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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Evakuierungssystem zur Planung von Fluchtwegen in einem Gebäude mit einem Modellmodul, das ein Modell des Gebäudes bereitstellt, mit einem Ereignismodul, welches mindestens ein Fluchtereignis in dem Gebäude bereitstellt, mit einem Personenverteilungsmodul, welches eine relevante Personenverteilung in dem Gebäude bereitstellt und mit einem Fluchtwegmodul zur Planung der Fluchtwege auf Basis des Modells, des mindestens einen Fluchtereignisses sowie der relevanten Personenverteilung als Eingangsgrößen.
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Üblicherweise werden Fluchtwege in Gebäuden bei der Gebäudeplanung festgelegt und beim Bau des Gebäudes ausgeschildert. Gegebenenfalls werden im Betrieb des Gebäudes, insbesondere bei Nutzungsänderungen von Teilbereichen des Gebäudes, die Fluchtwege nochmals angepasst. Die Fluchtwege werden meist mit statischen Schildern oder anderen Hinweisen gekennzeichnet, sodass Fluchtwegsuchende im Gefahrenfall die Fluchtwege einfach finden und diesen folgen können.
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Neben den statischen Hinweismöglichkeiten zur Fluchtwegausschilderung sind auch dynamische Beschilderungen von Fluchtwegen bekannt geworden, die nur dann aktiviert werden, wenn ein Gefahrenfall eintritt.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 042 391 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, betrifft eine Brandsicherungsvorrichtung mit einem Eingangsmodul, welches zur Entgegennahme von Branddaten in einem Sicherungsbereich ausgebildet ist, mit einem Auswertungsmodul, welches zur Verarbeitung der Branddaten und zur Bildung eines Verarbeitungsergebnisses ausgebildet ist, und mit einem Ausgangsmodul, welches zur Aktivierung und/oder Steuerung von Sicherheitsaktionen auf Basis des Verarbeitungsergebnisses des Auswertungsmoduls ausgebildet ist, wobei das Auswertungsmodul eine Prädiktionseinheit aufweist, um den Brandverlauf auf Basis der Branddaten als Verarbeitungsergebnis vorherzusagen. Als Sicherungsaktion wird unter anderem vorgeschlagen, eine Optimierung von Fluchtwegen durchzuführen. Ferner wird motiviert, durch die Nutzung von Überwachungskameras, Einbruchssensoren, Zutrittssensoren und anderen Sensoren, welche Hinweise auf noch im Gebäude vorhandene Personen und deren Aufenthaltsorte geben, aktuelle Ansammlungen von Personen zu erfassen und beispielsweise Panik vor Fluchttüren zu erkennen.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung wird ein Evakuierungssystem zur Planung von Fluchtwegen in einem Gebäude mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Planung von Fluchtwegen in einem Gebäude mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Das erfindungsgemäße Evakuierungssystem ist zur Planung von Fluchtwegen in einem Gebäude geeignet und/oder ausgebildet. Bei dem Gebäude kann es sich um ein privates, industrielles oder öffentliches Gebäude handeln. Beispielsweise kann das Gebäude als ein Privathaus, ein Bürogebäude, ein Kaufhaus, ein Fertigungsgebäude, eine Bibliothek, ein Verwaltungsgebäude oder eine Lagerhalle ausgebildet sein. Das Evakuierungssystem dient dazu, als Ausgangsgröße die Fluchtwege in dem Gebäude bereitzustellen und/oder zu aktualisieren.
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Unter einem Fluchtweg wird ein Wegverlauf innerhalb des Gebäudes von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt verstanden. Der Anfangspunkt ist insbesondere als ein aktueller Aufenthaltsort von Personen ausgebildet. Der Endpunkt ist insbesondere als ein Sicherungspunkt, wie z.B. ein Ausgang, oder als ein Zwischenpunkt, wie z.B. eine Sammelstelle oder eine Verteilerstelle in dem Gebäude, ausgebildet. Insbesondere umfassen die Fluchtwege auch Evakuierungspfade in dem Gebäude.
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Das Evakuierungssystem umfasst ein Modellmodul, welches ein Modell des Gebäudes bereitstellt. Das Modell des Gebäudes kann als ein architektonisches Modell, wie z.B. ein 2D-Grundriss oder als ein 3D-Modell ausgebildet sein. Insbesondere kann das Modell im Rahmen der Gebäudedaten Modellierung (BIM) dargestellt sein. Alternativ oder ergänzend kann das Modell als Graph mit einer Mehrzahl von Knoten und Kanten ausgebildet sein, wobei die Kanten die Knoten verbinden. Derartige Graphen können vorteilhafter Weise bei der mathematischen Behandlung von Wegproblemen eingesetzt werden.
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Ferner umfasst das Evakuierungssystem ein Ereignismodul, welches mindestens ein Fluchtereignis in dem Gebäude bereitstellt. Insbesondere ist das Ereignismodul als ein Input-Modul ausgebildet, welches mit einem Sensorsystem in dem Gebäude signaltechnisch verbindbar oder verbunden ist. Bei dem Fluchtereignis handelt es sich insbesondere um eine Brand- oder Feuermeldung. Eine derartige Brand- oder Feuermeldung kann beispielsweise durch einen automatischen Feuermelder, einen manuellen Feuermelder oder auch durch eine mündliche Meldung erzeugt werden. Optional kann die Brand- oder Feuermeldung über eine Brandzentrale geleitet werden, welche die Brand- oder Feuermeldung verifiziert und an das Ereignismodul weitergibt. Neben Brand- oder Feuermeldung sind auch weitere Meldungen, wie z.B. Personenbedrohungen, Erdbeben, Rauch- oder Gasmeldungen als Fluchtereignisse denkbar. Allgemein betrachtet ist ein Fluchtereignis ein Ereignis, welches die Personen in dem Gebäude motiviert, das Gebäude möglichst schnell zu verlassen.
