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o.Univ.-Prof. Dr.techn. Dr.h.c. Ulrich Schneider, Dipl.-Ing. Hubert Kirchberger

Institut für Hochbau und Technologie, TU Wien

Zentrum für Baustoffforschung, Werkstofftechnik und Brandschutz

A-1040 Wien • Karlsplatz 13/206

Tel. 01 / 588 01 - 206 00 • Fax 01 / 588 01 - 206 97

Evakuierungsberechnungen bei Brandereignissen mittels Ingenieurmethoden

1. EinleitungBrandereignisse mit schwerwiegenden Personenschädengehören trotz zunehmenden Sicherheitsmaßnahmen nochimmer zu regelmäßig wiederkehrenden Themen der Nach-richtensendungen. Es stellt sich dann jeweils die Frage, obdie Vorkehrungen für die Gewährleistung der Sicherheitim Gebäude, insbesondere im Hinblick auf den reibungs-losen Ablauf der Evakuierung ausreichend waren. Die Ge-währleistung der Personensicherheit in Gebäuden ist daszentrale Anliegen des baulichen, betrieblichen und ab-wehrenden Brandschutzes. Dieses gilt insbesondere fürGebäude besonderer Art oder Nutzung wie Versamm-lungsstätten, Krankenhäuser, Flughäfen, Bahnhöfe undSportstätten sowie multifunktional genutzte Arenen. Einwichtiger Einflussfaktor auf die Flucht oder Rettung istdas menschliche Verhalten im Falle eines Brandes. Ausdiesem Grund ist die Zeitspanne der Evakuierung, begin-nend mit dem Erkennen des Feuers, dem Setzen von ers-ten Maßnahmen, dem Ablauf der Flucht bis hin zum Ein-treffen der Feuerwehr, nur sehr schwer festlegbar. DesWeiteren wird die Flucht ganz wesentlich von den vor-handenen Fluchtwegbreiten und den Rettungsweglängenim Gebäude abhängen. Darüber hinaus können die Brand-gase, welche auf den menschlichen Körper einwirken, dieFlucht beeinträchtigen oder sogar verhindern. Grundsätz-lich gibt es somit drei wesentliche Faktoren, welche beider Evakuierung von Gebäuden zu beachten sind:

� Einflussfaktor - Mensch/Personenströme� Einflussfaktor - Fluchtweg/Gebäudeart� Einflussfaktor - Feuer/Brandrauch

Die unterschiedlichen psychischen und physischen Reak-tionen der Personen auf ein Brandereignis stellen einen gro-ßen Unsicherheitsfaktor bei einer Bewertung dar. Dabei istdas Verstehen von menschlichen Verhaltensmustern, wiePanikverhalten und Gruppenbildung besonders wichtig.Darüber hinaus sind die physische Mobilität und der psy-chische Zustand der Personen (Depressionen,Tabletten,Al-kohol) zum Zeitpunkt der Flucht von großer Bedeutung.

Des Weiteren haben die baulichen Gegebenheiten großenEinfluss auf das Verhalten von Personen bei einem Ge-bäudebrand. Dabei spielen die Zugänglichkeit sowie Brei-ten und Längen der vorhandenen Flucht- und Rettungs-wege eine maßgebende Rolle.

Ein wesentlicher Punkt ist dabei die Bewegung des Per-sonenstroms im Gebäude. Diesbezüglich werden Para-meter wie effektive Wegbreite, Personenfluss, Flächenbe-darf und Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt und derenAuswirkungen auf die Evakuierungszeit berechnet. Dabeiist zu beachten, dass die grundlegenden Berechnungsda-ten auf empirischen Untersuchungen beruhen, welche inder Regel unter „normalen“ Bedingungen durchgeführtwerden, wie z. B. geplante Personenstrommessungen inöffentlichen Gebäuden (Theater, Warenhäuser) oder inEinkaufszentren. Es ist nicht möglich tatsächliche Gefah-renbedingungen (verrauchte Gebäude o. ä.) für Personen-strommessungen zu schaffen, d. h. die Berechnungen stüt-zen sich immer nur auf Beobachtungen, die unter „ange-näherten Gefahrenbedingungen“ gemacht werden.

2. Grundlagen der Evakuierung2.1. Faktor Mensch

Zu den menschlichen Faktoren zählen alle Parameter,die das menschliche Verhalten im Brandfall bestimmen.Es werden grundsätzlich 3 Kategorien unterschieden:

�Erfahrung und BewusstseinDieses umfasst z. B. das Wissen über das Ausmaß desFeuers. Kenntnisse wie man auf Feuer reagiert. Reak-tion auf Alarmsignale. Soziale Rolle des Einzelnen.

�Physische FähigkeitenDarunter versteht man das allgemeine Reagieren aufAlarm, Mobilitätseinschränkungen, Sinneswahrneh-mungen (Sehen, Hören, Riechen).

�PersonenverteilungIst die Anzahl und Verteilung der Menschen im Gebäude.

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2.2. Verhalten von Personen unter GefahrenbedingungenDie Kenntnis über das menschliche Verhalten im Brandfallstellt bei der Planung der Fluchtwege einen wesentlichenEntwurfsfaktor dar. Menschen reagieren sehr unterschied-lich auf Extremsituationen und übersehen oft die Grenzenihrer Leistungsfähigkeit. Während eines Brandes innerhalbeines Gebäudes bestimmt das Verhalten der betroffenenPersonen häufig den Ausgang der Ereignisse entscheidendmit, dabei kann es durch Fehleinschätzungen und -verhal-ten zu schlimmen Folgen kommen [BOD1]. Für die Rettungsmannschaften gilt neben den Brandbe-kämpfungsmaßnahmen vorrangig die Rettung vom Feuerbedrohter Menschen. Der Einsatz wird dadurch erschwert,dass sich Menschen u. a. aufgrund ihrer psychischen Ver-fassung nicht mehr zurechtfinden oder durch gebäudebe-dingte Umstände in eine ausweglose Lage geraten sind z. B. durch das Aufsuchen innenliegender Räume. Brän-de stellen für einen Normalbürger ein äußerst seltenesEreignis dar, so dass er in der Regel wenig Erfahrung mitsolchen Situationen hat. Aufgrund fehlender Erfahrung er-folgt das Verhalten im Ernstfall daher rein instinktiv. Bei einem Brand ändern sich Situationen sehr schnell,wobei oft nur minimale Informationen als Entschei-dungshilfe zur Verfügung stehen. Zunächst scheinbar rich-tige Schritte können Sekunden später in eine auswegloseSituation führen. Deshalb ist für untrainierte Personen dieKonfrontation mit einem Brand meist ein stressvolles Er-lebnis. Geschulte Personen können mit so einem Ereignisbesser umgehen, bleiben ruhig und überlegen die erfor-derliche Vorgehensweise.

2.3. Einflussfaktoren auf das Verhalten von Personen

Nach [SKI1] ist das Verhalten in bestimmten Situatio-nen hauptsächlich dadurch vorgegeben, wie man beifrüheren Gelegenheiten in derselben oder einer ähn-lichen Situation reagiert hat. Die beobachteten Verhal-tensmuster werden einer Analyse unterzogen undÜberlegungen,wie man das Verhalten ändern kann,an-gestellt. Dabei geht man nach folgenden Punkten vor:

�Die Einschätzung des Verhaltens beinhaltet sorgfältigeAngaben der Situation mit z. B. folgender Fragestel-lung: „Wo ist das Verhalten aufgetreten?“

�Die Reaktionen werden nach folgenden Fragemustern er-forscht: „Was wurde gemacht?“„Wie wurde gehandelt?“

�Die Motivation des Verhaltens wird ergründet: „Warumwurde so gehandelt?“

�Mögliche Interventionen werden untersucht.

