Brandschutz 4.0 – Chancen und Risiken der Digitalisierung

Die Digitalisierung gehört mit ihren vielfältigen Auswirkungen zu den größten Umbrüchen in der Kulturgeschichte der Menschheit. Welche Entwicklungen zeichnen sich für den vorbeugenden Brandschutz ab? Welche Chancen und Risiken ergeben sich daraus für Planer, Hersteller und Errichter?

Oktober 2016 / Von André Gesellchen. Die Gebäude der Zukunft werden von digitaler Technik geprägt sein. Ob in Wohngebäuden oder Sonderbauten, eine große Zahl von Geräten mit i.d.R. jeweils mehreren Sensoren wird Steuerungs-, Komfort- und Sicherheitsaufgaben übernehmen. Diese Geräte werden miteinander vernetzt sein; sie werden Sensordaten und Steuerimpulse austauschen und eine Informationsfülle erzeugen, die nur durch ein integriertes Gebäudemanagement zu beherrschen ist. Bereits in den Planungsprozessen für die Gebäude werden heute und zunehmend in naher Zukunft digitale Werkzeuge eingesetzt. Bringt man die in der Planung geschaffenen Gebäudemodelle mit den Echtzeitdaten der eingebauten Sensoren und Geräte zusammen, erhält der Betreiber ein vollständiges und stets aktuelles digitales Abbild seiner Immobilie. Abseits dieser alles andere als vagen Zukunftsvision lassen sich einige Felder erkennen, auf denen der vorbeugende Brandschutz eine digitale Transformation erfahren wird.

Brandschutz 4.0 – Chancen und Risiken der Digitalisierung Jung
(Foto: TROX GmbH)

"Die Welt der Sicherheitstechnik wird sich dramatisch verändern. Zum einen durch Building Information Modeling (BIM), mit dem sich Gebäude planen, ausführen und bewirtschaften lassen. Bei der Planung von z.B. Lüftungs- oder Entrauchungsanlagen werden die theoretischen Berechnungen durch BIM mittels virtueller Szenarien überprüfbar und damit sicherer. Ein zweiter wichtiger Punkt ist die zunehmende Intelligenz von Sicherheitskomponenten, die zukünftig im Gebäude stärker dezentral verteilt sind und über den internationalen Standard auf der Feldbusebene AS-Interface (AS-I) kommunizieren. Vorteile für Anlagenbauer und Anlagenbetreiber sind hier die Überwindung von Schnittstellen, die Gesamtsteuerung und -überwachung und somit die Erhöhung der Sicherheit einer Anlage sowie die Einsparung von Kosten in der Bauphase und im Betrieb."
Udo Jung, TROX GmbH

Industrie 4.0

Immer mehr Geräte und Produkte kommunizieren durch Internettechnologien miteinander. Das Schlagwort dafür ist: Internet der Dinge. Die ersten in diesem Sinne voll vernetzten Fabriken gibt es bereits und in der Industrieproduktion verspricht man sich davon u.a. Fortschritte bei der Automatisierung, Selbstoptimierung und Selbstdiagnose von Maschinen. Letztlich soll die Industrie 4.0 flexibler sowie kosten-, zeit- und ressourceneffizienter produzieren und eine höhere Fertigungsqualität erreichen. Viele Fachleute erwarten so tiefgreifende Änderungen in der Art zu produzieren, dass sie von einer vierten industriellen Revolution sprechen. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist die Verschmelzung von IT-Systemen mit Produktionstechnologien.
Bezogen auf den Brandschutz hieße das: Vor allem die Anlagentechnik könnte künftig günstiger produziert werden und gleichzeitig mit mehr Sensoren sowie Kommunikationstechnik ausgestattet werden.
Der Wegfall zahlreicher Arbeitsplätze in der Industrie und Fragen der Datensicherheit gehören zu den Problemen, denen sich die Industrie 4.0 stellen muss.

