Technologien für die resiliente Stadt

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1 Technologien für die resiliente Stadt Tobias Leismann Fraunhofer Ernst-Mach-Institut, EMI BMBF-Innovationsforum Zivile Sicherheit Berlin, Folie 1

2 Gliederung Herausforderungen Innovationscluster Future Urban Security Projekte und technische Lösungen Ausblick Folie 2

3 Urbanisierung eines der zentralen Zukunftsthemen in der deutschen Forschungslandschaft BMBF Forschungsunion Wirtschaft Initiative Stadt der Zukunft Zukünftiger Forschungsbedarf Handlungsempfehlungen Resiliente Infrastrukturen Innovationsdialog Politik + Wirtschaft Systemforschung Morgenstadt Forschung und Entwicklung für die Stadt der Zukunft Lösungen, Konzepte, Innovationen Pilotprojekte Smarte Lösungen für die Städte der Zukunft Marktfähige Konzepte/Technologien Langfristige Zielsetzungen Erschließung neuer Märkte Forschungsoffensive für die Städte der Zukunft Folie 3

4 Die globale Urbanisierung schreitet voran 2008: Erstmalig in der Geschichte lebt die Weltbevölkerung mehrheitlich städtisch Neue Formen der Urbanisierung sind: Anteil der Weltbevölkerung, die in urbanen Räumen lebt»mega-cities«bewohnerzahl über 20 Mio. z.b. Peking, Tokio, Mexico City, New York, Los Angeles, London, etc. 70 %»Mega-Regions«z.B. Hongkong-Shenzen-Guangzhou»Urban Corridors«verbunden durch Hauptverkehrsadern, z.b. Peking Tokio Pijöngjang - Seoul»City Regions«Engere Anbindung von ländlichem Umland an ein großes urbanes Gebiet, z.b. Kapstadt Unterschiedlich entwickelter Urbanisierungsgrad in den großen Weltregionen: 29,5 % 50,6 % Nordamerika: 82,1 % Europa: 72,6 % Asien 42,5 % Globaler Durchschnitt: 50,6 % Quelle: UN Habitat 2010 Folie 4

5 Wachsende Vulnerabilitäten vernetzter Stadtsysteme Mobility Hubs Hohe Bevölkerungsdichte Vernetzte IKT-Systeme Komplexe kritische Infrastrukturen Globale Warenketten Folie 5

6 Anschläge in Europas Städten sind ein wachsendes Phänomen Seit 1970 steigt der Anteil der urbanen Terrorziele in Europa stetig an. (Quelle: Fraunhofer EMI, Terrorist Event Database) ab 2000: > 40% der Anschläge haben urbane Ziele 1970: 22% der Anschläge haben urbane Ziele Folie 6

7 Mehr Menschen von Anschlägen in europäischen Städten betroffen Anzahl betroffene (tote und verletzte) Personen durch Anschläge in Europas Städten (Quelle: Fraunhofer EMI, Terrorist Event Database) Folie 7

8 Naturkatastrophen in Europa Von 1980 bis 2007 stieg die Anzahl der von Naturkatastrophen betroffenen Menschen weltweit von ca. 80 Mio. auf über 200 Mio. an Sowohl die Anzahl der in Städten lebenden Menschen als auch die Anzahl der dokumentierten Katastrophen (Natur- und technische Katastrophen) steigt an Folie 8 Quellen: UN-Habitat: Global Report on Human Settlements 2007 Enhancing Urban Safety and Security

9 Innovationcluster»Future Urban Security« Hightech für urbane Sicherheit Sechs Fraunhofer-Institute Mehr als 40 Partner aus Forschung, Universitäten und Unternehmen aus Südwestdeutschland 2 Mio Fraunhofer, 2 Mio Land, 5 Mio Industrie Drei Schwerpunktthemen: 1. Technologien zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit von urbanen Infrastrukturen 2. Technologien für Einsatzkräfte 3. Technologien zur Detektion und Neutralisation von Gefahrstoffen Folie 9

10 Partner des Innovationsclusters Future Urban Security Folie 10

11 EU-Projekt VITRUV: Vulnerability Identification Tools for Resilience Enhancements of Urban Environments Herausforderungen der Stadtplanung Verletzlichkeit und Sicherheit als Teil des Planungsprozesses. Ziele des Projekts: Computerbasierte Integration von Sicherheitsthemen in den Stadtplanungsprozess auf drei Ebenen 1. Allgefahrenansatz für die Konzeptphase 2. Erschaffung von robusten und resilienten städtischen Räumen durch integrierte Risikoanalyse 3. Detaillierte Verbesserungsvorschläge für Gebäude, Verkehrssysteme und andere kritische Infrastrukturen Beteiligte Städte: Bologna, London, Kopenhagen, Waterford City Partner: Industrie und Forschung aus 8 verschiedenen europäischen Ländern Laufzeit: Mai 2011 Juni Folie 11 Tool 1 Tool 2 Concept level Plan level (Susceptibility analysis) Detail level (Vulnerability analysis) VITRUV

