Leistungsuntersuchung Station Terminal in Stuttgart 21 Schlussbericht

im Auftrag von DB Projektbau GmbH

Prof. Dr.-Ing. Ullrich Martin Dipl.-Ing. Peter Breuer Dipl.-Ing. Ralf Hantschel

März 2008

Verkehrswissenschaftliches Institut Stuttgart GmbH

Leistungsuntersuchung Station Terminal in Stuttgart 21

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ...... II Abbildungsverzeichnis...... IV Tabellenverzeichnis...... VI Formelverzeichnis...... VI 1 Einleitung ...... 1 1.1 Vorbemerkungen...... 1 1.2 Aufgabenstellung ...... 2 1.3 Untersuchungsansatz ...... 4 1.4 Vorgehensweise zur Ermittlung des Leistungsverhaltens...... 6 1.5 Modellzuggattungen und Zugmix...... 6 2 Ergebnisse ...... 6 2.1 Optimaler Leistungsbereich bei Verdichtung aller im Betriebsprogramm Stuttgart 21 verkehrender Züge (Szenario Verdichtung Gesamtverkehr)...... 6 2.1.1 Variante „flexibel“ ...... 6 2.1.2 Variante „restriktiv“...... 6 2.2 Gleisbelegungen der Station Terminal...... 6 2.2.1 Ist-Fahrplan (Fahrplanperiode 2008) ...... 6 2.2.2 Basisbetriebsprogramm der Varianten „flexibel“ und restriktiv...... 6 2.3 Optimaler Leistungsbereich für die Station Terminal ohne zusätzliche Maßnahmen an der Infrastruktur...... 6 2.3.1 Infrastruktur...... 6 2.3.2 Leistungsverhalten der Variante „restriktiv“ bei Verdichtung der S-Bahnen ...... 6 2.3.3 Leistungsverhalten der Variante „restriktiv“ bei Verdichtung der ICE und RE ...... 6 2.4 Betriebssimulation...... 6 2.4.1 Vorgehensweise...... 6 2.4.2 Ergebnisse gesamter Untersuchungsraum Stuttgart 21 ...... 6 2.4.3 Ergebnisse Teilraum Stuttgart Filder...... 6 2.4.4 Sensitivitätsanalyse der Infrastruktur Teilraum Filder ...... 6 2.5 Optimaler Leistungsbereich für die Station Terminal mit zusätzlichen Maßnahmen an der Infrastruktur Rohr – Flughafen...... 6 2.5.1 Infrastrukturanpassung ...... 6 2.5.2 Ermittlung des Taktgefüges bei Verdichtung der am Flughafen endenden S- Bahnen auf 15-Minuten-Takt...... 6

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2.5.3 Leistungsverhalten der Variante „restriktiv“ mit Blockverkürzung auf der Strecke Rohr – Flughafen ...... 6 2.5.4 Betriebssimulation der Variante „restriktiv“ mit Blockverkürzung auf der Strecke Rohr – Flughafen ...... 6 2.6 Abgleich der Ergebnisse mit anderen Untersuchungen...... 6 3 Zusammenfassung und aktueller Sachstand...... 6 4 Quellenverzeichnis...... 6 4.1 Literatur...... 6

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Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Bahnsteighöhen in der Station Stuttgart-Flughafen Terminal...... 1 Abbildung 2: Abgrenzung des Untersuchungsraums ...... 2 Abbildung 2: Spurplan Station Terminal (betriebliche Minimalvariante - in Abstimmung mit Auftraggeber)...... 3 Abbildung 3: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „flexibel“ unter Verdichtung aller Züge (gesamter Untersuchungsraum) ...... 6 Abbildung 4: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ unter Verdichtung aller Züge (gesamter Untersuchungsraum) ...... 6 Abbildung 5: S-Bahn-Fahrten im Fahrplan 2008 in der Hauptverkehrszeit (Station Terminal) ...... 6 Abbildung 6: Gleisbelegung Sollfahrplan Variante "flexibel" und „restriktiv“ (Station Terminal) ...... 6 Abbildung 7: Geplante Zugfahrten nach Realisierung Stuttgart 21 (Station Terminal)...... 6 Abbildung 8: Untersuchte Infrastruktur im Bereich Filder ...... 6 Abbildung 9: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ unter Verdichtung der beiden S-Bahn-Linien S2 und S3 (Station Terminal)...... 6 Abbildung 10: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ unter Verdichtung der S-Bahn-Linie S2 (Station Terminal...... 6 Abbildung 11: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ unter Verdichtung der S-Bahn-Linie S3 (Station Terminal) ...... 6 Abbildung 12: Belegungen in der Station Terminal mit eingefügtem Verstärkerzug S-E (Variante „restriktiv“)...... 6 Abbildung 13: S-Bahn-Fahrten im Fahrplan 2008 in der Hauptverkehrszeit (Station Terminal) ...... 6 Abbildung 14: realisierbare Zugfahrten mit Stuttgart 21 in der Hauptverkehrszeit (Station Terminal – Variante „restriktiv“)...... 6 Abbildung 15: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ unter Verdichtung der Regional- und Fernzüge (Station Terminal)...... 6 Abbildung 16: Verspätungsverhalten des gesamten Untersuchungsraumes...... 6 Abbildung 17: Verspätungsfaktoren für alle Zugarten und den gesamten Untersuchungsraum Stuttgart 21...... 6 Abbildung 18: Verspätungsniveau des gesamten Untersuchungsraumes ...... 6 Abbildung 19: Verspätungsverhalten der Station Terminal sowie der Filderstrecken ...... 6 Abbildung 20: Verspätungsfaktoren für alle Zugarten Station Terminal und Filderstrecke...... 6 Abbildung 21: Pünktlichkeitsniveau von Station Terminal und Filderstrecke ...... 6 Abbildung 22: Verspätungsfaktoren unterschiedlicher Fahrplanszenarien im Vergleich...... 6 Abbildung 23: Pünktlichkeitsniveaus unterschiedlicher Fahrplanszenarien im Vergleich ...... 6 Abbildung 24: Infrastruktur mit verkürztem Blockabstand zwischen Rohr und Flughafen...... 6

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Abbildung 25: Detail verkürzte Blockabstände zwischen Rohr und Flughafen ...... 6 Abbildung 26: Zugfahrten in Station Terminal mit Betriebsprogramm STUTTGART 21 und Taktverdichtung S3...... 6 Abbildung 27: Gleisbelegungsplan Station Terminal mit S3 im 15-Minuten-Takt und S2 im 30-Minuten-Takt...... 6 Abbildung 28: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ mit Taktverdichtung S3 und angepasstem Betriebsprogramm unter Verdichtung aller Züge (Station Terminal) ...... 6 Abbildung 29: Verspätungsfaktoren mit Blockverdichtung auf der Strecke Rohr – Flughafen sowie Beibehaltung des Betriebsprogramms ...... 6 Abbildung 30: Pünktlichkeitsniveau mit Blockverdichtung auf der Strecke Rohr – Flughafen sowie Beibehaltung des Betriebsprogramms ...... 6 Abbildung 31: Verspätungsfaktoren mit Block- und Taktverdichtung auf der Strecke Rohr - Flughafen...... 6 Abbildung 32: Pünktlichkeitsniveau mit Block- und Taktverdichtung auf der Strecke Rohr - Flughafen...... 6

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Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Varianten und Szenarien der Untersuchung ...... 5 Tabelle 2: Modellzuggattungen [7] ...... 6 Tabelle 3: Einbruchsverspätungen im Untersuchungsbereich [6], 405.0204A03 Tabelle 2...... 6 Tabelle 4: Beispiel für eine Abfahrtszeitverlängerung ...... 6 Tabelle 5: Beispiel für eine Haltezeitverlängerung ...... 6 Tabelle 6: Urverspätungen als Haltezeitverlängerung [6], 405.0204A03 Tabelle 1 ...... 6 Tabelle 7: Verspätungsverteilungen Einbruchsverspätungen ...... 6 Tabelle 8: Verspätungsverteilungen Haltezeit- und Abfahrtszeitverlängerungen...... 6 Tabelle 9: Bewertungsstufen der Betriebsqualität [6]...... 6 Tabelle 10: Beispielhafter Fahrplan in der Station Terminal bei Verdichtung der S3 auf 15-Minuten-Takt ...... 6 Tabelle 11: Zusammenfassung der relevanten Ergebnisse ...... 6

Formelverzeichnis Formel 1: Wartezeitfunktion...... 6 Formel 2: Auslastungsgrad...... 6 Formel 3: Funktion der relativen Empfindlichkeit...... 6 Formel 4: Ableitung der Funktion der relativen Empfindlichkeit...... 6 Formel 5: Mittlere Beförderungsgeschwindigkeit...... 6 Formel 6: Beförderungsenergie...... 6 Formel 7: Ableitung der Funktion der Beförderungsenergie...... 6 Formel 8: Ableitung der Wartezeitfunktion...... 6 Formel 9: Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Verspätung ...... 6

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1 Einleitung

1.1 Vorbemerkungen

In dieser Untersuchung führte das Verkehrswissenschaftliche Institut Stuttgart Leistungsuntersu- chungen zum Flughafenbahnhof (Station Terminal) im Auftrag der DB ProjektBau GmbH durch, bei welchen die betriebliche Leistungsfähigkeit und die Auswirkungen auf die Betriebsqualität im Kon- text der Gesamtmaßnahme des Umbaus im Knoten Stuttgart (Stuttgart 21) im Hinblick auf das in diesem Bereich geplante Betriebsprogramm sowie einer möglichen künftigen zusätzlichen Steige- rung des Verkehrsangebots ermittelt bzw. berücksichtigt wurden.

Die wesentlichen baulichen Rahmenbedingungen bestehen in der Station Terminal in einem hori- zontal im Querprofil ebenen Bahnsteig, dessen Oberkante zum nördlichen Gleis eine Höhe von 76 cm und zum südlichen Gleis von 96 cm jeweils über Schienenoberkante aufweist.

Dementsprechend gilt für das zu untersuchende Betriebsprogramm, dass planmäßig haltende Zü- ge des Fern- sowie Regionalverkehrs ausschließlich das nördliche Bahnsteiggleis (76 cm Bahn- steighöhe) und S-Bahnen planmäßig das südliche Bahnsteiggleis (96 cm Bahnsteighöhe) befahren.

Abbildung 1: Bahnsteighöhen in der Station Stuttgart-Flughafen Terminal

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1.2 Aufgabenstellung

ausgeblendet (s. u.)

Station Terminal

Abbildung 2: Abgrenzung des Untersuchungsraums

Der gelb unterlegte Bereich kennzeichnet die Abgrenzung des Untersuchungsraumes, der dunkel unterlegte Bereich ist aus der Untersuchung ausgeblendet (s. u.). Die Leistungskennwerte werden mit Fokus auf die Station Terminal des Filderbahnhofs am Flughafen (Auswerteraum) ermittelt.