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Das Evakuierungssystem umfasst ein Personenverteilungsmodul, welches eine relevante Personenverteilung in dem Gebäude bereitstellt. Unter einer Personenverteilung wird insbesondere eine Aufstellung verstanden, bei der Aufenthaltsorten in dem Gebäude, insbesondere Räumen und Korridoren oder – mathematisch – Knoten und optional ergänzend Kanten, eine Anzahl von Personen an den Aufenthaltsorten zugeordnet wird. Die relevante Personenverteilung ist die Personenverteilung, welche bei der Planung von Fluchtwegen berücksichtigt werden sollte.
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Ferner umfasst das Evakuierungssystem ein Fluchtwegmodul, welches zur Planung der Fluchtwege auf Basis des Modells, des mindestens einen Fluchtereignisses sowie der relevanten Personenverteilung als Eingangsgrößen ausgebildet ist. Das Fluchtwegmodul setzt somit einen Algorithmus um, der die Fluchtwege in dem Modell so plant, dass die Personen möglichst schnell, sicher und/oder effektiv vor dem Fluchtereignis in Sicherheit gebracht werden können. Derartige Algorithmen, insbesondere auf Basis von Graphen, sind hinreichend bekannt. So ist beispielsweise ein Algorithmus der kürzesten Pfade von Edsger Dijkstra aus dem Jahr 1959 bekannt. Ford und Fulkerson haben einen Algorithmus des maximalen dynamischen Flusses 1956 veröffentlicht, welcher in dem Canadian Journal of Mathematics, Volume 8, pp.399–404 veröffentlicht ist.
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Im Rahmen der Erfindung wird eine Personenprädiktionseinrichtung vorgeschlagen, welche die relevante Personenverteilung in dem Gebäude unter Verwendung eines Personenverteilungsmodells abschätzt. Besonders bevorzugt ist das Personenverteilungsmodell für das Gebäude umfassend, so dass mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90% und im speziellen mindestens 98% aller Räume, für die Fluchtwege geplant werden sollen, in dem Personenverteilungsmodell enthalten sind. Insbesondere beruht das Personenverteilungsmodell auf a-priori-Wissen über die Personenverteilung oder enthält dieses zumindest, welches zur Bildung des Personenverteilungsmodells herangezogen wurde.
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Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass die relevante Personenverteilung im Fall eines Fluchtereignisses nicht aktuell aufgenommen, also gemessen, werden muss, sondern über das Personenverteilungsmodell zur Verfügung gestellt wird. Insbesondere sind Sensorsysteme in Gebäuden meist nicht dazu geeignet sind, eine aktuelle Personenverteilung aufzunehmen und decken zudem meist das Gebäude nicht vollständig ab, so dass eine aktuelle Personenverteilung nicht mit ausreichender Sicherheit erfasst oder gemessen werden kann. Dagegen erlaubt die Nutzung einer Personenprädiktionseinrichtung eine relevante Personenverteilung mit einer hohen Sicherheit abzuschätzen und als Basis für die Planung der Fluchtwege zu machen.
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Mit der Eingangsgröße der relevanten Personenverteilung ist es dem Evakuierungssystem möglich, die Fluchtwege auch in Abhängigkeit der Kapazitäten der Fluchtwege vorrausschauend zu planen. So müssen beispielsweise für Teilbereiche in dem Gebäude, in denen sich keine oder nur wenige Personen aufhalten, die Fluchtwege keinen großen Kapazitäten aufweisen. Dagegen müssen Fluchtwege, die von Teilbereichen mit einer hohen Personenzahl kommen, eine sehr hohe Kapazität aufweisen, um Stauungen oder Panik auf den Fluchtwegen zu vermeiden.
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Besonders bevorzugt bildet die Personenprädiktionseinrichtung einen Teil des Personenverteilungsmoduls. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Aufteilung des Evakuierungssystems in unterschiedliche Module bevorzugt funktionsbezogen oder organisatorisch zu verstehen ist. So kann das gesamte Evakuierungssystem beispielsweise als eine Datenverarbeitungsanlage, insbesondere als ein Computersystem, ausgebildet sein, sodass die verschiedenen Module Teile eines Programms sind. Es ist auch möglich, dass die verschiedenen Module in dem Evakuierungssystem so ausgebildet sind, dass deren Funktionen sich miteinander vermischen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Personenprädiktionseinrichtung zur Modellierung einer zeitabhängigen Personenverteilung ausgebildet. Dieser Aspekt der Erfindung geht davon aus, dass die Personenverteilung in dem Gebäude bestimmten, zeitabhängigen Regeln folgt. Beispielsweise kann die Personenverteilung tageszeitabhängig variieren: So wird in einem Bürogebäude üblicherweise der Arbeitstag der Personen morgens z.B. um 8:00 Uhr beginnen und bis abends, z.B. 18:00 Uhr anhalten. Außerhalb dieser Arbeitszeiten wird das Bürogebäude weitgehend leer sein. Auch innerhalb der Arbeitszeit wird sich die Personenverteilung z.B. in Abhängigkeit von gemeinsamen Pausen über den Tag verändern. Eine tageszeitabhängige Personenverteilung kann diese systematisch bedingten Änderungen darstellen. Daneben ist es vorteilhaft, eine wochentagabhängige Modellierung der Personenverteilung durchzuführen, da in vielen Gebäuden an den Arbeitstagen eine andere Personenverteilung als an den Wochenendtagen vorliegen wird. Besonders vorteilhaft kann auch eine feiertagsabhängige Personenverteilung modelliert werden, da in sehr vielen Gebäuden z.B. an einem Feiertag wie Weihnachten, eine andere Personenverteilung als an einem normalen Arbeitstag vorherrschen wird. Auch eine monatsabhängige Modellierung der Personenverteilung kann vorteilhaft sein, wenn in dem Gebäude z.B. ein saisonabhängiger Betrieb, wie z.B. eine Gärtnerei oder ein Kaufhaus für Campingartikel, vorhanden ist. Eine entsprechend zeitabhängige Modellierung der Personenverteilung kann einige oder sogar alle dieser Aspekte berücksichtigen und so stets eine relevante Personenverteilung zum Zeitpunkt "Planung der Fluchtwege" bereitstellen.