Anhand der folgenden drei Beispiele wird klar,wie sichmenschliche Verhaltensmuster in Gefahrensituatio-nen auswirken können und welche Interventionsmaß-nahmen getroffen werden sollen:

�Hypothese der Bedeutungslosigkeit von HinweisschildernMenschen können zwar Notausgangsschilder als solcheerkennen, wissen aber nicht, wo sie sich befinden. Dasgilt auch für ihnen bekannte Orte, z. B. in Einkaufszen-tren. Da diese Gruppe von Menschen noch nie einenNotausgang benutzt hat, werden wichtige Hinweis-schilder nicht wahrgenommen bzw. übersehen. Um dieAufmerksamkeit dieser Personengruppe in einer Ge-fahrensituation auf diese zu ziehen, würde eine Inter-vention in diesem Fall so aussehen, dass sich bestimm-te Schilder, z. B. Notausgangsschilder, bei einem Alarmverändern, z. B. indem sie ihre Farbe und Leuchtkraftändern oder blinken.

�Hypothese des Reaktionsverlustes bei AlarmSignale werden bedeutungslos, wenn sie zu oft wahrge-nommen werden. Ein Feueralarm wird als lästig emp-funden, wenn er ohne Grund ausgelöst wird. Es ist an-zunehmen, dass dieses Verhalten durch Instruktionenund praktische Feuerübungen geändert werden kann.

�Hypothese konkurrierender TätigkeitenDer Mensch wählt ständig zwischen den vorhandenenalternativen Aktivitäten. Eine Reaktion auf einen Feu-eralarm konkurriert mit anderen gerade stattfindendenHandlungen, z. B. einen Einkauf beenden. ÖffentlicheAnsagen und bestimmte Erziehungsprogramme kön-nen die Personen dazu bewegen, schnell auf einenAlarm zu reagieren und unverzüglich aus einer gefähr-lichen Situation zu fliehen.

Nicht nur die Wiederholung menschlicher Verhaltens-muster, sondern auch die Persönlichkeit,das soziale undkulturelle Umfeld des Einzelnen, spielen eine wesent-liche Rolle im Fluchtverhalten. Gemäß Ploog, Clausen[PLO1] und Mark [MAR1] können Personen in Gefah-rensituationen folgenden Gruppen zugeordnet werden:

�Gruppe 1: 10-15 %Dieser Teil der Personen reagiert sehr rational auf Er-eignisse. Es gibt kein Anzeichen von aufkommenderHektik und die Übersicht wird behalten. Durch ihr kla-res Agieren übernehmen diese Personen meist wichtigeFührungspositionen bei der Katastrophenbewältigung.

�Gruppe 2: ~ 70 %Dieser Teil ist von der auftretenden Situation betäubt,verhält sich aber eher ruhig. Nach der ersten Phase desSchreckens, reagieren diese Menschen mit aktivemHandeln, meist Hilfeleistung. Diese Gruppe kann durchklare Anordnungen sehr positiv beeinflusst werden.

�Gruppe 3: 10-15 %Diese Gruppe reagiert in solchen Situationen unberechen-bar, d. h. meist mit Erstarrung, Kopflosigkeit und blinderFlucht. Die Erstarrung entspricht dem Todstellreflex man-cher Tiere und bringt evtl. Minuten bis zu mehreren Stun-den anhaltende Immobilität und Apathie mit sich. DieKopflosigkeit äußert sich oft in Form von sinnlosen Hand-lungen, wie Schreien, Desorientiertheit, Realitätsverlust. VVoo

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2.4. Panik: Mythos oder reale Gefahrwährend einer Evakuierung

Unter „Panik“ wird allgemein ein Verhalten verstan-den, das hauptsächlich darauf abzielt, möglichstschnell allein oder gemeinsam einen Weg aus einer le-bensbedrohlichen Gefahr zu finden. Panik ist nach[SIE1] eine Fluchtreaktion und kann durch nichts ge-stoppt werden. Sie führt zu rücksichtslosem Verhaltenund mündet in einen Kampf ums Überleben. Verhal-tensforscher und sogenannte Panikforscher habenFaktoren ermittelt, welche für das Entstehen einerklassischen Panik, als emotionale Kollektivreaktion ei-ner Vielzahl von kommunizierenden Personen verant-wortlich sein können:

�Erste Vorraussetzung für das Entstehen einer Panik istdas Vorhandensein einer Vielzahl von Personen. DiesePersonenansammlungen können zufällig sein oder übereinen längeren Zeitraum bestehen.

�Die Personen befinden sich in einem Raum. Die Di-mension des Raumes kann begrenzt sein, es muss jedochein bestimmtes Verhältnis Raum-Personenanzahl gege-ben sein, welches zu hohen Personendichten führt. Jeg-licher Veranstaltungsort kann zum Schauplatz einer Pa-nik werden, wenn ein geeigneter Auslöser auf eine ge-nügend große Menge einwirkt.

�Die Existenz der Personengruppe wird durch eine fikti-ve oder tatsächliche Gefahr bedroht und es kommt indieser Situation zu einer massiven Beeinflussung desGefühlslebens.

�Das Auftreten einer Panik kann durch externe Bedin-gungen (z. B. Brand, Erdbeben, Unwetter) oder ohneEinwirkung von außen (z. B. Fußballfans) sowie durchtechnische und bauliche Fehler (z. B. verschlossene Tü-ren,Absperrungen, zu enge Durchgänge) ausgelöst wer-den. [WAL1]

Der Ablauf einer paniktypischen Fluchtreaktion des Ein-zelnen ist durch mehrere Phasen bestimmt. Beginnend mitder ersten Phase, der sogenannte Flucht-Auslöser, geht dieKette in die Phase der Flucht-Reaktion mit darauffolgen-dem Bewegungssturm über, und endet mit einer soge-nannten Entspannungsphase, die sich durch Erschlaffender Arme und Beine bemerkbar macht. Die Zeitdauer dereinzelnen Phasen kann individuell verschieden sein. BeiBrandfällen konnte immer wieder beobachtet werden,dass sich die Einzelpersonen in dieser ausweglosen Situ-ation alleingelassen fühlen. Durch die entstehendenAngst- und Furchtzustände werden klare Entscheidungenund Überlegungen immer schwieriger oder sind über-haupt nicht mehr durchführbar. Meist kommt es dadurchzum Fehlverhalten oder zu falschen Einschätzungen, dieoft schlimme Folgen haben können. Wie Erfahrungen ausBrandereignissen in der Vergangenheit zeigen, kann esbei großen Personenansammlungen in Gebäuden zu Pa-nikreaktionen kommen.

Es entsteht ein Fluchtstrom, bei dem sich ein Personen-strom mit einer gewissen Geschwindigkeit in eine Rich-tung bewegt. Kommt es durch Engstellen oder Raumbe-grenzungen (z. B. Geländer und Gitter) zum Stillstand desFluchtstromes, kann sich durch nachdrängelnde Perso-nen ein sehr hoher Staudruck aufbauen. Dabei können inder Menge befindliche Personen durch das massiveSchieben schwer verletzt oder auch getötet werden (s. Ab-bildung 2.1). Problematisch sind gleichzeitig auftretendestarke Rauchentwicklungen mit Schadstoffen, die denFlüchtenden die Sicht nehmen und das Atmen unmöglichmachen könnten.

Wenn die unmittelbare Ge-fährdung aufgrund der Ent-fernung zum Brandherdoder die Personendichteaufgrund der geometri-schen Verhältnisse wiederabnimmt, kommt es zumAuflösen der Menschen-menge, jeder wird wiedereine eigene Persönlichkeit,die unter allen Umständenüberleben will. Die größte

Gefahr bergen die unterschiedlichen Reaktionen der Per-sonen, da es zu zeitlich versetzten Entspannungsphasenkommt. Während ein Teil entspannt, bewegt sich der ande-re noch und bereits Ermüdete werden von diesen mitgeris-sen, stürzen oder werden überrannt [SIE1].

2.5. Bewegungsgeschwindigkeit Von zentraler Bedeutung für die Evakuierung ist die Be-rechnung der individuellen Bewegungsgeschwindigkeit v,charakterisiert durch Betrag und Richtung des Geschwin-digkeitsvektors. Das primäre Ziel einer Person ist in derRegel der nächstgelegene Zugang zu einem sicheren Be-reich. Wesentlich ist dabei jedoch auch, dass Personen dieWahl ihres ursprünglichen Ziels während der Evakuierungändern können, etwa bei erforderlichen Passagen durchverrauchte Bereiche, bei sich ergebenden Staubildungenan Engpässen, an Einbauten und Objekten, die sich imRaum befinden. Außerdem wird die Bewegungsrichtungwesentlich durch die Anwesenheit von anderen Personenbeeinflusst.

