8. Januar 2015

Dossiers
Die Grenzen sind noch nicht erreicht

Text: Franziska Porsch

Beim Transport von Gütern stellt der Seeweg eine der wichtigsten Verbindungen ins Ausland dar. Die Tendenz des Umschlagvolumens an deutschen Häfen ist steigend – man geht davon aus, dass es sich bis 2030 annähernd verdoppeln wird. Dieses Wachstum stellt neue Anforderungen an bestehende und in Planung befindliche Hafenanlagen, die ihre Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit betreffen. Die Forscher des Fraunhofer-Centers für Maritime Logistik und Dienstleistungen (CML) in Hamburg simulieren für ihre Kunden basierend auf Umgebungs- und Schiffsdaten konkrete Szenarien in Echtzeit, anhand derer sie die nautische Sicherheit der Anlagen bewerten. Wir haben Carlos Jahn, dem Leiter des CML, Fragen zu den Tätigkeiten des Centers, der Gestaltung von Häfen und den Grenzen der Simulation gestellt, um das Schwerpunktthema Wasser aus form 256 um den Aspekt des Transportmittels zu erweitern.



 

Welche Dienstleitungen bietet das CML an und welche Kunden nehmen diese in Anspruch?

 

Das Fraunhofer CML erarbeitet Systemlösungen in der maritimen Logistik. Dabei entwickelt und optimiert es die Prozesse und Systeme entlang der maritimen Supply Chain. Sowohl private als auch öffentliche Auftraggeber aus den Bereichen Hafenbetrieb, Logistikdienstleistung und Schifffahrt zählen zu den Kunden des Centers. Der Einsatz moderner Technologien und die Nutzung innovativer IT-Systeme sind Voraussetzung, um globale Warenströme wirtschaftlich, umweltfreundlich und sicher zu realisieren. Auf diesem Gebiet ist das Fraunhofer CML Experte: Zum einen schaffen wir Grundlagen für strategische Entscheidungen bei Standortentwicklung und Hinterlandanbindungen durch den Einsatz eines Transportmodells, mit dem künftige Transportaufkommen in einzelne Regionen abgebildet werden. Zum anderen lassen sich Optimierungspotenziale auf Terminals in unserer digitalen Planungsumgebung aufdecken. Dort stellen wir auch Energieeinsparmöglichkeiten des Umschlag- und Transportequipments dar. Komplexe Anforderungen im Schiffsmanagement lösen wir außerdem mittels mathematischer Optimierung und verbessern so den Personaleinsatz oder die Beschaffungssituation in den Flotten unserer Kunden. Zuletzt simulieren wir Fragestellungen zu kritischen nautischen Situation an unserem Schiffssimulator, in dem sowohl Manöver in Häfen und Ansteuerungen als auch auf hoher See gefahren werden.

 

 

Wie kam Ihrer Meinung nach der Bedarf nach diesen Dienstleistungen zustande? Was hat sich in den letzten Jahren im Güterverkehr verändert beziehungsweise was wird sich in Zukunft an Häfen ändern?

 

Die Häfen haben wie die gesamte globale Wirtschaft eine ganze Reihe entscheidender Veränderungen in den letzten Jahren erlebt: Durch die Globalisierung haben die internationalen Handelsvolumina seit 2000 einen Zuwachs von 60 Prozent erfahren und die Digitalisierung hat die Geschwindigkeit des Informationsaustauschs massiv erhöht. Darüberhinaus wurde die Produktivität im Hafenumschlag weiter erhöht und die Anforderungen an höhere Energieeffizienz sorgen für weiteren Innovationsdruck auf dem Terminal.

Insgesamt ergeben sich aus diesen Rahmenbedingungen große Anforderungen an die Verantwortlichen der maritimen Branche, aber auch große Chancen. Das Fraunhofer CML hat sich zum Ziel gesetzt, die Unternehmen und Verwaltungen bei den erforderlichen Optimierungs- und Transformationsprozessen zu unterstützen.

