Sicher durch den Tunnel? – Menschliches Verhalten bei Bränden in Straßentunneln

Der folgende Beitrag ist ein Vortrag des Deutschen tunnel-Forums, das regelmäßig von Ihrer Fachzeitschrift tunnel in Zusammenarbeit mit der STUVA angeboten wird. Die nächsten Foren finden am 6. November 2012 in Stuttgart und 7. November 2012 in München statt.

Bricht ein Feuer in einem Straßentunnel aus, ist schnelles und sicheres Reagieren der Nutzer notwendig. Frühzeitiges Erkennen der Gefahr, schnelles Auslösen eines Feueralarms und zügiges Verlassen des Tunnels können lebensrettend sein. Umso kritischer ist deshalb, dass viele Verkehrsteilnehmer oft nicht angemessen auf Risiken im Tunnel reagieren und sich teilweise durch Fehlverhalten sogar in noch größere Gefahr bringen. Die Analyse der Brandkatastrophe im Tauern-Tunnel vom 29. Mai 1999 zeigte, dass einige Verkehrsteilnehmer ihre Fahrzeuge nicht verließen oder zu diesen zurückkehrten, um Dokumente aus ihren Fahrzeugen zu retten. Dieses Verhalten forderte in diesem Fall 3 Todesopfer [1]. An dieser Stelle setzt psychologische Sicherheitsforschung an mit dem Ziel, das Verhalten der Tunnelnutzer genau zu analysieren und darauf aufbauend Maßnahmen zu entwickeln, die die Reaktionen der Verkehrsteilnehmer während kritischer Situationen verbessern können (Bild 1).

Ein Beispiel für diese Art von angewandter psychologischer Sicherheitsforschung ist die hier beschriebene Felduntersuchung, die die Universität Würzburg gemeinsam mit der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) und der Ruhr-Universität Bochum realisiert hat [2]. In der Studie wurden die teilnehmenden Probanden mit einer Unfallsituation mit Brand in einem Straßentunnel konfrontiert und ihr Verhalten wurde beobachtet. Neben der systematischen Analyse des Nutzerverhaltens sollten 2 Maßnahmen zur Verbesserung des Verhaltens bei Tunnelbränden evaluiert werden sowie die Validität vergleichbarer Studien in virtueller Realität überprüft werden.

45 Probanden wurden zufällig einer von 3 Untersuchungsbedingungen zugewiesen: Eine naive Kontrollgruppe erhielt vorab keinerlei Informationen über richtiges Sicherheitsverhalten im Tunnel. Eine zweite Gruppe las eine Woche vorher eine Informationsbroschüre der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) über sicheres Verhalten in Straßentunneln (ein link mit download zur Broschüre befindet sich am Ende dieses Beitrags), und eine dritte Untersuchungsgruppe las ebenfalls die Informationsbroschüre und trainierte zudem richtiges Verhalten bei Tunnelbränden in einem virtuellen Fahrsimulator (Bild 2). Eine Woche später fuhren alle Probanden durch den realen Straßentunnel, der den neuesten Sicherheitsbestimmungen der Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT) entspricht [3]. Während der Fahrt war der Tunnel durch einen simulierten Verkehrsunfall mit Brandentwicklung blockiert (Bild 1).

Ein Unfall im Tunnel mit Brand erfordert schnelles und richtiges Reagieren. Das entsprechende Verhalten wurde durch die Informationsbroschüre und das virtuelle Training eine Woche zuvor vermittelt. Als besonders wichtig wird angesehen, in einer Brandsituation das Fahrzeug möglichst schnell zu verlassen, Hilfe zu holen (z.B. über eine Notrufsäule) und dann über den Notausgang sich selbst in Sicherheit zu bringen. Das Verhalten der Probanden, die vorab nicht genau wussten, was sie in dem Tunnel erwartet, wurden in einem ersten Schritt, basierend auf Beobachtungsprotokollen und Videoaufzeichnungen, hinsichtlich dieser erwünschten Verhaltensweisen analysiert.

