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8. DMT- Fachtagung Sicherheit in Tunnelanlagen

Quantifiziert? –Risikoanalyse für Straßentunnel

Dr. Dieter Tetzner

DMT GmbH & Co. KG


� Forderungen im Regelwerk

� Grobanalyse von Tunnelbrandereignissen

� Methodik für quantitative Risikoanalysen

� Modelle

� Eingabedaten

� Risikobewertung

� Schlussfolgerungen

Inhalt


Risikoanalysen nach RABT 2006 [1]

Durchführung von Risikoanalysen zur Sicherheitsbewertung bei:

� Tunneln mit besonderer Charakteristik ab 400 m Länge

(Abs. 0.4 und 0.5)

� baulichen Anforderungen mit unverhältnismäßig hohen Kosten (Bestand)

(Abs. 0.5)

� Längsneigung > 3 %

(Abs. 2.2)

� Festlegung Bemessungsbrandleistung bei ≥ 6.000 Lkw x km / Tag und Röhre

(Abs. 4.2.3)

� Festlegung der Lüftungsart bei Tunneln zwischen 600 m und 1200 m

(Abs. 4.3.3)

� Gefahrguttransport

(Abs. 9)


Parameter, die die Sicherheit beeinflussen [1]

� Tunnellänge

� Anzahl der Tunnelröhren

� Anzahl der Fahrstreifen

� Fahrstreifenbreite

� Querschnittsgeometrie

� Unterirdische Zu- und Abfahrten

� Trassierung

� Bauart

� Richtungs- oder Gegenverkehr

� Verkehrsaufkommen (einschließlich der zeitlichen Verteilung)

� Gefahr täglicher und saisonaler Staubildung

� Zugriffszeit der Einsatzdienste

� Anteil des Lkw-Verkehrs

� Vorkommen, Anteil und Art des Gefahrgutverkehrs

� Merkmale der Zufahrtsstraßen

� Geschwindigkeitsbezogene Aspekte

� Geografische und meteorologische Verhältnisse

Besonderheiten ?

Maßnahmen nach RABT

Risiko-analyse


Risikoanalysen zum Gefahrguttransport [2]

Verfahren zur Kategorisierung von

Straßentunneln gemäß ADR 2007 auf

Grundlage des Schlussberichtes (Oktober

2009) zum Forschungsvorhaben FE

03.0437/2007/FRB - FE 86.0050/2008


Festlegung des Tiefgangs von Risikoanalysen nach

RABT [3]

� Entscheidung über die Durchführung qualitativer bzw. quantitativer Risikoanalysen/

Sicherheitsbewertungen

� Auf Basis der Risikokenngrößen KKollision und KBrand

� Tunnel mit besonderer Charakteristik:

� K > 1 � Quantitative Risikoanalyse

� 1 > K > 0,7 � Qualitative Risikoanalyse

� K < 0,7 � Keine weiteren Untersuchungen erforderlich


Einflussfaktoren auf die Risikokenngrößen

KKollision und Kbrand [3]

Risikokenngröße KKollision

� Betriebsart (Richtungs-/Gegenverkehr)

� Tunnellänge

� Verkehrsaufkommen

� Einfluss von Zu- und Abfahrten

� Anteil Schwerverkehr

� Stauanteil

Risikokenngröße KBrand

� Betriebsart (Richtungs-/Gegenverkehr)

� Tunnellänge

� Verkehrsaufkommen

� Einfluss von Zu- und Abfahrten

� Anteil Schwerverkehr

� Stauanteil

� Längsneigung

� Lüftungssystem

� Abstand der Notausgänge


Sicherheitsbetrachtung – Vorgehensweise [4]


Tunnelbrandereignisse –

„Fehler“-Analyse

Tunnel Jahr Länge

(m)

Detektion Warnung Notaus-

gänge

Lüftung Notfallma-

nagement

Verhalten

Tunnel-

nutzer

Mont

Blanc

1999 11600 o - - - - -

Tauern 1999 6400 o - - o o -

Gotthard 2001 16920 + + + o o -

Gleinalm 2001 8320 + o - + o o

Viamala 2006 760 o - - o o -

+ positivO normal- negativ


Tunnelbrandereignisse –

Fehleranalyse

� Detektion - teilweise verzögert bzw. „unkonkret“ (Lage des Brandherdes)