Der Artikel ist im FeuerTRUTZ Magazin 5.2016 (September 2016) erschienen.
Weitere Informationen zum FeuerTRUTZ Magazin

Building Information Modeling (BIM)

BIM steht für die digitale Gebäudedatenmodellierung und ist ein Werkzeug für Architekten, Planer und Betreiber. BIM-Gebäudemodelle gehen in ihrer Informationsdichte und -qualität weit über reine 3-D-Modelle hinaus, denn darin werden alle relevanten Gebäudedaten erfasst, kombiniert und vernetzt. Ein BIM-Modell „weiß“ also nicht nur, dass an einer bestimmten Stelle in einem Gang eine Tür mit gewissen Abmessungen eingebaut werden soll, sondern es enthält zudem alle relevanten Informationen zu dieser Tür und zu allen sie umgebenden Bauteilen. Das können z.B. die notwendige Feuerwiderstandsfähigkeit der Tür sein, die Öffnungsrichtung (wichtig z.B. bei einer Fluchttür), Informationen zur Feststellanlage samt Rauchmelder usw.
Ihre Stärke spielen BIM-Modelle u.a. bei der effektiven Kooperation der beteiligten Fachplaner aus. Da die Planer aller Gewerke im selben Modell arbeiten, wird direkt sichtbar, welche Auswirkungen Planungsänderungen in einem der Gewerke haben. Ändern sich z.B. durch Überlegungen des Brandschutz-Fachplaners die Brandabschnitte, wird u.a. der TGA-Planer darüber informiert, an welchen Stellen im Gebäude zusätzliche Abschottungen eingebaut werden müssen.
Dank solcher Funktionen, zu denen auch die automatische Kollisionsprüfung gehört, können viele Überraschungen auf der Baustelle und die sich daraus ergebenden Verzögerungen sowie Folgekosten vermieden werden.
Die hinterlegten Daten zu allen verbauten Bauteilen nützen aber auch dem späteren Betreiber der Immobilie. Das Modell erlaubt ihm z.B. den Überblick über die Wartungsintervalle von Brandschutztüren, -klappen, Löschanlagen usw. Die nicht selten ortsunkundigen Mitarbeiter der Wartungsfirmen unterstützt das Modell beim Auffinden der zu wartenden Einrichtungen und es hält ggf. sogar eine Dokumentation bisheriger Wartungen sowie Informationen des Herstellers bereit.
Auch im Brandfall können die in BIM-Modellen verfügbaren Informationen wertvoll sein. Das vernetzte Echtzeitmodell des Gebäudes kann zur Lenkung und Unterstützung der Evakuierung eingesetzt werden und den Einsatzkräften der Feuerwehr eine schnelle Orientierung samt Informationen über den Zustand der Anlagen und Bauteile bieten.
BIM bildet somit die entscheidende digitale Schnittstelle für viele Akteure des Brandschutzes und darf in seiner Bedeutung nicht unterschätzt werden.
Die Auswirkungen von BIM auf den Brandschutz können in diesem Artikel nur angerissen werden. Eine ausführliche Darstellung finden Sie in der dreiteiligen Artikelserie „BIM für den Brandschutz“ in den Ausgaben 6.2015 bis 2.2016 des FeuerTRUTZ Magazins.

Brandschutz 4.0 – Chancen und Risiken der Digitalisierung
(Bild: hhpberlin)

"Die Grenzen zwischen abwehrendem und vorbeugendem Brandschutz verschwimmen zusehends. Gleichzeitig hält die Digitalisierung immense Möglichkeiten für die Smart City der Zukunft bereit. Damit wir diese ausschöpfen können, muss ein Umdenken innerhalb der starren Strukturen unserer Branche stattfinden."
Stefan Truthän, hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH

Überall Sensoren

Wie allgegenwärtig Sensoren schon heute sind, wird deutlich, wenn man sich vor Augen führt, wie viele davon allein in unseren Smartphones stecken. In gut ausgestatteten Geräten befinden sich z.B.:

  • GPS-Empfänger
  • Magnetometer
  • Rotationssensor
  • Beschleunigungssensor
  • Näherungssensor
  • Helligkeitssensor
  • Thermometer
  • Feuchtigkeitssensor
  • Barometer
  • Fingerabdrucksensor.

Nicht zuletzt die stark gesunkenen Preise und die immer kleineren Bauformen führen dazu, dass Hersteller immer mehr Sensoren in ihre Produkte einbauen. Sicherlich werden z.B. Rauchwarnmelder auch in Zukunft so gestaltet werden, dass sie in erster Linie Rauch detektieren; problemlos können sie aber mit weiteren Detektoren kombiniert und mit zusätzlichen Sensoren ausgestattet werden. In Gebäuden der Zukunft werden Sensoren allgegenwärtig sein. Sie werden die Zustände von Anlagen (z.B. Positionen von Brand- und Rauchschutzklappen, Fenstern, Türen) ebenso erfassen wie Komfortdaten (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Helligkeit) und die Positionen sowie Bewegungen von Personen. Zusammen mit der immer häufiger eingesetzten Videotechnik bieten sich viele Ansatzpunkte für Optimierungen des anlagentechnischen und organisatorischen Brandschutzes. Herausforderungen in diesem Bereich sind jedoch einheitliche Standards und Schnittstellen sowie Datenschutz und -sicherheit.