 

 

Welche neuen Bedingungen ergeben sich daraus für den Hafenbau? Wie werden bestehende Häfen umgebaut und worauf kommt es bei neuen an?

 

Kurz angemerkt sei, dass in Deutschland eher neue Terminals gebaut werden, als ganze Häfen. Unter anderem aus den beschriebenen Herausforderungen ergeben sich besonders zwei relevante Entwicklungen für den Hafenbau: Die (Container-)Schiffe werden immer größer und es gibt neue Nutzungsanforderungen an Häfen.

Das zunehmende Schiffswachstum hat Anforderungen an die Terminals und die Hafenbetreiber zur Folge. Terminals müssen ihre Suprastrukturen, also die Abfertigungsanlagen wie zum Beispiel Kaikräne, aber auch Stauflächen und Fahrwege auf die größeren Schiffe auslegen, damit diese trotz zunehmender Breite und wachsender Anzahl umzuschlagender Container beziehungsweise sonstiger Güter entladen werden können. Zudem erwarten die Reedereien und Verlader, dass vergleichbar hohe Geschwindigkeiten in Umschlag und Abfertigung erreicht werden wie früher, als die Containerschiffe beispielsweise nur 2.000 bis 3.000 Container (heute: bis zu 6.000 Container) bei einem Stopp in Hamburg umschlugen. Hafenbetreiber müssen angesichts des zunehmenden Schiffswachstums für die Erreichbarkeit der Terminals und ihre langfristige Eignung sorgen. So erfordern die größeren Schiffe andere Wendekreise und längere Kajen.

Neue Hafennutzungen zeigten sich in den letzten Jahren im Wachstum der Kreuzfahrtbranche und der Entwicklung der Offshore-Windparkbranche. Beide Ansiedlungsformen stellen sehr unterschiedliche Anforderungen an den Hafenbau. Kreuzfahrtterminals sollen für die gute Anbindung der jeweils mehreren tausend Passagiere und ihre Versorgung möglichst zentral in den angelaufenen Destinationen liegen. Sie erfordern neben der sicheren nautischen Erreichbarkeit, die Queen Mary 2 ist beispielsweise 345 Meter lang, zusätzlich Abfertigungs- und Versorgungsinfrastrukturen auf dem Terminal.

Terminals, auf denen Offshore-Windkraftanlagen umgeschlagen werden, haben gänzlich andere logistische Anforderungen: für sie steht die landseitige Erreichbarkeit und der Umschlag extrem großer und schwerer Einzelkomponenten bei der Planung im Vordergrund.

Werden neue Terminals errichtet beziehungsweise bestehende neuen Anforderungen angepasst, muss die Sicherheit der nautischen Erreichbarkeit und des übrigen Schiffsverkehrs sichergestellt werden und der Bau der neuen Anlagen dieser Anforderung untergeordnet werden. 



 

Welche Rolle spielt dabei das Wasser? Welche Eigenschaften haben Einfluss auf die Gestaltung der Hafenanlage?

 

Bei der Planung von Hafenanlagen und Terminals müssen hinsichtlich des vorhandenen Wassers ganz unterschiedliche Eigenschaften berücksichtigt werden: Fließrichtungen und -geschwindigkeiten sind bei der Planung ebenso wichtig wie die Kenntnis maximaler und minimaler Wasserstände. Außerdem spielen beim Einsatz einiger Materialien oder Zu- beziehungsweise Abflüsse auch Eigenschaften wie der Salzgehalt und die Temperatur eine Rolle, da sie die Ansiedlung aus anderen Ländern eingebrachter Organismen beeinflussen können.

Bei den Planungs- und Simulationsaufgaben, die am CML bearbeitet werden, sind vor allem die Fließgeschwindigkeit und -richtung des Wassers wichtig, da sie wie die vorherrschenden Windbedingungen großen Einfluss auf die Steuerbarkeit von Schiffen haben.

 

 

Welche gestalterischen Disziplinen sind an dem Prozess der Hafengestaltung beteiligt – Designer und Architekten?

