SIEMENS

Immer wieder passieren Katastrophen, bei denen Menschen panikartig reagieren – im Fußballstadion, bei Bränden auf Flughäfen, in Diskotheken oder Hotels. Wissenschaftler versuchen zu ergründen, ob die Menschen nach bestimmten Mustern handeln und man Gefahren frühzeitig erkennen und gegensteuern kann. Einer von ihnen ist Dr. Wolfram Klein, Forscher bei Siemens Corporate Technology (CT) in München. Der Mathematiker hat mit seinem Team ein Modell entwickelt, mit dem sich das Verhalten von Menschenmengen simulieren lässt. Damit lässt sich vorausberechnen, wann und wo es zu kritischen Situationen kommen könnte.

Die Forscher bilden am Computer nach, wie sich Menschen in großen Ansammlungen mit mehreren zehntausend Personen bewegen. Das Interessante dabei: „Sie verhalten sich ganz ähnlich wie Flüssigkeiten oder Gase“, sagt Klein. Wie Moleküle ziehen sich Personen gegenseitig an oder stoßen sich ab: Familienmitglieder versuchen zusammen zu bleiben, gegenüber Fremden halten sie automatisch Distanz. Bewegen sich Menschen in Gebäuden, werden sie zudem von Wänden oder Hindernissen abgestoßen, bei Verengungen kommt es zu Staus. „Mithilfe von wechselseitig anziehenden und abstoßenden Kräften können wir das Verhalten in mathematischen Gleichungen abbilden und vorausberechnen“, erläutert Klein das Konzept. Sein Computer kann bereits bei der Planung von Gebäuden simulieren, an welchen Stellen es in einem Stadion, Flughafen oder in Messehallen zu gefährlichen Situationen kommen könnte. Durch vergleichsweise einfache Maßnahmen oder eine gute Planung könnten viele Katastrophen verhindert werden, ist sich Klein sicher. „Schon das Aufstellen von sogenannten Wellenbrechern – künstlichen Hindernissen – würde ausreichen, um die Menschenströme frühzeitig zu verteilen“, sagt er.

Um das menschliche Verhalten noch besser abzubilden, hat sein Team das Simulationsmodell immer weiter verfeinert. So berücksichtigt die Software inzwischen mithilfe von statistischen Methoden nicht nur die Auswirkung von Alter oder Fitness der Personen auf deren Gehverhalten, sondern auch die Interaktion in der Gruppe: „Ältere Menschen bewegen sich langsamer. Schulkinder lernen, in der Gruppe immer zu zweit zu gehen“, sagt Klein. Die Münchner Forscher haben zudem die mathematischen Berechnungen deutlich verbessert: Das mache das System so schnell, dass die Personenstrom-Simulation nun auch für Kurzzeitprognosen genutzt werden könne: „Bis zu fünf Minuten im Voraus können wir erkennen, was passieren würde, wenn nicht eingegriffen wird. So können Einsatzleiter durch schnelle Reaktionen wie das Öffnen von zusätzlichen Türen oder mit präziseren Alarmdurchsagen die Situation beeinflussen und Gefahren abwenden.“

Diese Technik der „Crowd Control“ wurde bereits in mehreren Forschungsprojekten erprobt, etwa am Frankfurter Hauptbahnhof. Gefüttert mit Bildern von Überwachungskameras konnte die Software die Entwicklung von Fußgängerströmen voraussagen – Minuten vorher erkannte sie, wo sich Staus bilden würden. Auch rund um das Fußballstadion in Kaiserslautern wurde das Programm erfolgreich eingesetzt. Für Polizei und Feuerwehr ist eine Notfallevakuierung des Betzenbergstadions ein Horrorszenario. Es fasst bis zu 40.000 Menschen, hat aber nur wenige Fluchtwege, die zudem durch umliegende Wohngebiete führen. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojekts REPKA (Regionale Evakuierung, Planung, Kontrolle und Anpassung) hat Kleins Team die Simulationsmodelle so weiter ent- wickelt, dass mit ihnen nun Pläne für eine Massenevakuierung erstellt werden können.

