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Straßenbau der Zukunft

Kosteneinsparungen von bis zu 30 Prozent möglich

Durch den Einsatz digitaler Technologien können die Kosten für den Bau neuer Straßen erheblich reduziert werden.

Zürich/Schweiz (ABZ). – Dem traditonell eher innovationsarmen Straßenbau steht in den komenden Jahren eine Revolution bevor: Durch den Einsatz digitaler Technologien können die Kosten für den Bau neuer Straßen erheblich reduziert werden – zu diesem Ergebnis kommen Experten der Unternehmensberatung McKinsey & Company. Für die Analyse wurden alle weltweit relevanten Studien zu Trends im Straßenbau ausgewertet und mehr als 30 Experten befragt.

Straßen gelten gemeinhin als Lebensader moderner Volkswirtschaften. Doch während sich letztere durch Innovationen und digitale Disruptionen verändert haben, sind die Prozesse und Materialien im Straßenbau in den vergangenen Jahrzehnten bemerkenswert unverändert geblieben.

Diese Kontinuität sollte jedoch keinesfalls zu der Annahme verleiten, dass es in Zukunft keine Veränderungen im Straßenbau geben wird. Schon jetzt zeichnet sich ab, dass vier Megatrends – autonomes Fahren, Automatisierung von Produktionsprozessen, zunehmende Digitalisierung und Vernetzung sowie Fortschritte im Materialwesen – dafür sorgen werden, dass die Straßen der Zukunft nicht nur deutlich anders aussehen werden als heute, sondern dass der Straßenbau auch schneller und um bis zu 30 Prozent günstiger wird.

Bei einem jährlichen Investitionsvolumen von 100 Milliarden Euro bis 2030 durch europäische Länder sind somit Einsparungen von rund 30 Milliarden Euro im Jahr möglich.

Zunehmende Automatisierung

Der größte Kostentreiber beim Straßenbau ist die Geschwindigkeit, denn während der Bauarbeiten müssen Maschinen angemietet, Arbeiter bezahlt und bestehende Straßen gesperrt werden. Von der Entscheidung zum Neubau bis zur Fertigstellung einer Straße mit 88 Fahrspurkilometern vergehen im Schnitt 5,5 Jahre. Allerdings ist die Bauzeit teilweise doppelt so lange wie ursprünglich geplant und die Kosten der Projekte übersteigen das veranschlagte Budget im Schnitt um 20 Prozent. Vor diesem Hintergrund ist es verwunderlich, dass die Bauindustrie in den vergangenen 20 Jahren mit einer jährlichen Produktivitätssteigerung von 1 Prozent deutlich hinter dem branchenübergreifenden Durchschnitt von 2,8 Prozent zurückgeblieben ist.

Es bleibt festzuhalten, dass angesichts des hohen Anteils an manueller Arbeit, der für den Bau einer Straße erforderlich ist, die Bauindustrie das Potential von Automatisierung und Prozessoptimierung nur unzureichend ausgeschöpft hat. Doch potenzielle Produktivitätsverbesserungen im Straßenbau durch Automatisierung gibt es reichlich. Bereits die aufwendige Bedarfsanalyse könnte vereinfacht werden, falls Behörden auf anonymisierte Geodaten von Smartphones und Navigationssystemen zurückgriffen. Die Landschaftsvermessung könnte durch LiDAR-Technologie automatisiert werden, was nicht nur Geld, sondern auch Zeit sparen würde.

Felix Reitz ist Fellow Senior Associate bei McKinsey & Company in Frankfurt.

Daten aus mehreren Quellen könnten in ein 5D-Modell des physischen Assets – einen digitalen Zwilling – eingespeist werden.

Solche digitalen Modelle ermöglichen die Visualisierung von Straßen über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg, um eventuelle Schwierigkeiten beim Bau vorauszuahnen. Während mit 3D-gesteuerten Modellen ausgestattete Bagger die Aushub- oder Planierarbeiten bis zu 30 Prozent schneller durchführen könnten, wäre es ebenfalls möglich, den Straßenbelag durch vorgefertigte Bauteile schneller aufzubringen.

