Ausgabe: 10/2013, Seite 88   -  Technik & Kommunikation

KEINE PANIK!

Große Menschenansammlungen sind lebensgefährlich, wenn eine Panik ausbricht. Hochleistungsrechner sollen jetzt helfen, Vorsorge zu treffen.

von Eva Wolfangel (Text) und David Klammer (Fotos)
 

In der grossen Halle der Düsseldorfer Messe geht auf einmal gar nichts mehr: Überall drängen sich Menschen viel näher zusammen, als ihnen lieb ist. Die Menge schwankt hin und her, jeder versucht, sich an anderen vorbei zu schlängeln – manche mit Einsatz der Ellenbogen, andere eher behutsam. Alle haben dasselbe Ziel: den Ausgang.

Fast jeder hat eine solche Situation schon einmal erlebt – beispielsweise am Ende eines Konzerts, wenn alle Besucher gleichzeitig durch wenige Ausgänge ins Freie wollen. Doch für die Forschung ist das Phänomen rätselhaft. „Über die Bewegungen von Menschenströmen ist so gut wie nichts bekannt“, sagt Armin Seyfried, Physiker und Gruppenleiter am Forschungszentrum Jülich. Computersimulationen scheitern regelmäßig, wenn sie derartige Bewegungen berechnen sollen.

Dabei kann es lebenswichtig sein, bei Massenveranstaltungen rechtzeitig zu erkennen, wann aus einem Gedränge ein gefährlicher Stau wird. Hätte es vor der Loveparade in Duisburg 2010 realistische Simulationen und eine entsprechende Überwachung der Besucherströme gegeben, dann wären 21 Menschen noch am Leben.

Im Jülicher Forschungszentrum rückt man diesem Problem zurzeit mit Hochleistungsrechnern zu Leibe. Sie müssen mit Daten aus dem echten Leben gefüttert werden. Zusammen mit Kollegen hat Seyfried eine Woche lang Tausende Probanden in eine Halle der Düsseldorfer Messe gebeten, um den Gesetzen des Drängelns auf die Spur zu kommen. An diesem Samstag startet der bisher größte Versuch eines Massenauflaufs. Er ist Teil des Projektes „Basigo – Bausteine für die Sicherheit von Großveranstaltungen“, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 5,5 Millionen Euro gefördert wird.

24 Kameras blicken auf den Pulk

Armin Seyfried dirigiert die Probanden von einer Hebebühne herab über Lautsprecher. Er lässt sie durch Korridore verschiedener Breite gehen. Mal treffen zwei Ströme aufeinander, mal kommen die Probanden aus drei, dann aus vier Richtungen. Auf einem zehn mal zehn Meter großen Areal treffen sie aufeinander, überwacht von 24 Kameras, die über ihnen hängen und miteinander verschaltet sind. „Jetzt gehen alle mit roten Armbändern nach rechts, alle mit gelben nach links“, ruft Seyfried. Die Menschen folgen brav – bis die Menge ins Stocken gerät.

„Die Konflikte erhöhen“, nennt Seyfried das. Jeder Versuch startet mit relativ schmalen Eingängen in den Raum, den die Forscher durch verschiebbare Wände immer wieder verändern. Später werden die Zugänge nach und nach verbreitert, sodass der Menschenstrom in der Mitte anschwillt. Entsteht dadurch noch immer kein Stau, lässt der Jülicher Physiker die Testpersonen realitätsnahe Situationen nachstellen: zum Beispiel, dass nicht alle zum selben Ausgang streben oder dass sie es auf einmal eilig haben, weil sie sonst ihren Zug verpassen würden.

So aufwendig das Großexperiment ist – der Hauptteil der Arbeit folgt erst danach. In den nächsten Monaten und Jahren werden die Daten ausgewertet und in Simulationen eingearbeitet. Damit sich der Bewegungsablauf jedes Einzelnen automatisch nachvollziehen lässt, tragen die Teilnehmer des Experiments Mützen mit QR-Codes, die in den Computer eingelesen werden.

