Ausgelöst durch einen technischen Defekt, Funkenschlag oder eine andere Ursache – ein Brand im U-Bahntunnel oder in einer Station kann verheerende Folgen haben. Rauch und Flammen können die Fluchtwege leicht abschneiden, zudem erschweren Dunkelheit und Strom auf den Gleisen die Rettung der Fahrgäste. Die Evakuierung ist daher besonders schwierig.

Sicherheit von U-Bahnstationen im Brandfall

Wie kann die Sicherheit von Personen in unterirdischen Verkehrsanlagen verbessert werden? Das ist die zentrale Frage im Forschungsprojekt ORPHEUS ("Optimierung der Rauchableitung und Personenführung in U-Bahnhöfen: Experimente und Simulationen"), das im Februar 2015 startete und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird.

In der griechischen Mythologie stieg Orpheus in die Unterwelt hinab, um Hades zu bewegen, ihm seine Geliebte Eurydike zurückzugeben. Nicht in die Unterwelt, aber in das unterirdische Bahnnetz Berlins wagen sich die Wissenschaftler im gleichnamigen Projekt vor. Sie führen Feldstudien, Computersimulationen und Experimente mit realen Bränden durch. Ziel ist es, die Brand- und Rauchentwicklung in U-Bahnhöfen zu berechnen und vorhersagen zu können. Auf dieser Basis sollen sichere Fluchtwege ermittelt und Brandschutzkonzepte erarbeitet werden.

Orientierung im U-Bahnhof

Im Mittelpunkt des Projekts steht der U-Bahnhof Osloer Straße in Berlin-Mitte, wo sich die Linien U8 und U9 kreuzen: Hier findet Forschung für die Sicherheit von U-Bahn-Nutzern in ganz Deutschland statt. Denn angestrebt wird, dass die Forschungsergebnisse auch auf andere Standorte und andere Gefahrensituationen übertragen werden können.

2015 untersuchten die Forscher zunächst, welche Strategien Fahrgäste verfolgen, um bei Gefahr sicher den Ausgang zu erreichen. Dazu mussten die Versuchsteilnehmer von verschiedenen Startpunkten aus alleine einen Weg aus der Station finden. Interessant ist, woran sie sich dabei orientierten. Eine Stirnkamera zeichnete die zurückgelegte Strecke auf. Zu der Wahl ihres Weges sollten die Teilnehmer abschließend Auskunft geben.

Simulationen im Computer

Von ganz besonderer Bedeutung bei Bränden ist aber, wie sich Rauch und Gase in einem U-Bahnhof ausbreiten. Denn die größte Gefahr bei einem Brand ist eine Rauchgasvergiftung bis hin zum Erstickungstod. Andererseits sind U-Bahnhöfe meist sehr komplexe Bauwerke mit zahlreichen Treppen, Ausgängen und Tunnelschächten. Der erste Schritt war daher, den Berliner U-Bahnhof Osloer Straße genau zu vermessen. Daraus entstand ein dreidimensionales Computermodell, an dem die Luftbewegung simuliert werden kann. Die verwendeten Simulationsprogramme benötigen eine enorme Rechenleistung, die nur ein Supercomputer bietet. Aus Daten wie der Rauchdichte, der Temperatur der Luft und der Bauteile eines Gebäudes lassen sich Rückschlüsse für den Brandschutz ziehen.

In zwei Messnächten im Januar 2016 – natürlich außerhalb der Betriebszeit – untersuchten die Forscher die reale Ausbreitung der Luft unter kalten und heißen Bedingungen. Am ersten Tag diente ein eingeleitetes Gas und eine Vielzahl komplexer Messgeräte dazu, die Luftbewegung unter normalen Bedingungen zu prüfen. In der zweiten Messnacht wurde es dann heiß: Die Forscher legten auf der untersten Ebene der Station einen Brand unter Aufsicht der Berliner Feuerwehr und der Berliner Verkehrsbetriebe. Mit den Instrumenten konnte nun ermittelt werden, ob sich Gase unter heißen Bedingungen anders ausbreiten. Die Ergebnisse flossen in die Computersimulation ein, um diese immer präziser an die Realität anzupassen.

Brandübung unter realen Bedingungen

Für die Zukunft ist eine groß angelegte Evakuierungsübung gemeinsam mit der Berliner Feuerwehr geplant. Die Forscher werden den Einsatz der Feuerwehr dokumentieren, um Rettungskräfte besser auf zukünftige Einsätze vorbereiten zu können.

Darüber hinaus sollen im Projekt ORPHEUS noch viele weitere Fragen beantwortet werden: Wie lassen sich die Anforderungen von besonderen Gruppen wie Menschen mit Beeinträchtigungen oder Personen mit Kleinkindern im Brandschutzkonzept berücksichtigen? Wie werden Fluchtwege rauchfrei gehalten? Wie kann in einer Krisensituation die Kommunikation zwischen Passagieren, Rettungskräften und Anwohnern verbessert werden? Wie müssen Bauwerke und Rauchmeldeanlagen gestaltet sein?

Projektpartner sind das Forschungszentrum Jülich als Koordinator, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, die Firmen IBIT und ROM Technik, das Institut für Industrieaerodynamik und die Ruhr-Universität Bochum. Als assoziierte Partner oder im Unterauftrag sind die Berliner Feuerwehr, die Berliner Verkehrsbetriebe, die Deutsche Bahn, Hekatron, Karstadt, NVIDIA und das Team HF eingebunden.