Big Data und Predictive Analytics

Das Zusammenführen und Auswerten großer Datenmengen birgt Verbesserungspotenzial u.a. für Risikoanalysen. Die Untersuchung und Bewertung vorhandener und möglicher Schwachstellen in einem Gebäude könnte so noch präziser als bisher erfolgen.
Auch die Feuerwehren beschäftigen sich inzwischen mit der Frage, ob sich durch Big-Data-Analysen sehr konkrete Vorhersagen für künftige Ereignisse ableiten lassen. Solche Wahrscheinlichkeitsberechnungen können z.B. zur Optimierung der Einsatz-, Bedarfs- und Standortplanung dienen, immer mit dem Ziel, Hilfsfristen zu verkürzen und dadurch die Anzahl der Opfer von Bränden und Unfällen zu senken.
Diese datengestützten Prognosemethoden sind unter dem Schlagwort Predictive Analytics bekannt und werden z.B. von der Polizei bereits seit einiger Zeit operativ eingesetzt.
Als Datenquellen für solche computergestützten Analyse- und Prognoseverfahren für den vorbeugenden und vor allem abwehrenden Brandschutz kommen u.a. infrage:

  • Brandstatistiken
  • Objektdaten (Daten zum Gebäudebestand)
  • Geoinformationssysteme
  • Sensoren in Gebäuden, Anlagen und Produkten (s.o.)
  • Wetterdaten
  • Einsatzstatistiken der Feuerwehr
  • Standortanalysen
  • Bevölkerungsstatistiken (z.B. ortsbezogene Auswertungen zur Bevölkerungsdichte und Altersstruktur).

Errichter profitieren

Konkrete Vorteile verspricht der zunehmende Einsatz digitaler Technik für die Errichter von Brandschutzkomponenten. Sie werden in Zukunft bei der Installation komplexer Bauteile oder Anlagen von speziellen Anwendungen der Hersteller profitieren können, die auf dem Smartphone-Display oder über eine Datenbrille visuelle Unterstützung bieten. Solche Augmented-Reality(AR)-Anwendungen (AR = erweiterte Realität) kombinieren ein Livekamerabild mit ergänzenden Informationen und Hinweisen und werden als Installationsanleitungen sicherlich hervorragende Dienste leisten.
Schon bei der Schulung des Personals werden AR und insbesondere auch Virtual Reality (VR) eine wachsende Rolle spielen.

Brandschutz 4.0 – Chancen und Risiken der Digitalisierung Dietrich
(Foto: FeuerTRUTZ)

"Die digitalen Systeme werden stetig komplexer und sind für den Laien kaum mehr zu durchschauen. Wir sollten nicht vergessen, dass die digitale Technik samt ihren zahlreichen Schnittstellen für die gesamte Lebensdauer eines Gebäudes ausgelegt sein muss. Derzeit stehen wir häufig bereits beim ersten Update vor unlösbaren Problemen. "
Matthias Dietrich, RASSEK & PARTNER – Brandschutzingenieure

