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Evakuierungsforschung: Raus, raus, raus!

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Es brennt im Flur, Panik bricht aus. Wie schnell Menschen ein Gebäude im Notfall verlassen können, hängt von den Fluchtwegen ab. Berliner Mathematiker finden selbst für unübersichtliche Bürogiganten den bestmöglichen Evakuierungsplan - und können so helfen, Leben zu retten.

Was Martin Skutella am Computer nachspielt, kennen die meisten Menschen nur aus dem Kino. Plötzlich kracht ein Flugzeug oder ein Lkw in ein Gebäude, in dem sich Hunderte Menschen tummeln. Panik bricht aus, Menschen rennen schreiend durcheinander, an den Notausgängen wird es eng. Manche finden den Weg dorthin nicht mehr rechtzeitig.

Skutella, Mathematikprofessor an der TU Berlin, erforscht die Evakuierung von Schiffen, Hochhäusern oder Flugzeugen. Sein Ziel: die Räumung in kürzestmöglicher Zeit. "Wir modellieren das Gebäude zunächst als Netzwerk", erklärt Skutella. Jede Tür, jeder Gang, jedes Treppenhaus taucht darin auf. Die Evakuierung ist dann nichts anderes als ein Fluss von Menschen, den es zu berechnen gilt.

Die Aufgabe, die per Computer-Software gelöst wird, ist hochkomplex. Hunderte Menschen müssen berücksichtigt werden, für jeden einzelnen kommen in der Regel mehrere Fluchtwege in Frage. "Es geht hier darum, aus einer sehr großen Menge möglicher Lösungen die bestmögliche zu finden", sagt Skutella im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Dazu müsse man intelligent suchen. "Dies übernimmt unser Algorithmus und findet so stets die optimale Lösung."

In einem Test haben Skutella und seine Kollegen bereits das Audimax der TU Dortmund geräumt - erst am Computer und danach in der Realität. In dem 723 Quadratmeter großen Saal mit vier Ausgängen befanden sich 325 Studenten und ein Dozent. Sie benötigten in einer Testevakuierung 103 Sekunden, um den Saal zu verlassen. "Unsere Berechnungen zeigen, dass es 10 bis 20 Sekunden schneller geht", meint Skutella.

Er glaubt auch zu wissen, warum die Studenten nicht ganz so schnell waren wie theoretisch möglich. Viele hätten im Test die oberen Ausgänge bevorzugt, da sie direkt zur Mensa führen. "Der Test fand vor der Mittagspause statt", sagt der Mathematiker.

Das Dortmunder Informatikgebäude ist im Vergleich zum Audimax komplizierter. Es hat inklusive Keller fünf Stockwerke, mehr als 80 Räume, einen größeren Hörsaal und fünf Ausgänge. Nach den Berechnungen der Mathematiker dauert die Evakuierung des Gebäudes mit 666 Personen, davon 160 im Hörsaal, eine Minute und 50 Sekunden.

Verkürzt eine zusätzliche Tür die Wege?

Wie realistisch sind aber die Berechnungen? Skutella räumt ein, dass etwa eine Panik oder Verletzte, die nur noch langsam gehen können, vom Algorithmus nur bedingt berücksichtigt werden können. "Unser Ziel ist keine Simulation chaotischen Verhaltens", sagt er. "Wir suchen die optimale Lösung, um die Notausgangsschilder so aufzuhängen, dass die Menschen so schnell wie möglich aus dem Gebäude kommen." Letztlich gehe es um die Frage, wie schnell ein Gebäude überhaupt geräumt werden könne. Das kann auch bei der Planung von Häusern helfen: Verkürzen zusätzliche Türen oder Gänge die Evakuierungszeit?

Die Methode, mit der Skutellas Team arbeitet, stammt aus der sogenannten Netzwerkflusstheorie, ein Teilgebiet der kombinatorischen Optimierung. "Der Algorithmus fängt bei null an, wenn alle Personen im Haus verteilt sind", erklärt der Forscher. "Von da an wird Schritt für Schritt die optimale Lösung berechnet." Der Algorithmus schließt bestimmte Varianten, die nicht sinnvoll sind, von Vornherein aus.

"Man kann die Lösung zurückführen auf die Berechnung kürzester Wege", sagt Skutella. Die erste Person, die das Gebäude verlässt, sollte dies auf dem kürzestmöglichen Weg tun. Dies gelte auch für die zweite und dritte Person, nur dass man bei ihnen noch mitberücksichtigen müsse, welchen Weg der oder die Vorgänger genommen haben. Schließlich könnte es am Ausgang irgendwann auch zu eng werden.

Evakuierungsforscher arbeiten bislang meist nach dem Prinzip von Versuch und Irrtum: Sie simulieren das Verhalten der Menschen unter gewissen Vorgaben. Skutellas Team am Berliner DFG-Forschungszentrum Matheon konzentriert sich dagegen allein auf die bestmögliche Lösung. Der Algorithmus kann nach Skutellas Angaben problemlos an individuelle Gegebenheiten angepasst werden - egal, ob es sich dabei um eine Stadt, ein großes Gebäude, Schiffe oder Flugzeuge handelt. Der Ernstfall könne so exakt vorherberechnet werden, so dass die Katastrophenhelfer genau wüssten, wohin sie Fluchtströme leiten müssen.

33 Verletzte bei Testevakuierung

Der erste Einsatz im Auftrag eines Architekten oder Reeders steht noch aus, bislang haben die Forscher ihre Software nur an wenigen Objekten getestet. "Die Arbeiten sind aber schon so ausgereift, dass wir unsere Algorithmen in der Praxis umsetzen und anwenden könnten", sagt Skutella. Das sei etwa in Städten denkbar, aus denen wegen eines anrollenden Tsunamis Menschen so schnell wie möglich herausgeschafft werden müssen.

Dass bei einer Räumung jede Sekunde zählt, zeigt das Beispiel Luftfahrt. Neue Flugzeuge wie der Airbus A380 müssen einen Evakuierungstest bestehen, damit sie für den Flugbetrieb überhaupt zugelassen werden. "Den A380 haben wir auch durchgerechnet", sagt Skutella. Die Situation in dem Riesenjet sei mit der Evakuierung eines großen Gebäudes allerdings kaum zu vergleichen. Es gehe beim A380 in erster Linie darum, den Durchsatz an den Türen aufrechtzuerhalten. "Die Türen sind der Flaschenhals. Was im Flugzeuginnern passiert, ist weniger wichtig."

Die Testevakuierung des A380 im März 2006 war übrigens ein Erfolg. 80 Sekunden brauchten die 873 Probanden, um den Jet zu verlassen - zehn Sekunden schneller als gefordert. Ganz reibungslos lief der Test allerdings nicht ab: Ein Mann brach sich ein Bein, zudem gab es 32 Leichtverletzte.

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