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In einer möglichen Ausführung ist das Personenverteilungsmodell statisch vorgegeben. So ist es beispielsweise möglich, dass bei der Planung eines Gebäudes, z.B. Bürogebäudes, Anwesenheitsdaten der Personen in dem Gebäude als Plandaten abgeschätzt werden und diese Plandaten die Grundlage für das Personenverteilungsmodell bilden. Diese Ausführungsform ist einfach umzusetzen. Allerdings kann ein derartiges, statisches Personenverteilungsmodell nicht auf ein dynamisches Nutzungsverhalten reagieren.
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Daher ist es besonders bevorzugt, dass das Personenverteilungsmodell unter Nutzung von früheren Anwesenheitsdaten der Personen in dem Gebäude oder in Teilbereichen davon erstellt ist. Aus den früheren Anwesenheitsdaten können zum einen eine unmittelbare Personenverteilung für die Bereiche abgeleitet werden für die diese Daten vorliegen. Zum anderen kann auf eine Personenverteilung in Teilbereichen des Gebäudes geschlossen werden, von denen keine früheren Anwesenheitsdaten vorhanden sind, indem z.B. die Ströme der Personen in diese Bereiche berücksichtigt werden. Ferner können durch die Nutzung von früheren Anwesenheitsdaten der Personen auch Änderungen der Personenverteilungen berücksichtigt werden, so dass das Personenverteilungsmodell dynamisch an das Nutzungsverhalten des Gebäudes angepasst wird. Neben der Personenverteilung in dem Gebäude können auch Personenflüsse modelliert werden, so dass z.B. beliebte oder oft frequentierte Wege in dem Gebäude identifiziert werden können.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Evakuierungssystem ein Sensorsystem mit einer Mehrzahl an in dem Gebäude verteilten Sensoren, wobei die Sensoren ausgebildet sind, eine Personenzahl in dem Gebäude oder in Teilbereichen von dem Gebäude als die Anwesenheitsdaten aufzunehmen. Mögliche Sensoren sind z.B. Bewegungssensoren, Überwachungskameras, Einbruchssensoren, Zutrittssensoren, Zutrittskontrolleinrichtungen etc. Die mit den genannten Sensoren aufgenommenen Anwesenheitsdaten bilden den Input oder die Datenbasis zur Erstellung oder zur Aktualisierung des Personenverteilungsmodells.
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Besonders bevorzugt wird das Personenverteilungsmodell mit Hilfe maschineller Lernverfahren über die Zeit modelliert oder trainiert. Erfolgt das Lernen des Personenverteilungsmodells über einen längeren Zeitraum, wie z.B. über mehrere Monate oder Jahre, so kann das Personenverteilungsmodell die relevante Personenverteilung mit einer sehr hohen Sicherheit abschätzen. Eine Modellierung kann beispielsweise durch Clusteranalyse, data-mining und im speziellen durch die Verwendung von Gaussian mixture models (GMM) erfolgen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt das Personenverteilungsmodul eine zweite Funktion um, indem es aktuelle Anwesenheitsdaten aus dem Sensorsystem mit der relevanten Personenverteilung von dem Personenverteilungsmodell vergleicht. Das Personenverteilungsmodul wird somit als eine Art Sensor zur Überwachung der Personenverteilung in dem Gebäude.
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Eine erste mögliche, vorteilhafte Nutzung des Vergleichs kann im Rahmen einer Überprüfung umgesetzt werden, ob die geplanten Fluchtwege auch tatsächlich genutzt werden. Sollte sich bei dem Vergleich herausstellen, dass die geplanten Fluchtwege oder im speziellen ein geplanter Fluchtweg nicht genutzt wird, so ist möglicherweise davon auszugehen, dass dieser geplante Fluchtweg versperrt ist. In diesem Fall kann das Fluchtwegmodul eine Alternative zu dem möglicherweise gesperrten Fluchtweg vorschlagen, sodass eine sichere Evakuierung der Personen in dem Gebäude erfolgen kann.
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Alternativ oder ergänzend kann in vorteilhafter Weise geprüft werden, ob eine Panik oder eine signifikante Personenkonzentration in dem Gebäude vorliegt. Bei einer Personenkonzentration müssen gegebenenfalls die relevante Personenverteilung angepasst und die Fluchtwege aktualisiert werden. Ebenso kann im Fall einer Panik durch die Generierung von weiteren Fluchtwegen der Panik entgegengewirkt werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung für Fluchtwege in einem Gebäude, vorzugsweise unter Nutzung des Evakuierungssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. wie es zuvor beschrieben wurde, wobei auf Basis eines Modells eines Gebäudes, mindestens eines Fluchtereignisses in dem Gebäude sowie einer relevanten Personenverteilung in dem Gebäude als Eingangsgrößen mindestens ein Fluchtweg in dem Gebäude als Ausgangsgröße geplant wird. Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die relevante Personenverteilung in dem Gebäude unter Verwendung eines Personenverteilungsmodells abgeschätzt wird.
