Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den ...ifev.rz.tu-bs.de/SiT_SafetyinTransportation/SiT_10/Slovak_freigegebe… · RiAB = R iNG1 +R iNG2 +R iBf1 +R iBf2 +R

Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den

1Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr

öffentlichen Verkehr

R. Slovak, S. Schönherr, Bundesamt für Verkehr, Sicherheitsrisiko Management

02.11.2010, SiT Workshop, TU Braunschweig

Inhalt

• Problemdefinition

• Interpretation der EN 50 126 zu MEM

• Aussetzungsdauerbasiertes individuelles Risiko


• Aussetzungsdauerbasiertes individuelles Risiko

• Problem praktischer Anwendung

• Schlussfolgerungen

Individuelles und kollektives Risiko

• Kollektives Risiko: erwartete Anzahl an Todesopfern innerhalb eines festgelegten Zeitraums aus dem Blickwinkel der gesamten Gesellschaft oder

• Individuelles Risiko: das persönliche Risiko eines


• Individuelles Risiko: das persönliche Risiko eines Individuums, das dem Betrieb des Systems Eisenbahn ausgesetzt ist.

Vorgehen bei der Risikobewertungder SBB und des BAV

Start

ri < ri;zul ?

Massnahmen zwingend

2. Stufe:kollektives Risiko Rk

Massnahmen prüfen; K, N

1. Stufe:individuelles Risiko ri

„MEM“-Prinzip

„ALARP“ -Prinzip

nein

ja

K = KostenN = Nutzen


Fertig

Massnah-men mit günstigem

K/N ?

K, N

Massnahme(n) umsetzen

keine Massnahmen

„ALARP“ -Prinzip

Aversion berücksichtigennein

ja

Primäre Anwendung:- Plangenehmigungsverfahren der Sicherungsanlagen (SBB) - ähnlich: Beurteilung der Naturgefahren (BAFU)

Quelle: H. Schlatter, SBB

Grundproblemdefinition: Kumulierung individueller Risiken im Bahnverkehr

R

Bahnhof BRiBf2


RiNG1

Naturgefahr 1

RiNG2

Naturgefahr 2Bauwerk 1

RiBw1

Risikoakzeptanz nach dem MEM-Prinzip: Riakz= 1⋅10-5 T/P/J

Bahnhof ARiBf1

GrundproblemdefinitionAkzeptanz individueller Risiken

Individuelles Risiko zwischen Bahnhöfen A und B

RiAB = RiNG1+RiNG2+RiBf1+RiBf2+RiSt1


Resultierendes individuelles Risiko im „Worst Case“:

RiAB = 5⋅Riakz Weiterhin akzeptabel?

Anwendung am Beispiel Betriebstelle

Risikoanalyse Betriebsstelle:112 Züge/Tag mit durchschnittlich 200 Reisenden/Zug


Risikoeinflussfaktoren:- Funktionsumfang der Sicherungsanlage- Verhalten des Rangierpersonals

Ausgewertetes kollektives Risiko- 0,00084 Tote/Jahr

Berechnung des individuellen Risikos (nutzungshäufigkeitsbasiert)

wobei

RindividuellN – das nutzungshäufigkeitsbasierte individuelle Risiko einer Einzelpersonpro Jahr [Tote/Person/Jahr]

Rkollektiv – das kollektive Risiko einer Nutzergruppe pro Jahr [Tote/Jahr]

NPersonen – Anzahl der Personen des untersuchten Systems pro Jahr [Personen/Jahr]

NutzungenPersonen

kollektivlNindividuel N

N

RR =


NPersonen – Anzahl der Personen des untersuchten Systems pro Jahr [Personen/Jahr]

NNutzungen – Anzahl der jährlichen Nutzungen des untersuchten Systemsdurch eine Einzelperson [Nutzungen/Jahr]

JahrPersonToteR lNindividuel //101,5500365200112

00084.0 8−⋅=⋅⋅⋅

=

Anwendung am Beispiel Betriebsstelle:

<< R1 = 1⋅10-5 (MEMCENELEC)

EN 50 126Minimale Endogene Mortalität (MEM)1. Der Tod ergibt sich aus vielen verschiedenen Ursachen. Eine dieser

Ursachengruppe wird „Technologische Tatsachen“ genannt, z. B.:

• Unterhaltung und Sport (Surfen, Extremsport usw.);• Heimwerker-Aktivitäten (Rasenmähen usw.);• Arbeitsmaschinen;• Verkehr.

