Grafik mit Simulation eines mehrstöckigen Gebäudes mit vielen Personen (größere Personenmengen sind markiert)
Die Simulation zeigt, wie sich Personen im Regelfall im Gebäude aufhalten und gruppieren. (Quelle: Siemens)

Planung | Ausführung

07. June 2022 | Teilen auf:

Digitalisierung in der Gebäudetechnik: Fluchtwegsimulation

Die Digitalisierung macht auch vor der Sicherheitsbranche nicht halt und verändert etablierte Sicherheitskonzepte. Neue Lösungen werden mithilfe von Simulationen erstellt, um betriebliche und behördliche Prozesse zu vereinfachen und zu beschleunigen. Dabei stehen der Schutz von Lebewesen sowie die praxisnahe Funktionalität im Fokus. Wie können neue Fluchtwegsimulations- und Evakuierungskonzepte dabei helfen?

Auch wenn sich die Welt heute schneller zu drehen scheint als noch vor einigen Jahren, ist das Ziel von sicherheitstechnischen Konzepten immer noch dasselbe: der zuverlässige Schutz von Personen, Sachwerten und Prozessen. Bei einer Evakuierung geht es in erster Linie um den Schutz von Personen und damit einhergehend um die Frage, wie Gebäude schnellstmöglich und sicher evakuiert werden können.

Sicherheitstechnische Vorgaben zuverlässig erfüllen

In der Vergangenheit wurden Gebäude geplant, ohne dabei die Evakuierungsszenarien vollständig zu überblicken. Die Auslegung der Türen und Flure wurden über Tabellen und die dazugehörigen Richtlinien geplant, von den Behörden genehmigt und anschließend erstellt. So konnte häufig erst im Betrieb ein möglicher Engpass identifiziert werden, welcher sich zu einer gefährlichen Situation entwickeln konnte. Des Weiteren war es oft schwierig, verschiedene Raumbelegungsszenarien für eine mögliche Evakuierung miteinander zu vergleichen, wodurch dies häufig zu wenig Beachtung erhielt.

Mit Blick auf eine Evakuierung ist die Zeit das A und O. Für einen Sicherheitsbeauftragten ist es enorm wichtig zu wissen, wieviel Zeit benötigt wird, um alle sich im Gebäude befindlichen Personen herauszuführen. Nur so kann ein Evakuierungsplan erstellt werden. Dazu zählt auch die Kenntnis des effizientesten Fluchtwegs heraus und herein – z.B. für Rettungskräfte. Um diese Anforderungen zu erfüllen, kann man sich einer Evakuierungssimulation bedienen.

Digitalisierung verbessert Evakuierung

Basierend auf den vom Planer oder Architekten zur Verfügung gestellten digitalen Planunterlagen wird ein 3D-Modell von der Evakuierungssoftware errechnet. In diese fügt man Einzelpersonen und Gruppen so in das virtuelle Gebäude ein, wie sie sich typischerweise im Gebäude aufhalten und bewegen. So wird der Evakuierungsablauf digital simuliert und visualisiert. Die Software errechnet und zeigt die möglichen Fluchtwege sowie das zu erwartende Personenaufkommen auf. Dabei wird auch berücksichtigt, dass sich einzelne Personen möglicherweise entgegen der Fluchtrichtung der Personenmenge bewegen. Dies können z.B. Rettungskräfte sein, die zum Brandherd vordringen müssen.

Bereits während der Planung eines Gebäudes lassen sich die Punkte ermitteln, die gefährliche Situationen begünstigen. Diese Engpässe können durch geeignete bauliche Maßnahmen präventiv entschärft werden – und das schon vor Baubeginn. Das spart Zeit und nachträgliche Umbaukosten. Mit den Erkenntnissen aus der Simulation lassen sich so bestehende Sicherheitssysteme verbessern. Auch bei geplanten Umbauten oder bei einer Umnutzung von Gebäuden kann die Simulationssoftware sinnvoll zum Einsatz kommen. Bestehende Notfallkonzepte werden überprüft und mit der aktuellen, veränderten Situation validiert.

Entfluchtung in Echtzeit planbar

Zu Beginn werden die Modellparameter an die aktuelle Situation kalibriert, sodass sie die realen Zustände im Gebäude widerspiegeln. Nun lassen sich unterschiedliche Belegungsszenarien analysieren. Diese simulierten Belegungsszenarien laufen in der Software 10-mal schneller als in Echtzeit: So kann viel Zeit eingespart werden. Die visuelle Darstellung der Ergebnisse erfolgt in 2D und 3D. Die Erstellung eines 3D-Modells basiert auf den 2D-CAD Daten, welche durch eine IFC-Schnittstelle aus einem BIM-Datenmodell übernommen werden. Die Nutzung von Gebäudedaten ermöglicht die Optimierung von Fluchtwegen unter Berücksichtigung verschiedener Situationen. Damit lassen sich auch Notfallkonzepte erstellen und validieren. Bei der Erstellung eines Neubaus kann unter Einbeziehung von Stau, Hindernissen und Gefahrenquellen eine dynamische Wegeplanung berücksichtigt sowie ein Soll-Ist-Vergleich für geplante Umbauten im Bestandsschutz durchgeführt werden.