Die Daten zeigten klar, dass unangemessenes und selbstgefährdendes Verhalten vor allem in der nicht informierten, untrainierten Probandengruppe auftrat. So blieb gut 1/5 der Kontrollgruppe im Fahrzeug sitzen, teilweise bis sie vollständig vom Rauch eingeschlossen waren. Insgesamt suchten weniger als die Hälfte der Kontrollgruppe den Notausgang oder die Notrufsäule in der Nähe der Unfallstelle auf. Dies ist nicht zuletzt deswegen bemerkenswert, da die Probanden meist unmittelbar neben der Notrufkabine oder dem Notausgang zum Stehen kamen. Dieses Verhaltensmuster wäre im Ernstfall lebensbedrohlich. Es zeigte sich außerdem eine Reihe von situationsinadäquaten Verhaltensweisen: Einige Probanden näherten sich dem Brand gefährlich nahe an, blieben einfach im Fahrzeug sitzen oder versuchten zu wenden, was bei einem Tunnel mit Gegenverkehr ein erhebliches Risiko darstellt. Eine Nachbefragung ergab, dass einige der Teilnehmer weißen Rauch bei einem Brand als ungefährlich bewerteten. Besonders unerwartet und daher sehr aufschlussreich war das Fehlverhalten einer Probandin, die versuchte, obwohl dies unmöglich ist, eine an der Tunnelwand angebrachte, selbstleuchtenden Fluchtwegbeschilderung wie ein Touchpad zu benutzen und einen Notruf abzusetzen (Bild 3).

Die eine Woche vor der Feldstudie durchgeführten Maßnahmen hatten eine klar erkennbare positive Auswirkung auf das Sicherheitsverhalten. Knapp 3/4 der informierten und alle der in Verhaltensregeln trainierten Probanden reagierten angemessen auf die Situation und verließen das Untersuchungsfahrzeug an der Unfallstelle und suchten entweder den Notausgang oder die Notrufkabine auf.

Ein interessantes Ergebnis der Untersuchung war auch, dass sich Frauen und Männer unterschiedlich verhielten: Alle uninformierten untrainierten Teilnehmer, die den Notausgang oder direkt die Notrufkabine aufsuchten, waren weiblich. Männliche Probanden blieben dagegen besonders häufig im Fahrzeug sitzen, vermutlich weil sie sich dort sicher fühlten. Ohne präventive Maßnahme verhielten sich die männlichen Probanden also deutlich ungünstiger als die weiblichen Teilnehmerinnen. Bereits die Informationsbroschüre konnte diesen Geschlechtereffekt deutlich abschwächen, und das virtuelle Verhaltenstraining ließ das ungünstige Verhalten der männlichen Untersuchungsteilnehmer vollständig verschwinden. Es lässt sich also festhalten, dass Informationsmaßnahmen und insbesondere Verhaltenstraining in der virtuellen Welt das Sicherheitsverhalten von Tunnelnutzern, insbesondere von Männern, deutlich verbessern kann.

