Brandfälle in Strassentunnels. Früherkennung begrenzt Schadensumfang
von Luis Pozas, Geschäftsführer Künzle Engineering AG
Nach 53 Stunden erst konnte der Brand unter Kontrolle gebracht werden. Bis dahin hinderte ein infernaler Feuersturm, der noch in einem Kilometer Entfernung für eine Gluthitze von 600 Grad sorgte, die Feuerwehr am Eingreifen. 39 Menschen starben 1999 in der Feuerhölle im Mont Blanc Autotunnel.
Nahezu vierzig Tote waren es im Mont Blanc Tunnel, zwölf im Tauerntunnel, zwei Jahre später deren zehn im Gotthard und fünf im österreichischen Gleinalmtunnel. Im Jahre 2005 starben zwei Menschen im Strassentunnel von Fréjus (Frankreich), drei Opfer waren im März 2007 im Burnley-Tunnel in Melbourne zu beklagen. Die schlimmste Katastrophe jedoch, seit es Tunnels gibt, ereilte Österreich: 155 Skitouristen erlitten den Verbrennungstod im Novemer 2002 im engen Tunnel der Kapruner Gletscherbahn.
Früherkennung begrenzt Schadensumfang
Millionenschäden und Hunderte von Todesopfern - die Schadensbilanz ist erschreckend. Dabei sind die Megaereignisse, die in den Medien breitgeschlagen werden, nur die Spitze des Eisbergs. Um ein vollständiges Bild zu erhalten, müssten noch die unzähligen kleinen Vorfälle hinzugezählt werden, die mehr oder weniger glimpflich ablaufen und daher von der Öffentlichkeit kaum wahrgenommen werden. Stellt sich die Frage: lassen sich solche Unglücksfälle verhindern? Leider Nein, muss man etwas fatalistisch - aber leider eben auch realistisch – konstatieren. Ganz einfach deswegen, weil man den Risikofaktor Nr. 1, den Menschen, nie ganz in den Griff kriegt. Gegen Gedankenlosigkeit, Fahrlässigkeit, manchmal auch schlichte Dummheit ist kein Kraut gewachsen. Genau so wenig wie gegen technische Defekte oder die Verkettung unglücklicher Umstände.
Verhindern lassen sich Brände in Tunnels nicht, aber zumindest können die gravierendsten Folgen gemindert werden. Fortschrittliche Tunnelkonzepte und moderne Sicherheitseinrichtungen wie Doppelröhren, Fluchtwege, Schutzräume, spezielle Lösch- und Lüftungsvorrichtungen bewirken viel. Wenn nicht, wie im Mont Blanc Tunnel, ein Lastwagen in Brand gerät, der ausgerechnet Margarine und Mehl geladen hat. Diese wirkten als regelrechte Brandbeschleuniger. Die Wirkung war verheerend: Der Tunnel gleich dem Abzugsrohr eines Hochleistungsofens. Bis zu 1200 Grad Hitze liessen Betonplatten bersten und Benzintanks explodieren. Noch einen Kilometer vom Brandort entfernt wurden 600 Grad gemessen. Bei solchen Temperaturen beginnt selbst Rauch zu brennen. Hingegen wären weniger Opfer zu beklagen gewesen, hätte die Sicherheitstechnik in diesem Tunnel nicht unglaublich viele Mängel aufgewiesen.
Schnelligkeit ist lebensrettend
Der wichtigste Faktor in einem Brandfall heisst: Zeit. Je schneller ein Ereignis erkannt wird, um so schneller lassen sich Gegenmassnahmen in Gang setzen, lässt sich der Schadensumfang begrenzen und können Einsatzkräfte wie Feuerwehr, Polizei und Rettung aktiv werden. Der unverzüglichen Brandmeldung kommt somit überragende Bedeutung zu.
Zuverlässigkeit über alles
Bevor bei einer Brandmeldeanlage über das Funktionsprinzip gesprochen werden kann, muss die Funktion als solche gewährleistet sein. Das bezieht sich nicht auf die richtig Technik, die darf bei einer modernen Anlage vorausgesetzt werden. Die Rede ist von äusseren Einfl üssen, die jeder Technik das Leben schwer machen. Ein Tunnel ist ein sehr unwirtlicher Platz: Schmutz, Erschütterungen, Feuchtigkeit, Temperaturwechsel und - eben - im Brandfall grosse Hitze setzen den Systemen zu.