12 Gebäudedefinition auf Planebene + + DISSING+WEITLING Visualisierung von Stadtquartieren auf Basis von: Gebäudedaten Verkehrsadern Nutzungsdaten von Flächen und Gebäuden Planungsdaten Folie 12

13 Identifikation der Hotsports auf Planebene (empirische Risikoanalyse) Suszeptibilitätsanalyse u.a. auf Basis der Gebäudekosten Tool 1 Tool 2 Concept level Plan level (Susceptibility analysis) Detail level (Vulnerability analysis) VITRUV Cultural Heritage City Hall Railway Station Folie 13

14 Verwundbare Gebäude und öffentliche Räume (quantitative Risikoanalyse) Schwachstellenanalyse beruhend auf Monte-Carlo-Simulationen von Anschlagsszenarien Tool 1 Concept level Tool 2 Plan level (Susceptibility analysis) Detail level (Vulnerability analysis) VITRUV Kiosk Railway Station Folie 14

15 Erhöhte Widerstandsfähigkeit durch neue Gebäudekonzepte: Security Scraper Folie 15

16 Autonomes Risiko- und Informationssystem zur Strukturanalyse und Überwachung sicherheitsrelevanter Bauwerke (AURIS) Laufzeit Zielsetzung Sicherheitsbetrachtung von Bauwerken der kritischen Infrastruktur während des gesamten Lebenszyklus und im Katastrophenfall Permanente messtechnische Überwachung und Bewertung der Tragstruktur Unterstützung der Einsatzkräfte im Katastrophenfall Partner Folie 16

17 AURIS Szenario Alterungsbedingte Verschlechterung des Zustands Korrosion, Karbonatisierung, Temperaturwechsel Verschleißbeanspruchung Lastbedingte Verschlechterung des Zustandes Folie 17 Ermüdung infolge häufiger Lastwiederholungen, z.b. Verkehr, Wellenschlag, Wind Lasterhöhungen, z.b. größere Achslasten Schädigende große Lasten, z.b. Schwertransport, Starkwindereignis Konzeptionelle Verschlechterung des Zustands Weiterentwicklung des Stands der Technik z.b. Einwirkungen, Bemessungsmodelle, Baustoffeigenschaften Massive Schädigung eines Bauwerks der kritischen Infrastruktur Durch einen terroristischen Anschlag mit Sprengstoffen oder Durch die Auswirkung einer Naturkatastrophe oder eines Großunfalls Fehlender oder mangelhafter Unterhalt Echtzeitunterstützung von Einsatzkräften im Katastrophenfall durch AURIS-System

18 Autonomes Risiko- und Informationssystem zur Strukturanalyse und Überwachung sicherheitsrelevanter Bauwerke (AURIS) Monitoring während des Lebenszyklus Monitoring im Katastrophenfall Als präventive Maßnahme: Qualitätskontrolle, Tragverhalten, Ermittlung d. tatsächlichen Last Zur Erhaltungs planung: Veränderung im Tragverhalten, Schadensanalyse, Beweissicherung Zum Monitoring bei hoher Nutzungsdauer: Frühwarnsystem bei kritischen Zuständen, Prognosen über Standsicherheit, Verlängerung d. Restlebensdauer Folie 18 Automatisierte Informationsgewinnung: Messung der außergewöhnlichen Lasteinwirkung auf die Bauwerksstruktur Zustands- und Lagebewertung: Durchführung einer Risikoanalyse in Bezug auf Resttragfähigkeit, progressiver (Teil-) Kollaps Fluchtwege und Rettungskräfte: optimale Fluchtweg- und Einsatzplanung, Frühwarnung der Rettungskräfte bei Einsturzgefährdung

19 Neutralisierung von Sprengsätzen in urbaner Umgebung Folie 19

20 Ausblick: Resilienz als Basis eines umfassenden Sicherheitsverständnisses bounce back learn and adapt absorb shocks and disturbance Resilienz- Zyklus prevent stress fractures self-organize prevent system collapse Folie 20

21 Ziel: resiliente urbane Infrastrukturen Kaskadeneffekte verhindern Risiken einschätzen Krisenmanagement und Einsatzkräfte unterstützen Resilienz- Zyklus Gefahren frühzeitig erkennen und effektiv begegnen Verwundbarkeiten minimieren Folie 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Dr. Tobias Leismann Folie 22