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Die geplanten Fluchtwege in dem Gebäude stellen somit einen Output des Verfahrens bzw. des Evakuierungssystems dar. Die Fluchtwege können nachfolgend automatisch oder unter Zwischenschaltung einer Brandzentrale umgesetzt werden, indem dynamische Fluchtwegindikatoren, wie z.B. LED-Pfeile, LCD-Displays, beleuchtbare Schilder etc. so angesteuert werden, dass den Personen in dem Gebäude der geplante Fluchtweg angezeigt wird.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung als Gesamtübersicht eines Evakuierungssystems als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 in Blockdarstellung das Modellmodul des Evakuierungssystems in 1;
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3 in Blockdarstellung das Ereignismodul des Evakuierungssystems in der 1;
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4 in Blockdarstellung das Personenverteilungsmodul des Evakuierungssystems in 1;
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5 ein Flussdiagramm zur Illustration der Funktionsweise des Fluchtwegmoduls in der 1;
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6a, b ein Modell eines zu evakuierenden Gebäudes in verschiedenen Darstellungen;
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7a, b, c Teilgraphen des Modells in der 6b;
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8 ein weiteres Flussdiagramm zur Illustration der Funktionsweise des Fluchtwegmoduls in der 1.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung ein Evakuierungssystem 1 zur Planung von Fluchtwegen in einem Gebäude als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Darstellung in der 1 zeigt insbesondere eine Übersicht über die Funktionsmodule und optional ergänzenden Module. Die Übersicht ist als eine organisatorische Übersicht oder Funktionsübersicht zu verstehen und beschränkt das Evakuierungssystem 1 nicht auf die Zuordnung von Funktionen zu einzelnen Modulen.
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Das Evakuierungssystem 1 dient zur Erstellung oder Aktualisierung von Fluchtwegen F in einem Gebäude. Das Evakuierungssystem 1 kann beispielsweise als ein Programm in einer Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere in einem Computer, ausgebildet sein. Das Gebäude ist – abstrakt betrachtet – eine Mehrzahl von verteilten Räumen, welche über Korridore miteinander verbunden sind. Somit kann das Evakuierungssystem 1 für eine Vielzahl von unterschiedlichen Gebäudetypen eingesetzt werden.
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Das Evakuierungssystem 1 umfasst ein Modellmodul 2, ein Ereignismodul 3, ein Personenverteilungsmodul 4 und ein Fluchtwegmodul 5. Das Fluchtwegmodul 5 dient zur Planung der Fluchtwege F als eine Ausgangsgröße und bekommt von den anderen Modulen 2, 3, 4 verschiedene Eingangsgrößen als Basis für die Berechnung der Fluchtwege. So erhält das Fluchtwegmodul 5 von dem Modellmodul 2 ein Modell M des Gebäudes. Das Modell M des Gebäudes kann als ein Grundriss, ein 3D-Modell oder eine andere Darstellung ausgebildet sein. Optional ergänzend kann das Modellmodul 2 auch einen Graphen des Gebäudes als Modell bereitstellen. Details hierzu werden nachfolgend im Zusammenhang mit der 2 erläutert.
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Das Ereignismodul 3 übergibt an das Fluchtwegmodul 5 Fluchtereignisse A, also Informationen oder Daten von Ereignissen in dem Gebäude, die eine Flucht auslösen können. Die Art der Fluchtereignisse A wird nachfolgend in Zusammenhang mit der 3 detailliert beschrieben.
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Das Personenverteilungsmodul 4 übergibt an das Fluchtwegmodul 5 eine relevante Personenverteilung P, also Informationen und Daten über die Verteilung von Personen in dem Gebäude. Details zu dem Personenverteilungsmodul 4 werden im Zusammenhang mit der 4 offenbart.
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Ein in der 1 von dem Modellmodul 2 zu dem Ereignismodul 3 bzw. Personenverteilungsmodul 4 verlaufender Pfeil deutet an, dass das Modell M, insbesondere der Graph oder Teilinformationen bzw. Daten darüber auch an das Ereignismodul 3 bzw. das Personenverteilungsmodul 4 weitergegeben werden, damit z.B. den Fluchtereignissen A einen Position in dem Gebäude oder die relevante Personenverteilung P auf Basis des Modells M ermittelt werden kann.
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Auf Basis des Modells M, des mindestens einen Fluchtereignisses A sowie der relevanten Personenverteilung P wird von dem Fluchtwegmodul 5 mindestens ein Fluchtweg F erzeugt und – wie dies in der 1 beispielhaft dargestellt ist – an ein Signalisierungssystem oder eine Brandzentrale 6 übergeben. Die Brandzentrale bzw. das Signalisierungssystem 6 setzen die Fluchtwege F in dem Gebäude so um, dass diese für die Personen in dem Gebäude deutlich werden.
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Beispielsweise werden in Abhängigkeit der Fluchtwege F Markierungen und/oder Signaleinrichtungen, insbesondere Fluchtwegsignaleinrichtungen, so geschaltet, dass der mindestens eine Fluchtweg F in dem Gebäude angezeigt wird.
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Ferner zeigt die 1 ein Sensorsystem 7 mit einer Mehrzahl von Sensoren, welche in dem Gebäude verteilt sind. Die Sensoren sind beispielsweise als automatische oder manuelle Brandmelder, Überwachungskameras, Einbruchsalarm, Zutrittskontrollsysteme, Bewegungsmelder etc. ausgebildet. Zum einen dient das Sensorsystem 7 dazu, einen Input an das Ereignismodul 3 bereit zu stellen, indem beispielsweise ein Alarmsignal von einem automatischen Feuermelder an das Ereignismodul 3 übergeben wird und von diesem als Fluchtereignis F an das Fluchtwegmodul 5 weitergeleitet wird. Zum anderen ist das Sensorsystem 7 optional signaltechnisch mit dem Personenverteilungsmodul 4 verschaltet, wobei diese Funktion im Zusammenhang mit der 4 erläutert wird.
