Abgeschlossene Forschungsprojekte

ORGAMIR

OrGaMIR: Organisationsübergreifende Gefahrenabwehr zum Schutz von Menschen und kritischen Infrastrukturen durch optimierte Prävention und Reaktion (2008-2011)

Teilprojekt 6: Tunnelklimatologie

Projektdauer: 02/2008 bis 01/2011
Projektleitung: Prof. Dr. Andreas Pflitsch
Projektmitarbeiter: Dipl.-Geogr. Markus Brüne, Dipl.-Geogr. Julia Ringeis, Dipl.-Geogr. Killing-Heinze, Master of Science Benjamin Steiling, stud. Hilfskraft Meike Schwabe
Finanzierung / Projektträger: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

3,2 Millionen Euro-Projekt "OrGaMIR" gestartet: System verbessert Reaktion nach Gefahrstofffreisetzung in U-Bahn (Pressmitteilung der Universität Paderborn vom 13.03.08)

Millionen Menschen benutzen regelmäßig U-Bahnen. Die große Anzahl von Personen auf beschränktem Raum besonders zur Hauptverkehrszeit macht U-Bahn-Systeme zu einem lohnenswerten Ziel für terroristische Angriffe. Im OrGaMIR-Projekt wird ein System entwickelt, dass die Beurteilung der vorherrschenden und der voraussichtlichen Kontamination des U-Bahn Systems mit gefährlichen Stoffen ermöglicht. Aus der Kenntnis des Ausbreitungsverhaltens lassen sich zielgerichtet Anweisungen und Hinweise für Fahrgäste, Rettungskräfte und Betreiberorganisationen ableiten. Alle Akteure können Entscheidungen, die möglicherweise Leben retten, auf verlässlicherer Basis treffen.

Ziele
  • Visualisierung des Ausbreitungsverhaltens von Gefahrstoffen in U-Bahn Systemen und Bahnhöfen
  • Bereitstellung von kontextsensitiven Informationen zur Entscheidungshilfe
  • Verbesserung der Zusammenarbeit von Feuerwehren, Rettungskräften und U-Bahn Betreibern
  • Behinderung der Ausbreitung von Gefahrstoffen bei Planung und Entwurf neuer U-Bahn Systeme
Forschung
  • Erlangung des Verständnisses von klimatologischen Zusammenhängen in Tunnelsystemen
  • Ausbreitungsvisualisierung in geschlossenen Architekturen
  • Ableitung von Handlungsempfehlungen durch Verdichtung von Informationen aus verschiedensten Datenquellen

ORGAMIR PLUS

OrGaMIRPLUS: Organisationsübergreifende Gefahrenabwehr zum Schutz von Menschen und kritischen Infrastrukturen durch optimierte Prävention und Reaktion (2011-2013)

Organisationsübergreifende Gefahrenabwehr zum Schutz von Menschen und kritischen Infrastrukturen durch optimierte Prävention und Reaktion (OrGaMIRPLUS)

Teilprojekt 6: Tunnelklimatologie – „Klimatologie hochkomplexer Stationen“

Projektdauer: 04/2011 bis 03/2013
Projektleitung: Prof. Dr. Andreas Pflitsch
Projektmitarbeiter: N.N.
Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Projektträger: VDI Technologiezentrum
Ziele

Ziel dieses Teilprojektes „Klimatologie hochkomplexer Stationen“ ist, exakte und zuverlässige Informationen über die gegenwärtige und bevorstehende Strömungs- und Ausbreitungsbedingungen innerhalb hochkomplexer U-Bahnstationen (Kreuzungs- und Turmbahnhöfe) zu geben. Weitreichende Kenntnisse hierüber sind unabdingbar für eine zeitgleiche Analyse der Ausbreitung von luftgetragenen Giftstoffen (Gase, Stäube, Nebel) im Rahmen eines Terroranschlags, wie auch bei entsprechenden Brandereignissen und Grundvoraussetzung für alle Aktivitäten der Einsatz- und Rettungskräfte.