Neben der Art des Verhaltens ist auch die Zeit bis zur Selbstrettung eine überlebenswichtige Variable. Jede Sekunde, die ein Nutzer weniger zur Selbstrettung benötigt, kann entscheidend sein. In dieser Feldstudie zeigte sich, dass trainierte Probanden ihr Fahrzeug nicht nur häufiger, sondern auch im Schnitt fast 20 Sekunden schneller als Probanden der anderen beiden Untersuchungsgruppen verlassen. Hier scheint sich das virtuelle Verhaltenstraining besonders auszuzahlen, da „nur“ informierte und naive Probanden etwa gleich lang benötigten, um ihr Fahrzeug zu verlassen. Eine mögliche Erklärung ist, dass sich das Verhaltenstraining im sogenannten prozeduralen Gedächtnis niederschlägt. Die dort abgespeicherten Handlungsabläufe können besonders leicht und schneller als reines Faktenwissen abgerufen werden. Die Ergebnisse bestätigen also die Annahme, dass Verhaltensübungen eine deutlich höhere Handlungsrelevanz besitzen als rein theoretisch vermittelte Information. Verhalten, das in der virtuellen Welt geübt wurde, kann wahrscheinlich besonders gut in korrektes Verhalten in einem realen Setting übertragen werden. Dies belegt die ökologische Validität des virtuellen Trainings und bestätigt die Wirksamkeit und Nützlichkeit von Trainingssimulationen. Bedenkt man, dass reale Verhaltensübungen für Gefahrensituationen in Straßentunneln aus verschiedensten Gründen nur äußerst schwer und sicherlich nicht flächendeckend für alle Verkehrsteilnehmer umzusetzen sind, könnten virtuelle Trainingswelten (Stichwort „Serious Games“) eine vielversprechende Möglichkeit sein, große Teile der Bevölkerung für ein Verhaltenstraining zu erreichen. Zwar sind weitere empirische Studien notwendig, um diese Ergebnisse zu untermauern, es lässt sich jedoch festhalten, dass virtuelle Trainings zu einer Verbesserung und einem schnelleren Ablauf des Nutzerverhaltens im Ereignisfall und damit zur Sicherheit in Straßentunneln beitragen könnten.

Die Ergebnisse dieser Feldstudie verdeutlichen die Wichtigkeit präventiver Maßnahmen. Unabhängig von statistischer Signifikanz bedeutet jede Person, die ihr Fahrzeug bei einem Großbrand im Tunnel schnell verlässt und sich dann adäquat verhält, mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Todesopfer weniger. Angesichts der Tatsache, dass viele der Opfer bei bisherigen Brandkatastrophen in ihren Fahrzeugen erstickt sind, ist es entscheidend, Nutzer dazu zu bewegen, ihre Fahrzeuge im Ereignisfall zu verlassen und sich zu retten. Auch die Analyse der großen Tunnelbrände in den Alpen unterstreicht, dass das Nutzerverhalten in der Phase der Erstrettung (Selbstrettung, bevor Rettungskräfte vor Ort sind) entscheidend ist. Bei der Montblanc-Katastrophe im Jahr 1999 starben 39 Menschen. 27 von ihnen hatten während des Ereignisses nicht ihr Fahrzeug verlassen und 2 Personen hatten in anderen Fahrzeugen Zuflucht gesucht. In der Folge wurden diese Personen vom Rauch eingeschlossen und erstickten in den Fahrzeugen [1]. Auch ein Weiteres, zum Glück glimpfliches Beispiel verdeutlicht, dass auch modernste Sicherheitseinrichtungen kein optimales Verhalten der Nutzer garantieren können: Im April 2010 wurde in einem Autobahntunnel, in dem sich der Verkehr staute, Feueralarm ausgelöst. Per Lautsprecherdurchsage wurden die sich im Tunnel befindlichen Personen dazu aufgefordert, ihre Fahrzeuge und den Tunnel über die Notausgänge zu verlassen. Augenzeugen berichteten, dass nur sehr wenige Personen dieser Aufforderung folgten. Glücklicherweise handelte es sich um einen Fehlalarm, so dass niemand zu Schaden kam.

