Statische und dynamische Personendichten bei GroÄveranstaltungen

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1 Technischer Bericht TB MÄrz 2012 Statische und dynamische Personendichten bei GroÄveranstaltungen herausgegeben von Dr. Dirk Oberhagemann 1. Auflage MÄrz 2012 Technisch-Wissenschaftlicher Beirat (TWB) der Vereinigung zur FÄrderung des Deutschen Brandschutzes e.v. Postfach 1231, Altenberge

2 Technischer Bericht TB MÄrz 2012 Haftungsausschluss: Dieses Dokument wurde sorgfältig von den Experten der vfdb erarbeitet und vom PrÄsidium der vfdb verabschiedet. Der Verwender muss die Anwendbarkeit auf seinen Fall und die AktualitÄt der ihm vorliegenden Fassung in eigener Verantwortung pråfen. Eine Haftung der vfdb und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen. Vertragsbedingungen: Die vfdb verweist auf die Notwendigkeit, bei VertragsabschlÅssen unter Bezug auf vfdb-dokumente die konkreten Leistungen gesondert zu vereinbaren. Die vfdb Åbernimmt keinerlei RegressansprÅche, insbesondere auch nicht aus unklarer Vertragsgestaltung. Statische und dynamische Personendichten bei GroÄveranstaltungen Technischer Bericht vfdb TB Auflage MÄrz 2012 Hrsg.: Vereinigung zur FÅrderung des Deutschen Brandschutzes e. V. (vfdb), Technisch-Wissenschaftlicher Beirat (TWB), Referat 13, Dirk Oberhagemann Altenberge ; Lippetal: vfdb, 2012 Ç vfdb - Vereinigung zur FÅrderung des Deutschen Brandschutzes e. V Das Werk einschlieélich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschñtzt. Jede Verwertung auéerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung der vfdb unzulässig. Das gilt insbesondere fñr die VervielfÄltigungen, Öbersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Technisch-Wissenschaftlicher Beirat (TWB) der Vereinigung zur FÄrderung des Deutschen Brandschutzes e.v. Postfach 1231, Altenberge 2

3 Inhaltsverzeichnis: 1. Einleitung 4 2. GefÅhrdungsanalyse 4 3. Statische Dichten und ihr GefÅhrdungspotential 3.1. Durchschnittliche Dichten auf einem VeranstaltungsgelÅnde 3.2. Berechnung der reellen Personendichte 4. GefÅhrdungen von Menschen durch Menschen 4.1. Durch Menschen verursachte DrÇcke 5. Personenstromanalysen 5.1. Einfache PersonenstrÉme 5.2. PersonenstrÉme ohne Gegenstrom 5.3. PersonenstrÉme mit Gegenstrom Das Vier Stufen Modell des Staus Personenstromanalysen mit Simulationsmodellen Verhalten von RettungskrÅften in PersonenstrÉmen Bemessung des SanitÅtswachdienstes und der rettungsdienstlichen VerstÅrkung Anwendungsbeispiele 48 Literaturverzeichnis 50 Bildnachweis 51 Anhang A 52 3

4 1. Einleitung GroÄveranstaltungen (Definition s.a. (16)) sind bei der BevÅlkerung sehr beliebt. Sie ziehen immer mehr Besucher an, die Ereignisse, wie Volksfeste, Konzerte oder FuÄballspiele, erleben und teilen wollen. Die Konsequenz ist, dass bei solchen Veranstaltungen viele Menschen auf engem Raum zusammenkommen. Ohne Informationen Çber die zu erwartende Besucherzahl und das mågliche Besucherverhalten ist eine erfolgreiche Planung solcher Veranstaltungen und eine Kalkulation der EinsÉtze von RettungskrÉften schwierig. Die vfdb koordinierte zu diesem Thema von MÉrz 2009 bis Februar 2011 ein Forschungsprojekt im Rahmen des Sicherheitsforschungsprogramms der Bundesregierung. Ziel des Projektes waren Planungsgrundlagen zur Verbesserung von Risikobewertungen, Evakuierungsmodellen und Rettungskonzepten. SpÉtestens seit der Loveparade in Duisburg ist das Risiko von GroÄveranstaltungen und insbesondere die Thematik der Personendichten, der PersonenstrÅme und deren Lenkung und das Crowd Management in den Fokus der Betrachtungen gerçckt. Diese Themen sind zwei wichtige Aspekte in einer GefÉhrdungsanalyse fçr GroÄveranstaltungen. Die Analysen der Personendichten und der PersonenstrÅme sind sowohl lokal fçr begrenzte RÉume als auch Çbergreifend fçr das gesamte VeranstaltungsgelÉnde einschlieälich der Zu- und Abwege zu betrachten. 2. GefÅhrdungsanalyse Grundlage einer GefÉhrdungsanalyse ist die Veranstaltungsbeschreibung. In der Veranstaltungsbeschreibung werden u.a. die Art und die Anzahl der erwarteten Besucher erléutert. Weiterhin sind die Sollfunktionen der Veranstaltung beschrieben, also die Attraktionen, deren Funktionsweisen sowie die zeitliche AblÉufe. Diese Sollfunktionen sind der Grund fçr die Besucher zur Veranstaltung zu kommen. AusfÉlle, zeitliche Verschiebungen oder verringerte Angebote haben dabei schon erhebliche EinflÇsse auf das Besucherverhalten und die BesucherstrÅme. Die Branddirektion MÇnchen hat in einer VerÅffentlichung (1) zum Thema Vorbeugender Brand- und Gefahrenschutz bei GroÄveranstaltungen die im Rahmen einer GefÉhrdungsanalyse zu berçcksichtigenden måglichen SchadensfÉlle aufgefçhrt, die ggf. um veranstaltungsspezifische Szenarien ergénzt werden kånnen. Dabei kånnen nach einer ersten ÜberprÇfung die nichtzutreffenden FÉlle vernachléssigt werden. 4