Der Hauptnutzen von OrGaMIRPLUS liegt in der Minderung direkt Betroffener, wie auch in der Verringerung des Gesamtschadenumfangs operativ durch Verbesserung der Selbstrettungsphase, Anpassung des Fahrbetriebs, Unterstützung der Rettungsoperationen sowie präventiv durch Ableitung baulicher Anpassungsempfehlungen und Vorgehensverbesserungen.

Die vielfältigen Fragestellungen erfordern eine wissenschaftliche Begleitung, da entsprechende Methoden besonders in der Analyse der beteiligten Organisationen, der Synthese der gesammelten Informationen, der Ermittlung des Modells der Tunnelklimatologie sowie der psychologischen Untersuchung der beteiligten Akteure bislang fehlen und daher dringend nÖtig sind.

Forschung

Das Teilprojekt „Klimatologie hochkomplexer Stationen“ liefert die Grundlagen für das Gesamtprojekt. Ausgangspunkt sind die durch bisherige im Rahmen des Projektes "OrGaMIR" durchgeführten Untersuchungen gewonnen Erkenntnisse. Bisher erfolgten diese Untersuchungen in einfachen Stationen die über maximal zwei kreuzende U-Bahn Linien verfügen. Das spezifische Strömungsgeschehen steuert die Verbreitung freigesetzter Schadgase. Basierend auf den Untersuchungen des Projektes OrGaMIR der letzten 3 Jahre, soll das erworbene Wissen in OrGaMIRPLUS anwendungsorientiert eingesetzt werden.

Hierzu gehören:

  • Der Aufbau eines optimalen Messsystems zur Erfassung der aktuellen Strömungsbedingungen in einer hochkomplexen U-Bahnstation (Alexanderplatz, Berlin).
  • Die Durchführung von Ausbreitungsversuchen und mobilen Klimamessungen in selbiger Station.
  • Die Definition eines „Klimamodells“ zur kurzfristigen Prognose der Stabilität der aktuellen StrÖmungs- und Ausbreitungsbedingungen in hochkomplexen U-Bahnstationen sowie zur Ausweisung von Gefahrenbereichen.

Das Teilprojekt 6 liefert somit für das Gesamtprojekt u.a. die strömungs- und ausbreitungsklimatischen Grundlagen. Diese Informationen bilden die Basis für die aktuelle sowie prognostizierte Lagefeststellung der Rauch-/Giftgasausbreitung, aus der die Vorgehensweise bei der Selbstrettung, die Einsatzplanung der Rettungskräfte, die Verkehrssteuerung durch den Betreiber etc. abgeleitet werden können. Die durch das Teilprojekt „Klimatologie hochkomplexer Stationen“ zur Verfügung gestellten Grundlagendaten werden in Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten so weitererarbeitet, dass sie den Adressaten (Betreiber, Einsatzkräfte … ) in geeigneter Weise zur Verfügung gestellt werden können und die Basis für eine sinnvolle und situationsbezogene Fluchtwegelenkung bildet.

Darüber hinaus liefert das Teilprojekt:

  • Informationen über die die besonderen Ausbreitungsbedingungen in Aufgängen und Schächten sowie Bereichen sehr niedriger Deckenhöhen.
  • Erkenntnisse zur Beeinflussung bzw. Minimierung der Gefährdungssituation durch eine geeignete Systemarchitektur bzw. bauliche Maßnahmen in übergangsebenen, Treppenhäusern und Aufgängen.

MAUSKAT

MAusKat: Messsystem zur Ermittlung der Ausbreitung von Gefahrstoffen in kritischen Infra- und komplexen Gebäudestrukturen zur Vermeidung ziviler Katastrophen (2011-2014)

Messsystem zur Ermittlung der Ausbreitung von Gefahrstoffen in kritischen Infra- und komplexen Gebäudestrukturen zur Vermeidung ziviler Katastrophen (MAusKat)

Projektdauer: 05/2011 bis 04/2014
Verbundkoordinator: Prof. Dr. Andreas Pflitsch
Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Projektträger: VDI Technologiezentrum

