Szenarienauswahl und Grenzen ingenieurtechnischer Methoden
Szenarienauswahl und Grenzen ingenieurtechnischer Methoden
Szenarienauswahl und Grenzen ingenieurtechnischer Methoden
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Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong><br />
<strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH, Frankfurt/Main<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
1
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Gliederung<br />
q Rolle von Personenstromanalysen im<br />
Sicherheitskonzept nach vfdb-Leitfaden<br />
q Modellauswahl<br />
q Definition von Szenarien<br />
q Anwendungsbeispiele / Anwendungsgrenzen<br />
q Zusammenfassung <strong>und</strong> Ausblick<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
2
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Sicherheitskonzept<br />
q Sicherheitskonzept gemäß vfdb-Leitfaden<br />
l Sicherheitsniveau – Abschnitt 3.6<br />
l Kriterien für verfügbare Räumungszeit – Kapitel 8<br />
l Personenstromanalyse / Evakuierungssimulation<br />
(notwendige Räumungszeit) – Kapitel 9<br />
q Definition der Szenarien / Modellauswahl<br />
q Berechnungen<br />
q Resultate / Bewertung<br />
l Räumungszeiten (erforderliche Fluchtzeit - relativ!)<br />
l „Qualität“ der Entfluchtung (Evakuierungseffizienz)<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
3
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Modellauswahl<br />
� Kriterien (vfdb-Leitfaden)<br />
q Gebäudestruktur in allen erforderliche Details zu<br />
berücksichtigen<br />
q keine (unzulässige) Beschränkung der Fluchtwege<br />
(Freiflächen, …)<br />
q individuelle Eigenschaften angemessen berücksichtigen<br />
(Mobilität!)<br />
q Analyse von Fluchtwegealternativen (Präferenzen!)<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
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Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Modellauswahl<br />
q Sofern die gr<strong>und</strong>legenden Anforderungen an<br />
Verifikation, Validierung <strong>und</strong> Dokumentation erfüllt<br />
sind, gibt es keine „guten“ oder „schlechten“ Modelle<br />
sondern nur (für den Anwendungszweck) „geeignete“<br />
<strong>und</strong> „ungeeignete“.<br />
q Ein Modell ist weder eine „magische Black Box“ noch<br />
die „Büchse der Pandora“. Es erfordert den<br />
informierten Anwender, um geeignete Szenarien zu<br />
erstellen <strong>und</strong> verlässliche Resultate zu erzielen <strong>und</strong><br />
diese zu bewerten.<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
5
q makroskopische Modelle<br />
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Modelltypen<br />
l Kapazitätsanalysen (Handrechnungen)<br />
l hydraulische Personenstrom-Modelle<br />
l Netzwerk-Modelle (ohne diskrete Agenten)<br />
q mesoskopische Modelle<br />
l Netzwerk-Modelle (mit diskreten Agenten)<br />
l Discrete-Event-Modelle<br />
q mikroskopische Modelle (Individualmodelle)<br />
l räumlich diskret (Kachelmodelle – zelluläre Automaten)<br />
l räumlich kontinuierlich (3D-Modelle)<br />
l Lösung von Bewegungsgleichungen für diskrete Partikel in<br />
Potential- oder Kraftfeldern (Social-Force-Modell <strong>und</strong> Varianten)<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
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Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Szenarien / Gebäudestruktur<br />
q einfach strukturierte Gebäude<br />
Gebäude »Bürogebäude«<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
7
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Szenarien / Gebäudestruktur<br />
q komplexe Strukturen<br />
q 3D-Gebäudedaten mit<br />
CAD-Unterstützung<br />
Gebäude »Multifunktionszentrum«<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
8
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Szenarien / Population<br />
q Personenbelegung (Anfangsdichte in bestimmten Bereichen)<br />
q vfdb-Leitfaden Abschnitt 9.6 / Tabelle 9.8<br />
l Beispiel: Multifunktionszentrum<br />
- für die Verkaufsstätten 0,3 - 0,5 Personen/m 2<br />
- für die Gastronomiebereiche 1,0 Personen/m 2<br />
- für die Freizeitbereiche 0,2 - 0,7 Personen/m 2<br />
- für die Veranstaltungsräume max. zugelassenen Personenzahl<br />
- für das Hotel 2 Personen pro Zimmer<br />
