27. April 2020

Brand- und Gefahrenmeldetechnik praxisnah im digitalen Gebäudezwilling darstellen

Ob Performance-Daten in Echtzeit oder die intelligente Verknüpfung unterschiedlicher Gewerke und Systeme: Die Digitalisierung bietet bei Planung und Betrieb sicherheitstechnischer Systeme fortlaufend neue Möglichkeiten. Das zeigen beispielsweise aktuelle Lösungen für die Evakuierung im Brand- und Gefahrenfall. So kann etwa eine softwarebasierte Simulation bereits in der Planungsphase die baulichen Voraussetzungen für eine reibungslose Entfluchtung im späteren Ernstfall definieren.

In der Sicherheits- und Brandmeldetechnik steht der Schutz von Menschen, Sachwerten und Prozessen im Mittelpunkt. Hierbei geht es z. B. um die frühzeitige Detektion einer Gefahrensituation und um das sichere Evakuieren von Personen, die sich im Gebäude aufhalten. Die Grundlage für Sicherheitskonzepte, die solche komplexen Ansprüche passgenau erfüllen, bildet eine detaillierte, gewerkeübergreifende Planung, die sämtliche Bereiche einer Infrastruktur berücksichtigt.

BIM und digitaler Gebäudezwilling
Eine zentrale Rolle spielt vor diesem Hintergrund die softwaregestützte Simulation des Gebäudes in Form eines „Digital Twin“ – oder umgangssprachlich: eines „digitalen Gebäudezwillings“. So wird bei der Methode BIM (Building Information Modeling) das gesamte Gebäude mit allen Gewerken parallel und abgestimmt geplant und im virtuellen Digitalmodell simuliert, getestet und bei Bedarf korrigiert. Die Vorteile für den Einsatz von BIM reichen dabei weit, angefangen bei der Erstellung eines koordinierten Konzepts, einer hohen Datenqualität über die Möglichkeit zur gemeinsamen Entwicklung einer höheren Gebäudefunktionalität bis hin zur virtuellen Simulation.
In Bezug auf die Planung und den Betrieb sicherheitstechnischer Systeme birgt BIM damit auch im Bereich der passiven Sicherheit große Potenziale. Die Steuerung von Personenströmen im Betriebs­alltag lässt sich damit ebenso zuverlässig und praxisnah testen wie etwa Evakuierungssysteme oder Brandschutzszenarien. Mit dem digitalen Zwilling lassen sich z. B. die korrekten Positionen von Brandmeldern einfacher ermitteln. Das Brandschutzsys­tem der Zukunft wird damit noch weniger anfällig für zunächst unbemerkte Planungsfehler sein.

Drei Gebäudetypen
Um ein breites Anwendungsspektrum abdecken zu können, unterscheidet man bei dem digitalen Zwilling eines Gebäudes zwischen drei unterschiedlichen Typen: „Product Twin“, „Construction Twin“ und „Performance Twin“.
Der Product Twin bildet jede verbaute Komponente als BIM-konformen Datensatz ab und bietet damit alle relevanten Informationen zu Bauweise, Material, Auslegung und Funktion des jeweiligen Geräts. Der Construction Twin bildet das Gebäude mit allen seinen baulichen Details ab. Er wird für die Vorplanung benötigt und erlaubt u. a. umfangreiche Simulationen für den späteren Gebäudebetrieb.
Das größte Potenzial für einen effizienten und sicheren Betrieb eines Gebäudes aber liegt im Performance Twin. In diesen werden Live-Daten aus dem Gebäude übertragen und in Echtzeit als komplettes Online-Abbild des Objekts im laufenden Betrieb bereitgestellt. Der Performance Twin wird damit zur Datendrehscheibe, in die unterschiedlichste Systeme integriert werden können und durch die sich Gebäudeperformance und -effizienz steigern lassen. Mittels der gesammelten Daten können auch Serviceleis­tungen wie beispielsweise aus der Wartung digitalisiert und effizienter gestaltet werden – wertvolle Zeit und Ressourcen lassen sich so sparen.