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Die 2 zeigt eine schematische Blockdarstellung des Modellmoduls 2, wobei innerhalb des Modellmoduls 2 auf der linken Seite ein Grundrissmodell und auf der rechten Seite ein Graph des gleichen Teilbereichs des Gebäudes dargestellt sind. Das Grundrissmodell ist maßstabsgetreu gezeigt, wobei mit M1 ein erster Raum, M2 ein zweiter Raum und M3 beispielsweise ein Eingangsbereich dargestellt sind. Zwischen den Räumen M1 ... M3 sind verschiedene Durchgänge der D1 ... D5 als Durchbrüche, z.B. Türen, eingezeichnet. M4 bezeichnet einen Sicherheitsausgang aus dem dargestellten Teilbereich.
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Auf der rechten Seite ist der gleiche Teilbereich, dieses Mal jedoch als Graph dargestellt, wobei die Knoten M1 ... M4 den Räumen auf der linken Seite und die Kanten D1 ... D5 den Durchgängen jeweils mit den gleichen Bezeichnungen entsprechen. Jeder Knoten M1 ... M4 weist zwei Parameter auf, die in geschweiften Klammern dargestellt sind, wobei der erste Parameter die anfängliche Anzahl der Personen in dem Raum und der zweite Parameter die maximale Personenkapazität des Raumes bezeichnet. Die anfängliche Personenzahl in dem Raum wird von dem Personenverteilungsmodul 4 bereitgestellt bzw. als relevante Personenverteilung P abgeschätzt. Die Kanten D1 ... D5 weisen ebenfalls zwei Parameter auf, und zwar die Durchlaufzeit entlang des Durchgangs und die maximale Flusskapazität entlang des Durchgangs pro Zeiteinheit. So hat beispielsweise ein langer Gang eine längere Durchgangszeit als ein kurzer Gang oder ein breiter Gang eine höhere Flusskapazität als ein schmaler Gang. Statt der Bereitstellung der relevanten Personenverteilung P in dem Modellmodul 2 kann das Modellmodul 2 den Graphen ohne die anfängliche Personenzahl bereitstellen, wobei die Personenzahl dann in dem Fluchtwegmodul 5 gemäß der Vorgaben des Personenverteilungsmoduls 4 eingesetzt werden.
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In der 3 ist in einer Blockdarstellung das Ereignismodul 3 dargestellt. Das Ereignismodul 3 übernimmt von dem Sensorsystem 7 Sensormeldungen, insbesondere Alarmmeldungen, und ordnet diesen in einer Zuordnungseinrichtung 10 die Position in dem Gebäude zu. Somit wird beispielsweise bei einer Alarmmeldung aus einem automatischen Feuermelder eine Ursprungsposition eines Brandes oder Feuers in dem Gebäude bzw. in dem Modell M ermittelt. Dieses Realereignis R wird als Fluchtereignis A an das Fluchtwegmodul 5 übergeben. Optional ergänzend wird das oder die Realereignisse R an eine Simulationseinrichtung 8 übergeben, welche ausgehend von dem Realereignis R eine Feuerentwicklung oder eine Rauchentwicklung in dem Gebäude schätzt und ein Simulationsergebnis S als Fluchtereignis A ausgibt. Zur Umsetzung der Simulationseinrichtung 8 kann beispielsweise auf die Software: Fire Dynamics Simulator (FDS) zurückgegriffen werden, welche ursprünglich von K. B. McGrattan am NIST (US) entwickelt wurde. Bei einem möglichen Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass in der Simulationseinrichtung 8 eine Vielzahl von Simulationsergebnissen für das Gebäude bereits vorberechnet vorliegen, sodass bei dem Eintreten eines Realereignisses R ohne große Rechenzeiten und somit sehr schnell auf das Simulationsergebnis S zurückgegriffen werden kann.
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In der 4 ist eine Blockdarstellung des Personenverteilungsmoduls 4 dargestellt. Als Eingangsgrößen verwendet das Personenverteilungsmodul 4 zum einen Daten aus dem Modellmodul 2, insbesondere das Modell M oder den Graphen G sowie Eingaben von dem Sensorsystem 7. Als Ausgangsgröße stellt das Personenverteilungsmodul 4 eine relevante Personenverteilung P dem Fluchtwegmodul 5 zur Verfügung.
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Das Personenverteilungsmodul 4 umfasst eine Personenprädiktionseinrichtung 9, welche die relevante Personenverteilung P in dem Gebäude unter Verwendung eines Personenverteilungsmodells PM abschätzt.
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Das Personenverteilungsmodell PM wird von einer Modelleinrichtung 11 erstellt, wobei die Sensordaten aus dem Sensorsystem 7 zur Modellierung herangezogen werden. Viele der in dem Sensorsystem 7 verwendeten Sensoren können als Nebenfunktion zur Detektion von Personen in Teilbereichen, wie z.B. Räumen, eingesetzt werden. So ist es beispielsweise möglich, mit einer Überwachungskamera Personen in einem Überwachungsbereich zu zählen. Ebenfalls ist es möglich, über ein Zutrittskontrollsystem eine Anzahl von passierenden Personen zu erfassen. Auch andere Sensoren, insbesondere Bewegungssensoren, wie z.B. Einbruchssensoren, können zur Detektion von Personen in den Teilbereichen eingesetzt werden. Diese Anwesenheitsdaten werden genutzt, um ein realitätsnahes und damit sehr zuverlässiges Personenverteilungsmodell PM zu erstellen. Das Personenverteilungsmodell PM bildet die Personenverteilung in dem Gebäude zeit- und ortsabhängig ab.
