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Gerhard Girmscheid
Leistungsermittlungshandbuch für Baumaschinen und Bauprozesse
Gerhard Girmscheid
Leistungsermittlungs-handbuch für Baumaschinenund Bauprozesse
3., überarbeitete Auflage
Mit 87 Abbildungen
£} Springer V (l f
Prof. Dr. Gerhard GirmscheidETH ZürichInstitut für Bauplanung und Baubetrieb
Wolfgang-Pauli-Str. 158093 ZürichSchweiz
Kopublikation mit vdf Hochschulverlag Zürich
ISBN 3-540-22508-0 Springer Berlin Heidelberg New YorkISBN 3-7281-2977-1 vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich
Bibliografische Information der Deutschen BibliothekDie Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005Printed in Gerraany
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Umschlaggestaltung: design &production, HeidelbergSatz: Digitale Druckvorlage der Autoren
Gedruckt aufsäurefreiem Papier 07/3020/M - 5 4 3 2 1 0
Vorwort zur dritten Auflage
Der wirtschaftliche, leistungsfähige, hoch mechanisierte Baubetrieb istdurch den optimalen Einsatz der Geräte und Bauhilfsmaterialien in einerLeistungserstellungsprozesskette für die jeweilige baubetrieblicheAufgabenstellung gekennzeichnet. Die Wahl der Geräte wird sowohldurch technische Gegebenheiten wie auch durch wirtschaftlicheGesichtspunkte geprägt. Die wirtschaftlichen Aspekte ergeben sich ausder Marktlage und den strategischen Unternehmenszielen. Darausresultieren die untemehmensspezifische Art der Gerätebereitstellung,das Service- und Bauhofkonzept sowie die Finanzierung [1].
Die Leistungsermittlung von Einzelgeräten [2], eingebettet in Teil- undGesamtprozesse, ist die Grundlage für die Auswahl und Anzahl derLeistungsgeräte, um die projektspezifischen Leistungsziele zu erreichen,und dient zudem als unverzichtbare Basis der Termin- undKostenplanung (Kalkulation) sowie des Controllings. Daher kommt derLeistungsermittlung als Basis einer systematischen, ergebnisorientiertenKalkulation, die in meinem neuen Buch "Risikobasierte Kostenkalkulationund Preisbildung in Bauunternehmen" ausführlich behandelt wird,grösste Bedeutung zu; sie ist somit Grundlage einer ergebnisorientierten,effizienten Baustellenvorbereitung.
Dieses ursprünglich aus meinen Vorlesungen an der ETH Zürichentstandene Handbuch liegt nun, angeregt durch die grosse Resonanzauf die ersten beiden Auflagen, in der dritten, vollständig überarbeitetenund teilweise erweiterten Auflage vor. Es soll angehendenBauingenieurinnen und -ingenieuren in der Arbeitsvorbereitung undBauausführung sowie Maschineningenieurinnen/-ingenieuren in denBau-/Werkhöfen als Nachschlagewerk dienen, um Leistungsermittlungenim Baubetrieb vorzunehmen. Dazu wird ein analytisches Grundkonzeptzur Leistungsermittlung von Baugeräten sowie der Produktionskettenvon parallelen und hintereinander geschalteten Gerätenunterschiedlicher Teilprozesse vorgestellt. Gegenüber der zweitenAuflage wurde die Flüssigkeitsförderung in Kapitel 4 um eineBeispielrechnung für die Dimensionierung der Flüssigkeits-Feststoff-Förderung ergänzt und das Jetgrouting in Kapitel 6 um die Berechnungder erforderlichen Pumpenleistung erweitert.
In der Regel werden in diesem Buch keine "Standardwerte", sondern dieelementaren analytischen Zusammenhänge angegeben. Im Anhangfindet der Leser auf einer CD eine Zusammenstellung der üblichenStandardgeräte mit entsprechenden technischen Informationen, die inder Angebotsphase und zur Vorbereitung einer Baustelle meist
V
ausreichend sind. Damit dient der Anhang des Buchs gleichzeitig auchals maschinentechnisches Nachschlagewerk im Baubetrieb. Er solljedoch nicht die Baugerätelisten oder Herstellerprospekte ersetzen; fürspezifische technische Informationen und bei speziellen Geräten sind injedem Fall die neuesten entwicklungsgebundenen Daten der jeweiligenHersteller heranzuziehen.
Nichts ist perfekt - der Autor weiss, dass ein solches Handbuchweiterentwickelt werden muss und erwartet gerne konstruktive Kritik. Sohaben aufmerksame Leser auf Fehler in den beiden früheren Ausgabenhingewiesen, die nun berichtigt wurden.
Auch bei dieser dritten Auflage möchte ich meinen Mitarbeitern amInstitut für Bauplanung und Baubetrieb der ETH Zürich, insbesondereHerrn Dipl.-Ing. Thorsten Busch, danken, die mit ihrer engagiertenUnterstützung dazu beigetragen haben, das Buch in dieser Qualitätherzustellen.
Zürich, Januar 2004 Gerhard Girmscheid
Haftungsausschluss
Die Angaben in diesem Buch wurden nach bestem Wissen und Gewissen erstellt, allerdingsübernimmt der Autor keine Gewähr für die Aktualität, Korrektheit, Vollständigkeit odersonstige Qualität der bereitgestellten Informationen. Haftungsansprüche gegen den Autor,die sich auf Schäden materieller oder ideeller Art beziehen, die durch die Nutzung oderNichtnutzung der in diesem Buch enthaltenen Informationen bzw. durch die Nutzungfehlerhafter und/oder unvollständiger Informationen verursacht wurden, sind grundsätzlichausgeschlossen, sofern seitens des Autors kein nachweislich vorsätzliches oder grobfahrlässiges Verschulden vorliegt.
