Staubewertung mithilfe von Personenstromsimulationen

Müssen viele Menschen ein Gebäude schnell verlassen – wie üblicherweise im Brandfall –, kann es zu Stausituationen kommen. Mit Software für Personenstromsimulationen kann man solche Situationen schon in der Planungsphase durchzuspielen. Der Beitrag thematisiert die Kriterien, die man sinnvollerweise ansetzt, und wie die Ergebnisse solcher Untersuchungen zu bewerten sind.

Staubewertung mithilfe von Personenstromsimulationen
(Bild: Martin Redlin auf Pixabay)

Oktober 2019 / Von Dr. Angelika Kneidl und Sophia Simon. An Orten, die von vielen Menschen zur selben Zeit genutzt ­werden, erhöht sich das Risiko von kritischen Situationen. Ereignisse in der Vergangenheit wie die Loveparade zeigen, wie schnell sich solche Situationen in Katastrophen verwandeln können. Warum kommt es immer wieder zu Katastrophen? Die Dynamik innerhalb großer Menschenmengen ist hochkomplex und die Konsequenzen von Planungsfehlern sowie von Entscheidungen vor Ort lassen sich nur schwer vorhersehen. Es müssen also die Gegebenheiten vor Ort und das darin stattfindende menschliche Verhalten gleichermaßen betrachtet werden. Um diese beiden Faktoren besser in den Griff zu bekommen, können Simulationen in der Planungsphase von Veranstaltungen und Gebäuden unterstützen. Personenstromsimulationen betrachten die Laufwege der Menschen in einer vorgegebenen Geometrie über die Zeit hinweg und untersuchen das Zusammenwirken der beiden Einflussfaktoren Mensch und Raum. Damit können Katastrophen zwar nicht komplett verhindert, aber das Restrisiko kann vermindert werden: Gerade bei Planungsfehlern oder beim Einschätzen von Konsequenzen kritischer Entscheidungen können Simulationen dabei unterstützen, diese vorab aufzudecken bzw. besser zu verstehen. Als kritische Situation wird häufig das Phänomen Stau eingestuft. Es ist also sinnvoll, Staus möglichst zuverlässig in Analysen vorab zu identifizieren und zu klassifizieren. Dazu muss zunächst definiert werden, was ein Stau ist und was ihn kritisch werden lässt.

Was ist ein Stau?

In Anlehnung an verkehrswissenschaftliche Definitionen ist ein Stau von den folgenden Faktoren gekennzeichnet:

  • Kapazitätsüberlastung: der Zufluss zum Gelände ist höher als der Abfluss.
  • Hohe Dichten: die Dichten überschreiten einen Wert, bei dem man sich angenehm fortbewegen kann.
  • Geschwindigkeitsreduktion: ich kann mich nicht in meiner ­Wunschgeschwindigkeit bewegen.
  • Zeitverlust: Infolge des Wartens oder Anstehens benötige ich für den zurückgelegten Weg länger, als es üblich wäre.

Doch das Entstehen eines Staus muss nicht zwangsweise zu einer kritischen Situation führen. Wer schon einmal die Mona Lisa im Louvre besichtigen wollte, weiß, dass es sich in diesem speziellen Raum sehr stauen kann. Diese Situation ist aber per se nicht als gefährlich einzustufen. Auch auf Veranstaltungen kann ein Stau z.B. vor besonderen Attraktionen gewollt sein. Solange dieser von den Personen akzeptiert wird bzw. gemieden werden kann, gilt ein Stau i.d.R. nicht als kritisch. Eine solche Akzeptanz eines Staus kann von der Dauer des Staus abhängen, aber auch von anderen Faktoren, bspw. ob die Anstehenden in Sichtbeziehung zur Stauursache stehen, ob eine Fortbewegung noch möglich ist oder ob andere Besucher entgegenkommen. Zu beantworten ist, wie die oben genannten Einflussfaktoren auf einen Stau in Kennzahlen übertragen werden können. Denn nur so kann bewertet werden, wann ein akzeptierter Stau zu einem kritischen Stau wird.

Kriterien für Stau

Stauphänomene, wie sie in der Realität auftreten, müssen in den Methoden und Modellen zur Analyse bestmöglich abgebildet und erkannt werden. Dazu kommt eine Vielzahl von Kriterien mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen infrage. Wirft man einen Blick auf die bisherigen Arbeiten zu diesem Thema, findet man nur wenige verbindliche Kenngrößen. Die Muster-Versammlungsstättenverordnung (MVStättVO [1]) legt Werte zu Fluchtwegsbreiten und somit zu Personendichten fest (1,20 m je 600 Personen im Freien und bei Sportstätten, 1,20 m je 200 Personen bei anderen Versammlungsstätten). Im Kommentar zur MVStättVO 06/2005 wird erklärt, dass 100 Personen in 1 Minute einen 1,20 m breiten Ausgang passieren können. Damit könnte zurückgefolgert werden, dass ein Stau zulässig ist, solange diese Zahlen und Verhältnisse eingehalten werden.

