DA von A. Schönenberger und B. Burger, 2001

Titel

Das Petri-Netz als Simulationswerkzeug zur Risikoabschätzung eines Strassentunnels

(DA: D-BAUG)

Betreuung

Prof. Dr. W. Kröger, Dr. R. Mock

Abgabe

Februar 2001

Abstract

Mit Petri-Netzen können dynamische oder zeitlich parallel ablaufende Vorgänge abgebildet werden, was bei klassischen Methoden der Risikoanalyse nicht möglich ist. Petri-Netze, die bisher hauptsachlich in der Regelungs- und Steuerungstechnik zum Einsatz kommen, wurden somit ein gutes Hilfsmittel zur Analyse van Risiken darstellen. Darzulegen, inwiefern sic sich als Simulationswerkzeug zur Risikoanalyse eines Strassentunnels einsetzen lassen, wo ihre Möglichkeiten und Grenzen liegen, ist das Ziel dieser Diplomarbeit.

Nach der Analyse des Modelltunnels, als dessen Grundlage der Gotthardstrassen-Tunnel dient, werden für eine erste Strukturierung einzelner Szenarien Fishbone Diagramme verwendet und für die detailliertere Betrachtung der Folgen wird die Fault Tree Analysis eingesetzt. Mit Hilfe van einigen vereinfachenden Annahmen kann schliesslich ein übersichtliches Petri-Netz für das Szenario "Brand mit Todesfolge" erstellt werden. Durch Einsetzen van Wahrscheinlichkeitsfunktionen und unter Berücksichtigung der Zeitabhängigkeiten werden mit Hilfe van PACE Simulationen durchgeführt.

Anhand der Simulationen wird einerseits eine. Aussage über die Eintretenshäufigkeiten verschiedener Schadensausmasse gemacht (Wahrscheinlichkeits-Ausmass-Diagramme), andererseits können auch eventuelle Unsicherheiten der Resultate aufgrund einer ungenügenden Anzahl Simulationen erkannt werden. Die Resultate ergeben ein deutlich höheres Risiko für einen "Brand mit Todesfolge" als tatsachlich im Modelltunnel beobachtet wird. Anhand unserer Ergebnisse wäre jedes Jahr mit mindestens einem Todesopfer aufgrund eines Fahrzeugbrandes zu rechnen, wahrend in den bisherigen zwanzig Betriebsjahren des Gotthard-Strassentunnels keine derartigen Unglucke stattgefunden haben. Diese Abweichungen sind hauptsachlich auf verschiedene vereinfachende Annahmen im System zurückzuführen, welche durch zusätzliches Datenmaterial oder mit weiteren Simulationen (z.B. für die Rauchausbreitung) vermindert werden können.

Eine Risikoanalyse mit Hilfe van Petri-Netzen lasst verschiedene Vor- und Nachteile gegenüber den einfacheren Analysewerkzeugen (z.B. die Fehlerbaumanalyse) feststellen:

• Zeitverzögerungen und Alterungsprozesse lassen sich mit einbeziehen;
• Parallel ablaufende Vorgange und Abhängigkeiten der Systemkomponenten sind darstellbar;
• Es lassen sich WA-Diagramme erstellen, z.T. jedoch nur mit grossem Aufwand;
• Grösserer Zeitaufwand als mit bisherigen Methoden;
• Petri-Netze werden sehr schnell unübersichtlich.

Abschliessend kann festgestellt werden, dass sich Petri-Netze als Simulationswerkzeug für die Risikoanalyse eignen. Um aber exakte und praxistaugliche Resultate erhalten zu können, musste ein detaillierteres Modell mit genaueren Angaben und Werten, beispielsweise bezüglich Brennleistung und Leerfahrten van Fahrzeugen oder zur Rauchausbreitung, vorhanden sein. Auch sollte zur Überprüfung der Resultate eine grössere Anzahl van Simulationen durchgeführt werden.