Anmerkung: Bei der Untersuchung ist es aus methodischer Sicht sinnvoll, den Bereich der S-Bahn zwischen Stuttgart Hauptbahnhof und Stuttgart-Vaihingen „auszublenden“, da andernfalls die bekannten Engpässe in diesem Bereich maßgebend wären und somit das Untersuchungsergebnis verfälscht würde. Dementspre- chend brechen alle S-Bahnen, die den Bereich zwischen Stuttgart Hauptbahnhof und Stuttgart-Vaihingen durchfahren jeweils zweimal in den Untersuchungsbereich ein bzw. aus dem Untersuchungsbereich aus, was eine Doppelzählung dieser Zugfahrten im Gesamtsystem zur Folge hat. Auf die Beantwortung der Fra- gestellungen aus der hier konkreten Aufgabenstellung hat dies jedoch keinen Einfluss, da die entsprechen- den S-Bahn-Züge in der Station Terminal (korrekterweise) nur einfach berücksichtigt und gezählt werden. Andererseits kann mit eben dieser Vorgehensweise der Einfluss im gesamten Knoten Stuttgart (ausgenom- men die S-Bahn-Strecke zwischen Stuttgart Hauptbahnhof und Stuttgart-Vaihingen) durch den relativen Vergleich der Varianten bzw. Szenarien untereinander berücksichtigt werden.

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Die Beseitigung der Engpässe der S-Bahn zwischen Stuttgart Hauptbahnhof und Stuttgart- Vaihingen ist nicht Bestandteil des Projekts Stuttgart 21 und wird in anderem Zusammenhang ge- löst.

v. u .n. Stuttgart (NBS)

Fern- und Regionalzüge S-Bahnen

Verlegung wg. signaltechnischer Abstände

v. u. n. Echterdingen

Station Terminal

v. u. n. Filderstadt

Abbildung 3: Spurplan Station Terminal (betriebliche Minimalvariante - in Abstimmung mit Auftraggeber)

Mit der Untersuchung sollen die Auswirkungen der veränderten Gestaltung der Station Terminal auf das Leistungsverhalten und die Betriebsqualität im Knoten Stuttgart unter besonderer Berück- sichtigung des Fern- und Regional- sowie des S-Bahnverkehrs in diesem Bereich auf der Grundla- ge des geplanten Betriebsprogramms (einschließlich möglicher Verdichtungen) gezeigt werden.

Das Betriebsprogramm Stuttgart 21 sieht für die Station Terminal in der Spitzenstunde vor [2]: • Im 120-Minuten-Takt: ICE aus Stuttgart kommend Richtung Singen fahrend (und zurück) • Im 30-Minuten-Takt: RE aus Herrenberg Richtung Heilbronn (und zurück) • Im 30-Minuten-Takt: S-Bahn aus Schorndorf nach Filderstadt (S-Bahn-Planungen aus [2] wurden wegen neuerer Planungen nicht übernommen) und zurück1 • Im 30-Minuten-Takt: S-Bahn aus Backnang endend am Flughafen mit Bahnsteigwende

1 Die Machbarkeit eines 15-Minuten-Taktes der S3 wurde für die Variante „restriktiv“ auf Wunsch des Auf- traggebers ebenfalls untersucht, auch diese Taktvariation ist grundsätzlich möglich – detaillierte Ergeb- nisse sind in Abschnitt 2.5 dargestellt.

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Zum Vergleich sieht das heutige Betriebsprogramm folgendermaßen aus: • Im 120-Minuten-Takt: ICE aus Stuttgart Richtung Singen (und zurück) – jedoch nicht ü- ber Flughafen • Im 60-Minuten-Takt: RE aus Stuttgart Richtung Herrenberg (im 120-minütigen Wechsel weiter nach Singen bzw. Rottweil/Freudenstadt) und zurück – jedoch ebenfalls nicht über Flughafen • Im 30-Minuten-Takt: S-Bahn aus Schorndorf nach Filderstadt und zurück • Im 30-Minuten-Takt: S-Bahn aus Backnang endend am Flughafen mit Bahnsteigwende und zurück

Beide S-Bahn-Linien verkehren zeitversetzt, so dass die S-Bahnen abwechselnd jeweils im Ab- stand von 10 oder 20 Minuten verkehren. Im Vergleich zu heute sieht das der Untersuchung zu Grunde gelegte Basisbetriebsprogramm also eine Verdoppelung der RE-Züge vor.

1.3 Untersuchungsansatz

Für die Führung von Fern- und Regionalzügen über die bestehende S-Bahn-Station Flughafen und die Filderbahnstrecke Flughafen – Rohrer Kurve – Böblingen soll an der Station Terminal das nördliche Bahnsteiggleis in einer Höhe von 76 cm ausgeführt werden, um einen Halt für Fern- und Regionalzüge zu ermöglichen. Dementsprechend können Fern- und Regionalzüge regelmäßig an dieser Bahnsteigkante halten, während S-Bahn-Züge zwar an beiden Bahnsteigkanten halten kön- nen, wegen des barrierefreien Zugangs jedoch ein planmäßiger Halt an der höheren Bahnsteig- kante (96 cm) zu bevorzugen ist. Dies ergibt in der Konsequenz zwei Basisvarianten der Linienfüh- rung, deren Leistungsverhalten zu untersuchen ist: • Fern- und Regionalzüge stets am niedrigen Bahnsteig – S-Bahnen flexibel an beiden Bahnsteigen (planmäßig am höheren Bahnsteig, außerplanmäßig auch am niedrigeren Bahnsteig). (Variante flexibel) • Fern- und Regionalzüge stets am niedrigeren Bahnsteig – S-Bahnen restriktiv am höheren Bahnsteig. (Variante restriktiv)

Um die besonderen Belange des Verbands Region Stuttgart und insbesondere die Sensibilität des S-Bahn-Verkehrs sowie die Belange der Nahverkehrsgesellschaft Baden-Württemberg (insbesondere eine mögliche Verdichtung des Regionalverkehrs) zu berücksichtigen, werden die Verdich- tungen des Betriebsprogramms zur Bestimmung des Leistungsverhaltens sowie die Betriebssimu- lation für verschiedene Varianten bzw. Szenarien durchgeführt.

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Die quantitativen Auswirkungen auf die Betriebsqualität, die aufgrund dieses Konzeptes von der Station Terminal ausgehen, werden durch eine Betriebssimulation des jeweiligen Basisfahrplans ermittelt, indem dem Fahrplan Verspätungsverteilungen überlagert werden und geprüft wird, ob, wie und wo diese Verspätungszeiten wieder abgebaut werden können.

Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über den Untersuchungsansatz.

Tabelle 1: Varianten und Szenarien der Untersuchung

Untersucht wurden die Szenarien „Verdichtung Gesamtverkehr“ in den Varianten „flexibel“ und „restriktiv“. Hierbei wurden die Fern- und Regionalzüge sowie die S-Bahnen des gesamten Be- triebsprogramms Stuttgart 21 gleichermaßen verdichtet. Des Weiteren wurden die Szenarien „Ver- dichtung nur S-Bahn-Verkehr die Station Terminal betreffend“ und „Verdichtung nur Fern- und Re- gionalverkehr die Station Terminal betreffend“ für die Variante „restriktiv“ untersucht sowie eine Betriebssimulation für die Variante „restriktiv“ durchgeführt. Außerdem wurden ergänzend die Ver- dichtung des S-Bahn-Taktes auf der Strecke zwischen Vaihingen und Flughafen, Sensitivitätsana- lysen und Abgleiche mit anderen Untersuchungen [5], [9] in die Betrachtung einbezogen.

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1.4 Vorgehensweise zur Ermittlung des Leistungsverhaltens

Durch Steigerungen der Zugzahlen über das in Abschnitt 1.2 dargestellte Basisbetriebsprogramm hinaus kann das Leistungsverhalten der jeweiligen Varianten ermittelt werden. Das Leistungsver- halten wird durch die Wartezeitfunktion beschrieben, die den Zusammenhang zwischen der Belas- tung (Züge pro Stunde) und den im System auftretenden durchschnittlichen Wartezeiten pro Zug beschreibt. Die Wartezeitfunktion konvergiert gegen einen Belastungswert, der die maximale (theoretische) Leistungsfähigkeit darstellt [3].

Zur Vorbereitung für die Ermittlung des Leistungsverhaltens ist das Betriebsprogramm, das ebenfalls als Eingang für die Betriebssimulation dient, aufzubereiten.

Als Ausgangsbasis für die Steigerungen der Zugzahlen des Fern- und Nahverkehrs ist zunächst das Betriebsprogramm der HVZ zu ermitteln und auf die einzelnen Modellzuggattungen abzubilden. Als Grundlage wird das Basisbetriebsprogramm der vorangegangenen Untersuchung des Leistungsverhaltens von Stuttgart 21 [5] erweitert durch Fahrten, die nur den Filderraum betreffen, herangezogen.

Aufbauend auf diesem Basisbetriebsprogramm werden die Zugzahlen sowohl reduziert als auch erhöht. Ab einer bestimmten Steigerung der Zugzahl innerhalb eines verdichteten Betriebspro- gramms treten folgende Fälle auf: a. Es treten nur noch Deadlocks auf (insbesondere bei Infrastrukturen mit vielen eingleisigen Abschnitten), so dass eine Auswertung nicht mehr möglich ist. b. Weitere Steigerungen führen zu so hohen Verspätungszeitsummen, dass diese nicht mehr verarbeitet werden können oder c. trotz Steigerungen der Gesamtzugzahl steigert sich die Zahl der einbrechenden Züge je Stunde nicht, lediglich die Warteschlangen an den Einbruchspunkten werden länger und der Abbau verteilt sich auf einen längeren Zeitraum

An allen Einbruchstellen fahren die Züge in regelmäßigen Abständen in das Untersuchungsgebiet ein. Sollen an der Einbruchsstelle Zuffenhausen beispielsweise 12 Züge pro Stunde einfahren, ergibt dies einen mittleren Zugfolgeabstand von 60 Minuten / 12 Züge = 5 Minuten. Die Reihenfol- ge der im Basisfahrplan vorhandenen Züge wird bei jeder Steigerung beibehalten und die zusätzli- chen Züge werden am Ende des Fahrplans angefügt. Die Einbruchszeiten werden den neuen Zug- folgezeiten angepasst. Mit dieser Vorgehensweise werden die maximal mögliche Anzahl der den Betrachtungsraum befahrenden Züge und damit die maximale (theoretische) Leistungsfähigkeit der Infrastruktur ermittelt.

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Im nächsten Schritt werden die Wartezeiten bestimmt. Wartezeiten lassen sich nach [3] in zwei Klassen unterteilen: die planmäßigen und die außerplanmäßigen Wartezeiten. Planmäßige War- tezeiten sind bereits in den Fahrplan eingearbeitet und stellen ein Maß für die Planungsqualität des Fahrplans dar. Außerplanmäßige Wartezeiten sind die Abweichungen von den planmäßigen Beförderungszeiten und äußern sich als Verspätungen. Sie stellen ein Maß für die Qualität der Betriebsdurchführung dar. Da die planmäßigen Wartezeiten von Fahrplan zu Fahrplan unterschiedlich sein und somit das Leistungsverhalten beeinflussen können, werden für die Ermittlung der Wartezeitfunktion in dieser Untersuchung sowohl die planmäßigen als auch die außerplanmä- ßigen Wartezeiten ermittelt und weiterverwendet.