- für die Tiefgarage 2 Personen pro Stellplatz<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
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Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Szenarien / Population<br />
Quelle: K. E. Boyce, J. Shields and G. W H. Silcock (University of Ulster): Toward the Characterization of<br />
building Occcupancies for Fire safety Engineering, Fire Technology, Vol. 35, No. 1, 1999<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
10
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Szenarien / Population<br />
q individuelle Eigenschaften – Mobilität inhomogener Personengruppen<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
Verteilung [%] der indivduellen Gehgeschwindigkeit<br />
0<br />
0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5<br />
Gehgeschwindigkeit [m/s]<br />
unbehinderte ebenerdige<br />
Gehgeschwindigkeit<br />
14<br />
12<br />
10<br />
Verteilung [%] des indivduellen Raumbedarfs<br />
0<br />
1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
Fläche f [qm]<br />
Raumbedarf (Schulter- <strong>und</strong><br />
Brustbreite statt „Kachelgröße“)<br />
Berücksichtigung von Personen mit eingeschränkter Mobilität<br />
11
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Szenarien / Reaktionszeiten<br />
Reaktionszeiten nach Purser (vfdb-Leitfaden Abschnitt 9.3)<br />
Kategorie B: wach <strong>und</strong> unvertraut frühestens Verzögerung<br />
M1 B1 A1 - A2 0,5 min 2 min<br />
M2 B1 A1 - A2 1 min 3 min<br />
M3 B1 A1 - A3 (> 15 min) (> 15 min)<br />
B2: addiere 0,5 min zu �t 1 wegen schwierigerer Orientierung<br />
B3: addiere 1,0 min zu �t 1 wegen schwierigerer Orientierung<br />
A1/A2 automatisches Brandmeldesystem<br />
M2 Brandschutzmanagement mittleren Standards<br />
Lautsprechersystem in allen öffentlich zugänglichen Bereichen<br />
B3 komplexes Gebäude<br />
individuelle Reaktionszeit von 2 – 5 Minuten für Multifunktionszentrum<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
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Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Szenarien / Fluchtwegewahl<br />
q global kürzester Weg (Kennzeichnung)<br />
q gleichmäßige Auslastung (optimistisch)<br />
q kürzester Weg aus einem Raum<br />
q Wegpräferenz (Vertrautheit, Personal)<br />
q verfügbare Fluchtwege (Bemessung)<br />
q Ausbreitung von Feuer <strong>und</strong> Rauch<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
13
F<br />
E<br />
NE A<br />
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Szenarien / Abströmflächen<br />
F<br />
E<br />
NE<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
14
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
4,4<br />
4<br />
3,6<br />
3,2<br />
2,8<br />
2,4<br />
2<br />
1,6<br />
1,2<br />
0,8<br />
0,4<br />
Szenarien / Abströmflächen<br />
0<br />
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4<br />
4,4<br />
4<br />
3,6<br />
3,2<br />
2,8<br />
2,4<br />
2<br />
1,6<br />
1,2<br />
0,8<br />
0,4<br />
Personendichte im Hof (alle Treppen)<br />
Zeit [min]<br />
Treppe E Treppe F<br />
Treppe NE Treppe A<br />
0<br />
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4<br />
Hof<br />
Personendichte im Hof (ohne Treppe A)<br />
Treppe E Treppe F<br />
Treppe NE Hof<br />
Zeit [min]<br />
ungeeignetes<br />
Design<br />
geeignetes<br />
Design<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
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Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Anwendungsgrenzen<br />
q Beispiel 9-stöckiges Bürogebäude (aus SFPE-Handbook, 4.Ed.)<br />
300 P. / Etage (0,15 P/m 2 )<br />
Treppenbreite: 1,12 m<br />
Zu- <strong>und</strong> Ausgangsbreite TH: 0,91 m<br />
Gebäude »Bürogebäude«<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
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Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Anwendungsgrenzen<br />
Modell Räumungs<br />
zeit [min]<br />
Eff. Width (1. Ordnung – nur kritisches Element) 25<br />
Eff. Width (2. Ordnung – verb<strong>und</strong>ene Elemente) 25<br />
SFPE (bis 3. Ed. 2002) / vfdb-Leitfaden 16<br />
NFPA 130 (Anwendungsbeispiel im Anhang) 16<br />
Predtetschenski & Milinski (Gefahr – Sommer) 13<br />
Predtetschenski & Milinski (normal - Winter) 20<br />
ASERI (Version 4.7) 20<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