Die Simulation zeichnet sich dadurch aus, dass sie realistische Modelle darstellen kann, in denen eingebunden wird, wie sich Personen im Raum bewegen. Dabei können auch reale Parameter einbezogen werden, wie z.B. Personen mit Handicap, spezielle Gruppenverhalten (z.B. Familien), aber auch die reduzierte Geschwindigkeit in Treppenhäusern. Um die Vertrauenswürdigkeit der Simulationen zu testen, wurden Testbeispiele zur Validierung (z.B. Richtlinie für Mikroskopische Entfluchtungs-Analysen, kurz: RiMEA e.V. ) durchgeführt, welche eine hohe Übereinstimmung mit der Simulation aufweisen. Wichtig zu beachten und zu bedenken ist: Das Verhalten von Personen ist im Schulungsfall anders als im Ernstfall. Deshalb können wichtige Punkte wie Überlebensstress im Schulungsfall (z.B. bei einem Probealarm) nicht real nachgestellt werden. Mithilfe von Simulation kann dies jedoch schon als realistisches Modell mit den verschiedensten Eventualitäten durchlaufen werden.

Gebäudetechnik hilft bei Evakuierung

Die Digitalisierung des Gebäudes macht die Entfluchtung in Echtzeit transparent und damit planbar. Die Evakuierungssoftware greift dafür auf Gebäudemanagement- und Intelligent-Response-Systeme zu, die dynamisch auf Gefahrensituationen reagieren und die Personen aus der Gefahrenzone leiten können.

Grafik einer Simulation mit einer Menschenmenge vor einer Tür (Einzelpersonen sind grün, die Menge ist rot markiert)
Simulation von Menschen, die mit Stress durch eine Türe möchten. (Quelle: Siemens)

Auf Basis der gebündelten Echtzeit-Informationen berechnet die Software dynamisch die besten Evakuierungswege und überträgt diese in das Gebäudemanagement. So berücksichtigt das Programm automatisch, welche alternativen Wege genutzt werden können, wenn ein Fluchtweg plötzlich blockiert ist. Die Information der Gebäudenutzer im Gefahrenbereich und die Steuerung der Personenströme erfolgt aus dem Gebäudemanagementsystem durch integrierte Fluchtweglenkungssysteme, gestützt durch situationsspezifisch definierte Sprachdurchsagen und dynamische Anzeigen. Das oberste Ziel dabei ist die Selbstrettung. Dabei spielt auch die frühzeitige Detektion eine wesentliche Rolle: Je früher eine Gefahrensituation erkannt wird, desto mehr Zeit bleibt in vielen Fällen für die Rettung.

Mögliche Gründe für Alarmierung / Evakuierung

Wenn ein Gebäude geräumt oder evakuiert werden muss, können die Ursachen vielfältig sein: vom Probealarm über im Umfeld geplante Arbeiten, die zu einer Gefährdung werden könnten, bis hin zu Brand, Bombendrohung, Attentat, Geiselnahme oder Terroranschlag gibt es verschiedenste Ausgangssituationen. Jedes dieser Ereignisse hat einen entscheidenden Einfluss auf das Verhalten der Personen, die sich im Gebäude befinden. Spricht man von einer Räumung, handelt es sich um eine entspannte Situation, während bei einer Evakuierung eine unmittelbare Gefährdung vorliegt. Für jeden der Anwendungsfälle kann das Simulationsprogramm angepasst werden.

Unterstützung durch Berater

Die Software ist ein Handwerkzeug des Siemens-Beraters, um dem Bedarfsträger zur Seite zu stehen. Die Voraussetzung dafür bilden Tools wie die Evakuierungssoftware CrowdControl von Siemens. Um Projekte erfolgreich durchführen zu können, bietet Siemens auch Beratung bei Neubau- und Bestandsprojekten in Form von Workshops an. Diese setzen sich aus der inhaltlichen Abklärung des Vorhabens und der Unterstützung bei der Erstellung der notwendigen Use-Cases zusammen. Die Prüfung auf Machbarkeit ist ebenfalls ein essenzieller Bestandteil, der vor Projektbeginn erfüllt werden muss. Dies geschieht vor dem Beginn der Durchführung der Simulationen, der Erstellung der Berechnungsmodelle sowie deren visueller Dokumentation.

