DETORBA Detonationsszenarien im urbanen Umfeld Neue Möglichkeiten mit GIS-basierten Stadtmodellen Stefan Trometer Martin Mensinger

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1 DETORBA Detonationsszenarien im urbanen Umfeld Neue Möglichkeiten mit GIS-basierten Stadtmodellen Stefan Trometer Martin Mensinger BMBF-Innovationsforum Zivile Sicherheit Mai 2014 Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

2 DETORBA Verfahren zur Analyse von Detonationseinwirkungen in urbanen Gebieten Projektpartner D-Stadtmodelle Schnittstelle ANSYS Workbench Förderprogramm KMU-innovativ Forschung für die zivile Sicherheit Projektträger VDI Technologiezentrum Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

3 DETORBA Verfahren zur Analyse von Detonationseinwirkungen in urbanen Gebieten Projektpartner D-Stadtmodelle Schnittstelle ANSYS Workbench Inhalte Verwendung von hochauflösenden Stadtmodellen Schnittstelle zwischen Stadtmodellen und mechanischen Modellen Schnelle Risikobewertung im Stadtmodell mittels vereinfachten Verfahren Detaillierte Analyse von Detonationsszenarien in der Workbench-Umgebung Optimierung der Ergebnisaufbereitung Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

4 Stadtmodell Was? Digitales Stadtmodell Projektpartner virtualcitysystems Berlin Flächendeckendes Modell der Stadt Frankfurt im CityGML-Standard Ca Gebäude in LoD1 und LoD2 Erstellt mit der BuildingReconstruction Software (BREC) Regelmäßige Aktualisierung der Datenbank Mit freundlicher Unterstützung des assoziierten Projektpartners Stadt Frankfurt am Main Level of Detail (LoD) LoD1: Extrudierter Grundriss der digitalen Flurkarte LoD2: Abbildung der Dachform LoD3: Abbildung von Oberflächendetails, wie Durchbrüche und Fenster (in der Erprobung) Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

5 Stadtmodell Wieso? Wieso ist das Stadtmodell so wichtig? Bedrohungslagen finden fast ausschließlich im urbanen Umfeld statt Das urbane Umfeld ist von zentralem Wichtigkeit bei der Bewertung der Szenarien Das Umfeld hat einen zentralen Einfluss auf die Druckverteilung und somit auf die Bauteileinwirkung Exakte und aktuelle (!) Geometriedaten Manuelle Modellerzeugung nicht möglich Mit freundlicher Unterstützung des assoziierten Projektpartners Stadt Frankfurt am Main Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

6 Stadtmodell Wie? Zentrale Herausforderungen Unterschiedliche Geometrieanforderungen für Stadtmodelle und mechanische Modelle Schnittstellendefinition für geometrische und semantische Daten Automatisierung Aufbereitung der Ergebnisse Schnelle Risikobewertung im Stadtmodell Mit freundlicher Unterstützung des assoziierten Projektpartners Stadt Frankfurt am Main Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

7 Vereinfachte adhoc Risikobewertung Direkt im Web-Portal mit Zugangskontrolle Vorteil: Auf Knopfdruck Nachteil: Vereinfachter Ansatz auf Basis einer hemisphärischen Druckwellenausbreitung Federführung von virtualcitysystems Details - Funktionalität Definition eines Detonationsszenarios Anzeigenskala Druckwellenintensität Verletzungsniveau Schädigungsniveau Ausgabe von semantischen Gebäudeinformationen, wie Kategorien kritischer Infrastrukturen, Nutzungsdetails Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

8 Download-Portal Federführung von virtualcitysystems Online-Zugang mit Zugangskontrolle direkter Datenbankzugriff VCS-Plug integriert für STEP-Export Räumliche Auswahl über Karte oder per Objekt-ID Automatische Modellübernahme in die ANSYS Workbench 1 km² entspricht etwa Objekten Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

9 Herausforderung der mechanischen Modelldefinition Bereinigung & Optimierung der Geometrie-Objekt-Interpretation Geschlossene Flächen- und Volumenbeschreibungen Innenliegende Flächen (oben) Selbstüberschneidungen (unten) Nicht planare Flächen Löcher Federführung von virtualcitysystems Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

10 Vernetzung des mechanischen Geometriemodells Stadt- & Geländemodell Definition eines Modellursprungs Vernetzung mit automatisierten Methoden Manuelle Manipulation möglich Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

11 Modellierung eines fiktiven urbanen Detonationsszenrios Paralellisierung Luftraummodell mit Detonation und Messpunkten im expliziten Solver ANSYS AUTODYN Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

12 Auswertung eines fiktiven urbanen Detonationsszenrios Druckwellenausbreitung Optimiertes Post-Processing Visualisierung im Stadtmodell Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

13 Urbanes Detonationsszenrio mit Geländemodell Druckwellenausbreitung Im Luftraum Auswertung der Druckverteilung an diskreten Messpunkten Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

14 Fliegerbombenszenario Stadtmodell LoD1 Bayerisches Landesamt für Vermessung Sprengung München Schwabing 2012 Amerikanischer 500lbs Blindgänger (120kg TNT) Evakuierung von 2500 Anwohner Quelle: Google Maps Quellen: Münchner Abendzeitung Bildzeitung Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

15 Fliegerbombenszenario Simulation der Fragmentierung Kalibrierte Druckwellensimulation Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

16 Strategie vom Stadtmodell zur Bauteilbemessung Stadtmodellausschnitt Gebäudemodell LoD3 Gebäudesimulation im urbanen Kontext Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

17 Strategie vom Stadtmodell zur Bauteilbemessung Druckwelleneinwirkung auf das Bauteilmodell R H Bauteilanalyse unter Nahdetonationseinwirkungen im Kontext des Gebäudeumfelds h z x Auswertung von Schädigungen und Beanspruchungskonzentrationen Detaillierte Bauteilbemessung und systematische Strukturoptimierung für parametrisierte Systeme Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum

18 Forschungsbereich Explosionsschutz im Bauwesen DETORBA Ingenieurfakultät Bau Geo Umwelt Lehrstuhl für Metallbau Prof. Dr. Martin Mensinger Stefan Trometer Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Lehrstuhl für Metallbau BMBF-Innovationsforum