Ziele

Katastrophen in komplexen Gebäude- und Verkehrsinfrastrukturen liegt eine Gemeinsamkeit zugrunde: die Rettungsmöglichkeit der Opfer ist erheblich eingeschränkt, was sowohl die Selbstrettung, als auch die Entfluchtung bzw. die Evakuierung durch Rettungskräfte betrifft. Speziell U-Bahnsysteme, Flughäfen, Krankenhäuser, Einkaufszentren und Hochhäuser, aber auch alle weiteren komplexen und für die Opfer nur schwer durchschaubaren Gebäudestrukturen bergen ein erhöhtes Gefährdungspotential. Das Problem bei der Rettung und Entfluchtung ist hierbei insbesondere, dass die im Vergleich zur Außenatmosphäre stark eingeschränkten und vorgegebenen Ausbreitungswege von Rauch bzw. chemischen und biologischen Substanzen oftmals mit den Flucht- und Rettungswegen übereinstimmen. Der U-Bahn Brand in Daegu (Süd Korea) 2003 mit 196 Toten, der Brand in einem Kaufhaus auf den Philippinen am 26.12.2006 mit 7 Toten, der Hochhausbrand in Shanghai am 15.11.2010 mit 53 Toten sowie der Flughafenbrand in Düsseldorf am 11.04.1996 mit 11 Toten, sind Beispiele für die eingeschränkten (Selbst)Rettungsmöglichkeiten aus komplexen Infrastrukturen. Durch Rauch und Feuer verschlossene Fluchtwege sowie falsche oder unklare Einsatzpläne sind hierbei häufig Ursache von hohen Opferzahlen.

Die Tatsache, dass terroristische Organisationen sich gerade solche Infrastrukturen zum Ziel nehmen beweisen die Anschläge in der Tokioter U-Bahn im März 1995 und die Bombenanschläge von Madrid 2004, London 2005, Moskau (Metro) 2004 und 2010 und Moskau (Flughafen Domodedowo) 2011.

Somit sind die wichtigsten Ziele der weiteren Forschung, die Analyse der Strömungs- und Ausbreitungsbedingungen und die Ausweisung von sicheren Flucht- und Rettungswegen, welche sowohl für die Selbstrettungsphase, als auch die sich anschließende Fremdrettung nutzbar sind. Hierzu bedarf es aber exakter Informationen sowohl über die möglichen, als auch die vorherrschenden Ausbreitungswege und zwar bereits im Vorfeld eines Ereignisses, denn nur so lassen sich sinnvolle Entfluchtungs- und Rettungswege ausweisen, Einsatzpläne erstellen und Entfluchtungsübungen planen bzw. simulieren. Um die derzeitige Situation der Unkenntnis bzw. Nichtberücksichtigung der Ausbreitungsbedingungen von Schadgasen (als Folge von Unwissenheit) zu verbessern und die Anzahl von potentiellen Opfern zu minimieren, benötigen die Rettungskräfte, wie auch die Betreiberorganisationen exakte und zuverlässige Informationen bereits im Vorfeld einer möglichen Katastrophe.

Gesamtziel des Vorhabens

Das Ziel dieser Forschungsidee ist die Konzeptionierung eines Mess- und Analysesystems sowie der dazugehörigen Methoden, die es ermöglichen, in bestehenden Strukturen die Ausbreitungswege für Gase oder luftgetragene Substanzen für verschiedene Zustände (z.B. mit oder ohne Belüftung, div. Wettersituationen) zu bestimmen. Es wird ein integriertes System geschaffen, welches die Beurteilung und Ausweisung der vorherrschenden und der wahrscheinlichsten Schadstoffausbreitung und damit Kontamination verschiedenster geschlossener und halboffener Infrastrukturen mit gefährlichen Stoffen sowohl über eine lange Zeitdauer von mehreren Tagen, als auch große räumliche Distanzen, z.B. ein ganzes U-Bahnsystem oder einen großen Flughafen, ermöglicht.