Daraus folgt: es darf keine empfindliche Technik im Verkehrsbereich des Tunnels eingesetzt werden. Konkret: elektronische Funktionen wie Temperaturfühler usw. sind völlig ungeeignet, weil sie schon bei relativ geringer Wärme den Geist aufgeben.
Zuverlässigkeit hat aber auch damit zu tun, wie einfach ein System zu installieren und zu warten ist. Je mehr Aufwand dafür betrieben werden muss, desto höher ist die Fehlerwahrscheinlichkeit. Und Fehler darf es keine geben. Nicht einmal theoretisch.
Zu guter letzt spielen auch die Kosten eines Systems eine Rolle. Man sollte zwar meinen, für die Tunnelsicherheit wäre nur das Beste gut genug, immerhin stehen Menschenleben auf dem Spiel. Die Praxis jedoch zeigt: wenn es um Investitionsprojekte geht, wird heftigst um die Kosten gefeilscht. Ganz besonders, wenn es um Anlagen geht, die sich in der öffentlichen Hand befinden. Und in ebendieser befinden sich die meisten Tunnels. Kurzum, Sicherheit muss bezahlbar sein, sonst gelangt sie nicht oder nur mangelhaft zur Anwendung.
Ein Inder und Glasfaserkabel revolutionierten die Wärmedetektion
Am Beginn der Entwicklung von Brandmeldesystemen kamen in Tunnels die klassischen Temperaturfühler zum Einsatz, die erstens - da elektronische Bauteile - den Widrigkeiten nicht standhielten und zweitens als Punktmess-Systeme den Brandort nur ungenau lokalsieren konnten. Mehr Genauigkeit wäre mit einer grossen Zahl von Punktfühlern zwar zu erreichen gewesen, was aber die Kosten in astronomische Höhen getrieben und an der Empfindlichkeit der Bauteile auch nichts zu ändern vermocht hätte.
Die Lösung fand sich in einem Effekt, den der indische Nobelpreisträger Chandrasekhara Raman vor rund einhundert Jahren nachweisen konnte. Es handelt sich hierbei um eine physikalische Gegebenheit, die mit der Streuung von Licht an Atomen und Molekülen zu tun hat. Praktisch konnte man diesen Effekt allerdings erst sehr viel später einsetzen. Unter anderem fand man heraus, dass Temperaturschwankungen Einfluss auf die Eigenschaften von Lichtleitungen ausüben. Konkret: wird eine Glasfaser mit Laserlicht beaufschlagt, entstehen Refl ektionen, ähnlich eines Echos. Temperaturveränderungen nun beeinflussen diese Refl ektionen. Mit modernen Messmethoden lässt sich sehr präzise feststellen, wo diese Veränderungen stattfinden und in welchem Umfange, sodass sich Lichtwellenleiter (Glasfaserkabel) als lineare Temperatursensoren einsetzen lassen.
Das Glasfaserkabel ermöglicht somit als einziges System eine lineare, lückenlose Detektion über die gesamte Tunnellänge. Es erfasst sowohl Konvektions- als auch Strahlungswärme und kann auf einen Meter genau den Brandherd und – was noch viel wesentlicher ist – die Brandgrösse und die Ausbreitung erkennen. Unbeeinflusst von starken Luftströmungen, wie sie durch Heissgase oder Lüftungseinrichtungen entstehen. Das Kabel ist weitgehend immun gegen Umwelteinflüsse wie Feuchte, Hitze, Kälte, Korrosion und – da es sich um ein optisches Messsystem handelt – auch gegenüber elektromagnetischen Störfeldern. Kommt noch hinzu, dass die Montage denkbar einfach ist: die Kabel werden einfach auf die Tunneldecke geclipt.
Doppelt genäht hält besser. Mindestens.