Mehl [2] empfiehlt, dass die Staudauer von einer Minute nicht überschritten werden darf. Zudem soll die Verzögerungszeit nicht mehr als zwei Minuten überschreiten. Als Anstehzeit wird die Gehgeschwindigkeit < 0,3 m/s angesetzt. Insgesamt sollten die Staudauer und die Verzögerungszeit nicht mehr als 50 % der gesamten Laufzeit betragen. Auch die Definition von RiMEA (Richtlinie für Mikroskopische EntfluchtungsAnalysen [3]) legt den Faktor Verzögerung der Bestimmung von Stau zugrunde. Darin heißt es, Stau sei „das Stocken eines Personenstroms oberhalb eines Schwellenwertes bis hin zum zeitweisen Stillstand“, mit der Anmerkung, dass das Signifikanzkriterium die Wartezeit sei, also die Zeitdifferenz zwischen einer Entfluchtung ohne Beschränkung der Wunschgeschwindigkeit der Personen und einer mit auftretenden Stauungen.

Aus den bisherigen Quellen lassen sich keine eindeutigen Kriterien zur Definition und Bewertung eines Staus ableiten; zum einen sind die Aussagen teilweise sehr vage und lassen viel Spielraum für Auslegungen. Zum anderen sind gewisse Zahlen und Werte nicht klar belegt, oder eine Dokumentation über die Herleitung der Werte ist nicht gegeben. Daher bedarf es einer engeren Definition von Kriterien, die bei der Stauerkennung und -bewertung helfen sollen. Man kann zwischen drei Gruppen unterscheiden: den (makroskopischen) Kenngrößen, die sich auf den Stau als Ganzes beziehen, den individuellen Kenngrößen (mikroskopisch) sowie weiteren, den Stau beschreibenden Kenngrößen. 

Kenngrößen, die den Stau charakterisieren

Staudauer: beschreibt die Zeit, wie lange ein Stau besteht. Diese Größe per se besitzt eine geringe Aussagekraft, da sie abhängig von den Personen und der Situation ist: Ein Stau kann über mehrere Minuten anhalten, aber jede einzelne Person durchläuft den Stau in wenigen Sekunden.

Staugröße: bezeichnet die Zahl der Personen innerhalb eines Staus. Da sich die Personenzahl im Stau über die Zeit hinweg ändert, ist sie schwer zu greifen und sollte mindestens ins Verhältnis zur Zeit gesetzt werden.

Stauausdehnung: beschreibt die räumliche Ausdehnung eines Staus. Sie kann eine Aussage über die Signifikanz eines Staus geben, z.B. wenn der Stau einen weiteren Fluchtweg blockiert.
Dieses Kriterium ist aber sehr situations- und modellabhängig (je nach Simulationsmodell werden einzelne Personen z.B. als Kreis, Ellipse oder mit quadratischen Zellen abgebildet, was zu einer unterschiedlichen räumlichen Ausdehnung führen kann). Zudem sollte es auch mit einem weiteren Kriterium wie der Dauer verbunden werden.

Stauzuwachs: beschreibt den Zuwachs eines Staus. Es ist eine ­abgeleitete Größe aus der Zahl Personen über die Zeit. Mithilfe des Stauzuwachses können Aussagen zur Kapazität(süberlastung) getroffen werden.

Fluss durch den Stau: beschreibt Personen pro Minute pro Meter abhängig von Geschwindigkeit und Zahl Personen. Es ist eine ­abgeleitete Größe und macht nur Sinn, wenn bekannt ist, wie hoch der optimale Fluss ist. […] 

Weiterlesen? Der vollständige Artikel ist in Ausgabe 5.2019 des FeuerTrutz Magazins (September 2019) erschienen. Die Autorinnen gehen darin auf weitere Kenngrößen ein und zeigen die Ergebnisse und Analyse einer beispielhaften Simulation.

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Autorinnen

Dr. Angelika Kneidl: Gründerin und Geschäftsführerin der accu:rate GmbH; Expertin im Bereich Personenstromsimulationen; 2. Vorsitzende des ­RiMEA Vereins; in Gremien und Forschungsprojekten zur ­Weiterentwicklung der Technologie tätig

Dipl.-Soz. Sophia Simon: Leitung Business Development bei accu:rate; Koordinierung von Forschungsprojekten; Referentin auf Fachkonferenzenen im Bereich Personenstromanalyse

Literatur

[1] Muster-Versammlungsstättenverordnung – MVStättVO Fassung Juni 2005, ­zuletzt geändert im Juli 2014

[2] Mehl, Friedrich: Bautechnische Nachweise zum Brandschutz nach Bauordnungsrecht der Länder, in: Fouad Nabil A. (Hrsg.): Bauphysik Kalender 2006, Verlag Ernst & Sohn 2006

[3] Richtlinie für Mikroskopische Entfluchtungsanalysen (2016), Version 3.0.0, https://rimeaweb.files.wordpress.com/2016/06/rimea_richtlinie_3-0-0_-_d-e.pdf , zugegriffen: 30.07.2019

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Letzte Aktualisierung: 02.10.2019

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