VI
Inhaltsverzeichnis
1 LEISTUNG IM BAUBETRIEB 11.1 Leistungsbegriffe 21.2 Bestimmung von Leistungswerten 81.3 Leistung von Produktionsketten 101.4 Allgemeine Leistungsberechnung von Lösegeräten 11
2 BAUSTELLENEINRICHTUNGEN 192.1 Sozialeinrichtungen 202.2 Wasserversorgung 212.3 Stromversorgung 272.4 Druckluftversorgung 402.5 Separationsanlagen 47
3 ERDBAUGERÄTE 533.1 Hydraulikbagger 543.2 Radlader 603.3 Laderaupe 633.4 Planiergeräte 663.5 Verdichtungsgeräte 81
4 TRANSPORTGERÄTE 894.1 LKW; SKW; Dumper 904.2 Gleisförderung 1084.3 Bandförderung 1194.4 Flüssigkeitsförderung 1244.5 Schneckenförderung 161
VII
5 TUNNELBAUGERÄTE 1695.1 Tunnelbohrmaschine 1705.2 Teilschnittmaschine 1775.3 Bohrmaschinen 1825.4 Bohren und Sprengen einer Ortsbrust 1855.5 Lüftung 188
6 SPEZIALTIEFBAU 1976.1 Jetgrouting 1986.2 Rammen 207
7 HOCHBAU 2277.1 Krane 2287.2 Betonanlagen 2317.3 Stahlbetonarbeiten 236
8 FAKTOREN 243
9 Anhang: CD 275
10 Literaturverzeichnis 281
11 Abbildungsverzeichnis 287
12 Tabellenverzeichnis 291
13 Stichwortverzeichnis 295
VIII
1 Leistung im Baubetrieb
LeistungsbegriffeBestimmung von LeistungswertenLeistung von ProduktionskettenAllgemeine Leistungsberechnung von Lösegeräten
Leistung im Baubetrieb
1.1 Leistungsbegriffe
Um Bauverfahren zu bewerten und anschliessend Bauzeit und Baukos-ten festlegen zu können, müssen Leistungswerte für einzelne Bauma-schinen sowie ganze Prozessketten bekannt sein. Einheitliche und kon-sistente Definitionen der für die Leistungsberechnung relevanten Begriffesind notwendig, um Angaben und Ergebnisse untereinander vergleichbarzu machen.
Als Leistung bezeichnet man Arbeit pro Zeiteinheit, wobei unter Arbeit inder Regel eine hergestellte, gelieferte oder beförderte Menge verstandenwird [3].
. . . hergestellte MengeLeistung = — —
Zeiteinheit
Der Begriff Menge [3]
Im Baubetrieb häufig verwendete Mengen sind z.B.
• Aushub von Bodenmasse in m3
• Herstellen von Wandschalung in m2
• Verlegen von Betonstahl in t
oder bei Betrachtung einer vom Bauherrn geforderten Gesamtleistung
• Herstellen einer Fertiggarage in Stück• umbauter Raum im Hochbau in m3
Da diese Mengenbegriffe nicht präzise genug sind, müssen sie in derRegel genauer definiert werden. So kann im Erdbau ein m3 bedeuten:
• m3 Material in ungestörter, natürlicher Lagerung• m3 Material in aufgelockertem Zustand, z.B. auf einer LKW-Mulde• m3 Material in wieder eingebautem, verdichtetem Zustand
Ein m3 Beton kann aufgefasst werden als:
• m3 trockenes Gemisch aus Zuschlagstoffen und Zement• m3 unverdichteter Frischbeton• m3 verdichteter, abgebundener Beton
Betongüte, Art der Zuschlagstoffe und des Zements, Wassergehalt so-wie Verarbeitungsverfahren sind allerdings noch nicht präzisiert.
Neben der Menge ist auch die der Berechnung zugrunde liegende Zeit-einheit des Leistungsbegriffs zu definieren. Einzelne Arbeitsabläufe ei-ner Zeitstudie, wie z.B. das Arbeitsspiel ts eines Ladegeräts, werden inMinuten angegeben. Im Baubetrieb nutzt man als Zeiteinheiten Stunden,Tage und Monate für die summarische Arbeits-, Einsatz- und Vorhalte-zeit. Es bereitet allerdings häufig Schwierigkeiten, Anfang und Ende deszu betrachtenden Zeitraums festzulegen und anzugeben. So stellt sichdie Frage, ob zwischen Beginn und Ende der gesamte Zeitraum erfasstoder Teile ausgenommen werden sollen (z.B. die Aufbau-, Abbau- undEinsatzzeit oder nur die Betriebszeit des Geräts).
Auf Baustellen wird in der Regel ohne Schichtbetrieb, allerdings mitÜberstunden gearbeitet. Daher kann man die Arbeitszeit wie folgt anset-zen:
1 Tag = 8 - 1 0 Arbeitsstunden
Im Untertagebau [2] oder bei Instandsetzungsarbeiten von Fernstrassenkommt meistens der Schichtbetrieb zum Einsatz, wobei die Schichtar-beitszeiten oben genannten Arbeitszeiten entsprechen.
Zeitbegriffe für Baugeräteeinsatz und -bewertung
Bei der Beurteilung von Baugerätekosten ist zwischen Betriebszeit,Einsatzzeit und Vorhaltezeit zu unterscheiden (Bild 1-1). Man definiertvereinfacht:
• Betriebszeit = reine Arbeitszeiten des Geräts einschliesslich der Um-setzzeiten innerhalb des Arbeitsbereichs.
