mini|Darstellung einer Straßenachse (Strich-Punkt-Linie) und einer Kilometrierung im Lageplan

Bei Verkehrswegen hat die Achse, je nach Kontext auch Straßenachse oder Bahnachse genannt, den Charakter einer mathematisch definierten Leitlinie für den Verlauf der Strecke. Diese durchgehende Linie ist die Hauptachse. Werden Ränder oder begleitende Bauwerke ebenfalls durch Achsen definiert, bezeichnet man diese Linien als Rand- oder Nebenachsen.

Die Hauptachse bei Verkehrswegen liegt in der Regel in der Mitte des Bauwerkes. Bei einbahnigen Straßen und eingleisigen Eisenbahnstrecken ist dies die Mitte der Fahrbahn oder des Gleises. Bei mehrbahnigen Straßen und mehrgleisigen Bahnstrecken liegt die Achse in der Mitte des Gesamtquerschnittes. Die Bezeichnung „Achse“ wird für die Grundrissdarstellung im Lageplan verwendet und dient dort zur Definition des horizontalen Verlaufes der Strecke. Bei der Darstellung im Aufriss, dem Höhenplan, ist dagegen die Bezeichnung „Gradiente“ üblich, um den Höhenverlauf im Zuge der Strecke zu definieren.

Merkmale Die Achse (Lageplan) setzt sich aus den Elementen Gerade, Kreisbogen und Klothoide als Übergangsbögen zusammen. Die Gradiente wird als Polygonzug aus Geraden gebildet, dessen Knotenpunkte als Tangentenschnitte (TS) bezeichnet werden. Die Ausrundungen in den Tangentenschnitten, Kuppen und Wannen, sind quadratische Parabeln, deren Kenngröße „Halbmesser“ der Krümmungsradius im Tangentenschnittpunkt ist.

Achse und Gradiente haben einen identischen Nullpunkt. Ein konkreter Punkt auf der Achse beziehungsweise der Gradiente wird durch die Längenangabe relativ zum Nullpunkt eindeutig dreidimensional in einem kartesischen Koordinatensystem (X/Y/Z) bestimmt. Die Koordinaten X und Y werden durch die Achsberechnung bestimmt, die Z-Koordinaten durch die Gradientenberechnung. Der Abstand vom Nullpunkt ist die horizontal gemessene Abwicklungslänge der Strecke und wird als Stationierung, Kilometrierung oder Hektometrierung bezeichnet. Ein Punkt im Abstand von 1534 m vom Nullpunkt hat beispielsweise folgende Stationsbezeichnung:

bei Kilometrierungbei Hektometrierung

Punkte, die seitlich der Achse liegen, werden senkrecht auf die Achse abgebildet und durch die Station des Lotfußpunktes und den Querabstand D zur Achse bestimmt. Bei negativem Querabstand liegt der Punkt in Stationierungsrichtung links der Achse, bei einem positiven Abstand dagegen rechts. Die Höhe wird oft als Höhendifferenz relativ zur Höhe des Lotfußpunktes bestimmt. Zur Darstellung des Bauwerkes in seiner gesamten Breite, zum Beispiel im Querneigungsband (Fahrbahnränder im Straßenbau) oder Überhöhungsband (Schienenhöhe im Eisenbahnbau), bildet der Abstand zum Nullpunkt – die Stationierung – somit die horizontale Darstellungsachse X, in der vertikalen Richtung Y werden die relativen Höhenunterschiede zur Höhe des Achspunktes dargestellt.

Die Achse als Bezugslinie mini|400px|Beispielhafter Detailplan einer Gabionenwand am Fahrbahnrand

Bei der Planung eines Verkehrsbauwerkes arbeiten Fachingenieure aus mehreren Disziplinen, zum Beispiel Bauingenieure, Vermessungsingenieure, Landschafts- und Tragwerksplaner, eng zusammen, was eine ständige Abstimmung in allen Planungs- und Bauphasen erfordert. Eine einfache und eindeutige Zuordnung jedes Bauteils einer Gesamtmaßnahme wird durch diese in der Praxis bewährte Art der räumlichen Definition des Bauwerkes wirksam unterstützt, weil es damit möglich ist, die einzelnen Fachplanungen in einen gegenseitigen Bezug zu bringen.

