Stuttgart 21/Stresstest/Plausibilisierung

Plausibilisierung der Stresstest-Leistung
	(Skalierung ab 25 Züge / h)			Züge / h
Stresstest			49
Praxisvergleich, Überlast			35
Praxis, noch gute Qualität			32
Planung Wien Hbf neu			30
Belegungsgrad, Überlast			36
Beleg.grad, noch gute Qualität			31
Stresstest-Fehler korrigiert			32
Erst die korrigierte Stresstest-Leistung ist im Bereich der plausiblen Leistungswerte.

Auf verschiedenen Wegen kann das Ergebnis des Stresstests plausibilisiert werden. Sowohl der Vergleich mit Leistungsdaten aus der Praxis anderer Großbahnhöfe, als auch der Vergleich mit der Planung des gleich groß gebauten neuen Hauptbahnhofs in Wien, als auch der Vergleich mit den internationalen Richtwerten für den Belegungsgrad von Bahnhöfen liefert, dass die Stresstest-Leistungsfähigkeit von 49 Zügen pro Stunde unerreichbar ist. Die über die Korrekturen der Fehler im Stresstest abgeschätzte Leistungsfähigkeit von 32 Zügen liegt näher an dem Bereich von 30-32 Zügen pro Stunden, die nachvollziehbar mit guter Qualität abgefertigt werden könnten.

Eine Plausibilisierung ist auch möglich für das Ergebnis der im Stresstest erreichten "wirtschaftlich optimalen" Betriebsqualität. Hier ergeben sowohl die Auswertung der 'Stressfaktoren' als auch der notwendigen Korrekturen am Modell, dass die bei 49 Zügen pro Stunde zu erwartende Qualität eher bei mangelhaft bis unfahrbar anzusiedeln wäre.

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Stresstest

Stresstest liefert Obergrenze von 49 Zügen

Dass in der Stresstest-Simulation unter vielfachen Richtlinien-Verstößen, unter Verstoß gegen die Anforderungen des Schlichters und des Landes, unter Verwendung realitätsferner Parameter, unter grober Manipulation der Verspätungsstatistik, etc. die 49 Züge pro Stunde nur mit Mühe erreicht werden, liefert eine Obergrenze für die Kapazität von Stuttgart 21. Jede leistungsrelevante Korrektur der Stresstest-Fehler führt zu einer Reduktion der Leistungsfähigkeit. So dass eigentlich nur eine der in der Quantifizierung der Stresstest-Fehler aufgeführten wirksamen Korrekturen (aktuell sind das 8 Stück) sich bestätigen müsste und der Stresstest wäre als nicht bestanden zu werten.

Korrigierter Stresstest: ca. 32 Züge

Die Quantifizierung der Stresstest-Fehler, d.h. die grobe Abschätzung, um wieviel sich die Leistung von Stuttgart 21 reduziert, sobald die Fehler in der Stresstest-Simulation beseitigt werden, ergibt einen korrigierten Wert von aktuell rund 32 Zügen (grob geschätzt, Stand 18.10.2011).

Leistungssprung im Praxisvergleich

Es gibt in jeder Wissenschaft meist mehrere Wege zum Ziel. So lässt sich die Leistungsfähigkeit eines Bahnhofs nicht allein aus einer Simulation, die noch dazu weitgehend in einer Black-box versteckt ist, bestimmen.

Schon vor Veröffentlichung des Stresstests war die für Stuttgart 21 angepeilte Leistung Gegenstand eines Vergleichs mit der Praxis anderer Großbahnhöfe in Deutschland.

49 Züge weit über Maximalwerten aus der Praxis

Die Gegenüberstellung der 49 Züge pro Stunde im Stresstest mit Leistungswerten deutscher Großbahnhöfe zeigt, dass in Stuttgart eine 40 % bis 80 % höhere Bahnhofsleistung erbracht werden würde. Die Maximalwerte werden von den Hauptbahnhöfen von Hamburg und Köln erreicht. Beide leiden anerkanntermaßen unter Überlastung und finden sich regelmäßig unter den unpünktlichsten Großbahnhöfen Deutschlands wieder. In der Veröffentlichung konnte nicht die bahn- oder fahrplantechnische Einzigartigkeit erkannt werden, die diesen Leistungssprung rechtfertigt. So wurde die Bahn herausgefordert, die Maßnahmen zur Realisierung des "Leistungsturbos" darzulegen (siehe unten).