Menschliches Fehlverhalten führte also bereits wiederholt zu teilweise schwerwiegenden Konsequenzen. Die Tunnelnutzer verlassen bei Gefahr oft nicht unmittelbar ihre Autos und gehen nicht geordnet zum nächstgelegenen Notausgang, um sich in Sicherheit zu bringen. Die beiden zuvor beschriebenen Beispiele und auch die Analyse weiterer Tunnelbrände zeigen 2 wichtige Punkte auf: Erstens haben sich die Sicherheitsbedingungen zwar erheblich verbessert, aber die sehr guten Rahmenbedingungen werden von den Verkehrsteilnehmern nicht immer optimal genutzt. Zweitens finden sich neben zahlreichen funktionalen Verhaltensweisen, wie etwa Erste Hilfe leisten, Notruf absetzen, oder einen Notausgang aufsuchen, auch typische, dysfunktionale Verhaltensweisen wie zum Beispiel das Verbleiben im Auto bei einem Brand, die Zuflucht in nicht-feuerfeste Rettungsnischen oder die Rückkehr zum Auto. Interessant ist, dass nur wenige Personen während der beschriebenen Ereignisse in Panik reagieren. Vielmehr ist zu beobachten, dass die meisten Menschen auch in Extremsituationen überlegt handeln, aber oftmals falsche Entscheidungen treffen [4].

Das optimale Sicherheitsverhalten im Ereignisfall ist allerdings für verschiedene Ereignisse nicht immer gleich: Beispielsweise kostete die Erste-Hilfe-Leistung  beim Brand im Viamala-Tunnel (2006) 2 Helfern das Leben, im Vösendorf-Tunnel (2008) dagegen konnten 2 Menschenleben durch den beherzten Einsatz anderer gerettet werden [1]. Ein Problem bei der Optimierung menschlichen Verhaltens im Ereignisfall im Tunnel ist, dass viele Faktoren berücksichtigt werden müssen und es keine allgemein gültigen Regeln gibt, die auf alle Gefahrensituationen zutreffen.

Durch die Umsetzung von Sicherheitsstandards wurde das Sicherheitsniveau in europäischen Straßentunneln erheblich verbessert. Psychologische Sicherheitsforschung hat dabei stets das Ziel, die Sicherheit der Nutzer durch empirische Forschung noch weiter zu verbessern. Durch Maßnahmen sollen zum einen die Eintrittswahrscheinlichkeit (primäre Prävention) von Unfällen oder anderen kritischen Ereignissen gesenkt werden. Zum anderen, falls es doch zu einem gefährlichen Ereignis kommt, soll das Ausmaß des Schadens (sekundäre Prävention) für die Nutzer minimiert werden. Beispiele für primäre Prävention sind Müdigkeitswarnsysteme, die Fahrer bei Symptomen von Müdigkeit warnen, welche besonders in monotonen Umwelten, wie sie Tunnel darstellen, vermehrt auftreten können. Die Schulung von Tunnelnutzern ist sowohl dem Bereich der primären als auch der sekundären Prävention zuzuordnen. Weitere wichtige Aspekte der psychologischen Sicherheitsforschung ist die Untersuchung von sozialem Einfluss, also wie beeinflussen Menschen sich gegenseitig in Krisensituationen, oder die Entwicklung von komplexen Verhaltensmodellen zur Vorhersage von Verhalten mit dem Ziel, Sicherheitsmaßnahmen zu optimieren [5, 6, 7]. Diese Ziele können durch Feldstudien, wie der hier geschilderte, nur ansatzweise gerecht werden.

Valide und vielseitig veränderbare Untersuchungsbedingungen, mit denen sich der Faktor Mensch bei Bränden in Straßentunneln sinnvoll ohne Gefährdung von Personen untersuchen lassen kann, wären hier sehr sinnvoll. Die Entwicklung virtueller Welten erlaubt seit einiger Zeit, solche Situationen ökologisch valide zu simulieren. Dieser Ansatz stellt daher eine hervorragende Ergänzung zu den aufwändigen Feldstudien dar.