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Durch das Personenverteilungsmodell PM ist es möglich, die Anzahl der Personen pro Raum zu schätzen, und zwar in Abhängigkeit von der Tageszeit und/oder dem Wochentag. Die abgeschätzte Anzahl der Personen bzw. die relevante Personenverteilung P wird zur Ergänzung des Graphen, wahlweise in dem Modellmodul 2 oder in dem Fluchtwegmodul 5, genutzt. Die Personenzahl wird insbesondere dazu genutzt, um eine Evakuierungszeit aus einem Raum vorherzusagen und/oder rechtzeitig auf mögliche Probleme im Vergleich mit den Ergebnissen aus dem Ereignismodul 3, insbesondere mit den Simulationsergebnissen von der Feuer- und Rauchausbreitung, hinzuweisen, bzw. die Fluchtwege anders zu planen.
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Optional ergänzend ist es möglich, dass das Personenverteilungsmodell PM Informationen über die normalen oder üblichen Bewegungsrichtungen der Personen hat. So kann beispielsweise erfasst werden, welchen Weg Personen aus einem bestimmten Raum bevorzugt verwenden. Diese bevorzugten Wege können bei der Fluchtwegplanung bevorzugt eingesetzt werden, da dann als Fluchtwege Wege gewählt werden, welche die Personen aus dem Raum normalerweise nutzen und somit auch kennen.
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In einer sehr einfachen Umsetzung werden die über die Sensoren des Sensorsystems 7 erfassten Anwesenheitsdaten gemittelt und repräsentieren dann das Personenverteilungsmodell PM. Es ist jedoch auch möglich, ein selbstlernendes System einzusetzen, welches die Anwesenheitsdaten als Eingabe erhält und daraus ein Modell erstellt.
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Bei einer möglichen Ergänzung des Ausführungsbeispiels erhält die Personenprädiktionseinrichtung 9 ergänzend Informationen, insbesondere aktuelle Anwesenheitsdaten von dem Sensorsystem 7. Diese aktuellen Anwesenheitsdaten können zur Verifizierung und ggf. Korrektur der geschätzten, relevanten Personenverteilung P herangezogen werden. Es ist auch möglich durch einen Vergleich zwischen den aktuellen Anwesenheitsdaten zu prüfen, ob die geplanten Fluchtwege benutzt werden oder möglicherweise – wenn diese nicht benutzt werden – als unpassierbar zu klassifizieren, so dass das Fluchtwegmodul 5 alternative Fluchtwege vorschlägt. Durch den Vergleich ist es auch möglich, z.B. Personenanhäufungen oder Panikverhalten zu erkennen, so dass durch das Fluchtwegmodul 5 andere oder ergänzende Fluchtwege geplant werden können.
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Die 5 illustriert in einem Flussdiagramm eine mögliche Ausführungsform der Arbeitsweise des Fluchtwegmoduls 5.
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In einem ersten Schritt 100 wird das Gebäude wahlweise von dem Modellmodul 5 als ein Graph ausgebildetes Modell M übernommen oder das Modell M wird durch das Fluchtwegmodul 5 in einen Graphen konvertiert. Der Graph G hat eine Mehrzahl N von Knoten n und eine Mehrzahl E von Kanten e. Jeder Knoten N hat als Parameter eine maximale Kapazität, welche der Anzahl der Personen entspricht, die sich in dem dem Knoten zugeordneten Raum aufhalten. Als zweiten Parameter hat jeder Knoten die aktuelle Personenzahl in diesem Raum. Jede Kante e hat als Parameter eine maximale Durchgangskapazität pro Zeiteinheit und als zweiten Parameter die Zeiteinheit, welche notwendig ist, um die Kante von einer Person zu durchlaufen.
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In den 6a, b ist der Übergang von einem Modell M zu einem Graphen gegenübergestellt. In der 6a ist der Grundriss eines Gebäudes auf drei Stockwerken I, II, III gezeigt. Über die jeweils seitlich angeordneten Treppenhäuser sind die drei Stockwerke I, II, III miteinander verbunden. Zur Erleichterung der Zuordnung sind in dem Grundriss in der 6a die Bezeichnungen der Knoten in der 6b dargestellt. Besonders hinzuweisen ist auf die zwei Sammelausgänge N21 und N22, die im rechten Bild ergänzend mit Exit #1 und Exit #2 bezeichnet sind.
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Gemäß der 5 erfolgt in dem Schritt 200 eine Aufteilung des Graphen in der 7b in Teilbereiche, also kleinere Graphen <G1, G2, ..., Gk>, wobei jeder der kleinen Graphen <G1, G2, ..., Gk> mindestens einen Fluchtweg zu einem Ausgang aufweist. In dem vorliegenden Beispiel wurde der Graph in drei Teilbereiche G1, G2 und G3 unterteilt, wie dies in den 7a, b, c gezeigt ist. Die Aufteilung ist durch skizzierte Linien ebenfalls in der 7b dargestellt.
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In der 7a ist zu erkennen, dass in dem Erdgeschoss I als Teilbereich G1, ausgehend von den Treppenhäusern N17 und N19 eine unmittelbare Kante zu den Sammelausgängen N21 und N22 gegeben ist.
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In der 7b ist der Teilbereich G2 für den zweiten Stock II dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass, ausgehend von den Treppenhäusern N13 und N15, die Wege zu den Ausgängen N21 und N22 über die Treppenhäuser N17 und N19 des Erdgeschosses I verlaufen.