5 GedrÉnge in RÉumen bzw. auf dem GelÉnde ÜberfÇllung von RÉumen bzw. des GelÉndes Brand GasausstrÅmung UnfÉlle (z. B. FahrgeschÉfte, Motorsportveranstaltungen, Stuntshows, Tiere) Einsturz von Bauteilen Unwetter (z. B. Starkregen, Sturm, Hagel, Gewitter) Stromausfall und sonstige technische StÅrungen Gefahr durch gewaltbereite Besucher/Teilnehmer (z. B. Hooligans, Extremisten) Bedrohung einzelner schutzbedçrftiger Personen Amokfahrt (einschlieälich Flugobjekt) Unkonventionelle Spreng- und/oder Brandvorrichtung (USBV); ggf. mit Folgeanschlag USBV mit radioaktiven Stoffen ( Dirty Bomb ) Amoklauf mit Waffen Massenerkrankung (z. B. Lebensmittelvergiftung) Anschlag mit radioaktiven/nuklearen Stoffen Anschlag mit chemischen Stoffen Ausfall Åffentlicher Personennahverkehr (z. B. durch PersonenschÉden) Ausfall Individualverkehr (z. B. Unfall auf Zu-/Abfahrtswegen) Ausfall besucherrelevanter Infrastruktur (z. B. Schankanlage, Kassen, WC) Neben den denkbaren SchadensfÉllen mçssen auch die normalen Umgebungsbedingungen berçcksichtigt werden. So spielen bei allen Veranstaltungen im Freien die Witterungsbedingungen immer eine erhebliche Rolle. Regen kann einen Einfluss auf die Flucht- und Rettungswege haben. Sonne und Temperatur haben einen Einfluss auf den Kreislauf und fçhren ggf. zur Dehydrierung. Somit mçssen entsprechende Vorkehrungen zur Trinkwasserversorgung berçcksichtigt werden und ggf. schattige Ruhezonen vorhanden sein. Niederschlag und GlÉtte kånnen insbesondere in Verbindung mit rutschigem Untergrund (z.b. Kopfsteinpflaster) zu vermehrten StÇrzen fçhren. Im KÅlner Algorithmus wird dieses im Risikofaktor berçcksichtigt. HÉufige Ursachen fçr SchadensfÉlle in der Vergangenheit waren hohe Personendichten in und ÜberfÇllung von Veranstaltungsabschnitten. Diese Punkte im Vorfeld einer Veranstaltung zu beurteilen, wéhrend einer Veranstaltung einzuschétzen und entsprechende vorbeugende und 5

6 beeinflussende MaÄnahmen abzuleiten ist héufig ein kritischer und schwieriger Punkt im Rahmen eines Sicherheitskonzeptes. Die folgenden Kapitel greifen diese Aspekte daher als Schwerpunkt auf. 3. Statische Dichten und ihr GefÅhrdungspotential In Deutschland gibt es zwei genehmigte Personendichten. Aus der MusterversammlungsstÉttenverordnung sind die 2 Personen pro Quadratmeter (P/m 2 ) bekannt, die als Grundlage fçr Evakuierungsberechnungen dienen. GemÉÄ StraÄenverkehrs-Ordnung (StVO) sind acht StehplÉtze/m 2 in Bussen erlaubt. Dabei wird die Personendichte von 8 P/m 2 politisch noch als sicher eingestuft (2,3), ist wissenschaftlich jedoch nicht vertretbar. Neben der genehmigten Personendichte stellt sich die Frage nach der kritischen Personendichte, ab der eine akute GefÉhrdung von Personen nicht mehr ausgeschlossen werden kann. Betrachtet werden soll zunéchst die maximale Personendichte pro m 2. Nach Weidmann (4) hat ein ZentraleuropÉer einen Mindestplatzbedarf von 0,085 m 2. Dieser ergibt sich aus einer Projektion des menschlichen KÅrpers auf den Boden in Form einer Ellipse. Abb. 1: KÅrperproportionen nach Weidmann Theoretisch ergibt sich hieraus ein Wert von 11,8 P/m 2, wenn die nicht auffçllbaren ZwischenrÉume mitberechnet werden. Wenn diese ZwischenrÉume abgezogen werden und die GrundflÉche als Rechteck angenommen wird, so ergibt sich ein Platzbedarf von 0,11 m 2 und eine maximale Personendichte von 9,3 P/m 2. Unter BerÇcksichtigung von Kleidung und FÇÄen erhåht sich der Platzbedarf auf 0,15 m 2 und die maximale Dichte sinkt auf 6,6 P/m 2. 6