17
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Anwendungsgrenzen<br />
Personenstrom an Ausgängen im hydraulischen Modell<br />
eff. Width<br />
NFPA 130<br />
P&M<br />
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5<br />
Ausgangsbreite [m]<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
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Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Anwendungsgrenzen<br />
Quelle: Kristin Hoskin - Thesis (NZ stadia)<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
19
Quelle: Diplomarbeit Christian Rogsch<br />
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Anwendungsgrenzen<br />
Homogene<br />
Personengruppe<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
Inhomogene<br />
Personengruppe<br />
20
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Anwendungsgrenzen<br />
q Welcher spezifische Personenstrom<br />
beschreibt mein Szenarium angemessen?<br />
q Einfluss einzelner Personen mit<br />
eingeschränkter Mobilität oder besonders<br />
hohem Raumbedarf?<br />
q Einfluss der Geometrie (Ecken, Querströme,<br />
große Treppenbreiten)?<br />
q Dynamische Effekte?<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
21
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Beispiel Hörsaalgebäude<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
22
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Beispiel Hörsaalgebäude<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
23
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Fluchtzeit<br />
Kapazitätsanalyse<br />
(stat.)<br />
P & M<br />
(dyn.)<br />
ASERI<br />
Beispiel Hörsaalgebäude<br />
alle Ausgänge Hauptausgang<br />
2½ min 5 min<br />
4 min / 3 min 8½ min / 7 min<br />
4 min / 3 min 7 min / 6 min<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
24
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Beispiel Hörsaalgebäude<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
25
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Intelligentes Verhalten von Agenten?<br />
q Explizite programminterne Vorgaben (z.B. nur<br />
Ausgänge in Sichtlinie wählen)<br />
q Implizite programminterne Vorgaben (z.B.<br />
Grenzdichte für betreten von Raumeinheiten)<br />
q Direkte Vorgaben durch Anwender<br />
q Nicht abgedeckte Verhaltensmuster<br />
(vernachlässigen oder Behelfskonstruktionen)<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
26
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Zusammenfassung<br />
q Für den Anwendungsfall validiertes Modell<br />
q Bei empirischen Parametern auf Gültigkeitsbereich<br />
achten<br />
q Auf Eigenheiten des Modells achten<br />
(zweckmäßige statt „schöne“ Szenarien)<br />
q In der Regel sind Parametervariationen /<br />
Sensibilitätsstudien notwendig<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
27
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Zusammenfassung<br />
q Bei statistischen Analysen nicht nur Mittelwerte<br />
angeben<br />
q Wichtige Gesichtspunkte: Belegungszahlen,<br />
Mobilität, Reaktionszeiten, Fluchtwegewahl,<br />
Räumungszeiten <strong>und</strong> Qualität der Entfluchtung<br />
(Staubildung analysieren <strong>und</strong> bewerten)<br />
q (willkürliche) Sicherheitsfaktoren versus<br />
konservative (worst credible) Randbedingungen<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
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q Soziales Verhalten<br />
Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Ausblick<br />
– Gruppenbildung <strong>und</strong> Bewegung kompakter Gruppen<br />
– Vorrang / Drängeln<br />
q Mobilität / Fitness / spezielle Typen<br />
y<br />
2<br />
1<br />
0<br />
-1<br />
-2<br />
Gebäude »Station« (t=17 s; 1. Lauf)<br />
-50 -48 -46 -44 -42 -40 -38<br />
x<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
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Dr. Volker Schneider<br />
IST GmbH<br />
Ausblick<br />
q Anpassung „alter“ an veränderte<br />
Bevölkerungsstruktur<br />
q Reaktionszeiten (Verteilung) / Verhaltenstypen<br />
q Gegenstrom / Kreuzungen (Antizipation)<br />
<strong>Szenarienauswahl</strong> <strong>und</strong> <strong>Grenzen</strong> <strong>ingenieurtechnischer</strong> <strong>Methoden</strong><br />
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