Der Betrag der Fortbewegungsgeschwindigkeit ergibtsich aus der mittleren Fortbewegungsgeschwindigkeitbei ungehinderter Bewegung. Der Wert dieser indivi-duellen Kenngröße liegt bei einem durchschnittlichenErwachsenen bei etwa 1,2 bis 1,4 m/s und hängt vonfolgenden Faktoren ab:

� Gebäudedesign und -nutzung� Wegführung (Flure, Gänge, Treppen)�Anzahl der im Personenstrom befindlichen Menschen

Abbildung 2.1: 96 Per-sonen sterben bei einemNachtclubbrand in RhodeIsland, USA, Februar 2003

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� Physische Daten der Personen (Alter, Größe, Gewicht, Bekleidung)

� Psychischer Zustand der Personen� Brandwirkungen (Sichtweite, Rauchgase)

2.6. FlächenbedarfDer Flächenbedarf ist jene Fläche, die von einer Personim Personenstrom eingenommen wird. In vereinfachterForm kann man die Gesamtfläche der senkrechten Pro-jektionen aller Personen ins Verhältnis zu einer vereinbar-ten Zählfläche setzen, um die Personenstromdichte aus-zudrücken. Es sollte beachtet werden, dass der Personen-strom nicht aus gleichartigen Personen besteht.

bei sehr hohen Konzentrationen - nicht sofort so stark be-lastet, dass es zu einer Handlungsunfähigkeit kommt. Siebeeinträchtigen die Handlungsfähigkeit der Personen aberindirekt, indem sie den sensorischen Bereich beeinflussenund damit u. a. die Orientierung der Personen im Gebäu-de stark beeinträchtigen. Neben den toxischen Effekten desBrandrauches beeinflusst die Wärmeeinwirkung die indi-viduelle Belastung und damit die für eine Selbstrettung ver-fügbare Zeitspanne entscheidend. Die Folgen von thermi-schen Einwirkungen, wie z. B. Hitzeschock, Hautverbren-nungen, Verbrennungen des Atmungsapparates können zur Handlungsunfähigkeit und zu schweren körperlichenSchäden bis hin zum Tode führen. In dem Brandrauch sinddarüber hinaus flüssige und feste Verbrennungsprodukteenthalten, die mit dem Rauch transportiert werden und vorallem die Sichtweite herabsetzen. Zu den wichtigstenAuswirkungen der durch Rauchbildung reduzierten Sicht-weite sind die Verlangsamung flüchtender Personen sowieSchwierigkeiten bei der Orientierung zu nennen. Für die Bestimmung gesundheitlich relevanter Grenz-werte wurden bestimmte Verfahren entwickelt, wie z. B.die FED-Methode für narkotisierende und erstickendeGase, die FIC-Methode für Reizgase und die FEDthermisch

-Methode für die kombinierte Wirkung von Wärmestrah-lung und Konvektion. Dennoch muss bei diesen Metho-den jedoch hinterfragt werden, welche Werte und Grund-daten den angegebenen Grenzwerten zugrunde liegen undwie aussagekräftig diese Ergebnisse tatsächlich sind.

3. Verfahren zur Beurteilungdes Schutzes von Personenim Evakuierungsfall3.1. Nachweiskriterien

Es stehen zwei prinzipielle Verfahren zur Beurteilungdes Schutzes von Personen im Evakuierungsfall zurVerfügung. Diese Verfahren sind:

1. deterministische Verfahren2. ingenieurmäßige Verfahren

In den folgenden Abschnitten 3.2. und 3.3. werden die-se Verfahren kurz beschrieben. Die Beurteilung derEvakuierung im Brandfall erfolgt bei den ingenieur-mäßigen Verfahren nach verschiedenen Kriterien:

Kriterium IEs ist nachzuweisen, dass die Evakuierung abgeschlossenist, bevor die flüchtenden Personen vom Brand direkt be-troffen werden. Dies kann erfolgen durch die Festlegungeiner raucharmen Schicht von z. B. 2,50 m, wie dies in der deutschen Musterversammlungsstättenverordnung oderder Musterindustriebaurichtlinie geschieht, oder nachTemperaturkriterien entlang der Fluchtwege (z. B. T < 50°C im Fluchtbereich).

Abbildung 2.2: Abmessungen der Körperellipse nach Fruin [FRU1]

Zur Ermittlung des Flächenbedarfs wird als Vereinfa-chung eine Ellipse als senkrechte Projektion des Men-schen angenommen. Die Achsen der Ellipse werden durchdie Breite, gemessen an den Schultern und der Dicke, aufder Höhe der Brust gemessen, festgelegt.Die Körperellipse von Fruin [FRU1] misst eine Schulter-breite von b = 0,61 m und eine Körpertiefe t = 0,46 m, so-mit ergibt sich ein Flächenbedarf von 0,28 m2 (siehe Ab-bildung 2.2).

2.7. BrandrauchDie wesentliche Gefahr bei einem Brand resultiert aus demEinatmen von narkotisierend und erstickend wirkendenRauchgasen in Vergiftungserscheinungen, die abhängigsind von dem Zeitraum, über den die Personen den Rauch-gaskonzentrationen ausgesetzt sind. Die narkotisierendebzw. erstickende Wirkung des Brandrauches und der aku-te Sauerstoffmangel (Hypoxia) führen zu einer unmittel-baren Beeinträchtigung des menschlichen Körpers, durchbeginnende Hyperventilation, Kopfschmerzen, Übelkeit,Schwindelgefühlen, Bewusstlosigkeit und anschließen-dem Tod. Im Gegensatz zu den narkotisch wirkenden Ga-sen, wird der menschliche Körper von Reizgasen - außer VVoo

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Kriterium IIEs ist nachzuweisen, dass die berechnete Evakuierungs-zeit deutlich kleiner ist als der Zeitraum bis zum Eintrittlebensbedrohlicher Bedingungen. Dieses Kriterium wirdz. B. in den Building Codes von Australien und Neusee-land, sowie in dem Simulationsmodell Exodus angewen-det. Diese Methode ist in Deutschland und Österreichnicht üblich.

3.2. Deterministische VerfahrenBei dieser Methode werden die Breiten und Längen derFlucht- und Rettungswege nach dem heutigen Wissens-stand und den Erfahrungen im brandschutztechnischenBereich bestimmt. Der Grad der Sicherheit dieser Me-thode, welche die Grundlage für Richtlinien und Bau-vorschriften in vielen Ländern bildet, ist nicht bekannt.Der Vorteil dieser Methode ist der, dass sich diese ein-fach anwenden lässt. Es wird dabei in der Regel ange-nommen, dass die Vorschriften für verschiedene Gebäu-detypen gelten. Die Einhaltung der vorgeschriebenenFluchtweggeometrie ist als Bemessungskriterium zuverstehen. Internationale Studien zeigen, dass die Evaku-ierungszeiten für unterschiedliche Gebäudetypen oft er-heblich variieren, wenn man die Bestimmungen in denverschiedenen Ländern im Detail vergleicht. Aufgrunddieser Nachteile wurden analytische Methoden für diePlanung von Fluchtwegen entwickelt, die zu den inge-nieurmäßigen Verfahren zählen.

3.3. Ingenieurmäßige Verfahren

3.3.1. Einführung

Ingenieurmäßige Evakuierungsmodelle umfassen sehrunterschiedliche Verfahren. Sie reichen von einfachen,empirisch abgeleiteten Formeln bis hin zu komplexenrechnergestützten Simulationsmodellen. Es lassen sichdabei drei Hauptgruppen unterscheiden:

�empirisch abgeleitete Formeln zur Durchführung vonKapazitätsanalysen,

�analytische Rechenverfahren, hydraulische Modelle(Strömungsmodelle) und Netzwerkmodelle,

�computergestützte Individualmodelle.