7 Die maximale mågliche Personendichte wird also zwischen 7 und 9 P/ m 2 liegen. Vergleicht man jedoch VerÅffentlichungen aus dem asiatischen Raum, so ergibt sich eine maximale Dichte von 9,2 P/ m 2 an Stelle von 6, Durchschnittliche Dichten auf einem VeranstaltungsgelÅnde Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden zahlreiche Bilddokumente von Veranstaltungen ausgewertet. BezÇglich der gemessenen Personendichten muss zwischen einer freiwilligen Dichte und einer erzwungenen Dichte unterschieden werden. Bei einer freiwilligen Dichte stehen die Personen auf einem bestimmten Raum ohne ÉuÄere Krafteinwirkungen eng zusammen. Hier liegen die maximal beobachteten Dichten zwischen 5 und 6 P/m 2. Bei den meisten Veranstaltungen lagen die maximal beobachteten Dichten jedoch nicht Çber 4 P/m 2. Auf die gesamte VeranstaltungsflÉche bezogen kann man dann von einer durchschnittlichen Dichte von unter 2 P/m 2 ausgehen, da immer Bereiche mit einer deutlich geringeren Dichte vorhanden sind. Hieraus ableiten kann man auch die maximalen Besucherzahlen einer Veranstaltung. FÇr eine AbschÉtzung benåtigt man die frei verfçgbare VeranstaltungsflÉche und die mittlere Verweilzeit der Besucher. Dabei ist die verfçgbare VeranstaltungsflÉche nicht die insgesamt zur VerfÇgung stehende FlÉche sondern die NettoflÉche. Von der gesamten FlÉche mçssen also die FlÉchen fçr Aufbauten und Flucht- und Rettungswege abgezogen werden. Die Erfahrungen mit allen analysierten frei zugénglichen Veranstaltungen haben gezeigt, dass die offiziell bekanntgegebenen Besucherzahlen mindestens um einen Faktor 2 Çber den tatséchlichen Besucherzahlen liegen, wenn man eine Dichte von 2 P/m 2 zugrunde legt. Die lokalen Dichten bei einer Veranstaltung schwanken jedoch erheblich von kleiner 0,5 bis zu 5-6 P/m 2. Forderungen nach einer durchgehenden maximalen Besucherdichte von håchstens 2 3 P/m 2 sind daher bei insbesondere bei frei zugénglichen Veranstaltungen eher theoretisch und in der Praxis nicht realisierbar. Dabei sind håhere Dichten an sich auch nicht unbedingt mit einer GefÉhrdung gleichzusetzten sondern teilweise auch durch das Publikum gewçnscht. Bei der EinschÉtzung der GefÉhrdung muss allerdings immer die Beschaffenheit des GelÉndes mitberçcksichtigt werden. So ist z.b. bei Regen und schlçpfrigem Untergrund bereits eine Personendichte von 2 P/m 2 als zu hoch zu beurteilen. Weiterhin mçssen auf dem GelÉnde alle Arten von Stolperfallen soweit vermieden werden, dass die Geschwindigkeit einer Entfluchtung nicht oder nur unwesentlich verringert wird. Stolperfallen fçhren somit auch zu einer Verringerung der zuléssigen Personendichte. Dies gilt nicht nur fçr die statischen 7

8 Dichten sondern auch fçr die Dichten in PersonenstrÅmen. Die Videoanalysen belegen, dass sich die Personendichten innerhalb von 1-2 Minuten erheblich veréndern kånnen und Schwankungen von 0,5 bis 2 P/m 2 måglich sind. Je nachdem ob der einzelne Besucher sich in einer Besucherverdichtung oder in einem leereren Abschnitt befunden hat, resultieren hieraus die individuellen EinschÉtzungen zur FÇlle bei der Veranstaltung. Die folgenden Bilder zeigen Beispiele von bei Veranstaltungen gemessenen Personendichten. Bild 1: Public Viewing FuÄball WM 2006 (3,8 P/m 2 ) Bild 2: Public Viewing FuÄball WM 2006 (5,0 P/m 2 ) 8