Realistische Belegungsrate: 32 Züge / Stunde

Bahnhöfe mit noch vertretbaren Verspätungswerten erreichen nicht über 4 Züge pro Bahnsteiggleis und Stunde, das entspräche für Stuttgart 21 einem realistisch nachvollziehbaren Leistungswert von 32 Zügen in der Spitzenstunde.

Vergleich Wien Hbf neu: 30 Züge / Stunde

Der im Vergleich zu Stuttgart 21 gleich groß (ebenfalls mit 8 Bahnsteiggleisen) geplante neue Wiener Hauptbahnhof wurde nur für etwa 60 % der Leistung des Stuttgarter Bahnhofs ausgelegt, in der Spitze für rund 30 Züge pro Stunde. Es stellt sich die Frage, was macht man in Stuttgart so viel besser als in Wien oder ist die Wiener Planung nur schlicht realitätsnäher als die Planung für Stuttgart 21?

Leistungsturbo für Stuttgart 21?

Die Veröffentlichung von Engelhardt fragte nach dem einzigartigen "Leistungsturbo", der S21 einen Leistungssprung weit über die Möglichkeiten herkömmlicher Bahnhöfe ermöglicht. Nur mit einer solchen Erklärung wären die Praxisvergleiche ohne Relevanz.

1. Die Bahn begründete den Leistungsturbo durch Effizienzgewinne aufgrund der neuen Signaltechnik ETCS L2 (die jedoch in der Stresstest-Simulation nicht mehr unterstellt ist) sowie der Behauptung, dass der einzigartige Ringverkehr die Zuläufe "entzerrt".
   • ETCS L2 wird jedoch auch in der Stresstest-Simulation gar nicht mehr für die Funktion des Bahnhofs unterstellt, konventionelle Signalisierung kommt zum Einsatz. Hierüber wurde offenbar das Büro des Projektsprechers gar nicht informiert, so dass dort mit Potemkinschen Dörfern argumentiert wurde.
   • Weiterer Hintergrund ist sicherlich, dass auch die Bundesregierung von der ETCS-Einführung bis 2020 abrückte.
   • Hintergrund für den Verzicht auf ETCS könnte auch sein, dass nach Aussage von Fachleuten in einem Großbahnhof kaum Effizienzgewinne bringen würde.
   • Auch könnte ein neues Signalsystem kaum ein Argument für den Bahnhofsneubau sein, da dieses auch für den alten Kopfbahnhof weitgehend ähnliche Effizienzgewinne bringen würde (eher in den Zuläufen als im Bahnsteigbereich).
2. Noch eine zweite Begründung brachte die Bahn, der Ringverkehr von S21 würde die "Zuläufe entflechten". Auch Vorstand Volker Kefer verwies im SWR-Fernsehen als Erklärung für den Leistungssprung auf den Ringverkehr.
   • Zweifellos ermöglicht der Ringverkehr über die alternativen Bahnhofszugänge über Bad Cannstatt und Wangen eine höhere Flexibilität im Störungsfall.
   • Dieser Fall einer Streckensperrung kommt relativ selten vor und wurde auch im Stresstest nicht simuliert.
   • Diese Flexibilisierung kompensiert kaum die Beschränkungen im Betrieb, die das Wendeverbot im Tiefbahnhof aufgrund der Neigung der Bahnsteiggleise bewirkt. Das Wendeverbot erzwingt die Wende im Ring
   • Gegenüber den selten Fällen einer Flexibilisierung im Störungsfall führt die als Vorteil angepriesene Wende im Ringverkehr im Fahrplanbetrieb zu zusätzlichen Blockaden von Fahrplantrassen.
   • Auch betrifft die Ringverkehr in Stuttgart nur die Bahnhofshälfte mit den Zuläufen aus Wangen/Bad Cannstatt, für die andere Hälfte Zuffenhausen/Fildertunnel existiert der Ringverkehr praktisch nicht.
   • Der Ringverkehr von Stuttgart 21 ist fern von einer idealen Auslegung, sondern weist einige Engpässe auf:
     • Die höhengleiche Einfädelung von Waiblingen.
     • Der Abstellbahnhof ist in die Verbindungsstrecke der beiden Bahnhofszugänge eingelagert und führt mit zusätzlichem Verkehr zu weiteren Blockaden von Fahrplantrassen.
     • Der Abstellbahnhof ist darüber hinaus nur eingleisig passierbar.
   • Köln besitzt einen ähnlich dimensionierten Ringverkehr, der dem ganzen Bahnhof zugute kommen könnte und der sogar in der Lage wäre, die belastete Hohenzollernbrücke zu entlasten, der aber dennoch nicht zu diesem Zweck genutzt wird.
   • Auch international haben sich Ringverkehre offenbar noch nicht als Mittel zur Halbierung der Bahnhofsinstallationen durchgesetzt. Es ist keine Fachveröffentlichung bekannt, die diese vermeintliche, bemerkenswerte und wirtschaftlich hoch bedeutende Errungenschaft der Bahntechnik beschreiben würde.