Digitalisierung optimiert Gebäudeentfluchtung
Ein Beispiel dafür, wie der digitale Gebäudezwilling die Sicherheit von Mensch und Gebäude erhöht, ist die Simulation der Gebäudeentfluchtung, und zwar sowohl in der Planungsphase als auch im Praxisbetrieb. Die Voraussetzung dafür bilden Tools wie z. B. die Evakuierungssimulationssoftware von Siemens. Sie erlaubt die direkte Simulation auf Basis des vom Planer bereitgestellten digitalen Construction Twin, und damit die Analyse von Evakuierungszeiten und kritischen Engpässen unter Berücksichtigung verschiedener Szenarien.
Basierend auf dem 3D-Modell des Construction Twin fügt die Software Einzelpersonen und Gruppen so in das virtuelle Gebäude ein, wie sie sich typischerweise im Gebäude aufhalten und bewegen. Dann wird der Evakuierungsablauf simuliert. Die Software errechnet und visualisiert die möglichen Fluchtwege sowie das zu erwartende Menschenaufkommen. Dabei wird auch berücksichtigt, dass sich einzelne Personen möglicherweise entgegen der Fluchtrichtung der Menschenmenge bewegen, beispielsweise Ersthelfer, die zum Brandherd vordringen müssen.
Bereits während der Planung eines Gebäudes lassen sich somit die Punkte ermitteln, die gefährliche Situationen begünstigen. Diese Engpässe können dann durch geeignete bauliche Maßnahmen präventiv entschärft werden. Mit den Erkenntnissen aus der Simulation lassen sich so bestehende Sicherheitssysteme optimieren, indem Engpässe oder Gefahrensituationen erkannt und schon in der Planungsphase behoben werden können. Die Anwendung der Simulationssoftware kann ebenso bei Umbauten oder bei der Umnutzung von Gebäuden zum Einsatz kommen.

Entfluchtung in Echtzeit planbar
Der Performance Twin macht die Entfluchtung in Echtzeit transparent und damit planbar. Die Evakuierungssoftware greift dafür auf Gebäudemanagement- und Intelligent-Response-Systeme zu, die dynamisch auf Gefahrensituationen reagieren und die Menschen aus der Gefahrenzone leiten können.
Auf Basis der gebündelten Echtzeit-Informationen berechnet die Software dynamisch die bes­ten Entfluchtungswege und überträgt diese in das Gebäudemanagement. So berücksichtigt das Programm automatisch, welche alternativen Wege genutzt werden können, wenn ein Fluchtweg plötzlich blockiert ist. Die Information der Gebäudenutzer im Gefahrenbereich und die Steuerung der Personenströme erfolgt aus dem Gebäudemanagementsystem durch integrierte Fluchtweglenkungssys­teme, gestützt durch situationsspezifisch definierte Sprachdurchsagen und dynamische Anzeigen.
Soweit vorhanden, können auch Indoor-Positioning-Systeme zur zusätzlichen Alarmierung und Lenkung genutzt werden. Auch nützlich ist dies beispielsweise in modernen Bürogebäuden, die als Business Centers oder Coworking Spaces kurzfristig an Nutzer vermietet werden, die dort dann keinerlei Ortskenntnis haben. Ist dort ein Indoor-Positioning-System zur Personenidentifikation installiert, kann der Fluchtweg zusätzlich auf dem Smartphone des Nutzers angezeigt werden (Indoor-Navigation).
Darüber hinaus ermöglichen sogenannte Mass-Notification-Systeme, also beispielsweise per SMS, über Social-Media-Kanäle oder durch Warnungen auf den Computerbildschirmen an den Arbeitsplätzen zu alarmieren. Diese Anwendungen sind sinnvoll z. B. für Hochschulen, Industrieanlagen und andere große Liegenschaften, in denen sich Personen über einen längeren Zeitraum aufhalten. Die Voraussetzung ist allerdings, dass sich jeder Gebäudenutzer im Zuge des Sicherheitskonzeptes in einem entsprechenden System registriert bzw. anmeldet.

Fazit
Die Digitalisierung in der Brandschutztechnik hat viele Facetten. Der digitale Gebäudezwilling ermöglicht heute neue Wege bei Alarmierung und Evakuierung. Dabei sind die Potenziale in diesem Zusammenhang aber noch längst nicht ausgeschöpft. Ebenso wird die Bedeutung von BIM vor diesem Hintergrund in den kommenden Jahren noch weiter zunehmen.

Autor: Michael Brotz, Leiter Solution Safety Deutschland, Siemens AG, Building Technologies Division

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