9 3.2. Berechnung der reellen Personendichte Informationen zu Personendichten werden aus zwei GrÇnden benåtigt. Zum Einen erfordert die VersammlungsstÉttenverordnung eine Berechnung der maximal zuléssigen Besucherzahl. Zum anderen sind die tatséchlichen Personendichten bei GroÄveranstaltungen von Interesse, um Aussagen Çber Besucherzahlen, damit verbundene PersonenstrÅme sowie Çber die EinsatzhÉufigkeiten des SanitÉtswachdienstes machen zu kånnen. Die VersammlungsstÉttenverordnung verfolgt dabei nicht den Ansatz Wieviele Personen eine bestimmte FlÉche aufnehmen kånnte, sondern den Ansatz Wieviele Personen ohne eine GefÉhrdung aufgenommen werden kånnen also einer Begrenzung der Personenzahl auf ein sicherheitsrechtlich unbedenkliches MaÄ. Hierbei ist in Deutschland der Ansatz von 2 P/m 2 festgelegt. In anderen LÉndern gibt es hierzu zum Teil deutlich håhere oder niedrigere Werte (5). Betrachtet man die Personendichten ab dessen Wert eine deutliche GefÉhrdung vorliegt z.b. an Engstellen bei Evakuierungen oder RÉumungen, so werden in Deutschland héufig 6 P/m 2 angesetzt. Messungen in Japan gehen jedoch von bis zu 8 P/m 2 aus (6). Wie realistisch oder wie hilfreich ist also die Angabe der Personenzahl pro m 2 bzw. kann die Personenanzahl ohne BerÇcksichtigung der Eigenschaften der Personen verwendet werden? Einen Ansatz zur Charakterisierung von Personen liefert die Medizin. So beschéftigt sich eine Methode mit der Berechnung der KÅrperoberflÉche (S). Anhand empirischer Daten konnten einige Formeln zur AbschÉtzung der KÅrperoberflÉche ausgehend von KÅrpergewicht und KÅrpergrÅÄe gewonnen werden. Ein Ansatz ist die Formel von Mosteller (7): Hierbei sind S die KÅrperoberflÉche in m 2, L die LÉnge in cm und M das Gewicht in kg. Geht man davon aus, dass es sich bei den Personen geméä VersammlungsstÉttenverordnung um schlanke Personen mit einem Body-Mass-Index (BMI) von 23 handelt, so wére eine P Norm 1,80 m groä und hétte ein Gewicht von 75 kg. Dieser Ansatz wird auch bei der Auslegung von FahrstÇhlen verwendet. Diese P Norm hat eine KÅrperoberflÉche S von 1,94. Die beiden nachfolgenden Bilder zeigen jeweils eine Personendichte von 4 P/m 2 und das entsprechende VerhÉltnis zur P Norm von 4,3 bzw. 4,9. 9

10 Bilder 4 und 5: Personendichte von 4 Personen pro Quadratmeter Um zu beschreiben, wie viele Personen eine FlÉche aufnehmen kann, mçssen also immer die Eigenschaften der Personen berçcksichtigt werden. Eine Anwendung des Ansatzes auf reale VerhÉltnisse zeigt das néchste Bild. Bild 6: Personendichte an einer Einlasskontrolle Auf diesem Bild versammeln sich in der eingezeichneten Zone 109 Personen. Bei einer FlÉche von 27 m 2 entspricht dieses einer Personendichte von 4 Personen. Die durchschnittliche KÅrperoberflÉche S betrégt 1,94. Bei der gemessenen Verteilung handelt es sich also um eine P Norm Verteilung. 10

11 Wendet man den Ansatz auf die von Shimada und Naoi [6] gemessenen bis zu 8 P/m 2 an und nimmt bei den japanischen Studenten und Studentinnen eine durchschnittliche KÅrpergrÅÄe von 1,60 m bei einem durchschnittlichen Gewicht von 55 kg an, so ergibt sich eine P Norm Personendichte von 6,4 P/m 2. Der Ansatz ermåglicht also auch eine Vergleichbarkeit verschiedener Messungen. 4. GefÅhrdungen von Menschen durch Menschen Um eine AbschÉtzung Çber das physikalische Verhalten bei unterschiedlichen Dichten (7) (P/mâ) zu bekommen, soll im Folgenden versucht werden, vom Verhalten der einzelnen Person auf das Verhalten eines mit Personen angefçllten Quadratmeters zu schlieäen und von dort aus auf eine gråäere FlÉche, um abzuschétzen, ab wann es fçr die in einem Verdichtungsgebiet befindlichen Personen geféhrlich werden kann. Bei einer Personendichte von 2 P/mâ sind diese Menschen vållig entkoppelt. Diese FlÉchenbelegung hat keinerlei Auswirkung auf die FlÉche davor oder dahinter. Ein Sturz ist wegen der Entkopplung zu anderen Personen folgenlos. Bei einer Personendichte von 5 P/mâ bleibt noch ausreichend Raum zwischen den Menschen, um sich, wenn auch eingeschrénkt, zu bewegen. Die Menschen kånnen z.b. durch einen Ausfallschritt oder und durch ein Ausweichen und ein Entgegenstemmen die auftretenden KrÉfte aufnehmen. Die Wirkung nach auäen ist noch Null, oder beschrénkt démpfend fçr von auäen einwirkende KrÉfte. Bei 6 P/mâ kann ein Einzelner in der Gruppe sich durchaus noch bewegen und mit einer Schieflage KrÉfte auf die Nachbarn ausçben. Allerdings wird mit zunehmender Dichte ein Auspendeln der auftreten KrÉfte unmåglich, weil fast kein Bewegungsspielraum mehr fçr die einzelnen Personen bleibt. Der Ausfallschritt wird durch die Beine des Vorder-Seiten oder Hintermanns begrenzt. Wenn eine Person strauchelt, werden sich die KrÉfte der einzelnen Person, die ebenfalls straucheln, 11

