Katastrophenforschung

Panik, die große Unbekannte

Kommt es zur Katastrophe, ist Eile geboten: Mit Rechenmodellen ermitteln Forscher am Computer, wie Gebäude oder gar Städte am schnellsten evakuiert werden können

Welches ist der kürzeste Weg im Katastrophenfall? Forscher versuchen mithilfe von Computersimulationen den bestmöglichen Fluchtweg zu ermitteln

Wenn es in Martin Skutellas Büro brennt, muss er raus in den Flur, weiter nach links bis zur blauen Stahltür, die zum Treppenhaus führt, dort die Stufen mit den roten Bodenfliesen hinabspringen – am besten gleich zwei oder drei auf einmal – bis er vom fünften Stock kommend ins Erdgeschoss gelangt, dann geradewegs auf die verglasten Aluminiumtüren zu und endlich hinaus auf die Straße des 17. Juni.

Diese Route schlägt zumindest der Evakuierungsplan im Mathematikgebäude der TU Berlin vor. Aber ist sie auch die effektivste? Vor allem dann, wenn alle Mitarbeiter und Studenten im Gebäude zugleich flüchten, manche schon panisch werden, schreien und um sich schlagen, die schmalen Durchgänge blockieren?

Das überprüft der Mathematiker gerade gemeinsam mit seinen Studenten im DFG-Forschungszentrum "Matheon". In ihren Computern lassen sie das Gebäude erneut entstehen und berechnen die optimalen Fluchtwege für jedes einzelne Büro. "Unser Verfahren geht viel weiter als herkömmliche Computersimulationen", sagt Skutella. Dort lässt man virtuelle Menschen auf vorher bestimmten Wegen durchs Gebäude rennen und schaut zu, bis alle draußen sind.

"Wenn man eine Handvoll Büros testweise über einen anderen Ausgang evakuieren will, muss man die Simulation erneut starten", sagt er. Der Neustart sei ebenfalls erforderlich, wenn man eine virtuelle Feuertreppe an die Außenseite des Hauses schraubt. Oder wenn man die Breite der Flure verändert. Oder wenn eine Tür klemmen soll. "Bei einem mehrstöckigen Gebäude gibt es so viele Möglichkeiten, die Fluchtwege zu variieren, dass man gar nicht alle durchprobieren kann", sagt Skutella.

Deshalb verfolgt er einen anderen Ansatz. "Kombinatorische Optimierung von Netzwerkflüssen", sagen Mathematiker zu dem Verfahren. Im übertragenen Sinn geht es darum, vorher auszurechnen, wie möglichst viele Partikel möglichst schnell durch ein komplexes Rohrleitungssystem gebracht werden können. Fliehende Menschen als Partikel, das klingt makaber. "Ich sehe wohl die Tragödien in Naturkatastrophen und fühle mit den Betroffenen, aber um das Problem zu lösen, muss ich es mathematisch abstrahieren. Und das geht am besten in Form eines Netzwerkflusses", sagt Skutella.

Dazu breitet er über den digitalen Grundrissen von Gebäuden ein dichtes Netz aus, auf dessen Linien dann virtuelle Probanden flüchten. "Wo Trennwände stehen, ist das Netz natürlich unterbrochen", sagt Skutella und deutet auf den Bildschirm, wo sich ein Gewirr von Linien zwischen schematischen Büros erstreckt. "Die einzelnen Teile des Netzes sind nur über die Türöffnungen miteinander verbunden." Je nach Größe des Gebäudes kann ein Netz mehr als 1000 Knoten und 10.000 Kanten aufweisen. Bevor die Mathematiker den Fluss in diesem Netz optimieren können, muss der Computer zunächst für jede Kante berechnen, was dort passiert: Wie viele Partikel sind auf dem betreffenden Abschnitt unterwegs, wie schnell sind sie?