• Einsatzzeit = Betriebszeit, Vorbereitungszeiten (z.B. Auslegen vonBaggermatratzen) und Einarbeitungszeiten, Umsetzzeiten innerhalbder Baustelle, betrieblich bedingte Wartezeiten und Zeiten für den Ab-schluss der Arbeiten.
• Vorhaltezeit = Einsatzzeit, Zeiten für An- und Abtransport sowie (fallserforderlich) Auf-, Um- und Abbauzeiten, Stillliegezeiten auf der Bau-stelle, Zeiten für Wartung, Pflege und Reparatur. Die Vorhaltezeit istdamit die Zeitspanne, in der ein Gerät einer Baustelle zur Verfügungsteht und anderweitig nicht darüber verfügt werden kann [4].
Anschaffung Verschroltung
- Lebensdauer-
Nutzungsdauer
Vorhaltezeit 1
Baustelle 1
/An- und Ab-l transport
1/forberei( ung/Ein\arbeitun
\uf-, Um-,Abbau
1Betriebs-
zeit
Vc
jnsafe
Ums
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3aus
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t
e
3zeit II
le II
Stillliegezeit
1BetrieblichbedingieWartezeil
Wartung /Pflege
1AbschlussN
derArbeiteni
Reparatur J
X Bauh
Ba
^Bara i t -( stellung/Vj-agerunQ
ofzeit
hof
Reparatur ]
Vorhaltezeitlll
Baustelle III
Bild 1-1: Zeitbegriffe für Baugeräteeinsatz und -bewertung nach [4]
Die Geräte- und Energiekosten für Bereitstellungsgeräte (z.B. Krane) be-rechnen sich nach der Dauer der Vorhaltezeit. Die Gerätekosten fürLeistungsgeräte (z.B. Bagger) berechnet man oft nach der Dauer derEinsatz- bzw. Betriebszeit und den Energieverbrauch nach der Betriebs-zeit. Eine Berechnung der Gerätekosten von Leistungsgeräten über dieVorhaltezeit führt allerdings dazu, dass der Baustelleneinsatz dieser Ge-räte möglichst kurz gehalten wird, da in diesem Fall auch nicht arbeiten-de Leistungsgeräte Kosten verursachen. Somit wird die Bauleitung an-gehalten, die Einsätze von Leistungsgeräten effizient zu gestalten undbei beendetem Einsatz die Geräte zügig anderen Baustellen zur Verfü-gung zu stellen. Als Mass der Effizienz dient in diesem Fall der Quotientaus Betriebs- und Vorhaltezeit.
Die Ermittlung der Arbeitsleistung einer Person oder einer Maschineund der Vergleich mit anderen Leistungen setzen voraus, dass die be-einflussenden Randbedingungen erfasst und genormt sind [3]. Die the-oretische Grundleistung Qo muss aufgrund verschiedener, zum Teil in-teraktiver Einwirkungen auf die Nutzleistung QN abgemindert werden.Diese Reduktionsfaktoren setzen sich aus folgenden Einflussbereichen[5] zum Euler'schen Produkt zusammen:
• den humanen Faktoren (Qualifikation und Motivation der Maschi-nisten)
• den organisatorischen Faktoren (Qualifikation der Bauleitung und Ar-beitsvorbereitung zur Gestaltung organisatorischer Abläufe)
• den technischen Faktoren (an die Aufgaben angepasstes Gerät sowietechnischer Zustand)
• den umweltbedingten Faktoren (Wetter, Temperatur, Bodenzustandetc.)
Die humanen, organisatorischen und umweltbedingten Faktoren setzensich z.B. zusammen aus:
• dem Bedienungsfaktor rd [-]. Dieser reflektiert die humanen Faktorender Ausbildung und der Qualifikation des Beschäftigten und seineLeistungsmotivation in Abhängigkeit von Lohn, Prämien und persönli-chem Einsatz [3].
Tabelle 1-1: Werte für Bedienungsfaktoren T|I [-] [3]
Ausbildung undQualifikation
sehr gut (geübt)durchschnittlichsehrgut (geübt)
Leistungsmotivation
sehrgut(100%)gut (90 %)ausreichend
T11
1.000.800.75
Interpretiert man die untere Zeile der Tabelle 1-1, so führt bei einemsehr guten Baggerfahrer ein Absinken der Leistungsmotivation von„sehr gut" auf „ausreichend" zu einem Leistungseinbruch von 25 %. Esist allerdings nicht einfach, einen allgemeingültigen Bezugswert z.B.für einen sehr gut ausgebildeten und qualifizierten sowie sehr hochmotivierten Baggerfahrer festzulegen, weshalb sich die Auswahl derpassenden Beiwerte für die menschliche Arbeitsleistung in der Leis-tungsberechnung als schwierig erweist.
• den Betriebsbedingungen ri2 [-]. Diese reflektieren die organisatori-schen und umweltbedingten Faktoren wie die Einsatzbedingungen(Wetter, Helligkeit, örtliche Gegebenheiten wie z.B. Verschlammungder Arbeitsfläche bei Radladern) sowie die Arbeitsvorbereitung der Ar-beitsabläufe.
Das Produkt der Faktoren r\-\ x r|2 wird auch als Betriebsbeiwert be-zeichnet.
Leistung im Baubetrieb1
Neben den Leistungseinflussfaktoren, die durch den Menschen, die Or-ganisation und die Umweltbedingungen beeinflusst werden, müssennoch die technischen Leistungseinflussfaktoren erfasst werden. Die-se geben den Einfluss der realen Betriebsbedingungen gegenüber denals ideal definierten Bedingungen zur Ermittlung der Grundleistung Qo
wieder. Die idealen Bedingungen, die der Ermittlung der Grundleistungzugrunde liegen, müssen den Unterlagen der Maschinenhersteller wiez.B. [6], [7] entnommen werden.