12 aufaddieren und die Kraft an die néchste FlÉche weitergegeben (ca. 100 N * 6 Personen = ca N aus einem Quadratmeter). In diesem Beispiel sind 8 Personen auf dem Quadratmeter dargestellt. Durch Quetschen und SchrÉgstellen ist diese FlÉchenbelegung erreichbar. Theoretisch kånnen bis zu 8.2 P/mâ erzielt werden. Bei dieser Dichte stehen die Menschen stabil senkrecht. Durch Reibung an der Kleidung wird eine gewisse StabilitÉt erreicht. Allerdings kånnen dynamische Auswirkungen von auäen dieses in sich stabile Gebilde destabilisieren. Diese Dichten >= 8 P/mâ werden allerdings nur erreicht, wenn Druck von auäen auf die Menschen einwirkt und ein Ausweichen durch ÉuÄere Begrenzungen nicht måglich ist. Die kritische Dichte fçr einen sich dynamisch entwickelnden Kompressionsprozess liegt bei etwa 6 P/mâ. Eine durch ÉuÄere PersonendrÇcke erzwungene Personendichte von 6,2 P./m 2 wurde z.b. wéhrend der Loveparade in Dortmund im Bahnhof gemessen. Nun ist die Wirkung eines einzigen Quadratmeters fçr eine GroÄveranstaltung nicht dafçr ausschlaggebend, ob Menschen zu Schaden kommen oder gar getåtet werden. Dazu mçssen Grenzbereiche Çberschritten werden, die etwa wie folgt abgeschétzt werden kånnen: a. Ersticken: Das Einatmen wird durch eine Muskelbewegung im Zwerchfell (das Zwerchfell wird nach unten gezogen) oder durch das Heben des Brustkorbes mechanisch initiiert. Verhindert ein ÉuÄerer Druck diese Muskelbewegungen, so kann der Mensch nicht mehr atmen. Nach drei Minuten wird das Gehirn irreversibel geschédigt, wenig spéter erfolgt der Exitus. Die Grenzbereiche fçr den noch ertragbaren Druck liegen abgeschétzt bei 2 3 kn / mâ. Das sind etwa N auf den Brustkorb. Nimmt man an, dass die einzelnen Vektoren der KrÉfte, die aus den FlÉchen resultieren nicht alle die gleiche Richtung haben, dann reichen 2 maximal 4 mâ an WirkflÉche aus, das sind etwa Reihen an Menschen, um in der vordersten Reihe den potenziell tådlichen Druck aufzubauen. Dieser Druck mçsste dann Çber léngere Zeit bestehen bleiben. 12

13 b. Mechanische ZerstÅrung der Organe: Diese ZerstÅrungen dçrften unterhalb eines Wertes von 10 kn eintreten. Dieser Wert wçrde theoretisch erreicht, wenn etwa 120 Menschenreihen hintereinander stehen und nach vorne drçcken. Risikominderung: a. Die vorhandenen FlÉchen mçssen in der Umgebung der zu erwartenden Attraktionen (z.b. BÇhnen) unterteilt werden. In den einzelnen Partitionen dçrfen Dichten von 5-6 P/mâ nicht Çberschritten werden. b. Die Zu- und Abwege kånnen mit Wellenbrechern versehen werden, um eine Addition der KrÉfte zu verhindern. Die Wellenbrecher sollten dann nicht weiter als 10 m voneinander entfernt stehen. Dabei ist im Einzelfall zu berçcksichtigen, dass bei Rettungswegen diese noch fçr die Besucher erkennbar sind und der Personenfluss nicht beeintréchtigt wird. Die Wellenbrecher mçssen geeignet sein, entsprechende DrÇcke abzuhalten. Dabei sind z.b. BauzÉune keine Wellenbrecher. BauzÉune dienen lediglich der Abgrenzung von GelÉndeabschnitten und haben eine gewisse Lenkungsfunktion fçr die Besucher oder eine verkehrsberuhigende Funktion. Sie stellen in diesem Sinne auch keine BaumaÄnahme dar, da sie bereits bei niedrigen DrÇcken umgeworfen werden. In allen Bereichen, in denen DrÇcke zu erwarten sind kånnen sie durch die Stolpergefahr bei einem umgestçrzten Element zu einer ErhÅhung der GefÉhrdung fçhren. Die Branddirektion MÇnchen hat hierzu eine Übersicht Çber die Eignung Mobiler Sicherheitsabsperrung fçr Veranstaltungen erstellt (8). Der Grenzwert fçr eine kritische Personendichte liegt bei ca. 6,0 P/m 2, also im Übergangsbereich zwischen einer freiwillig akzeptierten Dichte und der erzwungenen Dichte. Problematisch werden ab hier die Freiheitsgrade der Personen, mit denen sie erzwungenen externen KrÉften ausweichen bzw. diese KrÉfte abfangen kånnen. Ab einer Dichte von 6,0 P/m 2 sind Ausweichschritte und bewegungen kaum mehr måglich. Die Personen geben die entstehenden KrÉfte an benachbarte Personen weiter. Der Nachbar kann diese KrÉfte durch seine eigene InstabilitÉt verstérken. Dadurch entstehen Bereiche mit erhåhter Personendichte (Kompressionen), die als Welle sichtbar sich in der Menschenmenge mit einer dichteabhéngigen Geschwindigkeit fortbewegen. Im gçnstigen Fall låsen sich diese Kompressionen in Bereichen mit niedriger Personendichte wieder schadlos auf. 13