Schnelle Evakuierungen. Diese Erkenntnisse wollen die Forscher künftig auch nutzen, um ihre Kollegen der Siemens-Division Building Technologies zu unterstützen: Im schweizerischen Zug entwickeln die Experten dynamische Brandschutzlösungen für Gebäude – sogenannte Intelligent-Response-Systeme. „Das sind Expertensysteme, die jederzeit angemessen auf Vorfälle oder bedrohliche Situationen reagieren können“, erläutert Christian Frey, verantwortlich für Innovationen in Zug. Um Menschen sicher und schnell aus brennenden Gebäuden zu bringen, reiche die Kennzeichnung von Fluchtwegen mithilfe von grünen Schildern in den Fluren nicht aus, betont er. In öffentlichen Gebäuden, wie Krankenhäusern oder Hotels, seien die meisten Anwesenden nicht mit der Umgebung vertraut. „Bricht Panik aus, ist der nächste Notausgang nicht einfach zu finden“, so der Experte.

Untersuchungen zeigen zudem, dass viele Menschen auf konventionelle Signale wie Hupen oder Sirenen kaum reagieren. Viele vermuten einen Probe- oder Falschalarm – oder wissen nicht, was zu tun ist. Hier könnte die Informationstechnik helfen: Dabei würden etwa Büromitarbeiter über den eigenen PC-Bildschirm automatisch gewarnt und über die aktuelle Situation informiert. Zugleich weisen große elektronische Displays in den Fluren oder das Smartphone den Menschen mit Pfeilen den Weg aus dem Gebäude. Sensoren in Decken und Böden könnten dabei die Personenströme erfassen. Anhand der Daten würde die intelligente Gebäude-Software frühzeitig erkennen, zu welchem Zeitpunkt einzelne Fluchtwege überlastet sind. Sie würde dann die Menschen so verteilen, dass sie auf dem schnellsten und besten Weg ins Freie finden. Die visuellen Systeme würden ergänzt durch Sprachalarme und Massenbenachrichtigung, etwa per SMS. „Klare, leicht verständliche Durchsagen sorgen dann für eine schnelle und geordnete Evakuierung und verhindern so Panik“, erläutert Markus Niederberger von der Geschäftsentwicklung für Intelligent-Response-Systeme die Idee.

App für die Feuerwehr. Diese Systeme könnten darüber hinaus das Gebäudemanagement und herannahende Rettungskräfte unterstützen: „Das Expertensystem wertet die Gebäudedaten aus, empfiehlt Sofortmaßnahmen zur Entschärfung der Lage, generiert dynamisch aktualisierte Anweisungen und unterstützt die Einsatzkräfte bei der Evakuierung und Fluchtweg-Lenkung“, beschreibt Frey das Konzept. In Zukunft könnte das Gebäudemanagementsystem nach einer Branderkennung automatisch mit dem Computersystem der Einsatzleitzentrale der Feuerwehr verknüpft werden, so der Siemens-Entwickler: Rettungs- und Feuerwehrleuten würde dann ein Gebäudeplan auf ihr Smartphone übertragen, auf dem sie in Echtzeit sehen, wo sich der Brandherd befindet und wie sich das Feuer ausbreitet. Und die intelligenten Anwesenheitssensoren markieren, wo sich noch Menschen im Gebäude befinden.

Zusammen mit anderen Firmen und Instituten arbeiten die Siemens-Forscher im EU-Projekt DESSiRE (Designing safe, secure and resilient large building complexes) an der Entwicklung dieser Technologien. Dabei übernehmen die Simulationsexperten von Siemens in München eine weitere Rolle: Sie haben eine Methode entwickelt, mit der sie die Ausbreitung von Feuer in unterschiedlichen Gebäudearten voraussagen können. „Wir können ein virtuelles Feuer legen, um zu sehen, welchen Einfluss es auf das Gebäude hat“, bringt es Wolfram Klein auf den Punkt. Die Forscher simulieren Feuer in unterschiedlichen Umgebungen und mit verschiedensten Raumausstattungen – beispielsweise mit und ohne Möbel, schwer oder leicht zu entflammen. Die Auswahl des entsprechenden Szenarios hilft dann im Ernstfall den Einsatzleitern vor Ort, die Ausbreitung des Feuers besser einzuschätzen sowie schneller und gezielter zu agieren.

Bis diese Intelligent-Response-Systeme zusammen mit der intelligenten Gebäudesteuerung zu einem übergreifenden Expertensystem verschmolzen sind, werde es zwar noch eine ganze Zeit dauern, sagt Klein: „Doch in der Zwischenzeit können unsere Simulationen dazu beitragen, Rettungskräfte besser auszubilden und auf einen Ernstfall vorzubereiten – und dadurch vielleicht so manches Leben zu retten.“