Angesichts dieser Einbussen sind die Argumentationen der Bahn wohl nicht in der Lage ein Leistungsplus von 40 % bis 80 % zu rechtfertigen. Der bekennende Befürworter von Stuttgart 21 Peter Reinhart argumentiert, dass es in Stuttgart gelänge, einen ....

3. S-Bahn-artiger Verkehr .... Aber Mischung Fern- und Regionalverkehr, kreuzende Verkehre ....

Darüber hinaus gibt es tatsächlich erprobte Konzepte, die in in der Praxis Leistungssteigerungen bewiesen haben. Nur können die bei Stuttgart 21 aus Platz- und Kostengründen prinzipiell nicht zum Einsatz kommen:

4. Spanische Lösung mit zwei Bahnsteigkanten pro Bahnsteiggleis ....
5. Betrieb als Haltepunkt mit gleich vielen Zulaufgleisen wie Bahnsteiggleisen .... (siehe z.B. Brüssel Centraal)

Belegungsgrad

Stresstest-Belegungsgrad katastrophal

Die Realitätsferne der Leistungsplanung für Stuttgart 21 wird auch auf anderen Wegen deutlich. In der Veröffentlichung des bekennenden Stuttgart 21-Befürworters Peter Reinhart wird ausgeführt, dass der internationale Richtwert für überlastete Bahnhöfe bei einem (sogenannten verketteten) Belegungsgrad von 75 % bis 85 % liegt. Für S21 wurde in der Arbeit ein noch tolerierbarer Wert von 72 % errechnet, allerdings mit einer mittleren Haltezeit der Züge von 3 Minuten und einer Ein- und Ausfahrzeit von je 2 Minuten.

Tatsächlich gibt der Internationale Eisenbahnverband (UIC) aus Gründen der Stabilität des Betriebs 75 % Belegungsgrad für einen Großbahnhof mit Regional- und Fernverkehr als Grenzwert an, der nicht überschritten werden darf. Auch wenn die Richtlinie der UIC darauf hinweist, dass dieser Wert nicht exakt ermittelbar ist, so sprechen die angegebenen Einflussparameter dafür, dass bei Stuttgart 21 der Grenzwert sogar eher niedriger angesetzt werden müsste.

Mit Veröffentlichung der Stresstest-Dokumentation steht fest, dass die mittlere Haltezeit der Züge im Stresstest-Fahrplan bei 5,33 Minuten liegt (Doku. Teil 1 S. 26). Die SMA stellte im Hauptbahnhof Bahnsteigwiederbelegungzeiten von 140, 180, 195 Sekunden fest. Als mittlerer Wert wird 3 Minuten gewählt. Da laut SMA die Bahnsteigwiederbelegungszeit ohne Pufferzeit von 1 Minute angegeben ist (Audit FP-02 S. 5 / Bl. 64), ist diese hinzuzuzählen und wir erhalten wieder die 4 Minuten für Ein- und Ausfahrt, die von Reinhart angenommen wurden. Damit ergibt sich ein Belegungsgrad von 95 %. Das ist vollkommen unfahrbar und ist im Wesentlichen nur durch die vielen Pufferzeitverletzungen im Fahrplan möglich. Selbst ohne die eigentlich unverzichtbare Pufferzeit erhielte man einen Belegungsgrad von 85 %, laut Reinhart ein "katastrophaler" Wert für einen Großbahnhof.