Die technischen Leistungsflussfaktoren untergliedern sich in (nach [5]und [8]):
• fi Abbau- bzw. Grabtiefenfaktor: Geometrische Relationen wie Ab-bauhöhe/Grabentiefe zu Löffelstiellänge.
• f2 Schwenkwinkeleinfluss- bzw. Fahrwegfaktor: Verhältnis des idea-len zum realen Schwenkwinkel bzw. Fahrweg vom Lade- zum Ab-ladepunkt.
• f3 Entleerungsgenauigkeitsfaktor: Entladen des Löffels oder derSchaufel gezielt auf ein Transportfahrzeug oder nur auf Schütthau-fen oder eine Kippe. Bei Entleerung auf ein Transportgerät ist dasVerhältnis von Löffel-/Schaufelinhalt zum Fassungsvermögen desTransportgeräts zu berücksichtigen.
• f4 Schneiden- bzw. Zahnzustandsfaktor: Abnutzungsgrad derSchneid- bzw. Aufladewerkzeuge.
• f5 Verfügbarkeits-/Gerätezustandsfaktor: Einsatzzeit, Instandhal-tungszustand des Geräts.
Der Geräteausnutzungsgrad r|G [-] ergibt sich aus dem Quotienten dereffektiven Betriebszeit (= Schichtzeit minus Unterbrechungs-/Ausfallzeiten) und der Schichtzeit. Man kann diesen Faktor auch als Ef-fektivitätsfaktor bezeichnen; er sagt aus, dass ein Gerät z.B. 50 min/heffektiv arbeitet. Diese Reduktion ergibt sich aus Umsetzzeiten bei einemBagger während eines kontinuierlichen Aushubvorgangs (z.B. Graben)bzw. Ladevorgangs, um die optimale Geräteposition im Gerätearbeitsbe-reich für die Arbeit einzunehmen, oder Zigarettenpausen des Maschinen-führers etc.
Leistung im Baubetrieb
Tabelle der Leistungseinflussfaktoren, durch die die in den Handbüchern[6], [7] beschriebenen Idealbedingungen abgemindert werden:
Tabelle 1-2: Leistungseinflussfaktoren
< 1: Mensch: Leistungsfaktor des Geräteführers (Ausbil-dung, Motivation)
^ 1: Organisation und Umwelt: Einfluss der Betriebsbedin-gungen auf die Leistung (Wetter, Staub, Helligkeit,Arbeitsvorbereitung, Arbeitsabläufe etc.)
Technik: Technische Einflussfaktoren
< 1: Effektivzeit: Geräteausnutzungsgrad eines Geräts, z.B.bezogen auf die Schichtzeit (Schichtzeit = effektive Be-triebszeit sowie Unterbrechungs- und Ausfallzeiten)
Die Faktoren für die wichtigsten Leistungsgeräte können Kapitel 8 ent-nommen bzw. in Analogie übertragen werden.
r|-i
r\2
f- i . . .f5 <
Leistung im Baubetrieb
1.2 Bestimmung von Leistungswerten
Nachkalkulation
Leistungswerte beruhen auf Erfahrung und werden normalerweise imRahmen des technischen Controllings dokumentiert. Sie resultieren ausder Nachkalkulation bereits fertig gestellter Bauprojekte und dienen vorallem der Ermittlung der für die Ausführung geräteintensiver Arbeitenbenötigten Maschinen- und Lohnstunden. Ihre Kehrwerte ergeben Auf-wandswerte, die sich als Quotient aus verbrauchter Arbeitszeit und ge-leisteter Menge definieren.
Die für die Ausführung einer Tätigkeit benötigten Arbeitsstunden werdenmit Hilfe dieser Aufwandswerte für Bauwerke mit gleichen Randbedin-gungen herangezogen. In der Kalkulation bezeichnet man die Auf-wandswerte auch häufig als Stundenansätze.
l-t-LcHunq - 9 e l e i s t e t e M e n 9 e
verbrauchte Arbeitszeit
l-t-Aufwand-wcrt v e r b r a u c h t e Arbeitszeitgeleistete Menge
1Ist-Leistung
Durchschnittliche Leistungswerte für Bauleistungen sind in Standardbü-chern [9], [10], [11], [12] zusammengestellt, werden abervon den Bauun-ternehmen meist anhand eigener Erfahrungen aufgestellt und auf demneuesten Stand gehalten.
Folgende Punkte sind bei der Ermittlung der Leistungswerte zu berück-sichtigen:
• Jede Arbeit hat zu Beginn ihrer Ausführung eine Anlaufzeit, auchLernphase genannt, bei der aufgrund der notwendigen Einarbeitung(Lernkurve) nur eine verminderte Leistung erzielt wird. Zusätzlichschränken in der Auslaufzeit der Ausführung verminderte Arbeitsflä-chen und Störungen im Bauablauf durch nachfolgende Gewerke dieLeistungsfähigkeit ein. Zwischen Anlauf- und Auslaufzeit liegt dieHauptleistungszeit, in der die höchste Leistung erbracht wird. DieseHauptleistungszeit setzt sich zusammen aus der Betriebszeit, den be-trieblich bedingten Wartezeiten und den Umsetzzeiten auf der Baustel-le. Für die Arbeitsausführung sind nun zwei Leistungswerteermittelbar:
8
- Ein mittlerer Leistungswert, bezogen auf die Einsatzzeit, bestehendaus Zeiten für Vorbereitung/Einarbeitung, Betriebszeit, betrieblichbedingte Wartezeiten, Umsetzen innerhalb der Baustelle und Zei-ten für den Abschluss der Arbeiten.
- Ein höherer Leistungswert, ausschliesslich auf die Betriebszeitbezogen.