 

Das CML stellt in seinen Untersuchungen über die nautische Erreichbarkeit und Sicherheit erforderliche Rahmenbedingungen für die Schifffahrt dar und damit Parameter wie Lage und Abmessungen von Terminals, Kajen und Wasserstraße in diesen Bereichen. Für die eigentliche Planung sind in der Regel Wasserbauämter verantwortlich, deren Ingenieure bestehende Anlagen überprüfen und neue auslegen. Welche weiteren gestalterischen Disziplinen involviert sind, entzieht sich unserer Kenntnis.

 

 

Wirkt sich die Gestaltung von Schiffen oder Frachtern auf den Bau des Hafens aus und andersherum?

 

Die Entwicklungen der vergangenen Jahre zeigt, dass die Entwicklung der Terminals der der Schiffe gefolgt ist. Das Schiffsgrößenwachstum, über durch Skaleneffekte sinkende Transportkosten im Wechselspiel mit dem Wachstum der Weltwirtschaft, bestimmt die Investitionen in Häfen und auf Terminals. Diese zeigen sich in Verlängerungen von Kajen, Installationen größerer und leistungsstärker Kaikränen, der Einrichtung oder Erweiterung von Wendebecken sowie der Vertiefung von Wasserstraßen.



 

Eine Simulation ist eine Annäherung an die Realität. Wie wurde der Simulator gestaltet um möglichst real zu sein? Werden zum Beispiel auch die Geräuschkulisse des Schiffes eingespielt, während der Nautiker das Schiff im Simulator führt?

 

Der Simulator am Fraunhofer CML wird für Forschungsaufgaben eingesetzt. Wichtig für die Mitarbeiter ist deshalb die Möglichkeit, Parameter zu ergänzen und zu ändern, Verbindungen zu anderen Schiffshandling-Simulatoren herstellen zu können und auch selbst entworfene Schiffe in dieser Umgebung fahren lassen zu können. Dies unterscheidet unseren Simulator von Trainingssimulatoren in Ausbildungsstätten, in denen es möglich und wichtig ist, ein möglichst realistisches Umfeld zu erfahren. Unser Simulator verfügt über eine Vielzahl von Monitoren, die für die Fahrt und Steuerung notwendigen Brückeneinrichtungen zur Steuerung und Übermittlung der Maschinenbefehle sowie eine sehr hohe Rechnerkapazität für Grafik und Durchführung.

Während ein Teil der Bildschirme den Blick von der Brücke zeigen, wird auf anderen der Seeraum aus einer übergeordneten Perspektive dargestellt. Weitere zeigen elektronische Seekarten mit Kursen und Daten anderer Schiffe, wichtige Informationen zum Betriebszustand der gefahrenen Schiffe und das Radarbild.

Geräusche können aktiviert werden wie auch unterschiedliche Wetter- und Sichtbedingungen, die für unterschiedliche Simulationsszenarien relevant sein können.

 

 

Wo liegen die Grenzen der Simulation?

 

Am CML sind die Grenzen der Simulation (im Wortlaut der Frage) noch nicht erreicht. Gerade im Forschungsbereich, beispielsweise im Forschungsprojekt MUNIN, in dem die Steuerung autonomer Schiffe untersucht wird oder im Projekt MONALISA 2.0, in dem die Vernetzung europaweit verteilter Simulatoren erarbeitet wird, bestehen noch viele Möglichkeiten, in der Realität aus unterschiedlichen Gründen nicht darstellbare Entwicklungen auszuprobieren.

Grundsätzlich ist die Qualität einer Simulation von dem Datenpool, auf dem sie aufsetzt, abhängig. Gerade in der Seeschifffahrt ist dieser Datenpool aus der Entwicklung von Schiffen, ergänzt um die digitale Kartenwelt, die das maritime Umfeld exakter abbildet als manche analoge Seekarte, qualitativ sehr hochwertig. Ergebnisse von Simulationen gelten deshalb als sehr belastbar.

Die Grenzen der Simulation sind deshalb in der entscheidenden Auswahl von Parametern und Szenarien zu sehen, die in einer Untersuchung berücksichtigt werden.

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