Deutsch

Risikoanalysen für Straßentunnel müssen eine immer größere Komplexität in Brandszenarien berücksichtigen, beispielsweise verursacht durch neue Energieträger. Dabei hängt die Komplexität von Szenarien mit einer Vielzahl von Interaktionen zwischen den Tunnelnutzern, der Brandquelle und den Sicherheitsmaßnahmen zusammen. Zum Beispiel werden Tunnelnutzer entweder direkt durch Rauch oder durch die Brandmeldeanlage alarmiert. Um die Interaktionen bei der Berechnung der Konsequenzen, wie z.B. getötete Personen, zu berücksichtigen, benötigen Risikoanalysen komplexe Modelle. Allerdings können komplexe Modelle wegen ihres hohen Zeitaufwandes nur wenige diskrete Szenarien simulieren, wohingegen Risikoanalysen auf Konsequenzen einer Vielzahl von Zufallsszenarien basieren. Als Lösung dieses Widerspruchs kommen Metamodelle in Betracht. Sie können die Konsequenzen von vielen Zufallsszenarien innerhalb kurzer Zeit näherungsweise berechnen und verwenden dafür die Konsequenzen von wenigen mit dem komplexen Modell simulierten diskreten Szenarien. Die Effizienz von Metamodellen hängt dabei mit der nötigen Anzahl von diskreten Szenarien zusammen. Demnach wird in dieser Dissertation ein effizientes Metamodell in eine selbst erstellte Methodik zur Risikoanalyse für Straßentunnel integriert, um damit eine höhere Komplexität der Szenarien einbeziehen zu können. Das Metamodell setzt sich aus folgenden Methoden und Modellen zusammen: die ’projection array-based design’-Methode definiert den Simulationsplan für die diskreten Szenarien; eine Kombination aus dem Brandmodell FDS und dem mikroskopischen Evakuierungsmodell FDS+Evac bildet das komplexe Modell; und ’moving least squares’ dient zur Erstellung des Antwortflächenmodells. Das Antwortflächenmodell berechnet näherungsweise die Konsequenzen der Zufallsszenarien und erzeugt dadurch eine Unsicherheit, die Metamodellunsicherheit. Sie wird mit der ’prediction interval’-Methode bestimmt. Zusätzlich verursachen individuelle Eigenschaften der Tunnelnutzer in den mit FDS+Evac simulierten diskreten Szenarien Evakuierungsunsicherheiten in den Konsequenzen. Ein in der Dissertation neu entwickelter Ansatz, der ’direkte Ansatz’, überträgt die Evakuierungsunsicherheit der diskreten Szenarien unmittelbar auf die Zufallsszenarien. Die Untersuchung des Metamodells in der Dissertation führte zu folgenden Ergebnissen. Erstens, das Antwortflächenmodell bildet die Konsequenzen der diskreten Szenarien ausreichend genau ab. Zweitens, dazu trägt die Metamodellunsicherheit wesentlich bei. Allerdings zeigt die ’prediction-interval’-Methode einen Nachteil für die Risikoanalyse. Zur Lösung dieses Nachteils werden potentielle Ansätze diskutiert. Und drittens, der direkte Ansatz gibt die Evakuierungsunsicherheiten des komplexen Modells wieder, welche dann die Konsequenzen der Zufallsszenarien deutlich beeinflussen. Aus diesem Grund ist die Evakuierungsunsicherheit für die Risikoanalyse wichtig. Zusätzlich wurde die ’projection array-based design’-Methode in dieser Dissertation mit zwei Ansätzen angepasst: der Verknüpfung beider Simulationspläne für FDS und FDS+Evac sowie deren schrittweisen Verfeinerung. Die Effizienz des Metamodels wird durch beide Ansätze erhöht. Diese Ergebnisse führen zu folgenden Schlussfolgerungen: erstens, das Metamodell integriert die Konsequenzen der diskreten Szenarien auf eine effiziente Weise in die Risikoanalyse und ermöglicht dadurch die Berücksichtigung einer höheren Komplexität; und zweitens, das Metamodell stellt einen Fortschritt für Risikoanalysen nicht nur für Straßentunnel sondern auch allgemein im Brandingenieurwesen dar. Aus diesen beiden Gründen kann das Metamodell für andere Methodiken zur Risikoanalyse interessant sein. Zudem ist das Metamodell flexibel auf andere Problemstellungen außerhalb der Risikoanalyse anwendbar, wie z.B. der Bewertung der Bauwerkssicherheit, welche von zeitaufwändigen Untersuchung und mehreren Variablen abhängt.

English