Da die Zugzahlen in allen Steigerungsstufen unterschiedlich und damit die Gesamtwartezeitsum- men nicht vergleichbar sind, wird nicht die Gesamtwartezeitsumme, sondern die mittlere Wartezeit je Zug betrachtet. Dies ist die Gesamtwartezeitsumme im Auswertezeitraum der jeweiligen Steige- rung geteilt durch die Gesamtanzahl der Züge im Auswertezeitraum in dieser Steigerungsstufe. So erhält man für jede Steigerungsstufe ein Wertepaar bestehend aus Belastung in Zügen pro Stunde und dazugehörige mittlere Wartezeit. Diese Werte dienen als Ausgangswerte für die Bestimmung der Wartezeitfunktion. Zur Bestim- mung der Wartezeitfunktion aus den Untersuchungsergebnissen wurde der folgende Funktionstyp zu Grunde gelegt: a ⋅η ET = W b (1−η) Formel 1: Wartezeitfunktion

Dabei ist η der Auslastungsgrad, der sich aus dem Quotienten der Belastung und der maximalen Leistungsfähigkeit ergibt: Belastung η = max LF Formel 2: Auslastungsgrad

Mit den Werten a und b ist die Wartezeitfunktion bestimmt, anhand derer die Funktion der relativen Empfindlichkeit der Wartezeiten ermittelt wird. Die Empfindlichkeit der Wartezeitfunktion ist gleich ihrer ersten Ableitung. Die relative Empfindlichkeit ergibt sich daher aus dem Quotienten der Emp- findlichkeit und dem an der gleichen Stelle vorliegenden Funktionswert [3]. Die relative Empfind- lichkeit lässt sich daher wie folgt beschreiben [4]:

−1 ETW ' 1+η ⋅ b ⋅(1−η) EMPFrel = = ETW η Formel 3: Funktion der relativen Empfindlichkeit

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Das Minimum dieser Funktion stellt die Stelle dar, an der die Intensität des Wartezeitzuwachses bezogen auf die Höhe der vorhandenen Wartezeit am kleinsten ist. Bis zum Erreichen dieses Mi- nimums steht einer Zunahme der Belastung nur eine vergleichsweise geringe Erhöhung der War- tezeiten gegenüber, das System hat also noch erhebliche Leistungsreserven und ließe wirtschaftlich eine höhere Auslastung zu. Das Minimum der relativen Empfindlichkeit stellt daher den unteren Grenzwert des optimalen Leistungsbereiches dar [3]. Das Minimum berechnet sich durch das Gleichsetzen der ersten Ableitung mit Null: −1b EMPF '=+ 0 rel η−η22(1 ) Formel 4: Ableitung der Funktion der relativen Empfindlichkeit

Der obere Grenzwert des optimalen Leistungsbereichs wird durch das Maximum der Beförde- rungsenergie dargestellt. Die Beförderungsenergie stellt ein Maß für die Betriebsqualität (realisierbare Angebotsqualität) dar. Wird das Maximum dieser Kurve überschritten, kann man davon ausgehen, dass die Betriebsqualität (realisierbare Angebotsqualität) so schlecht ist, dass ein Kunden- verlust eintritt.

Die Beförderungsenergie ergibt sich aus dem Produkt von Belastung und mittlerer Beförderungs- geschwindigkeit [3]. Zur Ermittlung der mittleren Beförderungsgeschwindigkeit werden für jede Steigerungsstufe zunächst die Streckenlängen der einzelnen Relationen, die gefahren werden, bestimmt. Multipliziert man jede Länge mit der Anzahl der Züge, die diese Strecke befahren, und summiert die Ergebnisse, erhält man die Gesamtlänge der gefahrenen Strecke. Für jede Strecken- länge und Modellzuggattung erhält man außerdem eine Beförderungszeit, die sich aus Fahr- und Haltezeiten zusammensetzt. Multipliziert man wiederum diese Beförderungszeiten mit der Anzahl der Züge, die diese Zeit benötigen, und bildet daraus die Summe, ergibt sich die Gesamtbeförde- rungszeit. Da diese auf Soll-Werten aus dem vorgegebenen Fahrplan basiert, ist zu der Gesamt- beförderungszeit noch die Verspätungszeitsumme (Summe der außerplanmäßigen Wartezeiten) zu addieren. Aus dem Quotienten ergibt sich die mittlere Beförderungsgeschwindigkeit:

Länge[m] ⋅ 3,6 Mittlere Beförderungsgeschwindigkeit [km/h] = Gesamtbeförderungszeit[s] + Verspätungssumme[s] Formel 5: Mittlere Beförderungsgeschwindigkeit

Die Funktion der Beförderungsenergie ergibt sich nach [4] wie folgt:

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η η E = = Bef ET a ⋅η 1+ W ET (1−η)b F 1+ ETF Formel 6: Beförderungsenergie

Da in den vorherigen Formeln für ETW die mittlere Wartezeit verwendet wurde, ist auch in dieser

Berechnung die mittlere Grundbeförderungszeit ETF anzusetzen. Über die 1. Ableitung dieser Funktion erhält man das Maximum der Funktion:

ET ET ' mit 1+ W − W ⋅η ET ET E ' = F F = 0 −1 Bef ET a ⋅ [1+ η ⋅ b ⋅ (1−η) ] (1 W )2 ETW ' = + (1−η)b ETF Formel 7: Ableitung der Funktion der Beförde- Formel 8: Ableitung der Wartezeitfunktion rungsenergie

Die Gleichung aus Formel 7 lässt sich nicht nach η auflösen und daher werden die Werte für a und b durch Iteration bestimmt. Nach Ermittlung der Formel 4 und der Formel 7 sind sowohl der untere als auch der obere Grenzwert des optimalen Leistungsbereichs bestimmt.

1.5 Modellzuggattungen und Zugmix

Die Notwendigkeit zur Arbeit mit Modellzuggattungen ergibt sich generell, wenn für die Untersu- chung künftiger Zustände noch keine konkreten Zugdaten zur Verfügung stehen und deshalb entsprechende Annahmen getroffen werden müssen [6].

In der Realität gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Züge, die aus unterschiedlichen Triebfahr- zeugen mit einer unterschiedlichen Anzahl von angehängten Wagen und jeweils unterschiedlichen fahrdynamischen Eigenschaften bestehen können. Aus dieser Vielzahl wurden gemäß Angebot die im Vergleich der Leistungsfähigkeiten Stuttgart 21 und K21 erstellten 5 Modellzuggattungen über- nommen. Um der Spezifik der Gäubahnstrecke Rechnung zu tragen, wurde in Abstimmung mit dem Auftraggeber ein weiterer Zug (ICE-T) zu den Modellzuggattungen hinzugefügt. Für die Abbil- dung dieser Modellzuggattungen sind folgende Angaben von Triebfahrzeugen und Wagen in die Untersuchung eingeflossen:

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• Maximalgeschwindigkeit des Triebfahrzeugs in [km/h] • Länge [m] • Masse [t] • Massenzuschlag • Z/V-Diagramm

Da außerdem nicht davon auszugehen ist, dass sowohl im Fern- als auch im Regionalverkehr im künftigen Betrieb ausschließlich Triebzüge zum Einsatz kommen, weil der Betreiber des Netzes verpflichtungsgemäß auch für lokbespannte Züge einen diskriminierungsfreien Zugang für alle Eisenbahnverkehrsunternehmen schaffen muss, war die Untersuchung mit einem Anteil von 50 % lokbespannten Zügen im Regionalverkehr durchzuführen. Der Unterschied zwischen lokbespannten Wendezügen und Triebzügen ist im Bahnhofsbereich bei geringen Streckengeschwindigkeiten jedoch vernachlässigbar klein.

Im Einzelnen wurden folgende Züge als Modellzuggattungen in der Berechnung berücksichtigt:

ICE 3 ICE-T IC RE RE S-Bahn als Wende- als Wende- zug zug ET 403 in ET 415 mit BR 101 mit BR 145 mit ET 425 in ET 423 in Doppeltrakti- und 8 Wagen mit 5 Dop- Doppeltrakti- Doppeltrakti- on pelstockwa- on on gen

Vmax [km/h] 330 230 220 140 160 140 Länge [m] 400 133 233,5 152,9 135 134,8 Masse [t] 996 296 484 312 277 258 Massen- 4,219 % 8,0 % 11,1 % 10,0 % 10,0 % 10,0 % zuschlag Tabelle 2: Modellzuggattungen [7]

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2 Ergebnisse

2.1 Optimaler Leistungsbereich bei Verdichtung aller im Betriebsprogramm Stuttgart 21 verkehrender Züge (Szenario Verdichtung Gesamtverkehr)

2.1.1 Variante „flexibel“

Der optimale Leistungsbereich der Variante „flexibel“ im Szenario „Verdichtung aller in Stutt- gart 21 verkehrenden Züge“ reicht von 91 bis 133 Zügen/h im gesamten Untersuchungsraum (vgl. Abbildung 2), die maximale (theoretische) Leistungsfähigkeit liegt bei mindestens 141 Zügen/h. Das geplante Betriebsprogramm mit 95 Zügen/h liegt am unteren Ende des optimalen Leistungsbereiches.

Abbildung 4: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „flexibel“ unter Verdichtung aller Züge (gesamter Untersuchungsraum)

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2.1.2 Variante „restriktiv“

Der optimale Leistungsbereich der Variante „restriktiv“ im Szenario „Verdichtung aller in Stuttgart 21 verkehrenden Züge“ reicht von 90 bis 132 Zügen/h im gesamten Untersu- chungsraum, die maximale (theoretische) Leistungsfähigkeit liegt bei mindestens 140 Zü- gen/h. Das geplante Betriebsprogramm mit 95 Zügen/h liegt auch hier am unteren Ende des optimalen Leistungsbereiches.

Abbildung 5: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ unter Verdichtung aller Züge (gesamter Untersuchungsraum)

Die Werte für den optimalen Leistungsbereich und die maximale (theoretische) Leistungsfä- higkeit liegen geringfügig unter denen der Variante „flexibel“, was beim gewählten Verdich- tungsszenario nicht ins Gewicht fällt.

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2.2 Gleisbelegungen der Station Terminal

Nachfolgend werden die bisher erarbeiteten Ergebnisse aus der Leistungsuntersuchung dargestellt, die sich unmittelbar auf die Spitzenstunde in der Station Terminal beziehen.

2.2.1 Ist-Fahrplan (Fahrplanperiode 2008)

Abbildung 6: S-Bahn-Fahrten im Fahrplan 2008 in der Hauptverkehrszeit (Station Terminal)

Im aktuellen Fahrplan 2008 verkehren in der Hauptverkehrszeit je 2 S-Bahnen pro Stunde der Linie S2, die von Filderstadt kommend am Bahnhof Flughafen halten und weiter Rich- tung Schorndorf fahren bzw. in der Gegenrichtung zwischen Schorndorf und Filderstadt verkehren, sowie 2 S-Bahnen pro Stunde der Linie S3, die aus Richtung Backnang kommend am Bahnhof Flughafen enden bzw. in Richtung Backnang beginnen.

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2.2.2 Basisbetriebsprogramm der Varianten „flexibel“ und restriktiv

Abbildung 7: Gleisbelegung Sollfahrplan Variante "flexibel" und „restriktiv“ (Station Terminal)

Abbildung 8: Geplante Zugfahrten nach Realisierung Stuttgart 21 (Station Terminal)

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Zu den vorgesehenen S-Bahn-Fahrten, die planmäßig an der südlichen Bahnsteigkante halten, finden in der Spitzenstunde noch 2 RE-Fahrten je Richtung sowie eine ICE-Fahrt je Richtung statt. Letztere halten alle an der nördlichen Bahnsteigkante.

Die Basisbetriebsprogramme der Varianten „restriktiv“ und „flexibel“ unterscheiden sich nicht, da planmäßig auch in der Variante „flexibel“ alle S-Bahnen am hohen südlichen Bahnsteig halten. Die Unterschiede werden erst bei einer Verdichtung der Betriebsprogramme relevant.