Insgesamt könnte durch verstärkte Automatisierung von Prozessen und dem Einsatz von digitalen Technologien die durchschnittliche Bauzeit einer Straße um bis zu 50 Prozent reduziert werden.

Autonome Fahrzeuge

Während Automatisierung und Vernetzung im Straßenbau noch in den Kinderschuhen stecken, haben Fahrzeughersteller das Potential vom autonomem Fahren bereits erkannt.

Schon im Jahr 2035 könnten 15 Prozent aller global verkauften Fahrzeuge autonome Fähigkeiten der Level 4 oder 5 besitzen. In Industrienationen wie Deutschland könnte dieser Anteil noch bedeutend höher sein. Dies verändert auch die Anforderungen an das Medium Straße.

Da autonomes Fahren eine unübertroffene Präzision und Zuverlässigkeit garantiert, müssen Fahrspuren in Zukunft nicht mehr viel breiter als die Fahrzeuge selbst sein. Während herkömmliche Fahrspuren auf menschliches Versagen ausgelegt und daher in der Regel zwischen 3,5 und 3,75 Meter breit sind, könnte die Breite zukünftiger Fahrspuren auf 2,8 Meter reduziert werden. Auf Straßen, die ausschließlich für Pkw bestimmt sind, könnten die Fahrspuren sogar nur 2,5 Meter breit sein.

Das bedeutet, dass eine vierspurige Straße bis zu 4 Meter schmaler sein könnte als heute. Bei neu gebauten Straßen könnten schmalere Fahrspuren einen Rückgang des benötigten Baumaterials von bis zu einem Drittel bewirken. Bei bestehenden Straßen würde wertvoller Platz frei, der entweder genutzt werden könnte, um die Kapazität bestehender Straßen um bis zu 50 Prozent zu erhöhen (Erweiterung einer vierspurigen Straße auf eine sechsspurige Straße, ohne dass mehr Platz benötigt wird) oder für andere Transportmethoden genutzt werden könnte.

Intelligente Straßen

Darüber hinaus ermöglicht die Vernetzung von Fahrzeugen und Straße verringerte Abstände zwischen den Verkehrsteilnehmern. Das als "Platooning" bekannte Phänomen kommt einem Kapazitätsanstieg von 50 Prozent pro Fahrspur gleich. Dieser Ansatz wird vielfach getestet, etwa von chinesischen Behörden oder Cavnue.

Hierbei entwickeln sich die Straßen von einer rein mechanischen Asphaltstruktur zu einem aktiven System des Messens und Steuerns. Die Verwendung von Sensoren, die entweder in die Straßenstruktur eingebettet (bei neu gebauten Straßen) oder um die Straße herum positioniert sein könnten (bei bestehenden Straßen), ermöglicht eine Kommunikation zwischen Straße und Fahrzeug. In einem weiteren Anwendungsfall könnten Straßen autonomen Fahrzeugen Oberflächenbedingungen mitteilen, zum Beispiel Reibungswerte aufgrund von kalten Temperaturen oder Wasser. Andere Arten von Sensoren könnten für die vorausschauende Wartung der Straße eingesetzt werden, um ihre Betriebszeit zu verlängern.

Einsatz neuer Materialien

Obwohl Personenkraftwagen in den kommenden Jahrzehnten eher leichter werden, müssen Straßen aufgrund des zunehmenden Pkw-Besitzes und der damit einhergehenden verstärkten Abnutzung durch Platooning haltbarer werden. Der Schlüssel hierfür liegt in der Materialwissenschaft.

Da fast die Hälfte der Kosten im Straßenbau auf Rohstoffe entfallen, vor allem Schotter, Zement, Ölderivate (Asphalt), Wasser und Sand, suchen Wissenschaftler schon lange nach neuen Materialien für den Straßenbau.

Dr. Julian Kirchherr ist Associate Partner bei McKinsey & Company in Berlin.