Wartung und Ferninspektion

Wartungsintervalle sind vom Betreiber eines Gebäudes stets zu beachten. Wann muss z.B. der Druckbehälter einer Gaslöschanlage gewartet werden? Nach Ablauf einer in Normen oder vom Hersteller festgelegten Zeitspanne oder bei Bedarf? Auf diese und ähnliche Fragen werden wir in Zukunft differenziertere Antworten geben, denn jedes Element einer Brandschutzanlage kann mit Sensoren ausgestattet werden (s.o.). Die Anlagen(teile) überwachen sich dann selbst und melden übergeordneten Systemen jede relevante Abweichungen von vorher definierten Sollwerten. Betreiber und Wartungsdienstleister werden sofort informiert, wenn sich Veränderungen abzeichnen, also oft schon lange, bevor Schäden an Anlagen entstehen oder es sogar zu Ausfällen kommt. Die Hersteller können die gesammelten Daten wiederum nutzen, um Schwachstellen ihrer Produkte zu erkennen, und sie können diese Erkenntnisse in die Produktentwicklung einfließen lassen.
Insbesondere bei elektronischen Systemen spielt zudem der Fernzugriff durch Spezialisten eine zunehmende Rolle. Mitarbeiter von Fachfirmen z.B. können jederzeit und von überall über Netzwerktechnologien auf die von ihnen betreuten Brandmeldezentralen zugreifen, um Störungen zu beseitigen oder Anpassungen zu programmieren. Wird dennoch der Einsatz eines Technikers vor Ort nötig, kommt dieser zumindest mit Vorwissen über die Störung und auch mit den notwendigen Ersatzteilen in das Gebäude, was zusätzliche Fahrten und damit Kosten vermeidet.
Software für die Dokumentation von Wartungen und Instandhaltungsarbeiten ist bereits heute weit verbreitet. Neben der reinen Dokumentation liegt deren Stärke auch in der Vernetzung und im Zugänglichmachen der Daten. Wer künftig als neuer Dienstleister bei einer Anlage eintrifft, die gewartet werden soll, wird vor Ort Zugriff auf elektronische Dokumente (z.B. Zulassungen, Einbauanleitungen und Wartungshandbücher) und Datenbanken haben, die die gesamte Historie der Anlage von der Herstellung über den Einbau bis zur letzten Wartung nachvollziehbar machen.
Solche Systeme und Workflows sind technologisch problemlos umsetzbar und ihre Vorteile sind so überzeugend, dass sie sich mit Sicherheit flächendeckend durchsetzen werden.

Ingenieurmethoden

Brandschutz 4.0 - Chancen und Risiken der Digitalisierung
Entfluchtungsanalyse mit VR-Brille (Foto: Rüppel et al.)

Bei der Anwendung von Ingenieurmethoden im Brandschutz wird oft spezielle Software eingesetzt. Simulationen von Evakuierungen (Personenstromanalysen), CFD-Brandsimulationen und insbesondere Rauchsimulationen erfordern viel Rechenpower. Werden mehrere Szenarien oder Konfigurationen verglichen, können die notwendigen Computerberechnungen sehr viel Zeit beanspruchen. Großrechner sind für Brandschutzplaner i.d.R. zu teuer bzw. nicht zugänglich. Abhilfe verspricht das sogenannte Cloud Computing, bei dem große Rechenoperationen in kleinere Arbeitspakete aufgeteilt werden, die dann von vielen Einzelrechnern parallel abgearbeitet werden. Es werden also sehr viele Prozessoren zu einem virtuellen Großrechner zusammengeschaltet. Cloud Computing kann als Dienstleitung bei Bedarf eingekauft werden und ermöglicht auf diese Weise schnelle Simulationsergebnisse ohne große Investitionen.
Moderne Softwaretechniken, wie Deep Learning (s. Infokasten) werden in Zukunft zudem dafür sorgen, dass Computerprogramme sich selbst optimieren und so immer besser und schneller darin werden, spezifische Probleme zu lösen. Würde man solche Tools einsetzen, um z.B. die Ergebnisse von Millionen CFD-Simulationen zu analysieren, wären große Fortschritte in den computergestützten Ingenieurmethoden zu erwarten.
Virtual- und Augmented-Reality-Anwendungen werden künftig verstärkt genutzt werden, um die Ergebnisse von Simulationsberechnungen zu visualisieren. Betrachter könnten so quasi in eine Personenstromanalyse „eintauchen“ und zusammen mit berechneten Avataren durch das VR-Modell eines Gebäudes laufen, um z.B. mögliche Engstellen in Fluchtwegen zu erkennen.
Auch bei der Vorstellung von Simulationsergebnissen vor Auftraggebern und Behördenvertretern könnten visuell überzeugende VR- oder AR-Präsentationen die Akzeptanz für gefundene Lösungen unterstützen.

Infokasten: Deep Learning

Deep Learning bezeichnet eine Form der künstlichen Intelligenz, bei der Computer an neuronalen Netzen orientierte Rechenverfahren einsetzen, um sehr große Datenmengen zu analysieren. Dabei entwickelt der Computer Modelle, die er während der Datenanalyse fortlaufend verfeinert. Einer größeren Öffentlichkeit bekannt wurde das Verfahren, als das Computerprogramm AlphaGo im März 2016 den Südkoreaner Lee Sedol schlug, der als einer der besten Go-Spieler der Welt gilt. Dabei ist zu berücksichtigen: Go ist ein asiatisches Brettspiel, das anders als z.B. Schach lange Zeit als für Computer kaum zu meistern galt.