14 Das nachfolgende Bild veranschaulicht eine solche StrÅmung in Menschenmengen. Es wurde wéhrend der Loveparade in Duisburg aufgenommen. Auf dem GelÉnde wurden die Floats zu einem bestimmten Zeitpunkt angehalten. Nach einer gewissen Zeitspanne verdichteten sich die Personenmengen um den Bereich der Floats. Als die Floats wieder anfuhren, mussten die Personen vor den Floats zur Seite ausweichen. Diese erzwungenen KrÉfte setzten sich als Wellenbewegung in den eng stehenden Besuchern fort. Bild 6: Wellenbewegungen bei der Loveparade Man erkennt die Wellenbewegung vom Wagen weg, die in diesem Fall von einer Wellenbewegung in entgegengesetzter Richtung begleitet wird. Die Personen zwischen den Druckwellen sind Scherspannungen ausgesetzt, die zum Sturz oder zu Atemproblemen fçhren kånnen. Diese Spannungen dauerten in dem Beispiel jedoch nur wenige Sekunden an. Hierzu sollen an dieser Stelle noch einige physikalische Überlegungen (7) eingefçgt werden. 14

15 Der symbolisierte Mensch (Figur) ist in der RealitÉt kein starres Gebilde, sondern etwas in sich Bewegliches, das auch noch durch Interaktionen seine physikalischen Eigenschaften veréndern kann. Ein Beispiel fçr diese intelligente VerÉnderung der Eigenschaft ist z.b. der Ausfallschritt nach vorne oder hinten oder eine Schwerpunktverlagerung durch Neigung des KÅrpers, um die auf den KÅrper wirkenden Momente aufzufangen. Diese Reaktionen sind aber nur dann måglich, wenn der Korpus oder die Beine ausreichend Raum haben, um die notwendigen Ausgleichsbewegungen auszufçhren. Die Asymmetrien bei der nun folgenden vereinfachten StabilitÉtsbetrachtung sollen vernachléssigt werden. Zwar sind die stabilisierenden Momente fçr eine Kraft von vorne geringer, weil der Schwerpunkt des KÅrpers néher an den Versen liegt und zur Seite etwas gråäer, weil noch etwas Bewegungsfreiheit fçr einen SeitwÉrtsschritt fçr die Beine bleibt. DafÇr gibt es statistische GrÅÄenunterschiede und unterschiedliche HÅhen fçr die angreifenden KrÉfte usw. Auch stehen die Figuren nicht aufgereiht, sondern sind in einem gewissen Winkel zueinander oder sind sogar um 180 Grad verdreht. Insofern kann angenommen werden, dass die im Einzelfall vorhandene Asymmetrie bei mehreren zuféllig auf einer FlÉche stehenden Personen wieder ausgeglichen wird. Die Figur im Bild beginnt zu kippen, wenn F*1.7 > G*0.2. (1.7 m angenommene SchulterhÅhe, 0.2 m angenommener Abstand des auf die Standebene projektierten Schwerpunktes zur FuÄspitze (Drehpunkt)). Beim 75 kg Normmenschen wéren das erstaunlich wenige 88 N. Wenn die Figur kippt, verringert sich die notwendige Kraft zur Fortsetzung des Kippvorganges mit gråäer werdendem Kippwinkel, weil der projektierte Schwerpunkt an die FuÄspitze heranrçckt. Ab einem Kippwinkel von etwa tan α = 0,2/130 (9 10 ã) féllt die Figur um, auch ohne ÉuÄere Kraft-Einwirkung. Bei einem Kippwinkel, der Çber diesen kritischen Punkt hinausgeht, kann die Figur eine wachsende eigene Kraft auf ein Objekt (Wand, andere Figur) ausçben. 15