Für Ingenieurbauwerke seitlich der Achse wie z. B. Stützmauern ist bei der Ausführungsplanung der ausschließliche Bezug auf die Hauptachse allerdings nicht unbedingt zu empfehlen, wenn das Bauwerk in Kurven liegt. Durch die Krümmung der Achse ergeben sich Längenverzerrungen seitlich der Achse, die beim Einsatz von Fertigteilen oder beim Schalungsbau zu Fehlern führen können, wenn sie nicht berücksichtigt werden. Hier wird auf eine gesonderte Bauwerksachse ausgewichen, die so gelegt wird, dass die wahre Länge mit der Abwicklungslänge auf dieser Achse innerhalb der Bautoleranz übereinstimmt. Durch die doppelte Festlegung und Darstellung einiger wesentlicher Punkte auf beiden Achsen ist es jedoch möglich, die Anbindung an die Hauptachse an beliebigen Stellen zu jeder Zeit wiederherzustellen. Dies erleichtert auch die Herstellung von handlichen, übersichtlichen Detailplänen mit hoher Informationstiefe. Der Grundlageplan wird dadurch entlastet und somit übersichtlicher, weil die Ingenieurbauwerke dort nur als graphische Information ohne Details dargestellt werden müssen, was zu einer ausreichenden Verklammerung beider Pläne völlig genügt. Die planerische Darstellung des Bauwerkes durch einen Grundplan, der mit vielen Detailplänen flankiert wird, ist heute Standard. Die Hauptachse verliert dadurch keineswegs an Bedeutung, denn ihre Funktion zur Bemessung des Bauwerkes und als grundlegende Linie zur eindeutigen Lokalisierung einzelner Bauteile im Planungsabschnitt bleibt davon unberührt. Erleichtert wird dagegen eine kurzfristige Optimierung und Anpassung der Bauteile mit relativ geringem Aufwand. Voraussetzung dafür ist jedoch eine gute zentrale Koordination und Überwachung der Aktualität aller Unterlagen bei der Zusammenstellung von Zeichnungen für die Bauausführung.

Anlagenummer, Umfang, Inhalt und Darstellung durch Lage- und Höhenpläne, Regelquerschnitte, Detailpläne usw. sind in den Richtlinien für die Gestaltung von einheitlichen Entwurfsunterlagen im Straßenbau - RE des Bundesministeriums für Verkehr geregelt und durch Musterpläne erläutert. Dies erleichtert das Arbeiten mit den Plänen und gibt Hinweise, welche Daten einzutragen und welche Zeichenmuster für eine allgemeine Lesbarkeit der Pläne zu verwenden sind. Damit sind Missverständnisse bei der Interpretation der Unterlagen weitgehend ausgeschlossen.

Definition der Achshauptpunkte mini|Beispielhafter Lageplan einer Straßenachse

Die Achse eines Verkehrsweges ist ein Linienobjekt, das sich aus mehreren Einzelelementen, in der Regel Geraden, Kreisbögen und Klothoiden, zusammensetzt. Somit gilt auch für eine Achse in diesem Fall die Definition eines zusammenhängenden Linienobjektes: Die Linie hat einen Anfangs- und Endpunkt. Beschreibt die Linie den Umfang einer Fläche, so ist der Anfangs- und Endpunkt identisch. Die Anzahl der Linienelemente ist theoretisch beliebig groß, sie wird jedoch aus praktischen Gründen auf eine maximale Anzahl begrenzt, die im Rahmen einer handlichen Bearbeitung liegt. Üblich ist zum Beispiel ein Grenzwert von 1024 Elementen. Die Stoßpunkte der Linienelemente sind die Knotenpunkte der Linie und müssen in Koordinaten (X/Y/optional Z) vorliegen. Ergänzend zu diesen Knotenpunkten müssen die Elemente durch zusätzliche Angaben so beschrieben werden, dass sich jeder beliebige Zwischenpunkt auf dem Element berechnen lässt. Dies entfällt nur bei einer Geraden. Ein Kreisbogen benötigt die Vorgabe des Radius, der Krümmungsverlauf wird mit –R für Linksbögen und +R für Rechtsbögen definiert. Ein Klothoidenabschnitt benötigt die Vorgabe des Parameters A, der Krümmungsverlauf wird hier ebenfalls durch das Vorzeichen bestimmt. Zusätzlich muss der Anfangs- und Endradius vorgegeben werden, damit eine eindeutige Beschreibung des Abschnittes vorliegt.

