OPTIWAND - Inverse Optimierung von Lärmschutzwanddimensionen

Ausgangssituation/Motivation

Die Planung von Lärmschutzwänden für ASFINAG- und ÖBB-Bestands- und Neubauprojekte sowie für die Straßenverwaltungen der Bundesländer erfolgt in Österreich aufgrund definierter Richtlinien (inklusive Regelwerke, Verordnungen, BMVIT-Dienstanweisungen). Diese beinhalten das Bestreben zur Einhaltung von Lärmimmissionsrichtwerten unter Einhaltung von technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen.

Derzeit geschieht dies im günstigsten Fall in einem iterativen nach vorne gerichteten Verfahren, bei dem die Höhe und Länge der Wandsegmente so lange schrittweise verändert wird, bis eine dem/der Planer/in als akzeptabel erscheinende Lösung im Hinblick auf die Vorgaben gefunden ist.

Das erzielte Ergebnis hängt dabei wesentlich von der Erfahrung und Kreativität des/der agierenden Technikers/Technikerin ab. In der Regel führt der iterative Prozess zu einer Überschätzung der benötigten Abschirmfläche beziehungsweise nützt er das Potential der investierten finanziellen Mittel zum Schutz der AnrainerInnen nicht aus.

Inhalte und Zielsetzungen

Im gegenständlichen Forschungsprojekt wurde eine Methode der inversen Planung für die Nutzung in EDV Programmen weiterentwickelt, an die speziellen österreichischen Richtlinien angepasst und auf die Nutzung für ASFINAG und ÖBB Projekte zugeschnitten.

Dabei wurde mittels inverser Optimierung eine individuell gewichtete Kostenfunktion aus Wandkosten, Grenzwertüberschreitungen und Nebenbedingungen durch detaillierte automatische Anpassung der Wandgeometrien minimiert.

Der mathematische Formalismus inkludiert dabei die österreichischen Regelwerke, Normen und gesetzlichen Grundlagen für Straßen- und Schienenverkehrslärmprojekte. Die Funktionsweise wurde anhand konkreter Beispiele demonstriert.

Methodische Vorgehensweise

Diese Methode sucht ausgehend von Zielvorgaben in umgekehrter Richtung die optimale Dimensionierung. Sie wird bereits in einigen Bereichen der Technik und Wissenschaft eingesetzt zum Beispiel:

• Gewichtsoptimierung im Flugzeugbau
• Strahlentherapie von Tumoren
• Prozessoptimierungen

Im Rahmen eines FFG Basisprojekts wurden vom Ziviltechnikerbüro Kirisits Grundlagen der inversen Optimierung für den Lärmschutz entwickelt. Dabei konnten neben den Grenzwerten für die Immissionen auch die Kosten für die aktiven und die alternativen passiven Maßnahmen (Lärmschutzfenster), die Homogenität der Wandabschnittshöhen und Sonderbauformen berücksichtigt werden.

Die Vorgaben können mit Wichtungsfaktoren individualisiert werden, führen aber bei einmaliger Festlegung zu reproduzierbaren Ergebnissen. Insbesondere können Objekte oder Teile davon (z.B. Obergeschoße) extrahiert werden, deren aktiver Schutz zu unverhältnismäßig hohen Kosten führen würde und die alternativ durch weitaus kostengünstigere passive Maßnahmen geschützt werden können. Auf diese Weise kann die Wirtschaftlichkeit von Projekten gesteigert werden.

Ergebnisse und Ausblick

Die Ergebnisse dieser Forschungsdienstleistung sind

• die Erarbeitung der mathematischen Grundlagen zur Optimierung basierend auf den österreichischen Richtlinien,
• die Kombination mit den bisherigen Erkenntnissen zur inversen Optimierung für Lärmschutzwände und
• die Entwicklung eines EDV-Programmes zur Kombination des Optimierungs-Moduls mit Lärmberechnungs-Software und zur Demonstration des überlegenen Potentials bei der Planung wirtschaftlich günstigerer Lärmschutzwände bei gleichzeitig verbessertem Immissionsschutz.

Projektleitung

Dr. Christian Kirisits,ZT Büro Dr. Kirisits

Projektpartner:innen

• Ing. Aikaterini Balta, PI-MEDICAL
• Dr. Klaus-Georg Krapf, Wölfel Meßsysteme Software GmbH + Co. KG

ZT Büro Dr. Kirisits
Dr. Christian Kirisits
Tel.: +43 (676) 353-52-49
E-Mail: christian.kirisits@akustik-kiri.at