• Die folgenden werden nicht eingeschlossen:


• Die folgenden werden nicht eingeschlossen:• Tod durch Krankheit;

• Tod durch angeborene Missbildung.• Diese Gruppe hat einen bestimmten Prozentsatz von Toten pro Jahr

zur Folge, der unterschiedlich ist je nach Alter der betrachteten Bevölkerungsgruppe. Dieses Risiko wird als „Endogene Sterblichkeit R“ bezeichnet.

EN 50 126Minimale Endogene Mortalität (MEM)2. In wirtschaftlich gut entwickelten Ländern ist R für die Gruppe der

5- bis 15jährigen am niedrigsten. Die unterste Stufe der endogenen Sterblichkeit, bekannt als „Minimale endogene Sterblichkeit“, bezeichnet als „Rm“, wurde bestimmt als

• Rm = 2 x 10–4 Todesfälle/Person x Jahr


3. Aus dem obigen wird folgende Regel gebildet: „Gefahren, die auf ein neues Verkehrssystem zurückzuführen sind, werden keine nennenswerte Erhöhung der Zahl Rm verursachen.“ In der Praxis können folgende Werte angewendet werden:

• R1 ≤ 10–5 Todesfälle/Person x Jahr• R2 ≤ 10–4 Schwerverletzte/Person x Jahr

• R3 ≤ 10–3 Leichtverletzte/Person x Jahr

EN 50 126Minimale Endogene Mortalität (MEM)

1⋅10-5MEMCENELEC

Aversion


Interpretation der EN 50 126: Akzeptierbares individuelles Risiko pro Aussetzungsdauer

Risikowirkung 1 Jahr

Akzeptiert: 1x10-5 T/P/JSystem 1

Risikowirkung 1/2 JahrSystem 2+3 Risikowirkung 1/2 Jahr

Risikowirkung 1 Jahr

Statistik: 2⋅10-4 T/P/JMEM


Akzeptiert: 5⋅10-6 T/P/J/2System 2+3

Akzeptiert: 5⋅10-6 T/P/J/2

Aussetzungsdauer Akzeptierbares individuelles Risiko der Tötung pro Person

MEM 1 Jahr 2.00E-04

MEM CENELEC 1 Jahr 1.00E-05

MEM CENELEC 0.5 Jahre 5.00E-06

MEM CENELEC 1 Monat 8.33E-07

MEM CENELEC 1 Tag 2.74E-08

MEM CENELEC 1 Stunde 1.14E-09

MEM CENELEC 1 Minute 1.90E-11

Definition aussetzungsdauerbasiertes individuelles Risiko

wobei

• RindividuellT – aussetzungsdauerbasiertes, auf ein Jahr hochgerechnetes,individuelles Risiko (eingeprägtes individuelles Risiko des Systems) [Tote/Person/Jahr]

iAussetzungiPersoneni

kollektivlTindividuel TN

RR

,,∑=


Systems) [Tote/Person/Jahr]

• Rkollektiv – das kollektive Risiko einer Nutzergruppe pro Jahr [Tote/Jahr]

• TAussetzung – Dauer einer Risikoaussetzung [Jahr/Aussetzung]

• NPersonen – Anzahl der Personenaussetzungen der Nutzergruppe des untersuchten Systems [Personen⋅Aussetzungen/Jahr]

Anwendung am Beispiel Betriebsstelle

Risiko-aussetzungs-

Anfang Risikoaussetzung


aussetzungs-dauer:

≈ 1 min/FahrtEnde Risikoaussetzung

Beispiel der Berechnung des aussetzungs-dauerbasierten individuellen Risikos

• Kollektives Risiko: 0,00084 Tote/Jahr

• Angenommene betriebliche Parameter• Fernverkehr 112 Züge/Tag, Reisende 200 Personen/Zug⇒ Personenaussetzungen: NPers=8‘176‘000 Personen/Jahr