Die Liniendefinition wird bei Achsen um die Station, die addierte Länge aller Elemente bis zum jeweiligen Knotenpunkt, erweitert, die bei diesem Knotenpunkt mitgespeichert wird. - Übernimmt man diese Erweiterung auch in den allgemeinen Liniendatensatz, kann man grundsätzlich auf allen Linienobjekten mit Achsberechnungsprogrammen arbeiten, die erheblich mehr Komfort und Flexibilität bei der Berechnung bieten.

Bei der Hauptachse eines Verkehrsweges besteht die Bedingung, dass die Elementstoßpunkte keine Winkelsprünge, sondern eine gemeinsame Tangente aufweisen. Wird die gesamte Hauptachse fahrdynamisch trassiert und grundsätzlich der Übergang von Geraden auf Kreisbögen oder zwischen zwei Kreisbögen mit Klothoiden als Übergangselemente berechnet, gibt es in den Elementstoßpunkten auch keine Radiensprünge. Grundsätzlich sind Winkel- und Radiensprünge natürlich auch bei Achsberechnungen zulässig, nur eben nicht bei einem fahrdynamischen Ansatz für Verkehrswege. Eine Randsteinlinie mit Ausbuchtungen für Parkplätze unterliegt nicht dieser Forderung und kann trotzdem als Achse festgelegt werden.

Diese Grunddaten einer Achse, abgelegt in den Knotenpunkten, welche die Elementwechsel des Linienobjektes in der Reihenfolge mit aufsteigender Station definieren, bezeichnet man als Achshauptpunkte. Analog wird bei der Gradiente verfahren und den Listen mit den Breiten- und Querneigungswechseln im Zuge der Trasse. Zwischenpunkte innerhalb der Achselemente werden mit Hilfe dieser Grunddaten berechnet und als abhängige Punkte Achskleinpunkte genannt.

Einflüsse der EDV auf Planung und Bauausführung ab 1970 Kennzeichnend für die Epoche vor 1980 war eine weitgehend zeichnerische Konstruktion der Achse in der Vorentwurfs- und Entwurfsphase auf dem Reißbrett ohne detaillierte Berechnungen. Speziell dafür gab es Kurven- und Klothoidenlineale und Spezialtabellen in Klothoidentafelwerken zum Einfügen zwischen andere Achselemente. Erst der mit der Umsetzung beauftragte Vermessungsingenieur rechnete diese Daten während der Ausführungsplanung in das globale Bezugssystem um und stellte die Absteckungspläne für die Baustelle her. Wegen der aufwendigen und zeitraubenden Berechnungsarbeit, die der Vermessungsingenieur zu leisten hatte, setzte sich jedoch in diesem Bereich der Rechnereinsatz mit Spezialprogrammen schon ab circa 1970 durch, also noch vor Beginn der modernen, dezentralen PC-Ära. Zum Einsatz kamen dabei Anlagen der mittleren Datentechnik in Rechenzentren oder bei großen Büros der eigene Zentralrechner, gesteuert über Lochkarten oder Lochstreifen, die in dieser Zeit jedoch relativ schnell durch Bildschirmterminals, die mit dem Rechner direkt kommunizierten, abgelöst wurden. Die ausgedruckten Datenlisten bildeten die Grundlage zur Kartierung der Achspunkte und zeichnerischen Ausarbeitung der Planung auf transparentem Papier oder Zeichenfolie mit schwarzer, gut deckender Tusche. Diese Pläne wurden durch Lichtpausen vervielfältigt und – falls notwendig – von Hand koloriert.

Viele Fachplaner legten früher ihre Planungsbeiträge durch Angaben rechtwinklig und parallel relativ zur vorgegebenen Achse fest. Der Rechenaufwand wurde dadurch auf das notwendige Minimum reduziert, für viele dieser Berechnungen genügte der Rechenschieber. In der heutigen Zeit mit automatischer Berechnung durch CAD-Programme sind Näherungsverfahren mit geringem Rechenaufwand natürlich nicht mehr wichtig; sie sind bei kleinen, unvorhersehbaren Änderungen und Anpassungen direkt auf der Baustelle jedoch gelegentlich noch als „Notnagel“ hilfreich.