2.3 Optimaler Leistungsbereich für die Station Terminal ohne zusätzliche Maßnahmen an der Infrastruktur

2.3.1 Infrastruktur

Da die grundsätzliche Machbarkeit des Betriebsprogramms für Stuttgart 21 auch im Bereich der Station Terminal nachgewiesen ist, ohne dass auf Grund der angepassten Infrastruktur der Station Terminal für das beabsichtigte Betriebsprogramm ein maßgeblicher Engpass entsteht (siehe Kapitel 2.1), wurde für die weiteren Untersuchungen der Bereich der untersuchten Infrastruktur auf den Bereich Station Terminal und S-Bahn-Strecken Filder be- schränkt (siehe Abbildung 9). Ein als Option vorgesehenes gesondertes Wendegleis wurde in die Untersuchung nicht mit einbezogen.

Station Terminal

Abbildung 9: Untersuchte Infrastruktur im Bereich Filder

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2.3.2 Leistungsverhalten der Variante „restriktiv“ bei Verdichtung der S-Bahnen

Auf der in Abbildung 9 dargestellten Infrastruktur wurde das in Kapitel 1.2 beschriebene Be- triebsprogramm untersucht. Dies beinhaltet wie oben beschrieben – und über die Vorgabe aus dem Mengengerüst [2] hinaus – die Aufrechterhaltung des heutigen S-Bahn-Angebots im wechselweisen 10-/20-Minuten-Takt, wohingegen die Planungen in [2] eine Ausdünnung des S-Bahn-Angebots auf einen 30-Minuten-Takt in der NVZ vorsahen. Im Vergleich zu den Planungen in [2] liegt also ein etwa doppeltes Angebot an S-Bahn-Fahrten in der Station Terminal vor. Die Untersuchung der Verdichtungen sowohl der beiden S-Bahn-Linien jeweils einzeln als auch beider Linien gleichzeitig zeigte, dass diese geplante Leistungsanforderung für das vorgesehene Betriebsprogramm und die Infrastruktur am oberen Ende des optimalen Leistungsbereichs für die Station Terminal (ohne optionales gesondertes Wendegleis) liegt (siehe Abbildung 10 bis Abbildung 12).

Abbildung 10: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ unter Verdichtung der beiden S-Bahn-Linien S2 und S3 (Station Terminal)

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Abbildung 11: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ unter Verdichtung der S-Bahn-Linie S2 (Station Terminal

Abbildung 12: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ unter Verdichtung der S-Bahn-Linie S3 (Station Terminal)

Das Ergebnis in Abbildung 12 lässt darauf schließen, dass ein Einfügen von Nicht- vertakteten Verstärkerzügen (z. B. Veranstaltungsverkehre) möglich ist. Ein mögliches Bei-

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spiel ist in Abbildung 13 dargestellt. Während Abbildung 14 das aktuell gefahrene Angebot darstellt, ist die aus dem Einfügen eines Verstärkerzugs folgende Fahrtanzahl je Stunde in Abbildung 15 dargestellt.

Abbildung 13: Belegungen in der Station Terminal mit eingefügtem Verstärkerzug S-E (Variante „restriktiv“)

Abbildung 14: S-Bahn-Fahrten im Fahrplan Abbildung 15: realisierbare Zugfahrten mit 2008 in der Hauptverkehrs- Stuttgart 21 in der Hauptver- zeit (Station Terminal) kehrszeit (Station Terminal – Variante „restriktiv“)

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Eine weitere vertaktete Verdichtung der S-Bahn-Züge ist mit der untersuchten Infrastruktur und dem zu Grunde gelegten Betriebsprogramm nicht möglich. Hierfür sind weitergehende Maßnahmen erforderlich, um die unabhängig vom Projekt „Stuttgart 21/Neubaustrecke“ vorhandenen Engpässe • S-Bahn-Stammstrecke im Tunnel (bekannt; nicht Gegenstand dieser Untersuchung) und • eingleisiger Abschnitt zwischen Filderstadt und Flughafen, der sich innerhalb dieser Untersuchung als leistungsbestimmend für die S-Bahn in diesem Bereich herausge- stellt hat, zu beseitigen. In Abhängigkeit von einem noch konkret abzustimmenden Betriebsprogramm könnte somit auch ein durchgängiger S-Bahn-Takt von 10 Minuten erreicht werden z. B. durch a. zweigleisigen Ausbau des Abschnittes zwischen Filderstadt und Flughafen und/oder b. Bau eines zusätzlichen Wendegleises östlich der Station Terminal. Der Vorschlag a ist dann zu bevorzugen, wenn die S-Bahn im 10- oder 20-Minuten-Takt nach Filderstadt verkehren soll. Der Vorschlag b ermöglicht die Taktverdichtung auf durch- gängig 10 Minuten bis zum Bahnhof Station Terminal, wodurch entsprechende Wenden an dieser Stelle notwendig würden – eine Verdichtung des Taktes in Richtung Filderstadt wäre dann nicht möglich. Diese Optionen zeigen die grundsätzliche Erweiterungsfähigkeit der untersuchten Lösung weit über die derzeit vorgesehenen Verkehre hinaus.

2.3.3 Leistungsverhalten der Variante „restriktiv“ bei Verdichtung der ICE und RE

Auf der in Abbildung 9 dargestellten Infrastruktur wurde für die Ermittlung des Leistungsver- haltens bei einer Verdichtung des Regional- und Fernverkehrs unter Beibehaltung des S- Bahn-Verkehrs ebenfalls das in Kapitel 1.2 beschriebene Betriebsprogramm untersucht. Die Untersuchung der Verdichtungen des Regional- und Fernverkehrs unter Beibehaltung des S- Bahn-Verkehrs zeigte, dass diese geplante Leistungsanforderung von 16 Zügen je Spitzen- stunde für das vorgesehene Betriebsprogramm und die geplante Infrastruktur unterhalb des optimalen Leistungsbereichs, der für die Station Terminal und die gewählte Verdichtung der Fern- und Regionalzüge den Bereich zwischen 19 und 25 Zügen abdeckt, liegt (siehe Abbildung 16).

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Abbildung 16: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ unter Verdichtung der Regional- und Fernzüge (Station Terminal)

Das Ergebnis in Abbildung 16 lässt darauf schließen, dass sowohl ein Verdichten der Regio- nal- und Fernzüge als auch andere Trassenlagen der einzelnen Züge möglich sind.

2.4 Betriebssimulation

2.4.1 Vorgehensweise

Auf Basis des konfliktfreien Betriebsprogramms wird die Betriebssimulation durchgeführt. Bei der Durchführung der Untersuchung werden alle betrieblichen Teilprozesse zeitsynchron abgebildet und dabei auftretende Konflikte nach vorgegebenen Regeln gelöst (synchrone Simulation). Um die Stabilität des prognostizierten Betriebsprogramms gegenüber Störungen im laufenden Betrieb zu testen, werden jeweils 200 verschiedene gestörte Fahrpläne er- zeugt. Die Störungen innerhalb dieser Fahrpläne basieren auf einer Überlagerung von Ein- bruchsverspätungen sowie Halte- und Abfahrtszeitverlängerungen und stellen die in der Realität verschiedenen Betriebstage dar, an denen durch unterschiedlichste Einflussparame- ter Unregelmäßigkeiten gegenüber dem geplanten Betriebsprogramm auftreten. Die zur Sta- bilitätsprüfung des Betriebsprogramms eingesetzten Störungsarten sind analog zu [5] wie folgt definiert:

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Einbruchsverspätung: Diese Störungsart dient zur Abbildung von Störungen, die durch Einflüsse außerhalb des Untersuchungsraumes entstehen und in diesen hineingebracht werden.

In der Betriebssimulation wird die Einbruchszeit in den Untersuchungsraum um einen zufällig generierten Wert entsprechend der Häufigkeitsverteilung aus der RiLi 405 (siehe Tabelle 3) verzögert.

Belastung der Zulaufstrecken gering hoch Zuggattung Wahrscheinlichkeit Mittelwert Wahrscheinlichkeit Mittelwert [min] [min] ICE, IC 0,50 5,0 0,50 5,0 IR 0,50 5,0 0,50 5,0 RE, SE, RB 0,50 2,0 0,60 3,0 S-Bahn 0,20 1,3 0,25 2,0 Ferngüterzüge 0,40 20 0,50 30 Nahgüterzüge, Tfzf 0,50 20 0,60 30 Tabelle 3: Einbruchsverspätungen im Untersuchungsbereich [6], 405.0204A03 Tabelle 2

Abfahrtszeitverlängerung: Bei dieser Art der Störung wird die Ist-Abfahrtszeit eines Zuges um einen stochastisch ermit- telten Wert zusätzlich verspätet, wenn folgende Randbedingungen erfüllt sind: • Mindesthaltezeit ist eingehalten worden • Sollabfahrtszeit könnte eingehalten werden Auf die aus den Randbedingungen errechnete Sollabfahrtszeit wird der Verspätungswert aufgeschlagen. Die folgende Tabelle 4 zeigt als Beispiel Züge mit und ohne Ankunftsverspä- tung. Die Mindest- und die Sollhaltezeit sind in diesem Beispiel gleich. Zug 1 könnte, da er pünktlich ankommt, sowohl die Mindesthaltezeit als auch die Sollabfahrtszeit einhalten. Eine Abfahrtszeitverlängerung könnte daher aufgeschlagen werden. Zug 2 kann auf Grund seiner Ankunftsverspätung die Sollabfahrtszeit nicht einhalten, die Beaufschlagung einer Abfahrts- zeitverlängerung findet daher nicht statt.

