Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/03308.jsonl.gz/2672

Simulation von Personenströmen
Wie können öffentliche Räume gestaltet werden, um die Infektionsgefahr während einer Epidemie zu minimieren? Wir diskutieren diese Fragestellung anhand von Simulationen, welche die Bewegung von Fussgängern beschreiben und mit einem epidemiologischen Modell gekoppelt sind. Dies ermöglicht die Analyse des Epidemiegeschehens auf kleinem Raum wie beispielsweise Bildungseinrichtungen oder Fussgängerzonen.
In einer Pandemiesituation sind schützende Massnahmen erforderlich, welche das soziale Leben und die Wirtschaft stark einschränken. Die Folgen der Massnahmen sind oft schwierig abzuschätzen und es fehlt an Kenntnissen, um ein optimales Mass der Einschränkungen festzulegen. Es stellt sich die Frage, ob beispielsweise Geschäftsschliessungen vermeidbar sind, wenn durch optimale Raumgestaltung die Ausbreitungswahrscheinlichkeit einer Infektionskrankheit verringert werden kann.
Abb. 1: Die Software pFlow simuliert Personenströme (z.B. die Evakuierung eines Stockwerks in einem Schulhaus). Die Resultate werden neu mit einem epidemiologischen Modell gekoppelt.
Abb. 2: Anzahl Infektionen bei einer Evakuierung eines leeren Raumes verglichen mit demselben Raum gefüllt mit Tischen.
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Softwaretools, mit dessen Hilfe Personenströme und die damit verbundene Ansteckungswahrscheinlichkeit verschiedener Infektionskrankheiten simuliert werden können (Abbildung 1). Die Grundlage bildet die Simulationssoftware pFlow, welche Personenströme eines Evakuierungsszenarios berechnet. pFlow wurde in den vergangenen Jahren am ICP und an der HTWG entwickelt [1].
Die Beschreibung von Fussgängerströmen wird nun im aktuellen Projekt mit einem Infektionsmodell gekoppelt. Typische Infektionsmodelle sind sogenannte SIR-Modelle (susceptible, infected, removed) [2].
Mit der Möglichkeit, die Ausbreitung von Infektionen in einer sich bewegenden Menschenmassen zu simulieren, erhalten wir ein neuartiges Werkzeug, mit dessen Hilfe Räume in epidemiologischem Sinne optimal gestaltet werden können. Wir zeigen dies exemplarisch anhand eines einfachen Szenarios.
Wir betrachten einen quadratischen Raum mit einem Ausgang, in welchem sich Personen befinden, die alle gleichzeitig den Raum verlassen wollen. Wie verläuft aus epidemiologischer Sicht die Evakuierung eines leeren Raumes im Vergleich zum selben Raum, der mit Tischreihen gefüllt ist? Die Resultate unseres Modells sind in Abbildung 2 ersichtlich.
Zu Beginn der Evakuierung ist ein leerer Raum vorteilhaft, da sich die Menschenmenge im Raum gleichmässiger verteilt. Die Evakuierung führt zu einem Stau am Ausgang mit lokal hohen Personendichten. Daher schnellt im leeren Raum die Zahl der Ansteckungen am Ende der Evakuierung hoch.
In einem Raum, der mit Tischreihen gefüllt ist, ist anfänglich die Zahl der Infektionen höher. Dies kann mit höheren Personendichten zwischen den Tischreihen begründet werden. Da sich die Personen langsamer zwischen den Tischen bewegen, ist der Stau am Ausgang weniger ausgeprägt, was für die gesamte Evakuierung insgesamt vorteilhaft ist.
Literatur:
[1] R. Axthelm, “Finite Element Simulation of a Macroscopic Model for Pedestrian Flow”, Traffic and Granular Flow ’15, Springer, 2015.
[2] W. Kermack und A. McKendrick, “A contribution to the mathematical theory of epidemics”, Proc. R. Soc. Lond., 1927.
Mitwirkende: Matthias Schmid, David Bernhardsgrütter
Partner: HTWG Konstanz, FH Vorarlberg, ASE AG, PerEx GmbH, Inatura GmbH
Finanzierung: Interreg Alpenrhein-Bodensee-Hochrhein
Dauer: 2021 - 2023