Die Jülicher Forscher wollen auch ein Rätsel lösen, auf das die Wissenschaft bislang keine Antwort weiß: Ab einer Dichte von wie vielen Menschen pro Quadratmeter entsteht ein Stau? Selbst für die einfachste Annahme einer Menschenmenge, in der alle in die gleiche Richtung streben, gibt es keine gesicherten Ergebnisse: „Die Zahlen schwanken zwischen vier und zehn Menschen pro Quadratmeter“, sagt Armin Seyfried. Eine Folge ist, dass es in Europa widersprüchliche Vorgaben für die Breite von Fluchtwegen und Türen gibt.

Das Zählen ist schwierig

Wieso hat die Wissenschaft für ein scheinbar banales Problem bislang keine Lösung? „Die Dichte von Menschenmassen zu berechnen, war lange nicht Stand der Technik“, sagt der Physiker. Schon das Zählen ist schwierig: Ein eindrucksvolles Beispiel sind die unterschiedlichen Angaben von Polizei und Veranstaltern, wenn es um die Teilnehmerzahl bei Demonstrationen geht. Das liegt nicht nur an den verschiedenen Interessen. Seyfried meint: „Visuell geht das einfach nicht.“ Egal, von welcher Position aus man die Menge betrachtet, nie hat man alle Teilnehmer im Blick. Immer sind Personen verdeckt. Wer die Dichte angeben möchte, muss zudem die Frage beantworten, ob sich dieser oder jener Mensch noch im beobachteten Quadratmeter befindet – oder welcher „Anteil“ von ihm.

Die Wissenschaftler versuchen auch herauszubekommen, wann sich Menschen in der Menge noch entscheiden können, wohin sie gehen, und wann es so eng wird, dass sie mit dem Strom schwimmen müssen. Denn dann kann es zu einer Massenpanik kommen.

Der Begriff „Panik“ ist den Forschern allerdings ein Dorn im Auge: „Häufig wird er gewählt, weil man das Verhalten von Menschen nicht versteht“, sagt Seyfried. „Damit schiebt man den Opfern die Schuld zu.“ Dabei gibt es meist durchaus logische Gründe für ihr Verhalten.

Falsche Planung – Ganz alltäglich

Falsche Planung ist nicht nur bei einer Katastrophe das Problem. Auch im Alltag zeigt sich immer wieder, dass sich die Forscher bislang zu wenig Gedanken über Fußgänger gemacht haben – zum Beispiel, wenn Bürgersteige zu schmal sind oder die Wegeführung so umständlich ist, dass abkürzende Trampelpfade entstehen. Das Dilemma liegt unter anderem darin, dass Fußgänger schwer zu berechnen sind. „Sie haben einfach sehr viele Freiheitsgrade“, sagt der Physiker Andreas Schadschneider von der Universität Köln. Ihre Bewegungen sind schwieriger zu ermitteln als die von Fahrzeugen, die auf der Straße eine vorgegebene Richtung einhalten müssen und nur die Geschwindigkeit variieren können.

Schadschneider war gemeinsam mit den Jülicher Wissenschaftlern an einem Vorgängerprojekt von Basigo im Düsseldorfer Stadion beteiligt: Dabei gelang es, 15 Minuten vor der Entstehung eines Staus vorherzusagen, wann und wo es zu ihm kommen würde – wertvolle Zeit, um gefährliche Situationen zu entschärfen.

„Dennoch ist das Verhalten von Fußgängern, wenn sie die freie Wahl haben, nach wie vor eine große Unbekannte für uns“, sagt Schadschneider. Denn bei der Wegefindung spielen nicht nur harte Fakten wie das angepeilte Ziel eine Rolle, sondern auch irrationales Verhalten.

Während sich bei der Bewegung sehr dicht gedrängter Menschenmassen Strömungen ähnlich wie in Flüssigkeiten herausbilden, finden sich in etwas lichterem Gedränge Parallelen zur Teilchenphysik, auf der viele klassische Modelle der Fußgängersimulation basieren. Passanten werden hier mit Molekülen verglichen und ihre Bewegungen durch anziehende und abstoßende Kräfte simuliert. Aber der Eigenwille des Menschen verfälscht das Ergebnis: Ein Mensch hält oft spontan an oder wechselt aus unvorhersehbaren Gründen die Richtung.