• Auch während der Betriebsszeit verläuft die Leistungskurve nichtgleichmässig, sondern bewegt sich vielmehr in einer mehr oder weni-ger grossen Bandbreite um den Durchschnittswert.
Bei der Ermittlung der Bauzeit und der Baukalkulation ist immer dermittlere auf die Einsatzzeit bezogene Leistungswert zugrunde zulegen. Die Abstimmung und Optimierung der Gerätekonfigurationerfolgt hingegen über den auf die Betriebszeit bezogenen Leis-tungswert.
Zeitmessverfahren
Das Zeitmessverfahren wird einerseits zur Bestimmung von detailliertenArbeitsabläufen und Leistungswerten sowie andererseits zur kontinuierli-chen Verbesserung sich wiederholender Arbeitsabläufe eingesetzt. Die-se detaillierten Leistungswerte werden durch direkte Messungen undBeobachtungen während der Bauausführung ermittelt. Zwei Methodenbieten sich hierzu an [3]:
• Die Dauer einzelner Arbeitsvorgänge wie auch der Verlustzeiten misstman mit durchlaufender Stoppuhr.
• Mit Hilfe der Momentaufnahme (Zählverfahren, Multimomentverfahren)wird z.B. im Minutenabstand festgestellt und notiert, welche Tätigkeitein einzelner Arbeiter oder die Arbeitsgruppe zu diesem Zeitpunkt ge-rade ausführt. Die Summe der Vielzahl solcher Beobachtungsstich-proben ergibt eine Häufigkeitsstückliste. Diese enthält, bezogen aufdie Gesamtbeobachtungsdauer, bestimmte Zeitanteile je Ablaufart[13].
Diese Methoden liefern bei einer genügend langen Beobachtung sowohldie Leistungswerte als auch eine gute Übersicht über schlecht funktio-nierende Arbeitseinsätze und ungenügende Abstimmung einzelnerProduktionsketten (Verlustzeiten). Daher wird dieses Verfahren haupt-sächlich zur kontinuierlichen Verbesserung von sich wiederholenden Ar-beitsabläufen auf der Baustelle eingesetzt.
Leistung im Baubetrieb
1.3 Leistung von Produktionsketten
Häufig wird bei der Bauwerkserstellung die Produktionsleistung nicht voneiner einzelnen Maschine, sondern von mehreren in einer Produktions-kette zusammenarbeitenden Maschinen erbracht. Beispiele hierfür sinddas Zusammenspiel
• im Betonbau von Betonmischer, Betontransport, Betonpumpenund Betonverteiler;
• im Erdbau von Ladegeräten, Lastkraftwagen und Planiergeräten.
Die Leistung einer Produktionskette wird immer vom Leitgerät bestimmt.Beim Leitgerät handelt es sich um eine einzelne Maschine oder eineMaschinengruppe, die innerhalb der Produktionskette die kleinste Leis-tung erbringt. In der Regei sind das Maschinen oder Maschinengruppen,bei denen die Leistung nur sehr aufwendig, z.B. wegen sehr hoher In-vestitions-, Miet- und Reparaturkosten, oder überhaupt nicht, z.B. wegenräumlichen oder von Arbeitsverfahren bestimmten Begrenzungen, ange-passt werden kann. Alle anderen Maschinen der Produktionskette sinddann an die Leistungsfähigkeit des Leitgeräts anzupassen [1].
Erfordert die Durchführung einer Bauaufgabe zwei parallel oderabwechselnd arbeitende Produktionsketten, so müssen diese mitdem Ziel eines möglichst kontinuierlichen Produktionsflusses in Bezugauf minimale Wartezeiten optimiert werden [3]. Auf Linienbaustellenstellt z.B. das Schalen und Betonieren eines Hochhauses mit den Bau-werksteilen Decken sowie Kern und Stützen ein Beispiel zweier parallellaufender Produktionsketten dar. Die nachfolgenden baubetrieblichenLeistungsberechnungen und vor allem die leistungsabmindernden Bei-werte beruhen auf den Untersuchungen der Firmen Liebherr [6] und Ca-terpillar [7] sowie der Professoren Bauer [8] und Kühn [14].
10
Leistung im Baubetrieb
1.4 Allgemeine Leistungsberechnungvon Baugeräten
Kurzzeitleistungen
Unter dieser Leistungskategorie werden die Leistungen in der Hauptpha-se des Vorgangs auf die Betriebszeit bezogen definiert.
Die theoretische Leistung QT [m3/h] ist abhängig von der konstruktivenGestaltung des Geräts in Bezug auf Maschinenleistung, Technologie,Kinematik, Arbeitsgeschwindigkeit und Lade- und Transportgefässinhalt.Sie besteht unter optimalen technischen Betriebsbedingungen, aber oh-ne Berücksichtigung materialabhängiger, technischer, bedienungs- undbetriebsbedingter Einflüsse sowie der Geräteausnutzung.
Die Grundleistung Qo [fm3/h] berücksichtigt die materialabhängigenEinflussfaktoren und erfolgt unter optimalen technischen Betriebsbedin-gungen, aber ohne Berücksichtigung technischer, bedienungs- und be-triebsbedingter Einflüsse sowie der Geräteausnutzung.
Die technische Grundleistung QTo [fm3/h] berücksichtigt alle material-abhängigen und technischen Einflussfaktoren, ohne bedienungs- undbetriebsbedingte Einflüsse sowie die Geräteausnutzung.
11
Die Nutzleistung QN [fm3/h] (Durchschnittsleistung/Dauerleistung überdie Betriebszeit) berücksichtigt alle bekannten materialbedingten undtechnischen Leistungsfaktoren, insbesondere auch die Bedienungs-und Betriebsbedingungen sowie die Geräteausnutzung.