Fortschrittliche Rechenmodelle sollten u. a. die folgenden Eigenschaften aufweisen:

�Die Gebäudegeometrie sollte in allen für den Ablauf derEvakuierung wichtigen Details berücksichtigt werdenkönnen.

�Jeder tatsächlich erreichbare Teil des Gebäudes sollteden Personen prinzipiell zugänglich sein. Beschrän-kungen bezüglich der möglichen Fluchtwege sollten so weit als möglich vermieden werden, damit auch die Räumung von Bereichen mit größeren Freiflächen

(Hallen, Versammlungsräume ohne feste Bestuhlung,Messegelände, Verteilerebenen in Bahnhöfen, Flughä-fen oder Stadien etc.) sinnvoll behandelt werden kann.

�Jede Person ist als eigenständige bewegliche Einheit dar-zustellen. Die den Räumungsprozess unmittelbar beein-flussenden individuellen Eigenschaften wie individuel-ler Raumbedarf und Mobilität sind zu berücksichtigen.

�Die dynamische Ausbreitung von Rauch bzw. toxi-schen Verbrennungsprodukten sowie die Hitzeeinwir-kung sollten Bestandteil der Evakuierungssimulationsein. Dabei sollten neben der eingeschränkten Sicht-weite und den kritischen Konzentrationswerten vonRauchgasen auch geeignete Dosis-Wirkungs-Relatio-nen berücksichtigt werden.

�Empirisch ermittelte charakteristische Personenmuster,z. B. bei der Bewegung auf Treppen oder bei Stauun-gen an Durchgängen und Engpässen, sollten sich kon-sistent aus dem zugrundeliegenden fundamentalen Be-wegungsmodell ergeben, wobei individuelle Verhal-tensaspekte zu berücksichtigen sind.

�Die aufgrund der individuellen Einflussfaktoren selbstbei unveränderten Anfangs- und Randbedingungen (d. h. identische Anfangsverteilung der Personen undidentische externe Einflussgrößen) nur in gewissenGrenzen vorhersagbare Natur des Evakuierungspro-zesses sollte sich auch in der Simulation widerspiegeln.

3.3.2. Kapazitätsanalysen nach NFPA 130

Ein übliches Maß für die Kapazität ist die maximale An-zahl der Personen, die pro Zeiteinheit einen Bereich defi-nierter Breite passieren kann. Multipliziert man diese Grö-ße mit der effektiven Breite des betreffenden Wegelemen-tes, so erhält man den zugehörigen maximal möglichenPersonenstrom, also die Anzahl der Personen, die pro Zeit-einheit den betreffenden Ausgang oder eine bestimmteStelle der Treppe bzw. des Korridors durchqueren können.Die effektive Breite berücksichtigt den Umstand, dass Per-sonen in der Regel nicht die gesamte verfügbare geome-trische Breite ausnutzen, sondern einen gewissen Min-destabstand zu den Begrenzungen einhalten. Die Anwen-dung der Kapazitätsanalyse reduziert sich im Wesentlichenauf die Aufgabenstellung,das Wegelement mit der gerings-ten Kapazität herauszufinden. Dieses wirkt als „Nadelöhr“und bestimmt somit die mögliche Räumungszeit. Die inden USA entwickelte Berechnungsmethode, die in der vonder NFPA (National Fire Protection Association) heraus-gegebenen Norm NFPA 130: Standard for Fixed Guide-way Transit and Passenger Rail Systems, aus dem Jahr2000 enthalten ist, beschäftigt sich mit den Anforderungenan den Brandschutz bei schienengebundenen Verkehrssys-temen, die der Personenbeförderung dienen. Im Kapitel 2dieser Richtlinie werden brandschutztechnische Anforde-rungen für die Stationen festgelegt und u. a. Vorgaben fürdie Kapazitätsberechnung der Fluchtwege getroffen, diehier auszugsweise wiedergegeben werden.

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Grundsätzlich gilt, dass die Zeitdauer tev , um einen be-stimmten Bereich zu evakuieren, kleiner sein muss alsdie Zeit tlt, die erforderlich ist, bis lebensbedrohlicheBedingungen in diesem Bereich vorherrschen. Ausdiesem Grund wird die Gleichung Gl. (3.1) mit einemSicherheitsfaktor SF ergänzt:

tev · SF< tlt [s] Gl. (3.1)

Darin sind:

tev kalkulierte Evakuierungszeit gemessen

ab der Brandentstehung [s]

SF Sicherheitsfaktor [-]

tlt Zeitraum für lebensbedrohliche Bedingungen,

gemessen ab der Brandentstehung [s]

Die Berechnungen der Evakuierungszeit tev variieren auf-grund der physischen und psychischen Eigenschaften derPersonen erheblich und können nur einen ungefährenWert darstellen. Für eine erwachsene Durchschnittspersonwird ein Sicherheitsfaktor SF von 2,0 vorgeschlagen, fürKinder, ältere und behinderte Menschen muss er entspre-chend erhöht werden.

Die gesamte Evakuierungszeit tev ist bestimmt durch dieZeitdauer td von der Entstehung des Brandes bis zurBrandentdeckung, die Zeitspanne ta von der Branddetek-tion bis zum Auslösen des Alarms, dem Zeitraum tp, dendie Gebäudebenützer brauchen um zu reagieren, bevor sieerste Schritte setzen. ti ist jene Zeit, die benötigt wird umdas Feuer zu untersuchen, dagegen anzukämpfen und per-sönliche Gegenstände für die Flucht zusammenzusuchenund die Zeitspanne tm vom Start der Flucht, passieren derFluchtroute mit Orientierungsschwierigkeiten und Perso-nenstaus, bis zum Erreichen eines geschützten Bereiches.

Die Kapazität in Personen pro Meter pro Minute unddie Gehgeschwindigkeit in Meter pro Minute werdengemäß den in Tabelle 3.1, nach NFPA 130 zusam-mengefassten Werten, festgelegt:

3.3.3. Analytische Verfahren

Bei dieser Methode wird die Zeitspanne, die für die ge-samte Evakuierung benötigt wird, mit der Zeitspanne, diefür das Verlassen eines jeden Gebäudeteils zur Verfügungsteht, verglichen. Das Kriterium für eine sichere Evaku-ierung ist, dass die Zeit die zur Verfügung steht größer istals die Zeit, die für die Flucht benötigt wird.

Ein Nachweis nach dem Kriterium I kann in den folgenden Schritten erfolgen:1. Festlegung des maßgebenden Brandszenariums2. Durchführung der Brandsimulation3. Bestimmung der zeitabhängigen Verrauchung und der

raucharmen Schichten z. B. mit dem Brandsimula-tionsmodell MRFC; d. h. es ist die Zeit tHR zu bestim-men, bis die die Rauchschicht eine festgelegte Höhe er-reicht hat (z. B. 2,50 m).

4. Berechnung der Entfluchtungszeit tev

5. Nachweisformel: tev ≤ tHR

Die Anwendung des Kriteriums I setzt ein fundiertes Wis-sen über das Verhalten, die physischen Fähigkeiten unddie sozialen Beziehungen der Menschen während der Eva-kuierung voraus. In den letzten Jahren wurden große Fort-schritte in diesem Bereich erzielt und man kann davon aus-gehen, dass diese Methode in Zukunft Verwendung findenwird [FRA1]. Im Building Code von Neuseeland [NZB1]sind z. B. Richtlinien für die Ermittlung der Evaku-ierungszeit und die daraus resultierende Dimensionierungder Fluchtwege in Gebäuden angegeben.

