Die Bewertung und Optimierung von Rettungswegesystemen kann mit unterschiedlichen Ingenieurmethoden erfolgen. Diese Methoden beruhen auf makroskopischen oder mikroskopischen Modellen für die Beschreibung von Personenströmen und ermöglichen eine Prognose von Räumungszeiten und maximalen Dichten. Als ein Standardwerk in der Literatur, welches einen makroskopischen Ansatz wählt, gilt das Verfahren nach Predtetschenski und Milinski. Spezifische Eigenschaften einzelner Personen lassen sich hiermit allerdings nicht berücksichtigen. Aus diesem Grund werden nach heutigem Stand der Technik Computersimulationen genutzt, die auf mikroskopischen Modellen beruhen. Diese beschreiben die individuelle Bewegung jedes Fußgängers und ermöglichen eine Vorhersage des Personenflusses durch das Rettungswegesystem.
In dieser Arbeit werden drei verschiedene Räumungsübungen von Bürohochhäusern mit aktuellen Computersimulationsprogrammen (Simulex 11.1.3, PedGo 2.2.4 und buildingEXODUS V 4.0 Level 2) nachgerechnet und verglichen. Die Ergebnisse von Evakuierungsendzeiten und Personenflüssen zeigen keine exakte Übereinstimmung mit der Realität, aber auch keine übermäßigen Abweichungen. Ein Vergleich mit bereits durchgeführten Handrechenverfahren (makroskopischer Ansatz) erweist sich mit einer Ausnahme (Verfahren nach Galbreath) für die untersuchten Gebäude zwar als zulässig, wirft jedoch einige grundsätzliche Fragen über die Anwendbarkeit von Computersimulationsprogrammen bzw. Handrechenverfahren auf.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Grundlagen der Evakuierungsberechnung
3 Arten von Evakuierungsberechnungen
3.1 Handrechenverfahren
3.2 Computersimulationsprogramme
3.2.1 Simulex
3.2.2 PedGo
3.2.3 buildingEXODUS
4 Zur Evakuierung ausgewählte Gebäude
4.1 Mannesmann-Hochhaus
4.2 Bayer-Hochhaus
4.3 Unilever-Hochhaus
5 Simulationsvorbereitung und -durchführung
5.1 Personenkonfiguration
5.1.1 Allgemeines
5.1.2 Freie Laufgeschwindigkeit in der Ebene
5.1.3 Geschwindigkeiten auf Treppen
5.1.4 Zusammenfassende Geschwindigkeitsangaben für die Personenkonfiguration
5.1.5 Reaktionszeit
5.2 Einstellungen in den Programmen
5.2.1 Simulex
5.2.2 PedGo
5.2.3 buildingEXODUS
5.3 Eingabe des Grundrisses und der Anzahl der Personen
5.3.1 Allgemeines
5.3.2 Simulex
5.3.3 PedGo
5.3.4 buildingEXODUS
5.4 Simulationsdurchführung
5.4.1 Simulex
5.4.2 PedGo
5.4.3 buildingEXODUS
6 Auswertung
6.1 Vergleich der ermittelten minimalen und maximalen Räumungszeiten
6.2 Vergleich der Personenflüsse während der Evakuierung
6.3 Vergleich der Geschossräumungszeiten
6.4 Vergleich Handrechenverfahren – Computersimulationsprogramme
7 Zusammenfassung der Ergebnisse und Fazit
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist die Untersuchung der Anwendbarkeit moderner Computersimulationsprogramme zur Vorhersage von Evakuierungszeiten in Bürohochhäusern. Dabei wird die Forschungsfrage verfolgt, inwieweit diese Programme valide Ergebnisse liefern und wie sie sich im Vergleich zu traditionellen Handrechenverfahren sowie realen Räumungsversuchen schlagen, um Stärken und Schwächen der softwaregestützten Modelle herauszuarbeiten.
- Vergleich von mikroskopischen Simulationsansätzen (Simulex, PedGo, buildingEXODUS)
- Analyse realer Räumungsdaten aus Bürohochhäusern (Mannesmann, Bayer, Unilever)
- Validierung der Simulationsmodelle anhand von Evakuierungsanfangs- und Endzeiten
- Untersuchung von Personeneinflüssen wie Reaktionszeiten und Gehgeschwindigkeiten
- Gegenüberstellung von Simulationsergebnissen mit makroskopischen Handrechenverfahren
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Simulex
Dem von Peter Thompson Mitte der 1990-er Jahre anhand von Videoanalysen von Personen entwickelten und von der Firma IES Ltd. in Glasgow vertriebenen Programm Simulex liegt ein raumkontinuierliches Modell zu Grunde [18,21]. Dabei wird der Raum in Bereiche aufgeteilt, die in ihrer Wertigkeit die kürzeste Entfernung zum nächsten Ausgang darstellen (Abbildung 1). Gleiche Konturen stellen Bereiche mit gleichem Abstand zum Ausgang dar.