QN
k i -
VSAE
tsa
9
112
f if2f3f4f5kik2
k3
— SAE x ^ f i O O x k x k x k x n r
= axcp [
= f., X f 2 X f 3 X f 4 X f 5 [
Nenninhalt Grab-/Transportgefäss gemäss SAE [Spielzeit [Lösefaktor [Füllfaktor [Bedienungsfaktor [Betriebsbedingungen [Abbau-/Grabtiefenfaktor [Schwenkwinkel-/Fahrwegfaktor [Entleerungsgenauigkeitsfaktor [SchneidenVZahnzustandsfaktor [Verfügbarkeits7Gerätezustandsfaktor [Ladefaktor [Leistungseinflussfaktor [Betriebsbeiwert [Geräteausnutzungsgrad [
fm3/hl[II /i IJ
m3]s]fm3/!m3]
•]
-]-]
Die Kurzzeitleistung bezieht sich auf die Betriebszeit, d.h. auf die reineArbeitszeit des Geräts. Bei grossen, maschinenintensiven Erdbaustellen,d.h. Baustellen mit kontinuierlichem Geräteeinsatz, entspricht sie weit-gehend der durchschnittlichen Leistung des gesamten ArbeitstagsQAT[fm3/h]. Bei zyklischen Arbeitsabläufen, bei denen das Gerät nurzeitweise während der Arbeitszeit in Betrieb ist, weicht die Kurzzeitleis-tung teilweise deutlich von der Durchschnittsleistung des Arbeitstags ab.
Im Berechnungskonzept von KurzzeitVNutzleistung QN sind neben denauf die Grundleistungen Qo bezogenen technischen Reduktionsfaktorenbereits auch die Bedienungs- und Betriebsbedingungen wie Motivation,Wettereinfluss etc. sowie die Geräteausnutzung während der Betriebs-zeit enthalten. Berücksichtigt wird ferner, dass eine neue Maschine hö-
12
here Leistungen erbringt als eine ältere, bedingt durch Verschleiss, aberauch durch häufigere kleinere Reparaturen an z.B. Hydraulikschläuchenoder Reisszähnen. Ferner ist auch die Geräteausnutzung über einen de-finierten Zeitraum enthalten, da z.B. ein Baggerführer nicht ununterbro-chen eine volle Stunde oder einen ganzen Tag hocheffizient unter Bei-behaltung der Konzentration über die ganze Schichtzeit hinweg arbeitet.Bei diesem Geräteausnutzungsgrad ist auch z.B. das Nachrücken einesBaggers während des Aushubs oder Ladevorgangs enthalten.
In der KurzzeitVNutzleistung sind die folgenden Reduktionen nicht ent-halten:
• Vorbereitungszeiten (z.B. Auslegen von Baggermatratzen oder dasUmrüsten auf ein anderes Grabgefäss)
• Unterbruchszeiten für das Umsetzen an einen neuen Standort auf dergleichen Baustelle
• Betrieblich bedingte Unterbrechungen und Wartezeiten• Einarbeitungs- und Abschlusszeit mit meist geringerer Leistung
(Bild 1-3), da einerseits in der Lernphase erst der optimale Ablauf inder Prozesskette gefunden werden muss und andererseits in der Ab-schlussphase oft schon parallele Arbeiten anderer Gewerke beginnen,die Behinderungen verursachen können, oder noch Nacharbeitendurchgeführt werden müssen.
Langzeitleistung
Die Langzeitleistung, auch Einsatzleistung QET genannt, bezieht sich aufdie Einsatzzeit der Geräte, die sich aus der Dauer der Prozesse ergibt,und baut auf dem Konzept der Kurzzeitleistung auf. Die Kurzzeitleistungwird dazu ergänzt durch Vorbereitungs- und Einarbeitungszeiten, durchunproduktive betrieblich bedingte Wartezeiten, die Dauer des Umsetzensan einen anderen Arbeitsort auf der Baustelle sowie Zeiten für den Ab-schluss der Arbeiten.
Beim Sprengvortrieb im Untertagebau, einem zyklisch ablaufenden Vor-triebsverfahren, wird nach dem Sprengen das Haufwerk geladen. DieseArbeiten beanspruchen nur 3 - 4 Stunden einer Schicht von 8 - 1 0Stunden. In der restlichen Zeit werden andere Arbeiten durchgeführt.Das bedeutet, dass die effektive Nutzleistung QN [fm3/h] des Geräts we-sentlich von der Durchschnittsleistung QAT [fm3/h] pro Arbeitstag abwei-chen kann. Das Gleiche gilt auch bei Baugruben, wenn z.B. in einer ge-
13
Leistung im Baubetrieb
wissen Tiefe der Aushub unterbrochen werden muss, um Anker- oderAussteifungsarbeiten durchzuführen.
Leistung bei zyklischen Arbeiten
Q [fm3/h] Schutterleistungen
[-] Zyklus
[h] Tagesarbeitszeit
[T] Tage
Zyklus I: Sichern und SprengenZyklus II: Schuttern (Laden des Vortriebs)
Bild 1-2: Darstellung der Schutterleistung in Abschlagszyklen
Daher müssen die Leistungen einerseits nach Arbeitsabläufen und ande-rerseits nach verschiedenen Zeitabschnitten wie folgt differenziert wer-den:
• Die Wahl der Maschinen erfolgt aufgrund der erforderlichen Nutzleis-tung QN bzw. Grundleistung Qo.
• Die Tagesleistung QAT ist eine Durchschnittsleistung, die meist danndeutlich von QN abweicht, wenn zyklische Arbeiten durchgeführt wer-den, oder bei Geräteumsetzungen zu anderen Arbeitsstätten mit zykli-schem Charakter.