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Zug 1 Zug 2 SOLL-Ankunftszeit 16:05 16:05 IST-Ankunftszeit 16:05 16:15 Abfahrtszeit nach Einhaltung der Mindesthaltezeit 16:10 16:20 (= 5 Minuten) SOLL-Abfahrtszeit 16:10 16:10 Abfahrtszeitverlängerung 0:02 --- IST-Abfahrtszeit 16:12 16:20 Tabelle 4: Beispiel für eine Abfahrtszeitverlängerung

Haltezeitverlängerung: Es wird ein stochastisch ermittelter Wert auf die Mindesthaltezeit aufgeschlagen. Überschrei- tet die Summe aus Mindesthaltezeit und Haltezeitverlängerung die Sollhaltezeit, verspätet sich die Abfahrt des Zuges um die Differenz. Tabelle 5 zeigt ein Beispiel zweier Züge für eine Haltezeitverlängerung: Zug 1 Zug 3 SOLL-Ankunftszeit 16:05 16:05 IST-Ankunftszeit 16:05 16:15 Abfahrtszeit nach Einhaltung der Mindesthaltezeit 16:10 16:20 (= 5 Minuten) Haltezeitverlängerung 00:02 00:02 Abfahrt aus Mindesthaltezeit + Haltezeitverlänge- 16:12 16:22 rung SOLL-Abfahrtszeit 16:10 16:10 IST-Abfahrtszeit 16:12 16:22 Tabelle 5: Beispiel für eine Haltezeitverlängerung

Da für die Abfahrtszeitverlängerung keine expliziten Werte vorgegeben sind, wird für beide Störungsarten die Wahrscheinlichkeitsverteilung der RiLi 405 [6]für Haltezeitverlängerungen gewählt. Diese Verteilung ist in Tabelle 6 dargestellt:

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Belastung des Haltebahnhofs gering hoch Zuggattung Wahrscheinlichkeit Mittelwert Wahrscheinlichkeit Mittelwert [min] [min] ICE, IC, IR 0,05 1,0 0,10 2,0 RE, SE, RB 0,05 0,5 0,10 1,0

S-Bahn 0,05 0,2 0,10 0,5 Güterzüge 0,10 5,0 0,10 5,0 Tabelle 6: Urverspätungen als Haltezeitverlängerung [6], 405.0204A03 Tabelle 1

Als Eingangsgrößen für die Betriebssimulation sind in Stuttgart jeweils die Werte für hohe Belastungen zu wählen. Dies führt zu folgenden Werten als Eingangsparameter:

Anteil verspäteter Mittlere Verspätung Maximale Verspä- Verkehrsart Züge [Min] tung [Min]

Fernverkehr 50 % 5 30

Nahverkehr 60 % 3 20

S-Bahn 25 % 2 30 Tabelle 7: Verspätungsverteilungen Einbruchsverspätungen

Anteil verspäteter Mittlere Verspätung Maximale Verspä- Verkehrsart Züge [Min] tung [Min]

Fernverkehr 10 % 2 5

Nahverkehr 10 % 1 5

S-Bahn 10 % 0,5 5 Tabelle 8: Verspätungsverteilungen Haltezeit- und Abfahrtszeitverlängerungen

Die Verteilung erfolgt über eine negative Expotentialverteilung, damit die festgesetzten Pa- rameter aus der RiLi 405.0102 umgesetzt werden können. Dass eine Verspätung mit der Wahrscheinlichkeit der Zufallszahl ν auftritt, ist analog zu [5] definiert als

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⎛ 100v ⎞ ∗ ⎜ ⎟ v < w /100 Vsp = - pm ln ⎜1− ⎟ , v ∈[]0;1 und e ⎝ we ⎠ Formel 9: Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Verspätung

Vsp = Verspätung in Minuten pm = mittlere Verspätung der verspäteten Züge in Minuten we = Anteil der verspäteten Züge in %

Die Ergebnisse der Betriebssimulation sind Durchschnittswerte aus 200 gestörten Fahrplä- nen, die die unterschiedlichen Betriebstage in der Realität wiedergeben sollen. In den Fahr- plänen verkehren alle Modellzuggattungen laut prognostiziertem Betriebsprogramm.

Aus den Ergebnissen der Betriebssimulationen lassen sich, wie in der RiLi 405 beschrieben, Aussagen über die Betriebsqualität bzgl. des Verspätungsniveaus treffen.

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Summe Folgeverspätungen/Verspätungsveränderung Bewertungsstufen der Betriebsqualität nur geringe Folgeverspätungen (außerplanmäßige Wartezeiten); Premiumqualität Sofern Zeitreserven2 zur Verfügung stehen, können diese genutzt werden, so dass sich die Gesamtsumme der Verspätungen zwischen Einbruch und Ausbruch deutlich verringert (Verspätungsab- bau). Summe der Folgeverspätungen (außerplanmäßige Wartezeiten) wirtschaftlich optimal noch akzeptabel. Sofern Zeitreserven2 zur Verfügung stehen, kön- nen die Folgeverspätungen im Mittel kompensiert werden, die Ge- samtsumme der Verspätungen bleibt annähernd gleich bzw. ändert sich nicht signifikant. Summe der Folgeverspätungen (außerplanmäßige Wartezeiten) risikobehaftet steigt erheblich, Im Falle vorhandener Zeitreserven2 reichen diese nicht aus, die Folgeverspätungen zu kompensieren. Die Summe der Verspätungen steigt zwischen Einbruch und Ausbruch deutlich an(Verspätungszuwachs). Verspätungssumme steigt zwischen Einbruch und Ausbruch stark mangelhaft (nicht markt- an gerecht) Tabelle 9: Bewertungsstufen der Betriebsqualität [6]

Das dargestellte Ergebnis setzt sich dementsprechend wie folgt zusammen: Ausbruchsverspätungszeitsumme Verspätungsfaktor = Einbruchsverspätungszeitsumme+ Urverspätungszeitsumme Formel 10: Verspätungsfaktor

2.4.2 Ergebnisse gesamter Untersuchungsraum Stuttgart 21

Die Ergebnisse der Betriebssimulation basieren auf einem konfliktfreien Basisbetriebspro- gramm. Für die Betriebssimulation des gesamten Untersuchungsraums wurde das in Ab- schnitt 1.2 dargestellte Betriebsprogramm verwendet. Da der in der Betriebssimulation zu

2 Hierbei wird angenommen, dass entsprechend den Bedingungen in der Praxis ein Teil der in der Regel erforderlichen planmäßigen Wartezeiten und der bei der Fahrplanerstellung üblicherweise ein- gearbeiteten Zeitzuschläge zum Verspätungsabbau genutzt werden kann

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ermittelnde Verspätungsabbau stark von den verwendeten Zeitzuschlägen abhängig ist, diese jedoch für Stuttgart 21 noch nicht vorliegen, wurde für Fahrzeitzuschläge lediglich der Regelzuschlag [6] [8] von 3 % bis 7 % abhängig vom Triebfahrzeug in den Fahrplan einge- rechnet. Des Weiteren wurde für Fern- und Regionalzüge ein typischer Knotenzeitzuschlag von einer Minute je Zug für den gesamten Untersuchungsbereich aufgebracht (in [6] akzep- tierte Verspätungszeit zwischen zwei Knotenbahnhöfen). Dieser wurde jeweils hälftig auf die Regelfahrzeit vor und nach dem Knoten Stuttgart aufgeschlagen. Haltezeitzuschläge wurden nicht vorgesehen. Ein Verspätungsabbau der aufgebrachten Einbruchs- und Urverspätungs- zeitsummen und der daraus resultierenden Folgeverspätungen ist also möglich durch den prozentualen Regelzuschlag auf die Fahrzeit und den einminütigen Knotenzeitzuschlag.

Die Auswertungen der Ergebnisse aus der Untersuchung von 200 gestörten Fahrplänen für alle im gesamten Untersuchungsraum Stuttgart 21 verkehrenden Züge (Abbildung 17) ergaben für das Verspätungsniveau des Nah- und Fernverkehrs im gesamten Untersuchungs- raum für Stuttgart 21 einen Wert von 0,94 (siehe Abbildung 18), das bedeutet, dass 6 % der von außerhalb aufgebrachten Verspätungszeitsummen innerhalb der untersuchten Infra- struktur abgebaut werden können, damit ist diese Infrastruktur als „wirtschaftlich optimal“ einzustufen.

Die Auswertungen des S-Bahn-Verkehrs ergaben einen Wert von 1,27, die Infrastruktur ist für das gegebene Betriebsprogramm als „risikobehaftet“ einzustufen. Der hohe Wert kommt durch die dichte Taktfolge der S-Bahn zwischen Mittnachtstraße und Hauptbahn- hof/Stammstrecke – die nicht Gegenstand dieser Untersuchung ist – zustande, auf dem einerseits einzelne Verspätungen wegen der kurzen Zugfolgezeiten auf viele weitere Zugläufe übertragen werden, auf dem andererseits nur sehr geringe Fahr- und Knotenzeitzuschläge vorhanden sind, dies ist auch auf die dichte Taktfolge zurückzuführen. So werden aus 51 Sekunden Verspätung je Zug (wegen der wenigen Halte lediglich 20 Sekunden durchschnitt- licher Abfahrts- und Haltezeitverlängerung je Zug und durchschnittlich 31 Sekunden Ein- bruchsverspätung je Zug) innerhalb des Untersuchungsraumes 1 Minute 5 Sekunden Ver- spätung.

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Verspätungsverhalten gesamter Untersuchungsraum

0:03:00

0:02:30

0:02:00 0:00:14 0:00:15 0:01:30

Minuten 0:00:39 0:00:33 0:00:12 0:01:00 0:01:54 0:00:11 0:00:11 0:01:33 0:00:24 0:00:20 0:01:19 0:00:09 0:00:30 0:01:05 0:00:49 0:00:31 0:00:31 0:00:31 0:00:22 0:00:29

S2 S3 S-Bahn alle Regional- Gesamt und Fernverkehr

Einbruchsverspätung Haltezeitverlängerung Abfahrtszeitverlängerung Ausbruchsverspätung

Abbildung 17: Verspätungsverhalten des gesamten Untersuchungsraumes

Durch die Wahl des Betrachtungsraums und die damit verbundene isolierte Betrachtung der S-Bahn-Strecke auf der Filder konnte diese Strecke schon während der Untersuchung des gesamten Untersuchungsraums einzeln ausgewertet werden: So ergeben sich für die Linie S2 Einbruchs- und Urverspätungszeitsummen von durchschnittlich 1:34 Minuten je Zug, während die Ankunftsverspätungen nur 22 Sekunden je Zug betragen. Dies ergibt einen hervorragenden Verspätungsfaktor von 0,24 (Premiumqualität). Dieser Wert ist dadurch zu erklären, dass auf der Strecke Österfeld – Filderstadt aufgetretene Verspätungszeitsummen in der Wende fast vollständig abgebaut werden können. Des Weiteren trägt die gegenüber der Mindesthaltezeit von 30 Sekunden um 10 Sekunden gesteigerte Sollhaltezeit (dies entspricht dem derzeit gültigen Fahrplan) dazu bei, dass Verspä- tungszeitsummen abgebaut werden können. Für die Linie S3 ergibt sich ein ähnlich guter Wert von 0,35, dies bedeutet, dass 65 % der Einbruchs- und Urverspätungszeitsummen innerhalb des Untersuchungsraumes wieder abgebaut werden können. Die Halte- und Abfahrtszeitverlängerungen sind wegen der geringeren Anzahl an Halten in Summe niedriger als bei der S2, im Gegensatz dazu beträgt die An- kunftsverspätung 7 Sekunden mehr als bei der Linie S2, dies ist durch die geringere Diffe- renz zwischen Soll- und Mindesthaltezeit in der Wende am Flughafen zu erklären, die nicht immer einen vollständigen Abbau der auf der Strecke Österfeld – Flughafen aufgetretenen

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Verspätungszeitsummen zulässt. Dennoch ist auch dieser Wert in die Kategorie „Premium- qualität“ einzustufen. Für die über die Station Flughafen Terminal führenden Fern- und Regionalverkehrszüge ist eine solche detaillierte Auswertung innerhalb des gesamten Untersuchungsraumes nicht möglich. (siehe hierzu 2.4.3).

Verspätungsfaktoren gesamter Untersuchungsraum

1,40

1,20

1,00

0,80

1,27 Faktor 0,60 1,11 0,94 0,40

0,20 0,35 0,24 0,00 S2 S3 S-Bahn alle Regional- und alle Fernverkehr

Verspätungsfaktoren

Abbildung 18: Verspätungsfaktoren für alle Zugarten und den gesamten Untersuchungsraum Stutt- gart 21

Für den gesamten Untersuchungsraum ergibt sich mit den Verteilungen der Verspätungs- zeitsummen aus Tabelle 7 und Tabelle 8 sowie Verspätungsgrenzen von 5 Minuten eine Pünktlichkeit von 96,3 %, wobei der Fernverkehr eine Pünktlichkeit von 91,2 %, der Regio- nalverkehr von 86,00 % und die S-Bahn von 97,6 % aufweist (Abbildung 19). Zur Interpreta- tion der Ergebnisse siehe auch Abschnitt 2.4.4.