� Warnung/ Information der Tunnelnutzer - fehlt häufig bzw. erfolgt verspätet

� Notausgänge

� Nicht vorhanden � lange Fluchtwege

� Unzureichende Kennzeichnung bzw. Wahrnehmung

� Lüftung – unzureichende Entrauchung � Sichtbehinderung, Orientierungsverlust

� Notfallmanagement

� Tunnelsperrung – teilweise spät und meist nicht „wirkungsvoll“

� Aktivierung von Sicherheitssystemen – teilweise unkoordiniert

� Tunnelnutzer

� Unterschiedliche Wahrnehmung von Gefahren

� Unterschiedliche Reaktion (Zeit, Aktionen)

� Unterschiedliche Fluchtgeschwindigkeiten (Alter, Konstitution, ...)


Auswirkungen hinsichtlich des Personenschutzes

Detektion

Warnung (keine)

Selbstrettung - Reaktion

Selbstrettung - Flucht

Zeit

Kritisches Szenarium

Optimales Szenarium

Detektion

Warnung

Selbstrettung - Reaktion

Selbstrettung - Flucht

Zeit


Quantitative Risikoanalyse [4]

Ereignisbaum-Analyse

� Ausgangspunkt ist ein Initialereignis

(Unfall, Brand,...)

� Mögliche Folgeereignisse werden

hinsichtlich der Auftretenshäufigkeit und

der resultierenden Konsequenzen

ermittelt (Vorwärtslogik)

� Folgen werden schrittweise bis zu einem

Endzustand betrachtet

� In komplexen Systemen können sehr

große Bäume entstehen



Ereignisbaum - Brand

� Initialereignis Brand (Häufigkeit: 3 pro 109 Fahrzeug-km)

� Ereignisort (Portalbereich, Tunnelinnenstrecke)

� Verkehrszustand (fließender Verkehr, Stau)

� Wirkung Branddetektion/Brandlüftung (Ausfallwahrscheinlichkeit)

� Brandleistung (5 / 30 / 50 / 100 MW)

� Verteilung Schadensausmaß (unter Berücksichtigung organisatorischer, technischer

und baulicher Maßnahmen)

� Schadensausmaßklasse (Klassifizierung nach Anzahl Todesopfer)

� Häufigkeit pro Jahr (Multiplikation der Häufigkeit des Initialereignisses mit den

bedingten Wahrscheinlichkeiten entlang des Weges im Ereignisbaum)

� Zahlreiche Vereinfachungen



Ereignisdarstellung

� Häufigkeits-Ausmaß-Diagramm � Schadenserwartungswert,

z.B. Tote pro Jahr

� Ermittelt durch Integration der Fläche im

Häufigkeits-Ausmaß-Diagramm

� Risiko = Σ (Häufigkeit Initialereignis x

bedingte Wahrscheinlichkeit x

Schadensausmaß)



Bayessches Netz

� Kombination von Graphentheorie und

Wahrscheinlichkeitstheorie [6]

� Gerichteter azyklischer Graph, in dem

die Knoten Zufallsvariablen und die

Pfeile bedingte Abhängigkeiten

zwischen den Variablen beschreiben

� Für Knoten müssen Wahrscheinlich-

keiten definiert bzw. spezifiziert werden

� Gemeinsame Wahrscheinlichkeitsver-

teilung aller beteiligten Variablen kann

unter Ausnutzung bekannter bedingter

Unabhängigkeiten kompakt dargestellt

werden


Bayessches Netz

Beispiel [6]

Wetter Mittagessen

Stimmung

Sonne Regen

0,40 0,60

genießbar ungenießbar

0,90 0,10

Gut Schlecht

Sonne, genießbar 0,95 0,05

Sonne, ungenießbar 0,70 0,30

Regen, genießbar 0,75 0,25

Regen, ungenießbar 0,10 0,90


Bayessches Netz - für Tunnelunfälle und -brände [7]

O – Sichtbare Eingabeparameter

I – Logische Zwischenknoten

R – Konsequenzen/ Ergebnisse

G – Nicht direkt sichtbare

Eingabeparameter


Risikoanalyse –

Eingabedaten [4,8]

� „Allgemeine“ Brandrate – 3 pro 109 Fahrzeug-km [4]

� Beginn der Evakuierung und Einleiten der Tunnelsperrung – 1 min nach Brandbeginn

� Brandverlauf – Vollbrand innerhalb 1 min

?