14
Leistung im Baubetrieb 1
• Die Einsatzleistung QET über die gesamte Einsatzzeit ist meist für kal-kulatorische Zwecke erforderlich und beinhaltet neben der Nutzleis-tung QN bzw. Tagesleistung QAT die Reduktion durch die Vorberei-tungszeit, Einarbeitungs- und Abschlussphase sowie betrieblich be-dingte Unterbrechungen.
Allgemeiner Leistungsverlauf während der Vorhaltezeit
Q [fm3/h]
Bild 1-3: Leistungsverlauf
QN NutzVDauerleistung des GerätsA Leistung bezogen auf die Betriebszeit
QAT Tagesdurchschnittsleistung des GerätsA Leistung bezogen auf die Tagesarbeitszeit
QET mittlere Einsatzleistung des Geräts4 Leistung bezogen auf die Einsatzzeit
Tjransp Zeit für den TransportTEin EinarbeitungszeitTB Betriebszeit des Geräts pro ArbeitstagTy Zeit für betrieblich bedingte UnterbrechungenTRep Zeit für Wartungen und ReparaturenTscmuss Dauer der SchlussphaseTE E i n satzze it de r G e räteTv Vorhaltezeitd Vorgangsdauer - mögliche Betriebs- bzw.
Arbeitstage gemäss Terminplan (Einsatzzeit)
[fm3/h]
[fm3/h]
[fm3/h]
[h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT]
15
Leistung im Baubetrieb
Die effektive Leistung, bezogen auf die Arbeitszeit QAT [fm3/h] bzw.die Einsatzzeit QET [fm3/h], ergibt sich zu:
Arbeitszeit: QAT = QN x ——TAT
Einsatzzeit: QET = QAT x —— = QN x —5-'ET T E T
QAT Tagesdurchschnittsleistung des GerätsQET mittlere Einsatzleistung des GerätsQN NutzVDauerleistung des GerätsTB Betriebszeit des Geräts pro ArbeitstagTAT Arbeitsstunden pro ArbeitstagTET Einsatzstunden pro Arbeitstag
[fm3/h]
[fm3/h]
[fm3/h][fm3/h][fm3/h][h/AT][h/AT][h/AT]
Die erforderliche durchschnittliche Leistung, bezogen auf dieEinsatzzeit QET-erf. [fm3/h], ergibt sich zu:
V Gesamtaushub (Arbeit) [fm3]TAT Arbeitsstunden pro Arbeitstag [h/AT]d Vorgangsdauer-mögliche Betriebs- bzw. [AT]
Arbeitstage gemäss Terminplan (Einsatzzeit)
Anzahl der
Q E T ert
n " QET
Losegeräte n [-]
T
TET
ML J
rfm3/hl
QET mittlere Einsatzleistung eines Geräts [fm3/h]TB Betriebszeit des Geräts pro Arbeitstag [h/AT]TET Einsatzstunden pro Arbeitstag [h/AT]
16
Leistung im Baubetrieb
Die Leistung QAT in der Arbeitszeit TAT entspricht weitgehend derNutz-/Dauerleistung QN, wenn keine zusätzlichen Zeitaufwendungennotwendig werden, die über die in den Gerätezustandsfaktoren, z.B. fürtägliche Routinewartung, sowie im Geräteausnutzungsfaktor für kleinereUmsetzungsarbeiten und Erholungspausen schon enthaltenen Zeitauf-wendungen hinausgehen.
Die Arbeitszeit TAT [h/AT] ergibt sich aus:
[h/AT]
Die Arbeitszeit pro Tag TATsetzt sich zusammen aus:
• der Betriebszeit des Geräts TB
• den möglichen gewollten und ungewollten Unterbrechungenj
z.B. durch Umsetzen der Maschinen, Unterbruch in der Versorgung,kleine Wartungsarbeiten, zyklische Arbeiten
Die Arbeitszeit TAT entspricht normalerweise der Regelarbeitszeitauf der Baustelle.
Man kann davon ausgehen, dass die Nutzleistung über Stunden und Ta-ge bei gleicher Arbeit aufrechterhalten werden kann. Muss jedoch dasGerät umgesetzt oder müssen z.B. in einer Baugrube zuerst die Ankergesetzt werden, bevor mit dem Aushub fortgefahren werden kann, dannentspricht die Nettoarbeitszeit des Geräts oder der Prozesskette nichtder Arbeitszeit, der Einsatzzeit und vor allem nicht der Vorhaltezeit.
Unter der Einsatzzeit TET werden alle Zeiten zusammengefasst, an de-nen das Gerät in Betrieb ist. Dazu gehören:
• Vorbereitungszeiten• Einarbeitungszeit• Betriebszeit• Umsetzen auf der Baustelle• Baubetrieblich bedingte Wartezeit• Schlussphase
In dieser Zeit ist das Gerät ohne Unterbrechung durch Wartungen, Repa-raturen oder Stillstandstage in Betrieb.
17
Leistung im Baubetrieb
Damit ergibt sich die Einsatzzeit TET zu:
"1"ET = "̂ "vor + "̂ Ein + TB + T j + TU m + TSch|uss
1 l^
[h]
1 TTI 1 1 i
[AT]
TVor
TEinTB
TyT U m
Vorbereitungszeiten [h]; [AT]Einarbeitungszeit [hj; [AT]Betriebszeit [hj; [AT]Zeit für betrieblich bedingte Unterbrechungen [hj; [AT]Umsetzzeiten auf der Baustelle [hj; [AT]Dauer der Schlussphase [hj; [AT]
Die Vorhaltezeit TV T umfasst die Einsatzzeit und das Einrichten sowiedie Auf-, Um- und Abbau der Geräte mit den dazugehör igen Transport-zei ten, die Stil l l iegezeit auf der Baustel le und die Zei ten für War-tung/Pf lege und Reparatur. Damit ergibt sich die Vorhaltezeit T V T Z U :
Rep
Zeiten für An - und AbtransportZei ten für den AufbauReparaturzei tenWar tungs- und PflegezeitenSti l l l iegezeitenUmbauzei tenAbbauzei ten
[h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT][h]; [AT]
Es ist daher sehr wichtig, dass bei Leistungsangaben der Bezugs-zei t rahmen genau angegeben wi rd.