Aus- und Weiterbildung

Selbst wenn man die hier zusammengestellten Entwicklungen ausblenden würde, bliebe eines deutlich: Die Komplexität und Dynamik im vorbeugenden Brandschutz erfordert auf allen Ebenen gut ausgebildetes und informiertes Fachpersonal. Insbesondere der berufsbegleitenden Fort- und Weiterbildung kommt dabei eine große Bedeutung zu.
Auch auf diesem Sektor spielt die Digitalisierung ihre Stärken aus, denn Software, Webinare, digitale Lernumgebungen, Foren und Datenbanken ergänzen klassische Präsenzveranstaltungen und ermöglichen ortsunabhängige und flexible Weiterbildungen.
Zudem stellen viele Verlage ihre Fachinformationen durch Apps und in Datenbanken zur Verfügung, sodass die Nutzer immer und von überall auf umfangreiche Archive zugreifen können und diese mit guten Suchwerkzeugen durchsuchen können. FeuerTRUTZ bietet einen solchen Service unter www.medien.feuertrutz.de, Kunden können dort neben allen Ausgaben des FeuerTRUTZ Magazins auch auf Fachbücher und auf den Brandschutzatlas zugreifen.

App FeuerTRUTZ Medien

Mit der App FeuerTRUTZ Medien sind die Inhalte des Brandschutzatlas, alle Ausgaben des FeuerTRUTZ Magazins und zahlreiche E-Books mobil verfügbar. Die App gibt es für iOS und Android sowie als Browser-Version.

Weitere Informationen zur App FeuerTRUTZ Medien

Film „Wie funktioniert die App FeuerTRUTZ Medien?“ auf YouTube

Abwehrender Brandschutz

Die Einsatzkräfte der Feuerwehr nutzen bereits digitale Technik, z.B. für ihre Funkkommunikation und mit dem Einsatz mobiler Infrarotkameras. In der Ausbildung und im Training von Feuerwehrleuten wird zudem der Einsatz von VR-Simulationen erprobt. Die VR-Umgebungen ermöglichen dabei die vergleichsweise realitätsnahe Nachbildung echter Einsätze ohne großen personellen und finanziellen Aufwand.

Brandschutz 4.0 – Chancen und Risiken der Digitalisierung
Das Augmented-Reality-Tool ARE von hhpberlin ermöglicht Einsatzkräften den schnellen Überblick über alle relevanten Brandschutzeinrichtungen in einem Gebäude und in dessen unmittelbarer Umgebung. (Foto: FeuerTRUTZ Network GmbH)

In der Entwicklung sind zudem AR-Systeme für Einsatzkräfte, die z.B. das Bild einer kleinen am Helm befestigten Infrarotkamera durch eine Datenbrille in das reale Blickfeld projizieren. Die Vorteile: Die Einsatzkräfte haben ihre Hände frei und den Blick immer oben, denn sie müssen die Infrarotkamera nicht mehr in der Hand halten.
AR-Systeme eignen sich für die Feuerwehr auch hervorragend, um die Standorte relevanter Systeme (Feuerwehrzufahrten, Hydranten, Zugänge, Feuerwehrterminals, Technikräume usw.) schnell und komfortabel im Blick zu haben.

Fazit

Die Digitalisierung macht auch vor dem vorbeugenden Brandschutz nicht halt und wird in den kommenden Jahren den Arbeitsalltag von Planern, Errichtern, Betreibern und weiteren Beteiligten z.T. massiv beeinflussen. Dabei sind große Effizienzsteigerungen zu erwarten.
Fraglich bleibt zurzeit noch, ob es gelingt, geeignete Protokolle, Schnittstellen und Plattformen zu schaffen, über die eine Vernetzung von Geräten untereinander sicher und zuverlässig gewährleistet werden kann. Jede Schnittstelle stellt zudem einen möglichen zusätzlichen Angriffspunkt dar. Entwickler und Benutzer sind gefordert, Datensicherheit und -schutz stets sicherzustellen.

Autor

André Gesellchen: Redaktion FeuerTRUTZ Magazin

Der Artikel ist im FeuerTRUTZ Magazin 5.2016 (September 2016) erschienen.
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