Ein Beispiel für diese neuen Baumaterialien ist eines der berüchtigtsten Abfallprodukte der Menschheit - Plastik -, das nicht nur leichter als Asphalt ist, sondern auch in kleinen Pellets zugegeben werden kann, um das Volumen einer Asphaltmischung zu erhöhen.

Der britische Unternehmer Toby McCartney hat eine Methode entwickelt, Plastikflaschen in kleine Pellets zu verwandeln und diese einer Asphaltmischung beizumischen, was zu Fahrbahnen führt, die zehnmal länger halten als herkömmliche Straßen.

Als Resultat könnte die Frequenz von Instandhaltungsmaßnahmen verringert und somit Kosten gespart werden. Ein Ziel, das auch der US-Bundesstaat Arizona bei der Verwendung von gummiertem ("rubberized") Asphalt verfolgt. Die Mischung reduziere kälte- und ermüdungsbedingte Risse, garantiere eine bessere Befahrbarkeit und erzeuge weniger Lärmbelästigung.

Nicht zu vernachlässigen ist auch der ökologische Beitrag, den der Straßenbau durch die Verwendung von Altplastik und Altreifen zu leisten vermag.

Intensiver Wettbewerb

Die vier Megatrends – autonomes Fahren, Automatisierung von Produktionsprozessen, zunehmende Digitalisierung und Vernetzung sowie Fortschritte im Materialwesen – werden den Straßenbau schneller und kostengünstiger machen. Alles in allem könnte die konsequente Umsetzung einen Rückgang der Kosten von zur Zeit rund 2 Millionen Euro auf 1,6 Millionen Euro pro Kilometer Fahrspur bedeuten. Die Erschließung dieser erheblichen Wertschöpfung im Straßenbau wird neue Akteure anziehen.

Wenn traditionelle Bauunternehmen nicht das Know-how entwickeln, um diese Innovationen im Straßenbau zu übernehmen, laufen sie Gefahr, zu Rohstofflieferanten für technisch versiertere Akteure zu werden, die entstehende Wertschöpfungspools durch neue Geschäftsmodelle erobern könnten, zum Beispiel dynamische Mautgebühren auf Basis der Straßenauslastung.

Zusammenarbeit

  • Bildung einer breiten Allianz relevanter Akteure aus dem europäischen Privatsektor, um Standards zu setzen und Investitionen zu kanalisieren.
  • Strategische Nutzung des öffentlichen Auftragswesens inklusive der Bereitstellung spezieller Finanzmittel für Pilotprojekte.
  • Kooperation mit nicht-traditionellen Akteuren wie Herstellern von Sensorik, Experten für Datenanalyse und künstliche Intelligenz, oder Forschungseinrichtungen zur Erschließung neuer Bereiche der Wertschöpfungskette.
  • Frühzeitige Erprobung neuer Geschäftsmodelle, beispielweise der Monetarisierung von Fahrzeugdaten, zur Mobilisierung von zusätzlichem Kapital.
  • Aufbau erforderlicher Fähigkeiten und Fertigkeiten mittels derer das Potential der Trends vollständig ausgeschöpft werden kann, insbesondere im digitalen Bereich.


Die Chancen im Rennen um die Straße der Zukunft sind klar, aber Europa läuft Gefahr, ins Hintertreffen zu geraten. Verglichen mit neuen Schwergewichten wie China, die nicht durch veraltete Straßensysteme oder fragmentierte Regulierung eingeschränkt sind, haben die Akteure im europäischen Straßen-Ökosystem mehr Hürden zu überwinden. Diese Akteure, insbesondere Regierungen und Bauunternehmen, müssen Maßnahmen ergreifen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Ein koordinierter Aktionsplan könnte fünf Ansätze umfassen:

Bis 2050 wird die Straße der Zukunft in Ländern wie China und den USA zu finden sein. In Anbetracht von Planungszyklen von bis zu 15 Jahren sind die Entscheidungen der Gegenwart ausschlaggebend für die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit Europas.

Dieser Artikel erschien in der Ausgabe Allgemeine Bauzeitung 36/2021.

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