Hersteller) abgestimmt sind. Beschreibung Höhendifferenzen zwischen Bahnsteig und Fahrzeugeinstieg erschweren oder verhindern insbesondere für Personen mit Behinderungen oder eingeschränkter Mobilität (PRM), z. B. Rollstuhlfahrende, den Zugang zu Schienenfahrzeugen. Abhilfe zur Überwindung der Höhendifferenzen können fahrzeugseitige Einstiegshilfen schaffen. Allerdings sind diese momentan im Regelfall nicht selbstständig von den Fahrgästen bedienbar. Die daraus resultierende, teilweise fehlende selbstständige Zugänglichkeit der Fahrzeuge insbesondere für PRM steht im Konflikt zum Grundsatz der größtmöglichen Unabhängigkeit in der persönlichen Mobilität (Art. 20 UN-Behindertenrechtskonvention). Die im Grundgesetz (GG) und der UN-BRK geforderte Barrierefreiheit ist somit momentan nicht vollständig gegeben. Bevor sich selbstständig bedienbare fahrzeugseitige Einstiegshilfen in der Praxis etablieren können, besteht jedoch hoher Abstimmungsbedarf zu den Systemanforderungen.