Bahnsteige, Gänge und Rampen mit einer Neigung von ≤ 4 %

Kapazität 89,4 Pers./(m min)

Gehgeschwindigkeit 61,0 m/min

Stiegen, stehende Fahrtreppen und Rampen mit einer Neigung > 4 %

aufwärts Kapazität 62,6 Pers./(m min)

Gehgeschwindigkeit 15,24 m/min (vertikale Komponente)

abwärts Kapazität 71,6 Pers./(m min)

Gehgeschwindigkeit 18,3 m/min (vertikale Komponente)

Türen und Ausgänge

Kapazität 89,4 Pers./(m min)

Bahnsteigzugangskontrollen

allgemein Kapazität 50 Pers./min pro Schranken

Drehkreuze Kapazität 25 Pers./min pro Drehkreuz

Tabelle 3.1: Kapazitäten und Gehgeschwindigkeiten für die Erschließungszonen einer Stationsanlage nach NFPA 130 VVoorrbb

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Die gesamte Evakuierungszeit tev kann daher nach derGleichung Gl. (3.2) folgendermaßen ausgedrückt wer-den:

tev = td + ta + tp + ti + tm [s] Gl. (3.2)

Darin sind:

tev gesamte Evakuierungszeit [s]

td Zeitraum von der Brandentstehung bis zur Branddetektion [s]

ta Zeitraum von der Branddetektion bis zum Alarm [s]

tp Zeitraum von der Reaktion auf die Gefahr

bis zum Start der Bewegung [s]

ti Zeitraum zur Untersuchung und Bekämpfung des Feuers [s]

tm Zeitraum vom Start der Flucht bis zum Erreichen

eines geschützten Bereiches [s]

Die Zeitspanne ta für automatische Brandmeldesystemeist abhängig vom gewählten Detektionssystem und bere-chenbar. Die Methoden um von Menschen ausgelösteAlarme zu berechnen, enthalten hingegen einen enormgroßen Unsicherheitsfaktor.

Dieselbe unsichere Variable für das menschliche Ver-halten beinhalten die Zeitspannen tp und ti , doch gibtes aufgrund gesammelter Daten von tatsächlichdurchgeführten und simulierten Evakuierungen ge-schätzte Erkennungszeiten und Richtwerte, die in denTabellen 3.2 und 3.3 für unterschiedliche Gebäude-typen und in Abhängigkeit von dem gewählten Alar-mierungssystem angeführt sind:

Um detaillierte Aussagen über die Reaktionszeit zugewinnen, wurde in speziellen Studien (z. B. Inter-views, Fragebögen) versucht die unterschiedlichenVerhaltensweisen der Personen und Personengrup-pen zu analysieren. Dabei wurde festgestellt, dass dasmenschliche Verhalten vor allem beeinflusst wird von:

� der Gestaltung des Gebäudes (Fluchtwegführung etc.) und

� den physikalischen Einflussgrößen,wie Hitze- und Brandrauchentwicklung.

Es kann zu unterschiedlichen Reaktionen der Personenkommen, diese sind abhängig davon, ob die Erkennungdes Brandes durch Brandgeruch oder durch offensicht-liche Hinweise, wie Flammen und Rauchschwaden, er-folgt. In diesem Zusammenhang muss erwähnt werden,dass die wichtigsten individuellen Entscheidungen statt-finden bevor die Rettungsmannschaften eintreffen, unddass die Verhaltensreaktionen in lebensbedrohenden Situa-tionen die Evakuierungszeit stark beeinflussen und diesegrundsätzlich schwer berechenbar machen.

Die Zeitdauer tm , um zu einem Bereich der Sicherheitzu gelangen, ist von einer Vielzahl von Einflussfaktorenabhängig. Dazu zählen nach [CHA1] im Wesentlichen:

�Anzahl der Gebäudebenützer� Bewegungsgeschwindigkeit der Personen� Gebäudedesign und -nutzung

Tabelle 3.2: Richtwerte für Reaktionszeiten abhängig vom Gebäudetyp,von der Art des Warnsystems sowie der Vertrautheit mit dem Gebäude nach [BST1]

Gebäudetyp Reaktionszeit [min]Anweisungen durch Bandansage AlarmglockeLautsprechersystem oder -sirene

Bürogebäude, Handels- und Industrieflächen < 1 min 3 min > 4 min

(Benutzer sind wachsam - mit dem Gebäude vertraut)Geschäfte und Veranstaltungsgebäude

< 2 min 3 min > 6 min(Benutzer sind wachsam - mit dem Gebäude nicht vertraut)

Tabelle 3.3: Richtwerte für Reaktionszeiten abhängig von der Art des Warnsystems sowie dem „Brandschutztraining“ nach [FEG1]

Warnsystem Reaktionszeit [min]Gute Reaktionszeit Durchschnittliche Schlechte Reaktionszeitmit Räumungs- und Reaktionszeit ohne Räumungs- undEvakuierungsübungen Evakuierungsübungen

Alarmsirene < 4 min 7 min > 10 minAlarmsirene mit auf- u. abschwellendem Ton < 3 min 5 min > 7 minAlarmsirene mit auf- u. abschwellendem Ton

< 2 min 3,5 min > 5 minsowie einer zusätzl. InformationsnachrichtAlarmsirene mit auf- u. abschwellendem Ton

< 1 min 2 min > 3 minsowie mit zusätzlichem optischen Informationssystem (z. B. mittels Bildschirmen)

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� Die nicht übereinstimmende Bewegung: Jeder Menschhat eine eigene Schrittlänge und Schrittzahl,abhängig vonder Personengröße und den physischen Eigenschaften

� Die freie Bewegung: Jeder Mensch kann in einem belie-bigen Moment, Geschwindigkeit und Richtung der Be-wegung verändern, z. B. auf Gehwegen und Gängen etc.

� Die eingeschränkte Bewegung: Die Dichte des Stromesbegrenzt die freie Bewegung, z. B. in Zuschauersäle,auf Tribünen nach der Beendigung der Veranstaltung,in U-Bahnstationen zu Stoßzeiten etc.

� Die langdauernde Bewegung:Diese Bewegung vollziehtsich in einer entsprechenden Zeitdauer, sie beginnt nachund nach und wird allmählich beendet, z. B. beim Füllenvon Tribünen, Bewegung in großen Kaufhäusern etc.

� Die kurzzeitige Bewegung: Diese Bewegung vollziehtsich in einer kurzen Zeitspanne, z. B. die Evakuierungvon Menschen

Für die Bestimmung der Bewegung eines Personen-stromes sind folgende Einflussgrößen ausschlaggebend:

� Bewegungsgeschwindigkeit� Flächenbedarf pro Person

3.3.4.2. Bewegungsgeschwindigkeit nach Predtetschenski und Milinski Predtetschenski und Milinski [PRE1] haben die Bewe-gungsgeschwindigkeit und die Dichte der Personenströ-me unter verschiedenen Bedingungen gemessen. Die Er-gebnisse von Messungen zeigten, dass die Bewegungsge-schwindigkeit eine Funktion der Dichte des Personen-stromes, der Art des Weges und der Bewegungsbedingungist. Der Zusammenhang der ersten beiden Faktoren ist fürGefahrenbedingungen in der folgenden Abbildung 3.1 aufder nächsten Seite dargestellt.

Gleichzeitig stellten sie fest, dass sich bei ein- und dersel-ben Dichte die Bewegungsgeschwindigkeit eines Stromesstark ändern kann. Diese Schwankungen des Stromes er-geben sich aus der Individualität der Menschen. Je gerin-ger die Freiheiten der Bewegung sind, desto größer ist dieDichte des Stromes und umgekehrt. In den Grenzen derentsprechenden Geschwindigkeitsschwankungen könnendie Menschen ihre Geschwindigkeit nach eigenem Er-messen verändern.

Der Wunsch, die Bewegungsgeschwindigkeit zu ändern,entsteht unter dem Einfluss der umgebenden Bedingun-gen und der Ursachen, die die Bewegung des Stromes her-vorruft. Dieser Umstand bestimmt den dritten Faktor, denpsychologischen Faktor, von dem die Bewegungsge-schwindigkeit ebenfalls abhängt. Das bedeutet, dass dieBewegungsgeschwindigkeit als Funktion der Dichte, derArt des Weges und den psychologischen Umständen zusehen ist.