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Pünktlichkeitsniveau im gesamten Untersuchungsraum S21

100,00%

90,00%

80,00%

70,00% 91,20% 86,00% 97,60% 60,00% 96,30%

50,00%

40,00%

30,00%

20,00%

10,00%

0,00% Gesamter Untersuchungsraum

Gesamt S-Bahn Fernverkehr Regionalverkehr

Abbildung 19: Verspätungsniveau des gesamten Untersuchungsraumes

2.4.3 Ergebnisse Teilraum Stuttgart Filder

Die Ergebnisse der Betriebssimulation der auf die Strecken Station Flughafen Terminal – Goldberg beschränkten Betriebssimulation (siehe Abschnitt 2.3.1) basieren auf dem gleichen konfliktfreien Basisbetriebsprogramm wie die Untersuchungen in Abschnitt 2.4.2. Für Fahr- zeitzuschläge wurde ebenfalls der Regelzuschlag [6] [8] von 3 % bis 7 % abhängig vom Triebfahrzeug in den Fahrplan aus dem Betriebsprogramm für den gesamten Untersu- chungsbereich übernommen. In Abwandlung zu 2.4.2 wurde die Knotenzuschlagszeit der Fern- und Regionalverkehrszüge auf 30 Sekunden reduziert, da sich die Züge entweder im Zulauf auf den Knoten Stuttgart befinden oder aber im Begriff sind diesen zu verlassen und damit nur eine Hälfte der jeweiligen Knotenzuschlagszeiten in Anrechnung kommen kann. Analog zur Untersuchung des gesamten Untersuchungsraumes wurden keine Haltezeitzu- schläge vorgesehen. Ein Verspätungsabbau der aufgebrachten Einbruchs- und Urverspä- tungszeitsummen und der daraus resultierenden Folgeverspätungszeitsummen ist also e- benfalls durch den prozentualen Regelzuschlag und den in diesem Falle dreißigsekündigen Knotenzeitzuschlag möglich.

Die Auswertungen der Ergebnisse aus der Untersuchung von 200 gestörten Fahrplänen für die in der betrachteten Infrastruktur verkehrenden Züge (Abbildung 20) ergaben für das Ver-

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spätungsniveau des Nah- und Fernverkehrs in einen Wert von 0,74 (siehe Abbildung 21), das bedeutet, dass 26 % der von außerhalb aufgebrachten Verspätungszeitsummen innerhalb der untersuchten Infrastruktur abgebaut werden können, damit ist diese Infrastruktur als „ sehrgut“ einzustufen. Eine genauere Betrachtung zeigt, dass ein Großteil des Abbaus der Verspätungszeitsum- men dem hohen Anteil S-Bahn-Verkehr geschuldet ist, so ergibt sich bei einer Ermittlung der Verspätungswerte des S-Bahn-Verkehrs ein Verspätungsfaktor von 0,45, für den Fern- und Regionalverkehr ergibt sich ein Wert von 1,27. Für den S-Bahn-Verkehr werden von 1 Minute 5 Sekunden Verspätungszeitsumme – wovon wegen der vielen Halte 35 Sekunden auf Halte- und Abfahrtszeitverlängerungen entfallen – 36 Sekunden abgebaut. Somit verbleiben 29 Sekunden Ankunftsverspätung. Im Regional- und Fernverkehr werden aus 1:40 Einbruchsverspätung und 16 Sekunden Halte- und Ab- fahrtszeitverlängerung 2:27 Minuten Ausbruchsverspätung – hier tritt also ein Verspätungs- aufbau um 31 Sekunden bzw. 27 % auf.

Verspätungsverhalten Station Terminal und Filderstrecken

0:03:00

0:02:30

0:02:00 0:00:08 0:00:08 0:01:30 0:00:39

Minuten 0:00:33 0:02:27 0:00:17 0:01:00 0:00:20 0:01:40 0:00:13 0:00:30 0:00:28 0:00:15 0:00:30 0:00:57 0:00:46 0:00:300:00:26 0:00:30 0:00:30 0:00:30 0:00:29 0:00:00 S2 S3 S-Bahn alle Regional- Gesamt und Fernverkehr

Einbruchsverspätung Haltezeitverlängerung Abfahrtszeitverlängerung Ausbruchsverspätung

Abbildung 20: Verspätungsverhalten der Station Terminal sowie der Filderstrecken

Analog zur Untersuchung des gesamten Untersuchungsraumes Stuttgart 21 wurden auch für den verkleinerten Untersuchungsbereich die S-Bahn-Linien in der Station Terminal geson- dert untersucht: So ergeben sich für die Linie S2 Einbruchs- und Urverspätungszeitsummen von durchschnittlich 1:39 Minuten je Zug, während die Ankunftsverspätungen nur 26 Sekunden je Zug

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betragen. Dies ergibt einen hervorragenden Verspätungsfaktor von 0,26. Dieser Wert ist wiederum dadurch zu erklären, dass auf der Strecke Österfeld – Filderstadt aufgetretene Verspätungszeitsummen in der Wende fast vollständig abgebaut werden können. Des Weite- ren trägt die gegenüber der Mindesthaltezeit von 30 Sekunden um 10 Sekunden gesteigerte Sollhaltezeit (dies entspricht dem derzeit gültigen Fahrplan) dazu bei, dass Verspätungszeit- summen abgebaut werden können. der geringfügige Unterschied ergibt sich durch Korrelati- onen zum Fernverkehr. Für die Linie S3 ergibt sich ein ähnlich guter Wert von 0,33, dies bedeutet, dass 67 % der Einbruchs- und Urverspätungszeitsummen innerhalb des Untersuchungsraumes wieder abgebaut werden können. Die Halte- und Abfahrtszeitverlängerungen sind etwas höher als die Werte, die im gesamten Untersuchungsraum Stuttgart 21 zur Anwendung kamen, dies er- klärt auch den um zwei Prozentpunkte verbesserten Verspätungsfaktor. Der sich für den Fern- und Regionalverkehr ergebende Verspätungsfaktor von 1,27 erklärt sich durch zwei Aspekte: Zum einen ist der Knotenzeitzuschlag gegenüber der Untersu- chung des gesamten Untersuchungsraums für Fern- und Regionalzüge um 50 % reduziert, zum anderen entstehen speziell auf den Abschnitten Station Flughafen Terminal - Oberai- chen bzw. Rohrer Kurve – Goldberg durch Mischverkehre von Fern- und Regionalverkehren mit S-Bahn-Verkehren Korrelationen und damit verbunden Verspätungsübertragungen, deren Abbau allein über Regelzuschläge nicht möglich ist. In diesem Zusammenhang wurden weitere Sensitivitätsbetrachtungen angestellt (siehe Abschnitt 2.4.4). Diese Verspätungs- übertragungen stehen nicht im Zusammenhang mit der Nutzung der Bahnsteigkanten in der Station Terminal, die durch Ihre Entmischung der Verkehre sogar noch gegenteilig positiv auf Verspätungsübertragungen wirkt.

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Verspätungsfaktoren Station Terminal und Filderstrecke

1,40 1,27

1,20

1,00

0,80 0,74

Faktor 0,60 0,45 0,40 0,33 0,26 0,20

0,00 S2 S3 S-Bahn alle Regional- und alle Fernverkehr

Verspätungsfaktoren

Abbildung 21: Verspätungsfaktoren für alle Zugarten Station Terminal und Filderstrecke

Für den gesamten Untersuchungsraum ergibt sich eine Pünktlichkeit von 97,6 %, wobei der Fernverkehr eine Pünktlichkeit von 91,1 %, der Regionalverkehr von 79,60 % und die S- Bahn von 98,3 % aufweist (Abbildung 22).

Pünktlichkeitsniveau Station Terminal und Filderstrecke

100,00%

90,00%

80,00%

70,00% 97,60% 98,30% 91,10% 79,60% 60,00%

50,00%

40,00%

30,00%

20,00%

10,00%

0,00% Station Terminal und Filderstrecke

Gesamt S-Bahn Fernverkehr Regionalverkehr

Abbildung 22: Pünktlichkeitsniveau von Station Terminal und Filderstrecke

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2.4.4 Sensitivitätsanalyse der Infrastruktur Teilraum Filder

Die Verspätungsfaktoren und Pünktlichkeitsniveaus sind sehr stark abhängig von der Tras- senlage der Züge im Fahrplan sowie den Fahrzeitüberschüssen und den Knotenzeitzuschlä- gen. Die Trassenlage der Züge beeinflusst über die Zugfolgeabstände direkt Verspätungs- übertragungen von einem verspäteten Zug auf – bis zur ersten Verspätungsübertragung – pünktliche Züge. Fahr- und Knotenzeitzuschläge sind die einzigen Möglichkeiten, direkt durch Einbruchs- und Urverspätungszeitsummen oder indirekt durch Verspätungsübertra- gungen erhaltene Verspätungszeiten wieder abzubauen. In diesem Abschnitt wird die Unter- suchung des Einflusses des Fahrplans in der Station Filder auf das Ergebnis beschrieben. Für die Untersuchung des Einflusses der Fahrplangestaltung wurden einerseits zwei Fahr- pläne mit unveränderten Fahr- und Knotenzeiten, jedoch im Fern- und Regionalverkehr ge- änderter Trassenlage gebildet. Die S-Bahntrassenlagen wurden unverändert übernommen, da diese zum einen innerhalb des S-Bahn-Systems – und damit auch außerhalb des Unter- suchungsraumes – in einem sehr strengen Taktgefüge fahren, zum anderen wäre aus dem- selben Grund des Taktgefüges nur eine Verschiebung der jeweiligen Takte um den gleichen Zeitanteil möglich. Dies ist aber gleichwertig durch eine Verschiebung der Fern- und Regio- nalverkehrstrassen abzubilden. Da die Fahrplantrassen nicht beliebig verschiebbar sind, sondern von vielen Faktoren abhängen, wurde andererseits für die Untersuchung des Ein- flusses der Knoten- und Fahrzeitzuschläge ein weiterer vom Basisfahrplan und dessen Hal- tezeiten ausgehender Fahrplan mit einem um 15 Sekunden erhöhten Knotenzeitzuschlag für den Fern- und Regionalverkehr im Knoten Station Terminal entwickelt.

Die Untersuchung der unterschiedlichen Fahrplantrassen ergab, dass durch geschickte Wahl der Fahrplantrassen im Fern- und Regionalverkehr unter Beibehaltung der Knotenzuschläge ein Verspätungsfaktor von 1,06 zu erzielen (Abbildung 23) und auch das Pünktlichkeitsni- veau (Abbildung 24) gegenüber dem Basisbetriebsprogramm zu steigern ist. Die S-Bahn- Verspätungszeiten werden durch diese Maßnahme nur unwesentlich beeinflusst. Die Redu- zierung der Verspätungszeitsummen ist zurückzuführen auf weniger Abhängigkeiten zwischen den Sperrzeitentreppen und eine höhere Verschiebbarkeit derselben, ohne dass es direkt zu Übertragungen von Verspätungszeiten kommt. Ein weiterer Grund ist, dass bei bestimmten Trassenlagen ein verspäteter Fernverkehrszug hinter einer S-Bahn herfahren muss und somit keine Verspätungszeit abbauen kann, sondern wegen der geringeren Geschwin- digkeit und der höheren Anzahl der Halte von S-Bahnen weitere Verspätungszeit aufgebaut

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wird. Durch geschickte Wahl der Trassenlagen zueinander ist es möglich, eine Vielzahl von verspäteten Fern- und Regionalzügen dennoch vor der nachfolgenden S-Bahn zu halten.