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In der 7c ist der Teilbereich G3 für den dritten Stock III dargestellt, wobei, ausgehend von dem Treppenhaus im dritten Stock N5 und N8, der Fluchtweg über den Vorraum N10 und das Treppenhaus N13 des zweiten Stocks II und des Treppenhauses N17 des Erdgeschosses I zu dem Ausgang N21 verläuft. In gleicher Weise verläuft ein möglicher Weg von dem Treppenhaus N8 in dem dritten Stock III über den Vorraum N12, das Treppenhaus N15 des zweiten Stocks II und das Treppenhaus N19 des Erdgeschosses I zu dem Ausgang N22. Somit nutzen die drei Teilbereiche G1, G2 und G3 jeweils die gleichen Sammelausgänge N21 und N22 und teilen sich eine Mehrzahl der Knoten bzw. der Kanten bei dem Weg zu den Ausgängen N21 und N22.
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Gemäß der 5 werden in einem Schritt 300 unter Berücksichtigung der relevanten Personenverteilung P und der Fluchtwegereignisse A für jeden Teilbereich G1, G2 und G3 Fluchtwege zu den Sammelausgängen N21 und N22 geplant. An dieser Stelle ist zu unterstreichen, dass keine Planung für Fluchtwege in dem gesamten Gebäude G durchgeführt wird, da diese Planung einen deutlich höheren Berechnungsaufwand nötig machen würde. Stattdessen werden die Planungen parallel und insbesondere unabhängig voneinander für die Teilbereiche G1, G2, G3 durchgeführt. Damit ist das Evakuierungssystem 1 für sehr verzweigte Gebäude geeignet, da diese nur – nach dem Prinzip divida et impera – in Teilbereiche unterteilt und die Teilbereiche unabhängig voneinander behandelt werden müssen. Die benötigte Rechnerleistung steigt somit linear mit der Komplexität des Gebäudes und nicht überlinear, wie dies der Fall wäre, wenn die Fluchtwege für das Gebäude als Ganzes berechnet würden.
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In einem Schritt 400 wird anhand der Fluchtereignisse A von einer Prioritätseinrichtung 12 (1) eine Priorität für die Teilbereiche G1, G2 und G3 verteilt. Es ist dabei eine Überlegung dieser Ausgestaltung, dass Feuer sehr oft nur in einem Teilbereich eines Gebäudes ausbricht, sodass es zunächst notwendig ist, diesen Teilbereich zu evakuieren. Nachfolgend werden nur die Fluchtwege für den Teilbereich ausgegeben und an das Signalisierungssystem bzw. die Brandzentrale 6 weitergegeben, welche die höchste Priorität aufweisen. Somit werden zunächst nur für Personen aus dem Teilbereich G1, G2, G3 mit der höchsten Priorität Fluchtwege ausgegeben.
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In einem nächsten Schritt 500 wird geprüft, ob bei den Sammelausgängen N21 und N22 bzw. bei den zuvor von den Teilbereichen G1, G2, G3 gemeinsam genutzten Knoten und Kanten noch freie Kapazitäten zur Evakuierung vorhanden sind. Beispielsweise können in dem Teilbereich mit der höchsten Priorität nur sehr wenige Personen vorhanden sein, sodass trotz der Evakuierungsbemühungen die Treppenhäuser nicht ihre Belastungsgrenze hinsichtlich der Kapazität erreichen. In diesem Fall kann zeitgleich mit der Evakuierung eines zweiten Teilbereichs mit einer niedrigeren Priorität begonnen werden.
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Die Planung der Fluchtwege und das Setzen der Prioritäten für die Teilbereiche G1, G2, G3 wird in einem iterativen Prozess aktualisiert, wobei zum einen neue Fluchtereignisse A – insbesondere in Bezug auf simulierte Rauchausbreitungsergebnisse – als auch Änderungen der relevanten Personenverteilung überprüft werden.
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So ist es beispielsweise möglich, dass bestimmte Fluchtwege durch sich ausbreitendes Feuer oder sich ausbreitenden Rauch nicht mehr passierbar sind, wie dies an dem nachfolgenden Beispiel erläutert wird:
Es wird von einem Alarmfall in dem dritten Stock III, also in dem Teilbereich G3, ausgegangen. Damit wird dem dritten Stock III die höchste Priorität zugeordnet und zu einem Zeitpunkt t = 0 die folgenden Fluchtwege aus den Räumen N1, N6 und N7 vorgeschlagen:
N1-N3-N2-N5-N10-N13-N17-N21
N1-N3-N4-N8-N12-N15-N19-N22
N6-N3-N2-N5-N10-N13-N17-N21
N6-N3-N4-N8-N12-N15-N19-N22
N7-N3-N2-N5-N10-N13-N17-N21
N7-N3-N4-N8-N12-N15-N19-N22
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Von dem Ereignismodul
3, insbesondere von dem Simulationseinrichtung
8, wird ausgehend von der Feuer- oder Brandmeldung die Ausbreitung von dem Feuer bzw. Rauch simuliert und als Ergebnis die nachfolgende Tabelle ausgegeben, die die Passierbarkeit bzw. Unpassierbarkeit der Knoten in der nächsten Zeit angibt:
| Knoten | Passierbar für die nächsten |
| N3 | 400 s |
| N4 | 250 s |
| N8 | 300 s |
| N1 | 350 s |
| N6 | 350 s |
| N7 | 350 s |
| N2 | 400 s |
| N5 | 400 s |
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Somit sind in dem Zeitraum von t = 0s bis t = 250s die ebengenannten Fluchtwege passierbar, nach dem Zeitpunkt t = 250 ist zumindest der Knoten N4 unpassierbar, so dass die Fluchtwege wie folgt dynamisch eingeschränkt werden:
N1-N3-N2-N5-N10-N13-N17-N21
[N1-N3-N4-N8-N12-N15-N19-N22] gesperrt
N6-N3-N2-N5-N10-N13-N17-N21
[N6-N3-N4-N8-N12-N15-N19-N22] gesperrt
N7-N3-N2-N5-N10-N13-N17-N21
[N7-N3-N4-N8-N12-N15-N19-N22] gesperrt
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Sollten keine neuen Fluchtwege mehr gefunden werden, z.B. nach t < 400s, so kann das Evakuierungssystem 1 eine Meldung an die Brandzentrale 6 absetzen, dass externe Hilfe benötigt wird.