Aus der Kenntnis der zu erwartenden Gefahrenorte lassen sich bereits im Vorfeld wichtige Erkenntnisse ableiten, Rettungspläne und -konzepte überprüfen, verändern oder neu aufstellen und diverse Übungen mit einer realistischen Datengrundlage durchführen. Darüber hinaus können im Rahmen festgestellter baulicher Schwachpunkte verschiedene Lösungsmöglichkeiten durch Ausbreitungssimulationen durchgespielt und bewertet werden, so dass die bestmögliche Lösung zum Einsatz kommt.

Die Arbeiten zum Aufbau des MAusKAT Systems werden von einer Kosten- und Bedarfsanalyse zur zivilen Sicherheit und deren gesellschaftlicher Akzeptanz begleitet. Hier wird sowohl die Akzeptanz der Betreibergesellschaften aber auch die der Nutzer untersucht werden, neueste Forschungsergebnisse in der Planung zu integrieren und dafür auch höhere Kosten aufzuwenden.

Abgeschlossene Forschungsprojekte

München (2002) – Im Auftrag der MVG wurden in verschiedenen Bahnhöfen und Tunneln Kurz- und Langzeitmessungen durchgeführt

Zielsetzung:
  • Beschreibung und Bewertung des klimatischen Ist-Zustandes ausgewählter Teilbereiche des Münchener U-Bahn-Systems
  • Erfassung der thermischen Situation und des Strömungsgeschehens bzw. der Austauschverhältnisse an ausgewählten Punkten des Münchener U-Bahn-Systems (die Messungen bezogen sich sowohl auf die Strömungsverhältnisse im eigentlichen Tunnelsystem sowie auf die Austauschsituation in sechs ausgewählten U-Bahn-Stationen)

Washington D.C. (2001 bis 2002) – In Zusammenarbeit mt einem amerikanischen Auftraggeber wurden zahlreiche Kurz- und Langzeitmessungen in verschiedenen Bahnhöfen und Tunneln durchgeführt

Zielsetzung:
  • Nachweis von Luftströmungen innerhalb des Tunnelsystems
  • Untersuchungen zum thermischen Regime in U-Bahn-Stationen und –tunneln
  • Analyse der Strömungsvariabilitäten unter Berücksichtigung der Witterungsgeschichte als auch der aktuellen Außenwitterung sowie der wechselnden Zugfrequenzen
  • Vorbereitung des langfristigen Messprogramms und Festlegung der zukünftigen Standorte
  • Erfassung der Austauschsituation innerhalb der Station sowie zwischen Station und Außenatmosphäre
  • Untersuchungen zum thermischen Regime in U-Bahn-Stationen

Dortmund (seit Februar 2000)

Zielsetzung:
  • Nachweis von Luftströmungen innerhalb des Tunnelsystems
  • Untersuchungen zum thermischen Regime in U-Bahn-Stationen und –tunneln
  • Analyse der Strömungsvariabilitäten unter Berücksichtigung der Witterungsgeschichte als auch der aktuellen Außenwitterung sowie der wechselnden Zugfrequenzen
  • Vergleichende Betrachtung von Strömung und Lufttemperatur zwischen genutzten und ungenutzten Tunnelabschnitten
  • Ermittlung der Austauschbedingungen zwischen Stations- und Außenluft
  • Untersuchung zum Luftdruckregime und dem Zusammenhang zwischen Druckschwankungen in der Außenatmosphäre und Strömungsvariabilitäten im Tunnelsystem
  • Nachweis einer vom Fahrbetrieb unabhängigen Hintergrundströmung während der Betriebszeiten

New York City (1998 bis 2000)

In Kooperation mit dem Hunter College der City University of NYC wurden in den folgenden Bahnhöfen diverse Messungen durchgeführt:

  • Columbus Circle (1998)
  • 68th Street/Hunter College (1998 bis 2000)
  • 9th Street/Lexington Ave. (1998 bis 2000)
Zielsetzung:
  • Nachweis eines vom Zugverkehr unabhängigen Strömungssystems
  • Einfluss von Witterungsereignissen auf das Strömungssystem
  • Untersuchungen zur Strömungssituation sowie der thermischen Verhältnisse an verschiedenen Standorten innerhalb einer Station
  • Erfassung der Austauschsituation innerhalb einer Station sowie zwischen Stations- und Außenatmosphäre.