Beispiel aus der Praxis: Planung und Umsetzung für eine sichere Evakuierung

Auf einem 22 Meter hohen Dach einer Produktions- und Logistikhalle mit 40.000 Quadratmetern befindet sich ein 4.300 Quadratmeter großer Veranstaltungsraum, der bei Versammlungen mit bis zu 5.000 Personen belegt werden kann.

Der Architekt musste hier mit Fluchtsimulationen belegen, dass seine Baupläne alle Sicherheitsanforderungen erfüllen und der Raum im Notfall schnell geräumt werden kann. Auf Basis des elektronisch vorliegenden Architektenplanes wurde ein digitaler Zwilling des Versammlungssaals erstellt und mehrere Szenarien simuliert: ein Normalszenario mit der Räumung bei einer zweigeteilten Nutzung des Raumes, mit je 1.000 Personen und unterschiedlichen Bestuhlungsvarianten sowie ein Sonderszenario mit der Räumung einer Versammlung mit 5.000 Personen.

Bei dieser Planung wurden wir von Siemens bereits früh in die Planungsphase des Bauvorhabens eingebunden. So konnten wir den Architekten bei der baulichen Ausgestaltung der Fluchtwege unterstützen und einen Beitrag leisten. Das betraf beispielsweise konkret die Anzahl der Treppenhäuser sowie die Nutzungsabfolge des Aufzugs, der für die Evakuierung der Rollstuhlfahrer vorgesehen ist. Eine Simulation bietet die Möglichkeit, den Fluchtablauf wie mit einer Überwachungskamera verfolgen zu können. So wird die Machbarkeit der Evakuierungsplanung aufgezeigt und letztendlich optimal gestaltet.

Normen sind dabei nur der kleinste gemeinsame Nenner, mit denen Planer und Architekten eine Baugenehmigung bekommen und mit der Planung auf der sicheren Seite sind. Große individuelle Gebäude können aber schnell an Normen scheitern. Simulationen sind in diesem Fall in der Lage, Lösungen aufzuzeigen und verständlich zu visualisieren, die von den Normen nicht abgedeckt werden. So können auch komplexe Anforderungen umgesetzt werden.

Simulation im Gebäude-Lifecycle

Die Simulation von Situationen lässt sich heute schon in vielen Bereichen nicht mehr wegdenken. Ähnlich ist das auch in der Gebäudetechnik. Mithilfe von Simulationen könnten bestehende Evakuierungspläne einer erneuten Prüfung unterzogen werden. Die Anpassung dieser Pläne kann durch direkte Übernahme von Planungsänderungen erfolgen. Somit könnte eine Überprüfung der Evakuierungspläne alle zwei bis drei Jahre einfach erfolgen und deren Aktualität damit gewährleistet werden. Die Grundlage der Simulation kann für Schulungszwecke von Security-Mitarbeitern und Evakuierungs-, Brandschutz- und Ersthelfern genutzt und für weitere Arbeitsschutzmaßnahmen herangezogen werden. Das ermöglicht eine proaktive Herangehensweise auf die jeweilige Situation. Simulationen unterstützen so über den gesamten digitalen Gebäude-Lifecycle hinweg.

Zukünftig könnte durch die Verbauung von Sensorik die Sicherheits-Software mit einem Gefahrenleitsystem verknüpft werden: Daten würden abgeben und auch empfangen werden. Damit könnten dynamisch die sichersten Evakuierungswege in Echtzeit ermittelt und die Personen der Situation entsprechend geleitet, wie auch ad hoc durch Sprachansagen umgeleitet werden. Zudem kann eine zusätzliche Alarmierung und Lenkung mithilfe von Tablets oder Smartphones mit Bluetooth Low Energy (BLE) basierendem Indoor-Ortungssystem erfolgen.

Fazit

Eine softwarebasierte Simulation vor dem eigentlichen Baubeginn trägt nicht nur zu hohen Sicherheitsstandards bei, sondern kann auch Zeit- und Kosteneinsparungen ermöglichen. Deshalb ist anzunehmen, dass die Bedeutung von virtuellen Medien im Bereich Sicherheitstechnik in den kommenden Jahren noch weiter zunehmen wird. Mithilfe der Simulationssoftware und der daraus resultierenden Dienstleistung werden bestehende und bewährte Konzepte digital aufgewertet. Ein wichtiger Effekt: Die höhere betriebliche Effizienz sichert und stärkt das Vertrauen bei Mitarbeitenden und Investoren.

zuletzt editiert am 07.06.2022