� Wegführung (horizontal, vertikal z. B. Treppen und Rampen, Wegverengung)

�Anzahl der im Personenstrom befindlichen Menschen � Physische Daten der Personen

(Alter, Größe, Gewicht, Bekleidung) � Psychischer Zustand der Personen

In dieser Zusammenstellung sind die negativen Auswir-kungen des Brandes selbst bei der Flucht oder Rettungpraktisch nicht enthalten.

3.3.4. Berechnungsverfahren nach Predtetschenski und Milinski

3.3.4.1. AllgemeinesDie russischen Wissenschaftler Predtetschenski und Mi-linski [PRE1] haben bereits in den 70-er-Jahren eine Me-thode erarbeitet, in der die mathematischen Grundlagenfür die Berechnung von Personenströme auf verschiede-nen Wegabschnitten in Abhängigkeit von der Personen-dichte festgelegt wurden. Diese Berechnungsmethode istzunächst für normale Personenströme entwickelt wor-den. Später wurde sie zur Berechnung von Personen-strömen unter Gefahrenbedingungen erweitert. Die Berechnungen stützen sich diesbezüglich auf „ange-näherte Gefahrenbedingungen“, wie z. B. eine Zwangse-vakuierung eines Gebäudes, oder auf Extrapolation vonWerten, die man sonst unter normalen Bedingungen er-hält. Die irrationalen Reaktionen von Personen auf einekonkrete Gefahr, die Panikreaktion, bleibt als nicht bere-chenbar unberücksichtigt. Im Unterschied zu anderen Berechnungsmethoden wirdin [PRE1] die Entleerung von Gebäuden nicht anhand ei-nes mittleren Personenflusses ermittelt, sondern es wirduntersucht, wie die Veränderung der Bewegungskenn-größen, sowie der gesamte Bewegungsablauf des Perso-nenstromes auf horizontalen oder geneigten Wegab-schnitten mit unterschiedlichen Breiten in Abhängigkeitder Personendichte, die Evakuierung beeinflusst.

Nach [PRE1] unterscheidet man verschiedene Arten der Bewegung:

� Die gerichtete Bewegung: Es treten bestimmte Bewe-gungsrichtungen hervor, die in einer gewissen Zeit-spanne erhalten bleiben, z. B. beim Verlassen eines The-aters etc.

� Die ungerichtete Bewegung: Ist jene Bewegung, bei dersich die Menschen auf einem bestimmten Abschnitt desWeges in verschiedenen, oft zufälligen und sich ständigändernden Richtungen bewegen, z. B. auf Einkaufs-straße und Marktplätzen etc.

� Die übereinstimmende Bewegung: Die Menschenmas-se geht im Gleichschritt, mit gleicher Schrittlänge undGeschwindigkeit, z. B. beim Militär VVoo

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Unter Gefahrenbedingungen spielt der psychologischeFaktor eine große Rolle und es vergrößert sich folglichdie Bewegungsgeschwindigkeit bei gleichbleibenderDichte des Stromes. Der Koeffizient der Bewegungs-bedingungen für die Bewegungsgeschwindigkeit, derdie psychische Verfassung des Menschen berücksich-tigt, wird als Größe µ bezeichnet und erreicht unterunterschiedlichen Bedingungen folgende Werte:

� für normale Bedingungen: µ = 1� für Gefahrenbedingungen: µG = 1,15 bis 1,49� für komfortable Bedingungen: µK = 0,63 bis 0,86

Mit Hilfe dieses Koeffizienten µG bzw. µK kann die Bewe-gungsgeschwindigkeit unter Gefahrenbedingungen vG bzw.unter Komfortbedingungen vK, ausgehend von der Ge-schwindigkeit unter Normalbedingungen v, nach der fol-genden Gleichung Gl. (3.3) bzw. Gl. (3.4) ermittelt werden.

vG = µG * v Gl. (3.3)vK = µK * v Gl. (3.4)

Der psychologische Faktor µ spielt bei geringeren Dich-ten eine weitaus größere Rolle als bei hohen Personen-dichten. Bei sehr hohen Personendichten sind die Bewe-gungsgeschwindigkeiten der einzelnen Bewegungsbedin-gungen annähernd gleich.

3.3.4.3. Flächenbedarf nach Predtetschenski und MilinskiEs wurde beobachtet, dass jede Person versucht, zwischen

sich und den anderen Personen einen „Pufferraum“ zu be-wahren. Dieser „Pufferraum“ dient dazu, dass Konflikt-situationen vermieden werden. Zur Ermittlung des Flä-chenbedarfs wird als Vereinfachung eine Ellipse als senk-rechte Projektion des Menschen angenommen. Die Ach-sen der Ellipse werden durch die Breite, gemessen an denSchultern und der Dicke, auf der Höhe der Brust gemes-sen, festgelegt.

Die Abmessungen des Menschen selbst werden von seinenphysischen Werten, dem Alter und der Kleidung bestimmt.Auf der Grundlage von Messungen sind in Tabelle 3.4 ge-mittelte Abmessungen von Menschen unterschiedlichenAlters und in verschiedener Kleidung aufgeführt.

3.3.4.4. Struktur des PersonenstromsBei massenartigen, nicht übereinstimmenden, gerichte-ten, beschränkten oder freien, kurzzeitigen oder langan-dauernden Bewegungen, die unter normalen oder Gefah-renbedingungen verlaufen, bilden Menschen einen Stromin eine Richtung mit der Breite b-2·∆b und der Länge lStrom.

Dabei ist b die Breite des Stromes und ∆b der Zwischen-raum, der durch das Schwanken beim Laufen oder durchAngst vor dem Anstoßen an die Konstruktion, entsteht.

Wie Abbildung 3.2 zeigt, bildet der Personenstrom beimKopf- und Fußteil jeweils eine geringere Personenzahl alsder Hauptteil aus, es entsteht die Form einer Zigarre.

Abbildung 3.1: Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit von der Personendichte für Gefahrenbedingungen nach [PRE1]

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Da die Menschenmenge am Kopf- und Fußteil relativklein ist, kann man den Strom vereinfacht als Rechteck be-trachten. Die Stromdichte D ist unterschiedlich, da dieVerteilung der Menschen, sowohl in der Längs- wie auchin der Querrichtung, ungleichmäßig ist. Die Entfernungzwischen den gehenden Menschen verändert sich ständig,es entstehen örtliche Verdichtungen, die sich wieder auf-lösen und erneut entstehen. Bei massenartiger, nicht über-einstimmender, gerichteter, beschränkter oder freier undlangandauernder Bewegung (z. B. in Kaufhäusern) ver-liert der Begriff der Länge des Stromes lStrom an Bedeu-tung, weil die Bewegung hier kontinuierlich erfolgt.

3.4. Computergestützte Simulationsverfahren

3.4.1. Einführung

Für die Entfluchtungsberechnung von Bauwerken,auch unter Gefahrenbedingungen, kommen hauptsäch-lich ingenieurmäßige Verfahren zum Einsatz. Simula-tionsverfahren werden in der Regel dort eingesetzt wo:

� komplexe Geometrien (Dimensionen, Wegführungen)� große Personenzahlen

vorliegen.

Des Weiteren bieten Simulationsverfahren, sofern sie dasmenschliche Verhalten in einem bestimmten Umfang mo-dellieren, die Möglichkeit auch probabilistisch orientierteUntersuchungen durchzuführen. Dies ist dann von Vorteil,wenn in einem Brandschutzkonzept auf sicherheitstheo-retische Verfahren zurückgegriffen wird und in der zu-grundeliegenden Fragestellung eine Reihe von Unsicher-heiten vorliegt, die deterministisch nicht zu erfassen sind.

Die Notwendigkeit der Durchführung von wiederholtenBerechnungen ist offenkundig, da selbst unter kontrol-lierten Bedingungen niemals identische Ergebnisse beiEvakuierungsübungen mit realen Personen auftreten.Deshalb ist es auch nicht möglich exakte Aussagen wie,„die Evakuierungszeit des Gebäudes beträgt 187,7 Se-kunden“, zu treffen. Vielmehr wird für jede Kombinationvon Gebäude-Personen-Umwelt in der Realität eine Ver-teilung der Entfluchtungszeit erwartet. Eine rein hypothe-tische Verteilung ist in der Abbildung 3.3 gezeigt. Eineeinzelne Berechnung oder eine Evakuierungsübung kannirgendwo auf dieser Kurve liegen. Was durch probabilis-tisch orientierte Simulationen erreicht werden kann, istdas Verständnis, wie ein System aus Gebäude-Personen-Umwelt sich unter bestimmten definierten Bedingungenverhalten wird [GAL1].