Das bedeutet, dass sich Personen, die sich auf einem beliebigen Bereich in diesem Raum befinden, anhand dieses so genannten „Distance-maps“-Verfahrens auf kürzestem Wege in Richtung Ausgang bewegen sollen. Um die Abstandswerte zu bestimmen, wird ausgehend vom Ausgang iterativ von einem Bereich zum nächsten Bereich gesprungen und die dazukommende Weglänge addiert. Der Zeitschritt für ein Update erfolgt alle 0,1 Sekunden sequentiell. Das bedeutet, dass Geschwindigkeiten, Bewegungsrichtungen und Abstände zum Ausgang für die Personen hintereinander berechnet werden. Im Gegensatz zu einem Start eines Formel-1-Rennens, bei dem alle Autos gleichzeitig starten, ist die sequentielle Vorgehensweise eher dem Anfahren von Fahrzeugen an einer Ampel zu vergleichen, bei der hintereinander losgefahren wird. Die berechneten Geschwindigkeiten hängen von den Abständen der Personen untereinander ab und damit von der Personen-Dichte. Diese Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Dichte, auch „Inter-Person-Distance“ genannt, wurde experimentell bestimmt und ist in Abbildung 2 dargestellt. Bei ca. 30 cm Abstand zwischen den Körpern kommen Personen dabei zum Stehen. Dies verhindert die Möglichkeit, dass Personen durch sich hindurch gehen können.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Darstellung der Relevanz von Brandschutz und Evakuierungssimulationen in komplexen Bürohochhäusern.
2 Grundlagen der Evakuierungsberechnung: Erläuterung der Einflussfaktoren auf das menschliche Verhalten sowie psychologischer Aspekte bei Evakuierungen.
3 Arten von Evakuierungsberechnungen: Differenzierung zwischen makroskopischen Handrechenverfahren und mikroskopischen Computersimulationsansätzen.
4 Zur Evakuierung ausgewählte Gebäude: Vorstellung der untersuchten Objekte Mannesmann-, Bayer- und Unilever-Hochhaus unter Berücksichtigung ihrer Geometrie.
5 Simulationsvorbereitung und -durchführung: Detaillierte Dokumentation der Konfiguration von Personenparametern sowie der Programmeinstellungen.
6 Auswertung: Vergleich der simulierten Evakuierungsdaten mit den Ergebnissen der realen Räumungsversuche und den Handrechenverfahren.
7 Zusammenfassung der Ergebnisse und Fazit: Synthese der Erkenntnisse über die Anwendbarkeit der Programme und Empfehlungen für künftige Simulationen.
Schlüsselwörter
Brandschutz, Bürohochhaus, Evakuierungssimulation, Räumungszeit, Personenfluss, Simulex, PedGo, buildingEXODUS, Handrechenverfahren, Gebäudegestaltung, Personendichte, Sicherheitsmanagement, Validierung, Rettungswegesysteme, Evakuierungslücke
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die Eignung verschiedener Computersimulationsprogramme zur Vorhersage von Evakuierungszeiten in Bürohochhäusern durch den Abgleich mit realen Räumungsversuchen.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Im Fokus stehen der Brandschutz in Hochhäusern, die Modellierung von Personenströmen, die Konfiguration von Personeneigenschaften und der Vergleich zwischen mathematischen Rechenverfahren und Software-Simulationen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, die Anwendbarkeit von Simulex, PedGo und buildingEXODUS zu prüfen und deren Stärken sowie Schwächen gegenüber traditionellen Handrechenverfahren aufzuzeigen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es wird eine vergleichende Analyse durchgeführt, bei der reale Räumungsdaten als Referenz dienen, um die Ergebnisse der drei ausgewählten Simulationsprogramme zu validieren.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die theoretischen Grundlagen, die Beschreibung der untersuchten Hochhäuser, die detaillierte Vorbereitung der Simulationen und die statistische Auswertung der gewonnenen Räumungsdaten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Evakuierungssimulation, Bürohochhaus, Personenfluss, Räumungszeit und der Vergleich von Simulationsmodellen.
Wie unterscheidet sich das Unilever-Hochhaus in der Simulation?
Die komplexe, winklige Geometrie des Unilever-Gebäudes stellte insbesondere für rasterbasierte Programme wie PedGo eine Herausforderung dar, was zu abweichenden Ergebnissen bei der Vorhersage führte.
Welchen Einfluss haben Rauchschutztüren auf die Ergebnisse?
Unter den gegebenen Bedingungen der Untersuchung hatten die in den Gebäuden vorhandenen Rauchschutztüren auf den Treppenpodesten nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die simulierten Evakuierungszeiten.
Warum weichen die Simulationsergebnisse von den Realwerten ab?
Abweichungen resultieren aus den zugrunde liegenden Modellen der Programme, Schwierigkeiten bei der Erfassung komplexer Geometrien im Raster sowie der schwierigen Vorhersagbarkeit des komplexen menschlichen Verhaltens.
- Arbeit zitieren
- Christoph Kotthaus (Autor:in), 2006, Simulation vs. Realität - Anwendbarkeit von Evakuierungssimulationsprogrammen zur Vorhersage von Räumungszeiten für Bürohochhäuser, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/60185