Risikobewertung –

Maßstäbe

� Fehler bzw. Unsicherheiten bei den

Eingabedaten „gleichen sich aus“RA

BT

-Tu

nn

el

Ist-

Tu

nn

el

So

ll-T

un

ne

l

Zusätzliche

Maßnahmen

Grenzrisiko


Risikobewertung Gefahrgut –

Maßstäbe

Stufe 1b Stufe 2a/2b

� Fehler bzw. Unsicherheiten bei den Eingabedaten haben direkte Auswirkung auf das

Ergebnis.


„Normierte“ vs. „risikobasierte“ Sicherheit [9]


Risikobasierte“ Sicherheit –

Konsequenzen

� Grenzrisiko !?

� Grenzrisiko „Gefahrgut“ übertragbar auf

alle Szenarien ?

� Extrapolation der Kurve auf Intervall

1...10 Tote ?

� Neuer Maßstab ?

RA

BT

-Tu

nn

el

Ist-

/Pla

n-T

un

nel

So

ll-T

un

ne

l

Zusätzliche

Maßnahmen

Vergleichsmaßstab ?


Risikobewertung –

Grenzrisiko [10]

Italien

(pro Jahr)

Deutschland

Schweiz


Schlussfolgerungen

� Verbesserung der Datenbasis für Eingabedaten

� Realistische Abbildung der betrachteten Szenarien

� Modell soll/muss sowohl den Einfluss der risikoerhöhenden Faktoren als auch der

Risikoreduzierung der relevanten Sicherheitsmaßnahmen berücksichtigen

� Ziel und Methodik sollten aufeinander abgestimmt werden

� Ein generelles Grenzrisiko sollte festgelegt werden


Ihr Ansprechpartner für Tunnelsicherheit

Dr.-Ing. Dieter Tetzner

DMT GmbH & Co. KG

Geschäftsfeld Gebäude Sicherheit

Geschwister-Scholl-Str. 21

04205 Leipzig

Tel. 0341/ 3331-514

Fax 0341/ 3331-420

Mobil 0170/ 45 700 54

E-Mail [email protected]

www.tunnelsicherheit.com

www.dmt.de


1. Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT),

Ausgabe 2006

2. Verfahren zur Kategorisierung von Straßentunneln gemäß ADR 2007,

Schlussbericht zum Forschungsvorhaben FE 03.0437/2007/FRB - FE

86.0050/2008, BASt, Oktober 2009

3. Leitfaden für Sicherheitsbewertungen von Straßentunneln gemäß (RABT

2006 (Abschnitt 0.5), BMVBS/BASt, 2008

4. Bewertung der Sicherheit von Straßentunneln, BASt-Bericht B66, 2006

5. Leitfaden zur Erstellung einer Sicherheitsdokumentation gemäß RABT 2006.

FE 15.432/2006/EG, BMVBS/BASt, 2009

6. Wikipedia

7. Developement of a best practice methodology for risk assessment in road

tunnels. ASTRA/NPRA, 2011

Literatur


8. Neumann/Sistenich: Results of a comparative application of QRA

methodology for road tunnels in Germany. 6th International Conference

Traffic and safety in road tunnels; Hamburg, 2011

9. Heimbecher, F.: Sicherheit bei Straßentunneln – normenbasierte Sicherheit

versus risikobasierte Sicherheit?. Vortrag Netzwerktreffen Siu-x, November

2011

10.Zulauf, Ch.: Risk evaluation for road tunnels. 6th International Conference

Tunnel safety and ventilation, Graz, 2012

Literatur

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