Virtuelle Welten erlauben zum einen das wiederholte Durchführen von Versuchen in standardisierten Bedingungen, zum anderen lassen sich Situationen simulieren, die in der Realität nur schwer zu untersuchen sind (zu gefährliche, zu aufwändige, nicht kontrollierbare Situationen). Der Lehrstuhl für Psychologie I der Universität Würzburg nutzt für die psychologische Sicherheitsforschung im Rahmen des Forschungsprojektes SKRIBTPlus (Schutz kritischer Brücken und Tunnel; ein Link zur Projekthomepage findet sich am Ende des Beitrags) ein 3D-Multisensoriklabor, mit dem Probanden vollständig in einen virtuellen Raum versetzt werden können und Verhalten realitätsnah analysiert werden kann (Bild 4). Es handelt sich hierbei um ein so genanntes Cave System. Hierzu werden visuelle Simulationen auf 5 Wände projiziert und zudem akustische und olfaktorische Simulationen dargeboten. Gleichzeitig können das Verhalten sowie physiologische Parameter und verbale Angaben der Probanden kon­trolliert erfasst werden.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Folgen von menschlichem Fehlverhalten bei Tunnelbränden fatal sein können. Auch neueste Sicherheitsstandards können keine absolute Sicherheit garantieren, insbesondere wenn sich die Nutzer nicht wie erwartet „rational“ verhalten. Die hier diskutierte Feldstudie zeigt vielversprechende Ansätze auf, um das Verhalten der Tunnelnutzer zu verbessern. Besonders die Möglichkeiten von Verhaltenstrainings in virtueller Realität sind hier hervorzuheben. Allerdings ist die Forschung in diesem Bereich erst am Anfang, und es bedarf noch weiterer Anstrengungen, um den Faktor Mensch im Tunnel genauer beschreiben und verstehen zu können.

Weiterführende Literatur und Links
[1] Broschüre der Bundesanstalt für Straßenwesen „Sicherheit geht vor – Straßentunnel in Deutschland“: http://www.bast.de/nn_42242/DE/Publikationen/Broschueren/broschueren__node.html?__nnn=true
[2] YouTube Kanal der Bundesanstalt für Straßenwesen mit Filmmaterial: http://www.youtube.com/user/BASt20111?blend=1&ob=0
[3] Die beschriebene Feldstudie zum Nutzerverhalten wurde im Rahmen des Programms für zivile Sicherheit der Bundesregierung und des Bundesministerium für Bildung und Forschung innerhalb des Forschungsprojektes „Schutz kritischer Brücken und Tunnel im Zuge von Straßen“ (SKRIBT, www.skribt.org) in enger interdisziplinärer Kooperation mit den Partnern des Lehrstuhls für Tunnelbau, Leitungsbau und Baubetrieb der Ruhr-Universität Bochum und der BASt unter Leitung des Lehrstuhls für Psychologie I der Universität Würzburg geplant und durchgeführt. Unterstützt wurde die Arbeit durch den Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen (Straßen.NRW), der Stadt Gevelsberg sowie der freiwilligen Feuerwehr Gevelsberg und der Firma OSMO Anlagenbau.
Literatur / References
[1] Beard, A. and Carvel, R., The handbook of tunnel fire safety2005, London: Thomas Telford.
[2] Kinateder, M., Pauli, P., Müller, M., Krieger, J., Heimbecher, F., Rönnau, I., Bergerhausen, U., Vollmann, G., Vogt, P., and Mühlberger, A., Human Behaviour in Severe Tunnel Accidents: Effects of Information and Behavioral Training, 2012.
[3] European Parliament and European Council, Directive 2004/54/EC of the European Parliament and of the Council of 29 April 2004 on minimum safety requirements for tunnels in the Trans-European Road Network. L167/39, 2004. 2004/54/EC.
[4] Clarke, L., Panic: Myth or Reality? Contexts, 2002. 1(3): p. 21-26.
[5] Nilsson, D. and Johansson, A., Social influence during the initial phase of a fire evacuation-Analysis of evacuation experiments in a cinema theatre. Fire Safety Journal, 2009. 44(1): pp. 71-79
[6] Nilsson, D., Johansson, M., and Frantzich, H., Evacuation experiment in a road tunnel: A study of human behaviour and technical installations. Fire Safety Journal, 2009. 44(4): p. 458-468.
[7] Kuligowski, E., Predicting Human Behavior During Fires. Fire Technology: pp 1-20

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