18
2 Baustelleneinrichtungen
SozialeinrichtungenWasserversorgungStromversorgungDruckluftversorgungSeparationsanlagen
Sozialeinrichtungen t rnr
2.1 Sozialeinrichtungen [15], [16]
Die hier angegebenen Werte dienen nur zur Vordimensionierung derSozialeinrichtungen. In jedem Land müssen die speziellen Vorschriftender Arbeitsstättenverordnung beachtet werden.
Tabelle 2-1: Richtwerte der Sozialeinrichtungen
Nr.
12
3
4
5
6
7
8
Sozialräume
TagesunterkünfteSchlaf-/WohnunterkunftKantine(mit Küche und Magazin)
WC
Waschraum
Duschen bei mehr als 10Arbeitern und Baustellen-dauer > 2 WochenMindestraumhöhen
Fensterfläche
m2/Arbeiter
1>6
2.5
m3/Arbeiter
>10
Andere
1/Baustelle bzw.1/(15 Arbeiter)1 Waschraumplatz/Baustelle bzw.1 Waschraumplatz/(5 Arbeiter)
1 Dusche/(20 Arbeiter)
2.3 m1/10derGrund-fläche
Zudem sind spezifische Anforderungen hinsichtlich Tischen, Stühlen,Schränken und anderer Einrichtungsgegenstände zu beachten.
20
Wasserversorgung 93
2.2 Wasserversorgung [17]
Begriffsbestimmung und Berechnungsvorgang
• Wasserbedarfsermittlung:
Die Wasserbedarfsermittlung ist notwendig zur Dimensionierung derVersorgungsquelle, der Versorgungsleitungen und eventueller Zusatz-einrichtungen wie Pumpanlagen.
Ermittlung anhand von Richtgrössen:
a) Arbeitnehmer
Trink- und Brauchwasserbedarf der Arbeit-nehmer (AN) am Arbeitstag (AT)[I/AN und AT]
Anzahl AN x Richtwert [m3/AN und AT] = [m3/AT]
b) Aufbereitungsanlagen
Beton- und Mörtelanmachwasserbedarf[m3/m3]
Leistung Anlage [m3/AT] x Richtwert [m3/m3] = [m3/AT]
c) Sonstige Anlagen
Sonstiger Brauchwasserbedarf für Wasch-,Sieb- oder Trennanlagen für Zuschlagstof-fe [m3/m3]
Leistung Anlage [m3/AT] x Richtwert [m3/m3] = [m3/AT]
Zwischensumme 1 = [m3/AT]
21
Wasserversorgung
d) Zuschlag für Betonnachbehandlung usw.
Pauschaler Zuschlag auf den ermitteltenWasserbedarf für weiteres Brauchwasserzur Nachbehandlung von Beton, zumFeuchthalten der Schalung, zur Reinigungvon Geräten und Fahrzeugen [%]
Zuschlag x Zwischensumme 1 [m3/AT] [m3/AT]
Zwischensumme 2
e) Zuschlag für Verluste in prov. Leitungen
Pauschaler Zuschlag auf den ermitteltenWasserbedarf für Verluste in provisori-schen Leitungen [%]
Zuschlag x Zwischensumme 2 [m3/AT]
[m3/AT]
[m3/AT]
Gesamtwasserbedarf Qc [m3/AT]
Dimensionierung der Rohrleitung
a) Maximaler stündlicher Wasserbedarf Q [l/s]
Wassermenge für allgemeinen Gebrauch Q^ax [l/s]
Der maximale stündliche Wasserbedarf (Q1max) ergibt sich aus dem
1.5fachen des durchschnittlichen täglichen Gesamtbedarfs (s.o.)-
Q1 A X Mm a x " T A T 3.6
[l/s]
Q 1 maximaler stündlicher Wasserbedarf der Baustelle [l/s]
Q0 durchschnittl. tägl. Gesamtwasserbedarf [m3/AT]
TAT tägliche Arbeitszeit [h/AT]
22
Wasserversorgung
Wassermenge für Betonmischer Q^a
Für die Dimensionierung der Leitung zum Betonmischer muss ge-währleistet sein, dass eine Wassermenge von einem Fünftel desNenninhalts des Mischers innerhalb von z.B. 20 Sekunden gleich-mässig zugegeben werden kann. [17]
Q 2 maximaler stündlicher Wasserbedarf zurBetonherstellung
Vmisch Nenninhalt des Mischers [ I ]At 20 Sekunden Zulauf für Betonmischer [ s ]
Bei grossem Wasserbedarf für den Mischer empfiehlt sich die An-ordnung eines Zwischenspeichers.
Maximaler stündlicher Wasserbedarf Q [l/s]
Q = max{Q1max;c4x} [l/s]
b) Durchmesser der Rohrleitung d [dm]
Der Durchmesser der Rohrleitung d [dm] ergibt sich aus demmaximalen stündlichen Wasserbedarf Q [l/s]:
Q Fördermenge bzw. max. Wasserbedarf [l/s]
d lichter Durchmesser der Rohrleitung [dm]
v Wassergeschwindigkeit in der Rohrleitung, [dm/s]meist 5 bis 8 dm/s
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