16 Die relevante Kraft, die auf eine andere Figur ausgeçbt werden kann, ist etwa: F= G*cos α * sin α. Die kritischen 88 N fçr den Nachbarn bei unserem Normmenschen werden dann bei einem Winkel von etwa 15 Grad SchrÉgstellung erreicht. Das heiät, stçnden alle in einer Reihe, wçrde nicht nur einer, sondern alle umfallen und dabei theoretisch etwa bis 45 Grad Neigung eine wachsende Kraft/Figur (bis 345N) ausçben kånnen (das berçhmte Spiel mit den Dominosteinen). Nun muss man in der RealitÉt allerdings einige EinschrÉnkungen machen, denn der reale Mensch ist nicht starr, er wird also bereits vor einem Winkel von 45 Grad einknicken. Auch Reibungseffekte bei den aneinander reibenden Kleidern oder GrÅÄen und Gewichtsunterschiede usw. veréndern das Ergebnis und es bedarf sicherlich noch einiger Forschungen und Überlegungen, um dieses sehr einfache Bild, der RealitÉt besser anzupassen Durch Menschen verursachte DrÇcke In groäen Menschenmengen kann durch die Menschen selbst und durch ihr Bestreben in eine bestimmte Richtung zu gehen ein Druck aufgebaut werden. Die kritische Grenze beginnt dabei ab einer Personendichte von 6 P/m 2. Unterteilungen der Menschenmengen oder Abgrenzungen zu unsicheren Bereichen werden dabei héufig durch Sperrsysteme vorgenommen. In der Literatur finden sich jedoch kaum Daten zu den måglichen DrÇcken. Somit fehlen Auslegungsgrundlagen fçr Sperrsysteme und Angaben zu potentiellen Gefahrensituation und SchadensausmaÄen in Menschenmengen. Bisher wurde davon ausgegangen, dass der Druck, der aus einer håheren Dichte der Menschenmenge resultiert bis zu 4500 N/m erreichen kann (9, 10). Messdaten hierzu stehen allerdings nicht zur VerfÇgung. Am 22. Juni 2010 wurden hierzu an der Landesfeuerwehrschule in Bruchsal Versuche durchgefçhrt (11). Zum Einsatz kam eine Platte als Sperre mit einer FlÉche von ca. 4,4 m 2 (220x 200 cm) aus einem Holzwerkstoff (Thermopal, Dicke 8 mm) mit KunststoffoberflÉche. 16

17 Bild 7: Versuchsaufbau Diese Platte war auf einem Aluminiumrahmenprofil (75x50 mm) aufgebracht. Nahe den 4 Ecken konnten jeweils pneumatische Druckmesszylinder fixiert werden. Auf der Gegenseite dieser Zylinder nahm ein Gestell aus den gleichen Aluminiumprofilen die KrÉfte auf, die letztlich auf eine massive Betonwand wirkten. Die Druckmesszylinder waren an eine gemeinsame Druckmessdose (Kistler, 500 bar Messbereich, 0,01 % AuflÅsung) angeschlossen, die piezoelektrisch den Druck registrierte und dessen elektronische Aufzeichnung mit einem Datenerfassungssystem ermåglichte. Bild 8: Druckaufnehmer Es wurden statische und dynamische DruckverlÉufe gemessen. Dabei wurde mit einer Reihe von 5 Feuerwehrleuten angefangen, die gegen die Sperre anliefen und anschlieäend 17

18 weiterdrçckten. AnschlieÄend wurde die Reihe um jeweils 5 Feuerwehrleute bis auf 20 Personen erhåht. Gleiche Versuche wurden ohne einen Anlauf durchgefçhrt, um hier die statischen Lasten vergleichen zu kånnen. Dabei zeigte sich zwischen 15 und 20 Personen kein weiterer Druckanstieg, da der Druck wahrscheinlich innerhalb der Menschenmenge verteilt wird. Ein typisches Beispiel der gemessenen DrÇcke zeigt Abbildung 2. Alle zugehårigen Diagramme sind im Anhang A wiedergegeben Druck [bar] Personen dynamisch Zeit [s] Abb. 2: Durch Personen verursachte DrÇcke an einer Sperre Der gemessene Spitzendruck ist stark von einem gleichméäigen Anprall der Personen auf die Sperre abhéngig. Dabei betrug der håchste gemessene Wert 40 bar. Die Dichte der Personen betrug dabei maximal 8,4 P/m 2. Eine weitere ErhÅhung der Dichte war hier unter den vorgegebenen Bedingungen nicht måglich. Die statischen Versuche, d.h. ohne Anlauf, zeigen etwas håhere DauerdrÇcke als die dynamischen Versuche. Insgesamt sind fçr die gemessene Zeit von 6 Sekunden DauerdrÇcke bis zu 15 bar måglich. 1 bar entspricht Pa und somit 100 kn/qm. Einfache Sperrsysteme in Menschenmengen kånnen somit lediglich eine Menschenmenge leiten, kånnen einen Bereich jedoch nicht vor Menschenmengen abschirmen. Bei den Versuchen wurde auch bestimmt, ab welcher Personenmenge kein weiterer Druckanstieg an der SperrflÉche zu messen ist. Der Grenzbereich lag dabei zwischen 3 und 4 andrçckenden Personen in einer Reihe hintereinander. Diese Reihe hat bei den bestimmten hohen Personendichten eine LÉnge von ca. 1,2 Metern. Dies bedeutet auf der anderen Seite, dass in einem Kreis mit einem Radius von 1,2 Metern der maximal mågliche Druck entstehen 18