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Insbesondere, wenn die Personenverteilung P in dem Teilbereich mit der höchsten Priorität weit zurückgegangen ist, wird aufgrund der Kapazitätsüberprüfung bei den gemeinsam genutzten Knoten und Kanten bzw. Sammelausgänge N21 und N22 der Teilbereich mit der nächsthöheren Priorität bei der Evakuierung bevorzugt.
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In der 8 ist ein ausführlicheres Flussdiagramm zu dem Verfahren und nachfolgend ein möglicher Pseudocode zu dem Verfahren in den 5 und 8 als Ausführungsbeispiel dargestellt:
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Schritt A
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Zunächst wird ein Fluchtereignis z.B. über das Sensorsystem 7 ausgelöst.
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Schritt B
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Es wird der durch das Fluchtereignis betroffene Teilbereich ermittelt, wobei in diesem unsicheren Teilbereich eine hohe bzw. die höchste Priorität zugeordnet wird. Der Teilbereich wird eventuell aufgrund von Simulationsergebnissen aus der Simulationseinrichtung 8 erweitert, sodass sichergestellt ist, dass alle Personen in potenziell unsicheren Teilbereichen für die Evakuierung erfasst sind.
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Schritt C
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Es werden mindestens für den Teilbereich mit der höchsten Priorität und optional für alle Teilbereiche durch das Fluchtwegmodul 5 die Fluchtwege geplant. Bei der Planung der Fluchtwege werden somit auch die Ergebnisse aus der Simulationseinrichtung 8 berücksichtigt.
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Schritt D
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Die Evakuierung der Personen in dem Teilbereich mit der höchsten Priorität wird sofort angestoßen. Zur Berechnung der Evakuierungsdauer wird auf das Personenverteilungsmodell PM zurückgegriffen, zur Berechnung der Fluchtwege kann optional ergänzend auf die im Personenverteilungsmodell PM identifizierten bevorzugten Wege der Personen zurückgegriffen werden.
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Schritt E
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Es wird überprüft, ob verschiedene, durch das Fluchtereignis betroffene Teilbereiche jeweils individuelle Ausgänge oder Sammelausgänge aufweisen. Falls die unterschiedlichen Teilbereiche individuelle Ausgänge aufweisen, wird die Evakuierung gemäß Schritt F parallel für die Teilbereiche angestoßen. Für den Fall, dass sich die zu evakuierenden Teilbereiche Sammelausgänge teilen, wird gemäß Schritt G zunächst die Evakuierung für den Teilbereich mit der höchsten Priorität angestoßen. Die Evakuierung erfolgt dann über die freien, unbeeinträchtigten Fluchtwege.
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Schritte H, I, J
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Während der Evakuierung werden ständig neue Daten von dem Sensorsystem 7 und der Simulationseinrichtung 8 aufgenommen, der Graph, insbesondere in Hinblick auf für einen Fluchtweg nutzbare Knoten und Kanten, aktualisiert und gegebenenfalls die Fluchtwege dynamisch auf Basis der Sensor- und Simulationsinformationen angepasst und die Fluchtweganzeige in dem Gebäude aktualisiert.
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Schritt K
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Es wird überprüft, ob die Evakuierung erfolgreich war. Gemäß Schritt L wird bei einer – zumindest teilweise erfolglosen Evakuierung – eine Bestandsaufnahme der eingeschlossenen Personen durchgeführt und externe Hilfe angefordert. Bei einer erfolgreichen Evakuierung wird in dem Schritt M geprüft, ob weitere Personen in dem Gebäude vorhanden sind. Gemäß Schritt N wird gegebenenfalls festgestellt, dass die Evakuierung vollständig ist oder gemäß Schritt O der Teilbereich mit der nächsthöheren Priorität evakuiert, wobei im Sinne einer Schleife auf den Schritt G zurückgeführt wird.
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Statt der beschriebenen Funktion E) GetEvacuationPath kann z. B. der nachfolgende Algorithmus verwendet werden:
In einem Schritt werden die Quellknoten sowie die Sammelausgänge des Teilbereichs erfasst. Für den Teilbereich II in der 7b soll exemplarisch angenommen werden, dass die Knoten N9 und N14 als Quellknoten, also als Knoten mit zu evakuierenden Personen ausgebildet sind. Die Knoten N21 und N22 bilden die Sammelausgänge.
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In einem nächsten Schritt werden die kürzesten Wege zwischen allen Quellknoten und allen Sammelausgängen berechnet. Die Berechnung kann beispielsweise über den eingangs beschriebenen Algorithmus von Dijkstra erfolgen. Für den Teilbereich II in der 7b werden somit die folgenden Wege ermittelt:
N9-N11-N10-N13-N17-N21
N9-N11-N12-N15-N19-N22
N14-N11-N10-N13-N17-N21
N14-N11-N12-N15-N19-N22
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Nachfolgend werden die zu evakuierenden Personen in Abhängigkeit der Kapazitäten der Knoten und Kanten evakuiert.
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Beispielsweise können die Teilbereiche auch so unterteilt werden, dass als Sammelausgänge vorhandene Brandschutztüren gewählt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008042391 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Canadian Journal of Mathematics, Volume 8, pp.399–404 [0011]