Da wie oben beschrieben die Fahrplantrassen nicht beliebig wählbar sind, wurde im Fern- und Regionalverkehr für die 4. Fahrplanvariante der Knotenzeitzuschlag um 15 Sekunden erhöht, ohne die Fahrplantrassen zu verändern. Hier ergibt sich ein Verspätungsfaktor von 0,99. Das bedeutet, es ist in dieser Konstellation möglich, auch im Fern- und Regionalver- kehr aufgebrachte Einbruchs- und Urverspätungszeitsummen abzubauen. Auch das Pünkt- lichkeitsniveau ist in dieser Konstellation am höchsten.

Für sich betrachtet ist also für den Knoten Station Terminal eine Knotenzuschlagszeit von 45 Sekunden nötig, während für die Gesamtbetrachtung des Knotens Stuttgart – u. a. inklusive des Teilknotens Station Terminal – eine Knotenzuschlagszeit von einer Minute ausreichend ist.

Verspätungsfaktoren im Vergleich

1,40

1,20

1,00

0,80

Faktor 0,60

0,40

0,20

0,260,260,280,26 0,33 0,32 0,34 0,33 0,45 0,44 0,47 0,46 1,27 1,24 1,06 0,99 0,74 0,72 0,67 0,64 0,00 S2 S3 S-Bahn alle Regional- und Gesamtverkehr Fernverkehr

Fahrplan 1 - Basisbetriebsprogramm Fahrplan 2 - geänderte Trassenlage Fahrplan 3 - geänderte Trassenlage Fahrplan 4 - Basisbetriebsprogramm mit erhöhtem Knotenzuschlag + 15 s Abbildung 23: Verspätungsfaktoren unterschiedlicher Fahrplanszenarien im Vergleich

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Pünktlichkeitsniveaus im Vergleich

100,00%

90,00%

80,00%

70,00%

60,00%

97,60% 97,80% 98,30% 98,20% 91,10% 91,50% 79,60% 87,50% 50,00% 97,80% 98,10% 98,40% 98,50% 89,20% 93,00% 82,50% 87,50% 40,00% Pünktlichkeit

30,00%

20,00%

10,00%

0,00% Gesamt S-Bahn Fernverkehr Regionalverkehr

Fahrplan 1 - Basisbetriebsprogramm Fahrplan 2 - geänderte Trassenlage Fahrplan 3 - geänderte Trassenlage Fahrplan 4 - Basisbetriebsprogramm mit erhöhtem Knotenzuschlag + 15 s

Abbildung 24: Pünktlichkeitsniveaus unterschiedlicher Fahrplanszenarien im Vergleich

2.5 Optimaler Leistungsbereich für die Station Terminal mit zusätzlichen Maßnahmen an der Infrastruktur Rohr – Flughafen

Aktuelle Planungen sehen vor, durch Blockverkürzungen zwischen den Stationen Rohr und Flughafen eine Verdichtung des Taktes der am Flughafen endenden S-Bahn-Züge zu erreichen. Um nachzuweisen, dass diese Taktverdichtung auch mit Führung von Regional- und Fernverkehrszügen durch die Station Terminal – und der damit verbundenen Einschränkung des Haltes von S-Bahnen an der hohen Bahnsteigkante – möglich ist, wird die Infrastruktur dementsprechend angepasst und das Betriebsprogramm mit der angepassten Infrastruktur untersucht.

2.5.1 Infrastrukturanpassung

Planungen des Verband Region Stuttgart (VRS) sehen eine Blockverkürzung auf der Strecke zwischen den Stationen Rohr und Flughafen vor. Es erfolgt dementsprechend eine Anpas- sung der in Abbildung 9 dargestellten Infrastruktur nach den Planungen des VRS (siehe Abbildung 25 und Abbildung 26).

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Station Terminal

Abbildung 25: Infrastruktur mit verkürztem Blockabstand zwischen Rohr und Flughafen

Oberaichen Leinfelden Echterdingen

Station Terminal Abbildung 26: Detail verkürzte Blockabstände zwischen Rohr und Flughafen

2.5.2 Ermittlung des Taktgefüges bei Verdichtung der am Flughafen endenden S-Bahnen auf 15-Minuten-Takt

Wegen der eingleisigen Strecke zwischen der Station Flughafen und Filderstadt-Bernhausen ist das bisherige Taktgefüge der S-Bahnen S2 und S3 nicht zu halten. Ein einfaches Einfü- gen eines zusätzlichen Zuges zur Verdichtung der am Flughafen endenden S3 zu einem einheitlichen 15-Minuten ist nicht möglich (siehe Abschnitt 2.3) und auch derzeit selbst mit einer Infrastrukturanpassung Rohr – Flughafen fraglich. Zum Nachweis der Machbarkeit einer solchen Taktverdichtung wird deshalb das Taktgefüge aufgebrochen, dies zieht gleichzeitig Konsequenzen des Taktgefüges auf der Stammstrecke der S-Bahn nach sich, die hier auftragsgemäß jedoch nicht weiter betrachtet werden. Prinzip des zu erstellenden Taktgefü- ges muss sein, dass zwischen den Zeiten, in denen wendende S-Bahnen der Linie S3 das

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südliche Gleis der Station Terminal belegen, die S-Bahnen der Linie S2 jeweils in einer Rich- tung die Station Terminal befahren. Ein mögliches Taktgefüge ist in Abbildung 28 dargestellt. Für dieses Taktgefüge ist die Ermittlung des Leistungsverhaltens in Abschnitt 2.5.3 zu finden.

Abbildung 27: Zugfahrten in Station Terminal mit Betriebsprogramm Stuttgart 21 und Taktverdich- tung S3

Abbildung 28: Gleisbelegungsplan Station Terminal mit S3 im 15-Minuten-Takt und S2 im 30- Minuten-Takt

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Dies bedeutet für einen beispielhaften konfliktfreien Fahrplan in der Station Terminal folgende Ankunfts- und Abfahrtszeiten: Linie aus Richtung in Richtung An Ab

S3 beginnend Vaihingen -- :03

Vaihingen endend :11 --

beginnend Vaihingen -- :18

Vaihingen endend :26 --

beginnend Vaihingen -- :33

Vaihingen endend :41 --

beginnend Vaihingen -- :48

Vaihingen endend :56 --

S2 Filderstadt Vaihingen :07 :08

Vaihingen Filderstadt :21 :22

Filderstadt Vaihingen :37 :38

Vaihingen Filderstadt :51 :52

RE Böblingen Stuttgart Hbf :01 :02

Stuttgart Hbf Böblingen :13 :14

Böblingen Stuttgart Hbf :31 :32

Stuttgart Hbf Böblingen :43 :43

ICE-T Böblingen Stuttgart Hbf :35 :36

(2stündig) Stuttgart Hbf Böblingen :58 :59 Tabelle 10: Beispielhafter Fahrplan in der Station Terminal bei Verdichtung der S3 auf 15- Minuten-Takt

Dieser Fahrplan ist einer von verschiedenen möglichen Fahrplänen, in dem die Strecken und Zwangspunkte außerhalb des Untersuchungsraumes – insbesondere die Gäubahn in Rich- tung Singen – auftragsgemäß außer Acht gelassen wurden, da in diesem Projekt lediglich die Machbarkeit einer Taktverdichtung auf der Strecke zwischen Rohr und Flughafen zu un-

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tersuchen ist. Die Einhaltung von Zeiten außerhalb des Untersuchungsraumes, insbesondere die zeitliche Lage der RE und ICE, wurden nicht berücksichtigt und wären somit in einer gesonderten Untersuchung zu betrachten.

2.5.3 Leistungsverhalten der Variante „restriktiv“ mit Blockverkürzung auf der Strecke Rohr – Flughafen

Der optimale Leistungsbereich der Variante „restriktiv mit verkürztem Blockabstand“ mit der Taktverdichtung der S-Bahn S3 und damit einhergehender Anpassung des Betriebspro- gramms unter Verdichtung aller Züge reicht für die Station Terminal und die Strecken nach Böblingen und Vaihingen von 20 bis 26 Zügen/h. Die maximale (theoretische) Leistungsfä- higkeit liegt bei mindestens 28 Zügen/h (Abbildung 29). Das zu Grunde gelegte Betriebspro- gramm mit 19 Zügen/h liegt knapp unterhalb des optimalen Leistungsbereiches.

Abbildung 29: Optimaler Leistungsbereich und max. (theoretische) Leistungsfähigkeit Variante „restriktiv“ mit Taktverdichtung S3 und angepasstem Betriebsprogramm unter Verdich- tung aller Züge (Station Terminal)

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2.5.4 Betriebssimulation der Variante „restriktiv“ mit Blockverkürzung auf der Strecke Rohr – Flughafen

Die Betriebssimulation der geänderten Infrastrukturvariante wurde unter den gleichen Vor- aussetzungen durchgeführt, wie für alle anderen untersuchten Infrastrukturvarianten (siehe Abschnitt 2.4). Da die Verkürzung der Blockabstände auf der Strecke Rohr – Flughafen eine Verdichtung des Taktes der S-Bahn-Linie S3 ermöglichen soll, wurden für diese Infrastruk- turvariante zwei Betriebsprogramme untersucht: Zum einen das bislang bekannte Betriebs- programm ohne eine Verdichtung des Taktes der S3 (Abbildung 30 und Abbildung 31), zum anderen ein Betriebsprogramm mit Verdichtung des Taktes der S3 auf 15 Minuten (Abbildung 32 und Abbildung 33). Dabei ist auffällig, dass durch die Verkürzung der Blockabstände unter Beibehaltung des geplanten Betriebsprogramms der Verspätungsfaktor für den Regional- und Fernverkehr auf 1,03 sinkt – die Infrastruktur für dieses Betriebsprogramm also im wirtschaftlich optimalen Bereich liegt – während die Verspätungsfaktoren für die beiden S-Bahn-Linien nur unwesentlich sinken, dies war bei dem niedrigen Niveau dieser Verspätungsfaktoren auch nicht zu erwarten. Das Pünktlichkeitsniveau von 98,1 % für den Gesamtverkehr liegt auf dem gleichen Level wie das Pünktlichkeitsniveau für die Infrastrukturvariante ohne Blockverdichtung mit erhöhten Knotenzuschlagszeiten. Lediglich für den Regionalverkehr zeigt sich mit 89,8 % Pünktlichkeit ein wesentlich höheres Niveau. Die untersuchten Szenarien mit verkürztem Blockabstand bzw. mit erhöhter Knotenzuschlagszeit auf 45 s in der Station Terminal haben für vergleichbare Betriebsprogramme den gleichen Effekt in der Pünktlichkeit.