In sicherheitsrelevanten Bereichen müssen alle Systeme redundant, also mindestens doppelt vorhanden sein. Bei den für die Wärmedetektion eingesetzen Glasfasern ist diese Forderung bereits mit dem Konstruktionsprinzip erfüllt. Das Kabel enthält zwei Glasfasern, die vollständig unabhängig voneinander funktionieren. Das gilt auch für die an den Enden angeschlossenen Controller. Wobei die Betonung auf dem Begriff «beiden» liegt. An sich würde ein Controller genügen. Es nützt jedoch wenig, die Messfühler doppelt oder mehrfach auszuführen, wenn die Auswertung letztlich einem einzelnen Gerät überlassen ist. Auch Auswertegeräte können ausfallen und müssen folglich doppelt vorhanden sein. Dass sich die Elektronik für die Auswertung der Signale nicht im Tunnel befindet, versteht sich von selbst.
Signalauswertung und Alarm-Management
Dienstag, 3. Juli 2007, 16 Uhr 45. Im Gotthardtunnel bricht in der Kabine eines italienischen Sattelschleppers Feuer aus. Die Überwachungseinrichtungen melden das Ereignis praktisch verzögerungsfrei. Was nun?
Wie das Signal, das den Brand im Tunnel meldet, ausgewertet werden soll, ist nun tatsächlich eine Frage der örtlichen Gegebenheiten, der Interventionseinrichtungen und anderem mehr. Die Möglichkeiten der Signalauswertung reichen von der einfachen Ausgabe der dynamischen Werte wie Temperaturangaben, Feuerausbreitungsrichtung, Brandgrösse usw. bis zu verschiedenen Stufen der Visualisierung und dem kompletten Alarm-Management in der Tunnelleitzentrale. Welche Ausbaustufe sinnvoll und richtig ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab: von der Länge und Lage des Tunnels, der Risikoeinstufung, der Art und dem Umfang der Interventionseinrichtungen sowie der Anbindung der Interventionsstellen wie Feuerwehr, Polizei und Rettung, um nur die wichtigsten Faktoren zu nennen. Es gehört viel Erfahrung und Wissen dazu, das passende Konzept auszusarbeiten. Ein Job für ausschliesslich für Fachleute. Dies als wohlmeinender Hinweis an die Adresse von Baukomissionen. Denn das Thema ist weitaus komplexer, als auf den ersten Blick erkennbar. Heutzutage verfügen alle Interventionseinrichtungen und -stellen über ein Alarm-Management. Fast jede über ein eigenes. Von Kompatibilität kann nicht die Rede sein. Die Feuerwehr hat ihr eigenes System, die Polizei auch. Die Tunnelleitstelle basiert nochmals auf einer anderen Technologie. Und so weiter. Beispiele gefällig, was an Protokollen so kreucht und fleucht? SOAP, XML, OPC DA und AE, PATI, TINWUR, Version Verte, Modbus, RK512, 3964R, IEC 60870, RFC1006, IEC 1143/371, DIN 6779, AKS…
Diese Schnittstellen untereinander kompatibel zu machen, ist eine hochspezialisierte Aufgabe. Künzle Engineering arbeitet dafür mit Spezialisten zusammen, die das schier Unmögliche schaffen: Systeme jedweder Herkunft und Funktionsweise einwandfrei zu vernetzen.
Keine Schwachstellen von der Branddetektion bis zum Alarm-Management also? Technisch gesehen nicht. Dafür, dass ab und zu LKWs mit losen, nicht richtig befestigten Blachen das Detektionskabel auf mehreren Kilometern Länge von der Tunneldecke herunterreissen, kann das System nichts. Immerhin, solche und ähnliche Vorkommnisse werden verzögerungsfrei entdeckt und sofort behoben.
Ketzerische Frage: Weshalb sind denn nicht alle Tunnels dieser Welt mit Glasfaser-Wärmedetektion ausgerüstet? Nun, erstens ist das System noch relativ neu und die Mühlen von der Anfrage bis zum Entscheid für diese Technik mahlen manchmal langsam. Aber es deutet alles darauf hin, dass die Ausrüstung mit Glasfaser Wärmedetektion zum Standard für moderne Tunnels wird. Im Mont Blanc ist es bereits geschehen, im Gotthard fi ndet es soeben statt. Katastrophen, wie Eingangs geschildert, lassen sich damit künftig vermeiden.
Nebenbei: der Brand vom 3. Juli 2007 konnte innerhalb einer Viertelstunde gelöscht werden. Verletzt wurde niemand.