Der Belegungsgrad ist eine der wichtigsten Kenngrößen in der Kapazitätsplanung, wird auch von der Richtlinie als erster Wert zur Infrastrukturbewertung aufgeführt (Richtlinie 405.0104 S. 27 / Bl. 115), ist Bestandteil der Standard-Ergebnisdarstellung (Richtlinie 405.0205A01 S. 2 / Bl. 232) und wird von dem verwendeten Programm "Railsys" standardmäßig berechnet, wurde aber bemerkenswerterweise im Stresstest von der Bahn nicht dargestellt und auch vom Auditor SMA nicht diskutiert, trotz der Forderung im Schlichterspruch nach "anerkannten Standards".

Bitte Belegungsgrad-Berechnung prüfen.

Realistischer Belegungsgrad: 31 Züge / Stunde

Wenn 75 % Belegungsgrad für einen Großbahnhof als überlastet gelten, kann dieser Wert nicht als Auslegungswert herangezogen werden. In der Bahnrichtlinie werden 60 % Belegungsgrad als Grenze von risikobehaftet zu mangelhaft (schlechteste Stufe) angegeben (Richtlinie 405.0104 S. 28 / Bl. 116), bspw. auch in Schweden beginnt hier der problematische Bereich. "Wirtschaftlich optimale" Betriebsqualität wird erst unter 50 % Belegungsgrad, Premium erst unter 30 % Belegungsgrad erreicht. Diese klare Unterteilung in der Richtlinie wird aber für unsere Zwecke zunichte gemacht durch den Zusatz: "So ergeben sich für Strecken mit speziellen Verkehren oder Spitzenzeiten in der Regel höhere Belegungsgrade in den Qualitätsstufen."

Kehren wir zurück zur absoluten Obergrenze der UIC von 75 %, dann würden etwa 70 % einen Bahnhof nahe der Überlastung beschreiben, das läge 26 % unter den 49 Zügen des Stresstests, wir erhielten 36 Züge nahe der Überlast. Wählen wir die schwedische Grenze zum guten Verkehr von 60 % als Richtwert, erhielten wir 31 Züge als eher oberen Schätzwert für noch gute Qualität zur Spitzenstunde.

Diese Ableitung erfolgt nach einem "internationalen Richtwert". Auch in der Arbeit von Reinhart wurde keine grundlegende technische Einzigartigkeit von Stuttgart 21 herausgearbeitet, die erlauben würde, diesen Bahnhof nach anderen Maßstäben zu messen, er selbst wählte explizit diesen Parameter.

Unabhängige Stresstest-Berechnungen

"RegiDisp", Hochschule Weingarten

An der Hochschule Ravensburg-Weingarten wurde eine unabhängige Stresstest-Simulation für Stuttgart 21 mit dem Simulationswerkzeug RegiDisp durchgeführt .