• Aussetzungsdauer


• Risikoaussetzungsdauer eines Reisenden pro Fahrt: 1min/FahrtTAussetzung=1 min= 1,9⋅10-6 Jahre

⇒ Kumulierte Risikoaussetzungsdauer: NPersonen·TAussetzung=15,56 Personen·Jahre/Jahr

Individuelles aussetzungsdauerbasiertes Risiko:

JahrPersonToteTN

RR

AussetzungPersonen

kollektivlTindividuel //104,5

56,15

00084,0 5−⋅===>> 5,1⋅10-8 Tote/Person/Jahr

Individuelles endogenes Risiko innerhalb der Lebenszeit nach EN 50 126 (MEM)

1

p

MEM MEM/20


Lebenszeit1Jahr

2 E-4

2Jahre

4 E-4

MEM MEM/20

Quelle: S. Wegele, TU Braunschweig

Vergleich der Ansätze der Auswertungdes individuellen Risikos

Kum

ulie

rtes

in

d. R

isik

o

R

1⋅10-5


Zeit1 Jahr

Kum

ulie

rtes

in

d. R

isik

o

RindividuellN

RindividuellT

tAussetzungtAussetzung tAussetzung

Vergleich der Ansätze der Auswertungdes individuellen Risikos

Kum

ulie

rtes

in

d. R

isik

oRindividuellNX +RindividuellN

RindividuellNX

1⋅10-5


1 Jahr

α

Kum

ulie

rtes

in

d. R

isik

o


β1

β2

RindividuellN


RindividuellNX

Akzeptanz des aussetzungsdauerbasierten individuellen Risikos

Kum

ulie

rtes

in

d. R

isik

o

RindividuellNX

Ind. Risiko ist sicher kleiner als Akzeptanzgrenze MEMCENELEC wenn

ß ≤ α

1⋅10-5


Zeit

1 Jahr

α

Kum

ulie

rtes

in

d. R

isik

o


RindividuellNX

β1

β2

RindividuellN


ß ≤ α

Vorteile des Ansatzes

• Bewertung des aussetzungsbasierten individuellen Risikos garantiert die Einhaltung des Grenzwertes unabhängig von:• Nutzungsverhalten des Individuums (z.B. Häufigkeit der

Benutzung eines Verkehrssystems) • Anzahl der Risiken die auf das Individuum wirken (deren

Zulässigkeit mit dem gleichen Ansatz bewertet wurde)


• Ermöglicht einen Vergleich von verschiedenen Verkehrsystemen ohne deren Häufigkeit der Nutzung durch die Individuen berücksichtigen zu müssen

• Ermöglicht ein sicheres Entscheiden auf der Ebene einer Sicherheitsaufsichtsbehörde bei Beurteilung der Risiken von Teilsystemen

Verlauf des individuellen Risikos im Eisenbahnverkehr

Kum

ulie

rtes

Ind.

Ris

iko

1⋅10-5

ß ≥ αRisiko wirklich nicht

akzeptabel?


Zeit 1 Jahr

Kum

ulie

rtes

Ind.

Ris

iko

tAussetzungtAussetzung1

tAussetzung2

α

β

akzeptabel?

Nachteile des Ansatzes

• Ansatz funktioniert gut bei langen und mittelfristigen Risikoaussetzungsdauern (> 1Std)

• Für sehr kurze Risikoaussetzungsdauer (< 1Std) können sich sehr hohe Sicherheitsanforderungen ergeben


sich sehr hohe Sicherheitsanforderungen ergeben (oder technische Lösungen mit sehr ungünstigem Kosten/Nutzen-Verhältnis)

Lösung: Mittleres individuelles Risiko des Verkehrsystems

• Lösungsansatz basiert auf der Annahme, dass ein Individuum ausserhalb der betrachteten Risikoaussetzungsdauer einem statistischen mittleren Nutzungsrisiko des Verkehrsystems ausgesetzt ist


• Ergebnis: kurzfristige erhöhte Risiken innerhalb einer Nutzung des Verkehrsystems werden gemittelt

