Die Entscheidung über den Bau, die Instandsetzung oder die Modernisierung von Tunnelbauwerken basiert in aller Regel auf den Investitionskosten. Dabei bleibt unberücksichtigt, dass zur Gewährleistung von Sicherheit und Verfügbarkeit über die lange Lebensdauer von Tunnelbauwerken sehr ausgeprägte Folgekosten anfallen. Aus Sicht der Nachhaltigkeit gilt es deshalb, die gesamten Kosten im Lebenszyklus eines Tunnelbauwerkes transparent zu erfassen und gleichzeitig zu optimieren. Das in vielen Bereichen bereits standardmäßig verwendete Konzept der Lebenszykluskostenrechnung liefert einen geeigneten Lösungsansatz und wird deshalb an die Spezifikationen von Tunnelbauwerken angepasst. Ausgehend von bereits existierenden Ansätzen wird zur Entwicklung einer ganzheitlichen Betrachtungsweise ein Lebenszykluskostenmodell entwickelt, das die Basis für eine gleichberechtigte Einbeziehung der Erst- und Folgekosten schafft. Zur Umsetzung einer strukturierten und nachvollziehbaren Vorgehensweise bei der Bestimmung der Lebenszykluskosten wird eine hierarchische Strukturierung des Tunnelbauwerkes vorgenommen. Die weiteren Anforderungen hinsichtlich einer flexiblen Ausgestaltung sowie der Option zur aktiven Optimierung der Lebenszykluskosten setzen eine Erweiterung auf Basis einer Modularisierung voraus. Einzelne Module repräsentieren hierbei weitgehend unabhängige Einheiten. Für deren interne Struktur ist zur Vergleichbarkeit und Übertragbarkeit ein allgemeingültiger Aufbau in Form von Attributen definiert. Gleichzeitig bedingt die Vielfältigkeit der Leistungen für die einzelnen Module eine Erfassung in übergeordneten Prozessen, zugeordnet zur jeweiligen Lebensphase. Das daraus resultierende Modulare Prozessmodell bildet das Kernelement zur Berechnung der Lebenszykluskosten und zur eigenständigen Generierung von Optimierungsansätzen. Für die angestrebte transparente Bestimmung der Lebenszykluskosten wird auf Basis des Modularen Prozessmodells eine eigenständige Methodik entwickelt. Unter Berücksichtigung der internen und externen Schnittstellen sowie in Kenntnis der wesentlichen Einflussgrößen, wird dabei die gezielte Anpassung bzw. Substitution von Modulen, Prozessen oder Attributen für eine ganzheitliche ökonomische Optimierung umsetzbar. Zur Berücksichtigung der aus der Kostenprognose resultierenden Unsicherheiten wird das Modulare Prozessmodell für die Implementierung probabilistischer Eingangsgrößen optional erweitert. Die Bestimmung der Lebenszykluskosten erfolgt dabei durch Integration einer Risikoanalyse in Form einer Monte-Carlo-Simulation. Der Anwendungsrahmen der entwickelten Ansätze ist nicht allein auf die Planungsphase beschränkt. Vielmehr bildet das Modulare Prozessmodell – mit der darin hinterlegten konsistenten Kostenstruktur – die Ausgangsbasis für eine kontinuierliche Erfassung und Überprüfung über alle Lebensphasen hinweg. Es entsteht die Möglichkeit, durch Gegenüberstellung mit gleichartigen Bauwerken, Modulen bzw. Prozessen kontinuierlich Verbesserungsansätze zu generieren und Optimierungen umzusetzen. Hierfür wird zusätzlich das Konzept des Benchmarkings auf die vorliegende Zielstellung adaptiert und in einen eigenständigen Ablauf mit dem Modularen Prozessmodell als Kernelement integriert. Die Funktionalität und Anwendbarkeit des Modularen Prozessmodells und der vorgestellten Methoden wird an einem Beispiel verifiziert. Dabei konnte sowohl die Flexibilität und Transparenz durch den modularen und prozessbezogenen Aufbau als auch die Möglichkeit zur Generierung von Optimierungsansätzen – auch unter Anwendung der Benchmarking-Methode – aufgezeigt werden. Es konnte dargelegt werden, dass mit den entwickelten Ansätzen eine transparente, von Zielstellung und Informationsdichte geprägte, ganzheitliche Erfassung der Lebenszykluskosten von Tunnelbauwerken möglich ist. Die Einbindung von Interdependenzen erlaubt die gezielte Optimierung von Modulen und Prozessen. Im Zusammenspiel der entwickelten Methoden und des darin eingebetteten Modularen Prozessmodells lässt sich die angestrebte ökonomisch optimierte Ausgestaltung von Tunnelbauwerken und dessen Betrieb über alle Phasen hinweg verwirklichen.

For tunnel, it is customary to base the decision for a new construction, a rehabilitation or modernisation on the investment costs only. The very high follow-up costs caused by the requirements for safety, durability and availability are not taken into consideration. For the implementation of sustainability, the total costs of the life-cycle of a tunnel are to be captured in a transparent way. At the same time, it is important to optimise them. The concept of life-cycle costing, the standard concept in many areas, provides a suitable approach and is adapted to the specifications of tunnels. For the implementation of a holistic approach, a life-cycle cost model is developed, which enables an equal inclusion of initial and follow-up costs. In order to develop a clear and transparent approach for the determination of the life-cycle costs, the tunnel is structured hierarchically. To achieve the additional requirement of flexibility and the opportunity to generate optimisations of the life-cycle costs, the hierarchical structure has been extended by modularisation. Thereby modules represent largely independent units, which allow an entire representation of the object of investigation. In order to ensure comparability and transferability a general valid internal structure is defined in the form of attributes. Additionally the variety of the services of each module requires a classification in superior processes, assigned to the associated life-cycle phase. The resulting Modular-Process-Model forms the basis for the determination of the life-cycle costs and for the selective generation of optimisation approaches. For a transparent determination of the life-cycle costs, a self-contained methodology has been developed, based on the Modular-Process-Model. Taking the internal and external interfaces into account, as well as the knowledge of relevant influence parameters enables a selective adjustment or substitution of modules, processes or attributes for a holistic economic optimisation. The dependence on future conditions means that the data for a cost forecast are subject to uncertainties. For an integration of resulting risks the Modular-Process-Modell can optionally be extended by implementing probabilistic input parameters. The determination of the life-cycle costs is carried out by the integration of a risk analysis in an extended methodology using Monte-Carlo-Simulation. The application of the developed approaches is not only limited to the design phase. The Modular-Process-Model, with its implemented consistent cost structure, forms the basis for a continuous capture and verification of the costs throughout all life-phases. The comparability with similar structures, modules or processes creates the possibility of a continuous generation of optimisation potentials. Therefore the concept of benchmarking was adapted to the objective and integrated in a self-contained approach. The functionality and applicability of the Modular-Process-Model and the developed methods are verified by an exemplary tunnel. Besides, the flexibility and transparency could be demonstrated by the modular and process-related design as well as the possibility for the generation of optimisation attempts – also using the benchmarking method. It could be shown that the developed approaches allow a transparent, holistic capture of the life-cycle costs of tunnels, influenced by the objective and the available density of information. The integration of interdependencies enables the targeted optimisation of modules and processes. Due to the interaction of the developed methods and the embedded Modular-Process-Model, the targeted economically optimized design of tunnels can be realized.