19 kann, wobei die Ursache fçr die Druckentstehung von einer beliebigen Seite kommen kann. Anders ausgedrçckt heiät das, dass in einem Kreis mit einer FlÉche von lediglich 4,5 m 2 und 38 Personen (Entspricht einer Dichte von 8,4 P/m 2 ) in der Mitte ein Druck von bis zu 15 bar entstehen kann. 5. Personenstromanalysen Personenstromanalysen helfen dabei, mehr Çber die Besucherverteilung auf einem GelÉnde und das Anreise- und Abreiseverhalten zu erfahren. Damit geben sie u.a. Hinweise fçr die Auslastung des åpnv. Sie ermåglichen auch, Ursachen fçr StÅrungen, UnregelmÉÄigkeiten und Stausituationen zu entdecken. Letztendlich kann mit ihnen auch eine Aussage Çber das Besucherverhalten und die Besucherstruktur erfolgen. Detaillierte Personenstromanalysen ermåglichen wéhrend der Veranstaltung eine Prognose von Stausituationen und eine rechtzeitige Reaktion. Sie ermåglichen nach der Veranstaltung auch RÇckschlÇsse auf die Art der Besuchergruppen. Sie dienen zur Analyse von UnregelmÉÄigkeiten im Veranstaltungsablauf und damit bei wiederkehrenden Veranstaltungen als Planungsinstrument. Nachfolgend werden verschiedene gemessenen BesucherstrÅme und mågliche RÇckschlÇsse vorgestellt. Die Veranstaltungsbeschreibung und die gemessenen DatensÉtze sind unter abrufbar Einfache PersonenstrÉme Zur Verdeutlichung eines Personenstroms soll zunéchst ein einfaches Beispiel dienen. Bei einem FuÄballstadion findet nach der Personenkontrolle durch Ordner eine Ticketkontrolle statt. Hierzu steckt der Besucher sein Ticket in einen Leseschlitz und das Drehkreuz wird freigegeben. Die Daten wurden im KÅlner Stadion aufgenommen. Der Besucher hat sein Ticket in der Hand und das Drehkreuz arbeitet automatisch. Daher ist von einem gleichméäigen Durchlass auszugehen. StÅrungen kånnen auftreten, wenn das Ticket nicht zur Hand ist oder ein Teil des technischen Systems versagt. In dem folgenden Diagramm ist der relativ konstante Personenfluss von 20 Personen pro Minute Çber einen Beobachtungszeitraum von 7 Minuten aufgezeigt. 19

20 25 Ticketdrehkreuz KÄlner Stadion Abb. 3.: Personenstrom durch ein Drehkreuz. (Anzahl der Personen pro Minute gegen die Zeit in Minuten) 5.2. PersonenstrÉme ohne Gegenstrom Komplexere aber dennoch einfach strukturierte PersonenstrÅme finden zum Ende einer Veranstaltung statt. Diese Art der Veranstaltung kann in einer VersammlungsstÉtte stattfinden oder auf einem FreigelÉnde. Die Besucher zeigen wéhrend der Veranstaltung kein ausgeprégtes StrÅmungsverhalten, da das Ziel der Besucher die Beobachtung der Veranstaltung ist. Am Ende der Veranstaltung gehen die Besucher zu den Haltestellen des åpnv oder zu den ParklÉtzen. Zu Beginn des AbstrÅmens bildet sich meistens eine Spitze im Personenstrom aus, die durch die schnell gehenden Besucher, die zuerst den Transportpunkt erreichen wollen, hervorgerufen wird. AnschlieÄend verléuft der Besucherstrom gleichméäig und nimmt in der Summe sténdig ab. Als Beispiel soll der Besucherstrom wéhrend der KÅlner Lichter im Jahr 2010 dienen. Betrachtet wurden die Besucher, die vom rechtsrheinischen frei zugénglichen GelÉnde in Richtung S-Bahnhof und Hauptbahnhof stråmten. Die Aufnahmen wurden von der HohenzollernbrÇcke gemacht. 20