Bei den Simulationsverfahren kann grundsätzlich unterschieden werden zwischen

�Verfahren mit Zeit und Ortsdiskretisierung�Verfahren nur mit Zeitdiskretisierung

Für die Ortsdiskretisierung stehen zwei Ansätze zur Verfügung:

� feinmaschiges Netz (fine Network)� grobmaschiges Netz (coarse Network)

Tabelle 3.4: Zusammenstellung der unterschiedlich beanspruchten Flächen nach [PRE1]

Alter, Bekleidung und Gepäck der Person Fläche f* [ m2 / Pers. ]

Kind 0,04...0,06Jugendlicher 0,06...0,09Erwachsener

in Sommerkleidung bzw. Hauskleidung 0,100in Übergangsstraßenkleidung 0,113in Winterstraßenkleidung 0,125

Erwachsener in Übergangsstraßenkleidungmit leichtem Gepäck 0,180mit Koffer 0,240mit Rucksack 0,260mit schwerem Gepäck 0,390mit einem Kind am Arm 0,260mit einem Kind an der Hand 0,200mit einem Kind an der Hand und Gepäck 0,320

Abbildung 3.2: Schema eines Personenstromes

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Beim Ansatz mit einem feinmaschigen Netz wird die ge-samte Grundfläche des Gebäudes in einzelne Zellen oderKnoten zerlegt. Form und Größe der einzelnen Knotenvariieren bei den verschiedenen Simulationsprogrammen,von quadratischen Zellen mit 50 cm Seitenlänge bis zuhexagonalen Knoten, die der Größe einer Person entspre-chen. Jede Zelle ist mit ihren Nachbarzellen verbunden.Bei großen Gebäuden kann dieses Netz mehrere tausendZellen umfassen. Auf diese Weise ist es möglich, die Geo-metrie genau darzustellen, sowie interne Hindernisse zuberücksichtigen und jede Person zu jeder beliebigen Zeitder Evakuierung zu lokalisieren.

Der Ansatz mit einem grobmaschigen Netz teilt die Geo-metrie in Bereiche, die von der tatsächlichen Anordnungabgeleitet wird. Dabei stellt jede Zelle einen Raum oderGang dar, ungeachtet seiner physischen Größe. Die Zel-len sind durch Bögen miteinander verbunden, welche dietatsächlichen Verbindungen im Gebäude darstellen. In sol-chen Modellen bewegen sich die Personen von einem Ab-schnitt zum nächsten, wobei ihre Position weniger genaubestimmt werden kann als bei einem feinmaschigen Netz.Eine Person kann sich deshalb nur von einem Raum in dennächsten bewegen, anstatt von einem Bereich innerhalbeines Raumes zu einem anderen.

Auch für die Darstellung der zu evakuierenden Personen gibt es zwei verschiedene Ansätze:

� eine individuelle und � eine globale Betrachtungsweise.

Bei den meisten Modellen können den Personen indivi-duelle Eigenschaften zugewiesen werden, die in der Fol-ge bei der Bewegung und der Entscheidungsfindung desIndividuums berücksichtigt werden. Bei einer individuel-len Zuordnung von Eigenschaften ist diese Entschei-dungsfindung üblicherweise unabhängig von anderen indie Simulation einbezogenen Personen und erlaubt es derEinzelperson gewissen Trajektorien zu folgen.

Die gesamte Personenmenge kann folglich aus einzelnenPersonen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu-sammengesetzt sein, deren Entfluchtung dann von diesenEigenschaften beeinflusst wird. Ein Beispiel dafür ist dasRechenprogramm EXODUS.

Weiters kann nach der Art der Behandlung der Ab-bildung des menschlichen Verhaltens unterschiedenwerden zwischen:

� keine spezifischen Verhaltensregeln�Verhalten wird durch physikalische Modelle simuliert

(z. B. elektrostatische Anziehung bzw. Abstoßung).� implizites Verhalten; d. h. es werden keine Verhaltens-

regeln festgelegt, aber es wird angenommen, dass siedurch die Verwendung von komplizierten physika-lischen Modellen dargestellt werden, die auf der An-wendung von Sekundärdaten beruhen, welche psycho-logische oder soziologische Einflüsse beinhalten,

� regelbasiertes Verhalten (wenn ich nicht weiter kann,bleibe ich stehen)

� auf künstlicher Intelligenz basierende Verhaltenssysteme

Grundsätzlich steht das menschliche Verhalten, dasbei einer Evakuierung zu erwarten ist, in einem kom-plexen Zusammenhang mit der Umgebung. Die Per-sonen können von drei verschiedenen Interaktionenbetroffen werden, die Entscheidungsprozesse beein-flussen:

� Interaktion mit anderen Personen� Interaktionen mit der baulichen Umgebung� Interaktionen mit der Umwelt (Rauchgase etc.)

Diese Interaktionen wirken sich auf die Bewegung derPersonen aus und lösen Entscheidungsfindungspro-zesse aus, die durch die Art wie die Interaktion erfolgt,weiter erschwert werden. Die Interaktionen könnenauf drei Ebenen verfolgt werden:

� Psychologische Ebene: Die Antwort einer Person ba-sierend auf der verfügbaren Information und ihren Er-fahrungen (z. B. Flucht vor dem Feuer)

� Soziologische Ebene: Die Antwort einer Person basie-rend auf der Interaktion mit anderen Personen (z. B. ini-tiieren einer Evakuierung, Warnung anderer Personen)

� Physiologische Ebene: Eine physische Reaktion auf dieumgebende Umwelt (z. B. Berauschtheit aufgrund vonnarkotisierenden Rauchgasen, Reizung der Sinnes- undAtmungsorgane aufgrund von Reizgasen)

Das menschliche Verhalten ist der am komplexesten undschwierigsten zu simulierende Aspekt einer Evakuierung.Kein Modell beinhaltet sämtliche bekannte Verhaltens-aspekte einer Evakuierung, zumal nicht alle Aspekte be-rücksichtigt bzw. quantifiziert werden können. Bei derglobalen Betrachtungsweise werden die Personen als ho-mogene Menge ohne unterschiedliche Identitäten angese-

Abbildung 3.3: Hypothetische Verteilung der Gesamtentfluchtungszeit

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hen. Diese Modelle liefern als Ergebnis keine Angabe da-rüber, welche Einzelperson entfluchtet wird. Als Ergebniserhält man lediglich eine Zeitangabe über die Anzahl vonPersonen die evakuiert wurden. Dieser Ansatz besitzt Vor-teile hinsichtlich der Rechengeschwindigkeit und der ein-facheren Handhabung der Eingabegrößen, wobei jedochder Detaillierungsgrad der Ergebnisse deutlich geringer istals bei der individuellen Betrachtungsweise. Es ergebensich u. a. auch Probleme bei der Berücksichtigung von z. B. toxischen Rauchgasen auf die betroffenen Personen.Es kann lediglich eine gemittelte Einwirkung auf die Per-sonengruppe angesetzt werden, woraus keine Aussagenüber die Überlebensrate von speziellen Personengruppen,wie z. B. älteren Personen oder Kindern, ableitbar sind.