• Basis ist Kenntnis des mittleren statistischen aussetzungsdauerbasierten individuellen Risikos des Verkehrssystems und der entsprechenden Risikoaussetzungsdauer

Mittleres statistisches aussetzungs-dauerbasiertes individuelles Risiko in der Eisenbahn der Schweiz

Aussetzungsdauer Bahn CH:• Durchschnittliche Wegezeit Bahn pro Kopf in der Schweiz: 7,2 [min/Tag]

(Tagesmobilität der Schweiz 2005)

• Population Schweiz: 7,46 ⋅106 Einwohner (2007, BfS)

• Gesamt Wegezeit Bahn in der Schweiz:5,37 ⋅107 [min/Tag] = 1,96 ⋅1010 [min/Jahr] = 3,7⋅104 [PersonenJahre/Jahr]


5,37 ⋅107 [min/Tag] = 1,96 ⋅1010 [min/Jahr] = 3,7⋅104 [PersonenJahre/Jahr]

Plausibilisierung:• Anzahl der bahnfahrenden Personen pro Jahr (mindestens einmal)

1,0 ⋅106 Einwohner (Schätzung SBB)

• Wegezeit eines Bahnfahrenden: 53,7 [min/Tag]

• Dauer einer mittleren Fahrt (Annahme 2 Fahrten/Tag): 26,85 min

Mittleres statistisches aussetzungsdauerbasiertes individuelles Risiko in der Eisenbahn der Schweiz (Systemrisiko)

• Kollektives Risiko: Anzahl getöteter Reisenden/Jahr

• 0,33 [1/Jahr] (mit voller Verantwortung des Bahnunternehmens) Quelle BAV 2005-2009


Bahnunternehmens)

< R1 = 1⋅10-5 (MEMCENELEC)

Quelle BAV 2005-2009

64

1094,8107,3

33,0 −⋅=⋅

==AussetzungPersonen

kollektivlTindividuel TN

RR

Vergleich des aussetzungsdauerbasierten individuellen Risikos im Verkehr CH

Population Schweiz: 7,46 ⋅106 (2007, BfS)

Statistische Aussetzungsdauer im Verkehr der Schwei z

30354045

Dur

chsc

hnitt

liche

Weg

ezei

t


Quelle: BfS, 2005

05

1015202530

Motorrad Mofa Fahrrad PW Fussgänger Bus/Tram Bahn

Verkehrsart

Dur

chsc

hnitt

liche

Weg

ezei

t [m

in/T

ag]

Durch-schnittliche Wegezeit [min/Tag]

Gesamt-wegezeit in der Schweiz [Std/Jahr]

Schwer-verletzte/ Jahr

Getötete/Jahr FWSI/Jahr

Individuelles aussetzungs-dauerbasiertes Risiko

Motorrad 1,3 5,90E+07 803 41 121,3 1,80E-02Mofa 0,2 9,08E+06 107 7 17,7 1,71E-02

Vergleich des aussetzungsdauerbasierten individuellen Risikos im Verkehr CH

Population Schweiz: 7,46 ⋅106 (2007, BfS)


Fahrrad 4,3 1,95E+08 510 16 67 3,01E-03PW 38,4 1,74E+09 778 48 125,8 6,32E-04Fussgänger 36,9 1,67E+09 602 53 113,2 5,92E-04Bus/Tram 6,1 2,77E+08 7,8 0,5 1,28 4,05E-05Bahn 7,2 3,27E+08 3 0,33 0,63 1,69E-05MEMcenelec 0,0001 0,00001 0,00002 2,00E-05

Quelle: BfS, 2005, 2007-2009

Vergleich koll. und ind. Risiko der Verkehrsarten

Vergleich kollektives Risiko Verkehrsarten

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Kol

lekt

ives

Ris

iko

[1/J

ahr]


Getötete/Jahr

FWSI/Jahr


0


VerkehrsartVergleich individuelles Risiko Verkehrsarten

0.00E+00

2.00E-03

4.00E-03

6.00E-03

8.00E-03

1.00E-02

1.20E-02

1.40E-02

1.60E-02

1.80E-02

2.00E-02

Mot

orra

d

Mof

a

Fahr

rad

PW

Fuss

gäng

er

Bus/

Tram

Bahn

MEM

cene

lec

Verkehrsart

Indi

vidu

elle

s Risiko

[T/P

/J]


Vergleich koll. und ind. Risiko Verkehrsarten (logarithmische Darst.)