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Verspätungsfaktoren Station Terminal und Filderstrecke mit Blockverdichtung zwischen Rohr und Flughafen sowie Beibehaltung des Betriebsprogramms

1,20 1,03 1,00

0,80 0,70

0,60

Faktor 0,45

0,40 0,30 0,24 0,20

0,00 S2 S3 S-Bahn alle Regional- und alle Fernverkehr

Verspätungsfaktoren

Abbildung 30: Verspätungsfaktoren mit Blockverdichtung auf der Strecke Rohr – Flughafen sowie Beibehaltung des Betriebsprogramms

Pünktlichkeitsniveau Station Terminal und Filderstrecke mit Blockverdichtung zwischen Rohr und Flughafen sowie Beibehaltung des Betriebsprogramms

100,00% 90,00% 80,00% 89,80% 70,00% 98,10% 98,60% 92,10% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% Station Terminal und Filderstrecke

Gesamt S-Bahn Fernverkehr Regionalverkehr

Abbildung 31: Pünktlichkeitsniveau mit Blockverdichtung auf der Strecke Rohr – Flughafen sowie Beibehaltung des Betriebsprogramms

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Die Verspätungsfaktoren der Infrastrukturvariante mit verkürztem Blockabstand steigen durch eine Taktverdichtung der S-Bahn-Linie S3 wieder geringfügig an. Einen wiederum ü- berproportionalen Anstieg erfährt der Verspätungsfaktor für den Regional- und Fernverkehr, welcher aber mit einem Wert von 1,15 noch unter dem Wert des originären Betriebspro- gramms auf Infrastruktur ohne Blockverdichtung (1,27) liegt. Auch das Pünktlichkeitsniveau, das gegenüber dem Betriebsprogramm ohne Taktverdichtung der S3 erwartungsgemäß ein wenig absinkt, liegt im Rahmen dessen, was die bisherigen Untersuchungen ergeben haben. Hervorzuheben ist die erhöhte Pünktlichkeit des Regionalverkehrs, die auch hier mit 89,2 % über allen Betriebsprogrammen auf Infrastruktur ohne verkürzte Blockabständen liegt (Ma- ximum 87,5 %).

Verspätungsfaktoren Station Terminal und Filderstrecke mit Blockverdichtung zwischen Rohr und Flughafen sowie verdichtetem Takt S3

1,40

1,20 1,15

1,00

0,80 0,72

Faktor 0,60 0,47 0,40 0,27 0,31 0,20

0,00 S2 S3 S-Bahn alle Regional- und alle Fernverkehr

Verspätungsfaktoren

Abbildung 32: Verspätungsfaktoren mit Block- und Taktverdichtung auf der Strecke Rohr - Flughafen

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Pünktlichkeitsniveau Station Terminal und Filderstrecke mit Blockverdichtung zwischen Rohr und Flughafen sowie verdichtetem Takt S3

100,00% 90,00% 80,00% 89,20% 70,00% 97,70% 98,30% 90,90% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% Station Terminal und Filderstrecke

Gesamt S-Bahn Fernverkehr Regionalverkehr

Abbildung 33: Pünktlichkeitsniveau mit Block- und Taktverdichtung auf der Strecke Rohr - Flughafen

Eine Taktverdichtung der Linie S3 auf 15 Minuten ist unter den genannten Bedingungen • Blockverkürzung auf der Strecke Rohr – Flughafen und • Anpassung der Fahrplanlage der S2 auf Zwischenräume der S3 auch bei einem restriktiven Halt der S-Bahnen an der hohen südlichen Bahnsteigkante grundsätzlich möglich, wenngleich dabei Kompromisse durch das nicht mehr einheitliche Taktgefüge in Kauf genommen werden müssen. Die Fahrplanlagen der Regional- und Fern- züge sind noch nicht in vollem Maße ausgereizt, so dass bei Vorliegen der exakten Trassen- lagen dieser Züge immer noch ausreichend Spielraum vorhanden sein sollte, die Taktver- dichtung bei der S-Bahn in o. g. Maße umzusetzen.

2.6 Abgleich der Ergebnisse mit anderen Untersuchungen

Neben der Untersuchung zum Leistungsvergleich des Durchgangsbahnhofes Stuttgart 21 mit einem umgestalteten Kopfbahnhof [5] – die in einigen Punkten schon erwähnt wurde und mit deren Ergebnisse ein Abgleich im laufenden Untersuchungsprozess stattfand – ist insbesondere die Untersuchung [9] zur Gäubahn zu nennen, die Veränderungen der Trassenlagen des Fern- und Regionalverkehrs vorsieht, die auch das Ergebnis der vorliegenden Untersu- chung beeinflussen.

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Da die Studie zur Gäubahn von anderen Verkehrszahlen ausgeht, als dies in der vorliegenden Untersuchung der Fall ist, ist eine direkte Vergleichbarkeit bzw. eine direkte Übernahme der Ergebnisse in diese Untersuchung nicht möglich. So wird in der Studie zur Gäubahn von einem Stundentakt eines Regionalzuges von Stuttgart in Richtung Böblingen und umgekehrt ausgegangen, während das Mengengerüst zu Stuttgart 21 [2] von jeweils einem Stundentakt von 2 Regionalzugfahrten je Richtung ausgeht. Da in der Vorschlagsvariante der Gäubahn- studie dieser Stundentakt noch aufgesplittet wird in zwei Zweistundentakte, wovon einer jeweils zur gleichen Minute verkehrt wie der zweistündig verkehrende ICE, ist ein solches Fahrplangerüst mit der Anzahl der Zugfahrten aus [2] nicht umsetzbar. Die im Referenzzu- stand der Gäubahnstudie vorgesehenen Fahrplanfahrten sind unabhängig der Nutzung der Bahnsteige in der Station Stuttgart Terminal möglich. Bei den Knotenzeiten aus dem Fahr- plan der Vorschlagsvariante 1 kommt es zweistündig zu einer Zugkreuzung zwischen einem in Richtung Böblingen ausfahrenden Regionalzug und einer in Richtung Vaihingen ausfahrenden S-Bahn. Auch dies ist unabhängig von der Nutzung der Bahnsteiggleise. Auch der Abgleich mit anderen Untersuchungen beeinflusst also das Ergebnis der restriktiven Nutzung der Bahnsteiggleise nicht negativ.

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3 Zusammenfassung und aktueller Sachstand

Die vorliegenden Untersuchungsergebnisse zeigen, dass das für Stuttgart 21 geplante Be- triebsprogramm (siehe Abschnitt 1.2) in der Station Stuttgart-Flughafen Terminal (d. h. im Fern- und Regionalverkehr sowie bei der S-Bahn) auch mit zwei unterschiedlich nutzbaren Bahnsteiggleisen verschiedener Höhe realisierbar ist. Dabei erfolgt eine Angebotserweite- rung für die Station Flughafen von heute 148 S-Bahnen (täglich, beide Richtungen) auf 160 Züge (davon 98 S-Bahnen und 46 Regionalzüge) in der Station Stuttgart-Flughafen Terminal sowie weitere 112 Züge (davon 62 Regionalzüge), die in der Station Flughafen NBS halten. Bezogen auf die Leistungsfähigkeit ist festzustellen, dass die Station Terminal auch unter diesen Bedingungen keinen leistungsbestimmenden Engpass im Knoten Stuttgart darstellt. Darüber hinaus kann das S-Bahn-Angebot auch mit dem S-Bahn-Halt an nur einer Bahn- steigkante der Station Terminal über die ursprünglichen Planungen [2] hinaus durchaus wieder auf das heutige Betriebsprogramm (148 S-Bahnen) verdichtet werden. Eine weitere Ver- dichtung des S-Bahn-Verkehrs ohne bautechnische Maßnahmen ist grundsätzlich durch bis zu 2 nicht vertaktete Verstärkerzüge je Stunde möglich. Für eine Verdichtung des Taktes ohne Aufgabe des 10-Minuten-Taktes der Linien S1/2/3 auf der Stuttgarter Stammstrecke (Mittnachtstraße – Schwabstraße) sind zusätzliche Maßnah- men, die über den derzeitigen Stand der Planung hinaus gehen (zusätzliches Wendegleis in der Station Terminal oder zweites Gleis nach Bernhausen), nötig. Sollte der 10-Minuten-Takt der S-Bahn-Linien S1/2/3 auf der Stuttgarter Stammstrecke (Mitt- nachtstraße – Schwabstraße) aufgelöst werden bzw. die Anbindung des Flughafens über andere als die heute gültigen Linien realisiert werden, ergibt sich die Möglichkeit, einen durchgehenden 15-Minuten-Takt zum Flughafen bei durchgehendem 30-Minuten-Takt nach Filderstadt-Bernhausen unter Berücksichtigung der Maßnahme „Verkürzung der Blockab- stände“ zwischen Rohr und Flughafen durchzuführen. Ferner sind auch im Fern- und Regionalverkehr weitere Verdichtungen bezogen auf die Sta- tion Terminal grundsätzlich möglich. Die Betriebssimulation ergab, dass der S-Bahn-Verkehr auf den untersuchten Abschnitten trotz Mischverkehr mit Fern- und Regionalzügen verspätungsfrei abgewickelt werden kann. Für einen Abbau möglicher Verspätungszeiten im Fern- und Regionalverkehr ist für einen singulär betrachteten Klein-Knoten Station Terminal (Infrastruktur aus Abschnitt 2.3.1) eine Knotenzuschlagszeit von 45 Sekunden im Fern- und Regionalverkehr notwendig, während für einen gesamthaft betrachteten Groß-Knoten Stuttgart mit allen Teilknoten, wie er in 1.2 dargestellt ist, eine Knotenzuschlagszeit von 1 Minute ausreichend ist.

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4 Fahrplan mit erhöhtem Knotenzuschlag erhöhtem 1 2 Basisfahrplan mit Fahrplanvariante Fahrplanvariante 1 Fahrplan 2 3 4 Tabelle 11: Zusammenfassung der relevanten Ergebnisse

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4 Quellenverzeichnis

4.1 Literatur

[1] Planungen für PFA 1.1, 1.2, 1.3, 1.5 Stuttgart 21 [2] Stuttgart 21 – Erarbeitung eines Mengengerüstes Personenfern- und Nahverkehr für vertiefende Variantenuntersuchungen – ITP und VWI, München 1997 [3] Pachl, Jörn: Systemtechnik des Schienenverkehrs, 3. Auflage, Teubner / 2002 [4] Bosse, Gunnar: Leistungsfähigkeit und Leistungsverhalten in Abhängigkeit von der Anlagengestaltung und dem Betriebsprogramm, Diplomarbeit, Institut für Verkehr, Ei- senbahnwesen und Verkehrssicherung der TU Braunschweig, 1994 [5] Martin, Ullrich et. al.: Vergleich der Leistungsfähigkeiten und des Leistungsverhaltens des neuen Durchgangsbahnhofes (Stuttgart 21) und einer Variante umgestalteter Kopf- bahnhof (K21) im Rahmen der Neugestaltung des Stuttgarter Hauptbahnhofes, im Auf- trag der DBProjekt GmbH, Stuttgart 2005 [6] DB Netz Ag der Deutschen Bahn Gruppe: RiLi 405 Fahrwegkapazität, Frankfurt, Stand 2008 [7] Stuttgart 21 – Betriebliche Leistungsuntersuchung nach Umbau des Gleisvorfeldes, Diplomarbeit am Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen, cand. Ing. M. Haderer, 2005 [8] DB Netz AG der Deutschen Bahn Gruppe: RiLi 406 Fahren und Bauen, Frankfurt, Stand 2000 [9] BVU, ITP, SMA: FE-Vorhaben 96.0892/2006/, Bewertung von Investitionen zum Aus- bau deutscher Eisenbahnstrecken im Zulauf zur NEAT – Ergänzungsuntersuchung zum Planfall „Gäubahn 3“, Freiburg/München 2006

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