3.4.2. Zelluläre AutomatenBei den Simulationsverfahren mit zellulären Automatenwird der Mensch als Automat dargestellt, der sich in einemdiskretisierten Raum in festgelegten Zeitschritten bewegt.Zelluläre Automaten im ursprünglichen Sinne sind diskreteModelle in Raum und Zeit. Der Raum wird durch ein re-gelmäßiges dreidimensionales Gitter modelliert, das ver-schiedene Symmetrien aufweisen kann (in zwei Dimen-sionen beispielsweise quadratisch, hexagonal usw.). DieRandbedingungen sind beliebig wählbar. Die Elementedes Gitters bestehen aus gleichartigen Zellen, die sich je-weils in genau einem Zustand aus einer bestimmten (end-lichen) Zustandsmenge befinden. Jede Zelle steht in Kon-takt zu einer festen Anzahl von Nachbarn und hat Zugriffauf die Zustandsinformation dieser Nachbarn (beim Qua-dratgitter sind beispielsweise vier oder acht Nachbarn sinn-voll). Die Entwicklung einer gegebenen Zelle wird beschriebendurch eine Übergangsfunktion, die für alle Zellen gleicher-maßen gilt. Sie hängt vom Zustand der Zelle selber unddenen ihrer Nachbarn zur aktuellen Zeit ab (und in ge-wissen Varianten auch zu einer endlichen Anzahl von vor-hergehenden Zeitschritten). Diese Funktion kann deter-ministisch sein oder Zufallselemente enthalten, manspricht dann von probabilistischen zellulären Automaten.Die Übergangsfunktion bestimmt den Zustand der Zelleim nächsten Zeitschritt.

3.4.3. PanikmodelleZur Simulation der Auswirkungen von Panik wurden vonHelbig [HEL1] et al. Panikmodelle entwickelt, die auf ei-nem Kräftewirkungsmodell beruhen. Auf die Person wir-ken verschiedene soziale Kräfte, welche die unterschied-lichen Umwelteinflüsse widerspiegeln. Diese einzelnenKraftterme können vektoriell addiert werden. Für die Si-mulation von Personen in Panik wird das Kräftemodell umphysische Interaktionskräfte erweitert, die dann auftreten,wenn sich die Personen so nahe kommen, dass Körper-kontakt auftritt. Es werden zusätzlich eine der Körper-

kompression entgegenwirkende „Körperkraft“ und einedie Tangentialbewegung hemmende „Gleitreibungskraft“angesetzt. Feuerfronten werden in diesem Modell durchabstoßende soziale Kräfte ähnlich jenen wiedergegeben,die Wände beschreiben, allerdings sie sind viel stärker. Diephysikalischen Interaktionen sind jedoch qualitativ an-ders, da Personen, spätestens wenn sie von der Feuerfronterfasst werden, verletzt und/oder bewegungsunfähig wer-den (vi = 0). Es gibt derzeit keinen wissenschaftlichenNachweis hinsichtlich der Aussagefähigkeit und Richtig-keit dieser Panikmodelle.

4. ZusammenfassungDie Gewährleistung der Personensicherheit in Gebäudenist ein zentrales Anliegen des baulichen, betrieblichen undabwehrenden Brandschutzes. Eine wesentliche Einfluss-größe für den Personenschutz im Brandfall stellt die Si-cherstellung einer zeitgerechten Evakuierung eines Ge-bäudes dar. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang,dass viele Gesetze,Richtlinien und Verordnungen,die sichmit Evakuierungen befassen, häufig nur auf sehr verein-fachten Anwendungsregeln basieren.

Die Abbildung 4.1 zeigt, dass der Mensch mit all seinenAktionen und Reaktionen das zentrale Element für die Er-stellung eines Evakuierungskonzeptes bildet. Weitere we-sentliche Einflussgrößen stellen die umgebenden Fakto-ren, wie das Gebäude (z. B. Design, Dimensionierung),die Umgebung (z. B. Brandwirkungen), betriebliche undorganisatorische Maßnahmen (z. B. Alarmsysteme, Hin-weisbeschilderung, Evakuierungsübungen) dar. Diese ste-hen in starken Wechselwirkungen und Abhängigkeiten zu-einander. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass bei Vorlie-gen von guten betrieblichen und organisatorischen Rah-

Abbildung 4.1: Schema der Einflussfaktorenund ihre Wechselwirkungen auf die Evakuierung VVoo

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menbedingungen eine relativ kurze Zeitspanne (Reak-tionszeit) zwischen dem Erkennen eines Brandes und dererfolgreichen Einleitung der Evakuierung angenommenwerden kann.

Die Abmessungen innerhalb eines Gebäudes haben einegroße Auswirkung auf das Brandgeschehen und die ein-setzende Flucht von Personen. Die Größen Personen-stromdichte, Bewegungsgeschwindigkeit und Flächenbe-darf stehen in enger Abhängigkeit zur Wegbreite. Die fürEvakuierungsberechnungen wichtige Gehzeit wird imWesentlichen durch die oben beschriebenen Faktoren unddie Länge des Fluchtweges bestimmt.

Zu den umgebungsspezifischen Einflussgrößen zählen dieAuswirkungen des Brandszenariums, im Besonderen dieFreisetzung von Brandrauch, sowie die thermische Wir-kung des Feuers. Die Zusammensetzung des Brandrau-ches hängt u. a. ab von der Art der brennenden Materialien,der Verbrennungstemperatur und den Ventilationsbedin-gungen. Um eine Beurteilung des im Brandfall anfallen-den Brandrauches zu ermöglichen, ist es notwendig, dieRauchverdünnung in der raucharmen Schicht zu berech-nen, um daraus die gesundheitlichen Beeinträchtigungenfür die Personen zu ermitteln. Für normale Holzbrändewerden in der Literatur zulässige Verdünnungsfaktorenvon 1:100 genannt, diese steigen bei stark qualmendenStoffen (Dieselöl) auf 1:1000 an (bei gleicher Sichtweite).

Obwohl es große Fortschritte auf dem Gebiet der Berech-nungs- und Simulationsmethoden mit Computermodellenzur Berechnung der Evakuierungszeit gegeben hat, mussman feststellen, dass viele der oben erwähnten Faktorenoft keine Berücksichtigung finden. Vor allem werdenWechselwirkungen zwischen den verschiedenen Ein-flussgrößen nur in einem geringen Ausmaß bzw. gar nichtberücksichtigt. Insbesondere werden Brände als Ursacheder Evakuierung in den meisten Evakuierungsmodellengar nicht behandelt. Es stellt sich somit zwangsläufig dieFrage welche Bedeutung eine berechnete Evakuierungs-zeit von „X“ Minuten überhaupt hat, wenn das Brandge-schehen nicht berücksichtigt wurde. In so einem Fall ver-bleibt dann lediglich die Möglichkeit des Nachweises derRauchfreihaltung oder Rauchverdünnung für den gesam-ten Entfluchtungszeitraum.

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Autoreno. Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.Dr.h.c. Ulrich SchneiderDipl.-Ing. für Wärme- und Verfahrenstechnik; Dr.techn.und Dr.-Ing.habil. für Bauwesen; o. Univ. Prof. für Bau-stofflehre, Fakultät Bauingenieurwesen TU Wien, Vor-stand des Instituts für Hochbau und Technologie, Zentrumfür Baustoffforschung, Werkstofftechnik und Brand-schutz TU Wien; seit 1974 Mitarbeiter bzw. Obmann na-tionaler und internationaler Normen-Ausschüsse; Sach-verständiger für Brandschutz i. A. d. Reg. Österreich undDeutschland, NRW, Hessen. Mitglied der RSK, Deutsch-land. Vorsitzender des VIB, Deutschland. Leiter desBrandschutz-Lehrganges an der Arch+Ing Akademie,Österreich. Karlsplatz 13/206, A-1040 Wien.

Dipl.-Ing. Hubert KirchbergerDipl.-Ing. für Bauwesen der TU Wien, 1993 bis 2002 Mit-arbeit in verschiedenen Ingenieurbüros und Baufirmen;2002 bis 2005 wissenschaftlicher Mitarbeiter, 2005 bis2006 Projektassistent, ab 2006 Univ. Ass. am Institut fürHochbau und Technologie, Zentrum für Baustofffor-schung, Werkstofftechnik und Brandschutz der TU Wienin der Arbeitsgruppe Brandschutz. Arbeitsbereich: Eva-kuierungsberechnungen, Mitarbeit bei gutachterlichenTätigkeiten und Forschungen im baulichen Brandschutz.Karlsplatz 13/206-1, A-1040 Wien.�

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