Vergleich kollektives Risiko Verkehrsarten

0.1

1

10

100

1000


Kol

lekt

ives

Ris

iko

[1/J

ahr]


Getötete/Jahr

FWSI/Jahr


Verkehrsart

Vergleich individuelles Risiko Verkehrsarten

1.00E-06

1.00E-05

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

1.00E-01

Mot

orra

d

Mof

a

Fahr

rad

PW

Fuss

gäng

er

Bus/

Tram

Bahn

MEM

cene

lec

Verkehrsart

Indi

vidu

elle

s Risiko

[T/P

/J]


Anwendung am Beispiel Betriebsstelle Kompensation des individuellen Risikos

• Individuelles Risiko der Betriebstelle: RindBS=5,4⋅10-5 Tote/Person/Jahr


• Mittleres statistisches aussetzungsdauerbasiertes individuelles Risiko in der Eisenbahn der Schweiz

RindCH=8,94⋅10-6 Tote/Person/Jahr

• Dauer einer mittleren Fahrt in der Schweiz: 26,85 min

Anwendung am Beispiel Betriebsstelle Kompensation des individuellen Risikos

Ind.

aus

setz

. Ris

iko

[T/P

/J]

MEM

RindBS =5,4 ⋅⋅⋅⋅10-5

Lokales Risiko

tAussetzung1= 1 min

tAussetzung1: Risikoaussetzungsdauer analysierter Risikoquelle

tAussetzung2: Risikoaussetzungsdauer mittlere Bahnfahrt in CH


Zeit

Ind.

aus

setz

. Ris

iko

tAussetzung2= 26,85 min

1⋅10-5

RindCH=0,89 ⋅⋅⋅⋅10-5

Ø Risiko Bahn CH

MEMCENELEC

tAussetzung1⋅RindTBS+ (tAussetzung2- tAussetzung1)⋅RindCH= 9,01⋅⋅⋅⋅10-6 Tote/Person/Jahr

Resultierendes indiv. Risiko9.01⋅⋅⋅⋅10-6

Offene Punkte für praktische Einführung des Ansatzes

• Kategorisierung der verschiedenen Personengruppen im System Eisenbahn Schweiz (Reisende, Personal, Dritte, …)

• Vereinheitlichung der Schutzziele hinsichtlich des individuellen Risikos auf der Ämterebene


• Kompatibilität mit anderen Methoden

• Untere und obere Akzeptanzgrenze für das individuelle aussetzungsdauerbasierte Risiko für einzelne Personengruppen und Risikoquellen (Technik, Natur, Einwirkung Dritter, absichtlich/unabsichtlich, usw.)

Vorschlag der Bewertung des aussetzungsdauerbasierten ind. Risikos

10-4


10-5

Schlussfolgerungen• Die Norm EN 50 126 lässt einen breiten Interpretationsraum

bei der Vorgabe der Bewertung des individuellen Risikos

• Sichere Beurteilung des individuellen Risikos unabhängig vom Nutzungsverhalten und Anzahl der Risiken des Individuums ist möglich


• Ansatz ermöglicht Vergleich verschiedener Verkehrssysteme und Teilsysteme

• Basis für Beurteilung des Standes der Sicherheit der öV-Systeme aus der Sicht der Aufsichtsbehörde

• Anwendbar auch für neuartige technologische Lösungen

Ausblick

• Ansatz wurde an Beispielen der Eisenbahn getestet, weitere Testbeispiele sind notwendig

• Offene Fragen müssen in Zusammenarbeit mit Experten gelöst werden


• Die Bewertungsgrenzen müssen auf der Basis des heutigen Sicherheitstandes festgelegt werden

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Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den ...ifev.rz.tu-bs.de/SiT_SafetyinTransportation/SiT_10/Slovak_freigegebe… · RiAB = R iNG1 +R iNG2 +R iBf1 +R iBf2 +R