Vorgehen

Für das Untersuchungsgebiet muss ein aktueller Fahrplan (Soll-Fahrplan) vorliegen. In diesen werden verschiedene Störungen (Verspätungen, Gleissperrungen) eingebracht. Diese führen zu Konflikten die für die Betriebsdurchführung gelöst werden müssen. Meist geht es dabei darum, dass der selbe Gleisabschnitt zeitgleich von mehreren Zügen beansprucht wird. Die Konfliktlösung beinhaltet die Verzögerung eines oder mehrerer Züge, Gleiswechsel, Kreuzungsverlegungen oder außerplanmäßige Überholungen. Resultat der Konfliktlösung ist ein korrigierter Fahrplan, der Verspätungen u. ä. berücksichtigt (IST-Fahrplan). DieLösungsermittlung erfolgt über eine A*-Suche mit hoch entwickelter Heuristik. Da die Konflikte in der Regel auf mehr als eine Weise gelöst werden können, müssen die erhaltenen Lösungen mittels einer Kostenfunktion bewertet werden. Das wesentliche Maß hierfür ist die gewichtete Verspätungssumme. Hierzu wird für jeden Zug an jeder Betriebsstelle die Verspätung ermittelt und mit dem Gewicht der Betriebsstelle und des Zuges multipliziert. Die so erhaltenen Werte werden über alle Züge und Betriebsstellen aufaddiert. Ein kleinerer Wert steht in diesem Zusammenhang für eine bessere Konfliktlösung. Da letztlich pünktliche Reisende und nicht nur pünktliche Züge das Ziel des Bahnbetriebs sein müssen, fließen zusätzlich die durch die Konfliktlösung aufgegebenen Anschlüssse in die Bewertung ein. Hierzu werden verlorene Anschlüsse abhängig von ihrer Bedeutung (Zahl der betroffenen Reisenden, Taktdichte) in Zeitzuschläge umgerechnet und dem o. e. Wert zugeschlagen.

Vereinfachte Kapazitätsberechnung der Grünen

Am 18.03.2011 stellte die Grüne Landtagsfraktion eine vereinfachte Kapazitätsberechnung vor ....

Stressfaktoren

Die Betrachtung der Stressfaktoren zeigt, es ist nicht plausibel, dass Stuttgart 21 mit 49 Zügen pro Stunde eine auch nur annähernd gute Betriebsqualität erreicht. Der Stresstest erscheint als unrealistische Rechenübung, die allein auf dem Papier funktioniert.

....

Auch über die Stressfaktoren ließe sich eine noch fahrbare Zugzahl abschätzen ....

Wartezeit, analytische und konstruktive Methode

Der Stresstest zu Stuttgart 21 sollte den Nachweis der gewünschten Leistungsfähigkeit erbringen. Gäbe es weitere Parameter als die Verspätungsveränderung, die die Leistungsfähigkeit belegen könnten, so hätte die Bahn wohl auch diese dargestellt, wie es auch die Richtlinie fordert (.... Link zu Richtlinienverstöße). So liefern Simulationsverfahren standardmäßig auch die sogenannten Wartezeiten.

"Die Wartezeit ist eine der wichtigsten Kenngrößen zur Beurteilung des Leistungsverhaltens von Netzelementen." (Richtlinie 405.0104 S. 18 / Bl. 18)

Die Wartezeit ist besonders hilfreich in der Frage des "Rückstaus von Zügen". Es kann nur gemutmaßt werden, dass diese wichtige Kenngröße im Stresstest unberücksichtigt blieb, weil sie die dramatischen Rückstaueffekte vor dem Tiefbahnhof übermäßig plastisch dargestellt hätte.

Wartezeiten lassen sich auch aus der analytischen Methode gewinnen, hier existieren sogar im Unterschied zu Simulation und Verspätungsveränderung fein unterteilte Qualitätsklassen von Premium über wirtschaftlich optimal und riskobehaftet bis mangelhaft (Richtlinie 405.0104 S. 19 / Bl. 107 ff). Desweiteren gibt es noch die konstruktive Methode. Z.B.:

Die Bemessung der Infrastruktur für definierte Verkehrsanforderungen" kann "nur mit konstruktiver Methode gelöst werden". Und die "direkte Ermittlung von Leistungskennwerten mit Qualitätsbezug" kann "nur mit analytischen Methoden gelöst werden." (Richtlinie 405.0202 S. 18 / Bl. 168)

Zumindest müssten nach der Planung von Stuttgart 21 auch aus diesen Methoden Informationen vorliegen, die die Leistungsfähigkeit von Stuttgart 21 beschreiben. Dass diese angesichts der öffentlichen Zweifel an der Leistungsfähigkeit nicht von der Bahn vorgelegt werden, könnte darauf hindeuten, dass die entsprechenden Untersuchungen (die sicher vorliegen) eher belegen, dass Stuttgart 21 unterdimensioniert ist.

Einzelnachweise

In Klammern gesetzte (Quellenangaben) ohne Fußnote beziehen sich zumeist auf wesentliche Unterlagen zum Stresstest, die im Artikel "Dokumente" beschrieben werden.