Diese sogenannten heuristischen Faktoren – Entscheidungen, die Fußgänger treffen, ohne darüber nachzudenken – lassen sich kaum berechnen, zumal sie kulturell verschieden sind: Als Schadschneider und seine Kollegen Fußgänger in Deutschland, China, Indien und Japan baten, zügig einen identischen Rundkurs zu absolvieren, war das Ergebnis sehr unterschiedlich. So liefen die Inder deutlich schneller als die Deutschen und akzeptierten dichteres Gedränge.

Bisher hat der Physiker keine Erklärung für die Unterschiede. Und der Mathematiker Hartmut Schwandt, der an der Technischen Universität Berlin sich kreuzende Menschenströme untersucht, bezweifelt sogar, dass sich menschliche Eigenheiten jemals in Formeln umsetzen lassen.

Auf der Suche nach der Lücke

Doch der Physiker Dirk Helbing, Professor für Soziologie mit dem Schwerpunkt Simulation an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, versucht genau das: Heuristische Faktoren finden neben Kräften der Physik Eingang in ein Modell, das er mit Kollegen aus Frankreich entwickelt hat. „Unser Modell ist psychologisch inspiriert und basiert auf der Annahme, dass Fußgänger Lücken suchen“, erklärt Helbing.

Im Gegensatz zum alten „Soziale-Kräfte-Modell“, das Abstoßungskräfte zwischen Fußgängern und Hindernissen definiert, geht das neue Modell davon aus, dass Fußgänger beim Anstreben ihres Ziels jene Richtung wählen, in der sie möglichst freie Sicht haben. Auch die Geschwindigkeit findet Eingang in den Algorithmus. Sie ist abhängig von einer möglichen Kollision mit anderen Fußgängern: Menschen wollen einen Sicherheitsabstand halten.

Ähnliche Modelle gibt es seit einigen Jahren in der Robotik, sagt der Jülicher Forscher Armin Seyfried: Sie helfen den Entwicklern, Roboter so zu steuern, dass diese nirgendwo anecken. Seyfried fordert: Um die Bewegungen von Fußgängern zu entschlüsseln, müssen Wissenschaftler mehr interdisziplinär zusammenarbeiten. Einer der nächsten Schritte sei es, den Bewegungsapparat des Menschen detaillierter in die Modelle aufzunehmen. Bisher hätte man Personen in Form von Ellipsen oder Kugeln dargestellt: „Realistischer ist ein Pendel mit zwei Beinen“, sagt Seyfried. Das kann ausweichen wie ein Mensch, sich umdrehen und auf der Stelle stehen bleiben. Das Experiment in Düsseldorf ist ein Schritt in diese Richtung: Während Modellierer sonst kaum mit Praktikern zusammenarbeiten, sind in der Jülicher Arbeitsgruppe beide vereint: „Schließlich muss man die Modelle immer wieder mit der Realität vergleichen“, sagt Seyfried.

Verkehrszeichen für Fussgänger

Noch eine weitere Disziplin ist an diesem Tag auf der Düsseldorfer Messe vertreten: Gebhard Rusch vom Institut für Medienforschung in Siegen beobachtet mit seinen Kollegen das Gedränge am Rande und lässt immer wieder Verkehrszeichen auf Monitoren über den Probanden einblenden. Bei Versuchen im Vorfeld hat sich gezeigt, dass Verkehrszeichen gut geeignet sind, um die Bewegung von Menschen zu beeinflussen: „Jeder kennt sie, und man muss deshalb nicht lange darüber nachdenken, was sie bedeuten“, sagt Rusch. Der Medienwissenschaftler erforscht mit seinem Team, mit welchen Kommunikationsmitteln sich Massen leiten lassen und wie diese Mittel dazu beitragen, einen Stau zu verhindern.

Mit dem Kreisverkehr sind die Forscher besonders zufrieden. Allerdings genügt das pure Zeichen nicht – erst eine zusätzliche Säule in der Mitte des Raumes bringt die Probanden dazu, tatsächlich einen Kreisverkehr zu bilden. Bei ihm entsteht ein Stau erst deutlich später. Auch eine animierte Anleitung zur Evakuierung eines Raumes ist erfolgreich: Die Probanden werden visuell aufgefordert, nicht direkt zur Tür zu gehen, sondern sich am anderen Ende des Raums in den Strom einzugliedern. Der gefährliche Stau vor der Tür bleibt dadurch aus, und der Raum kann um ein Viertel der Zeit schneller evakuiert werden als ohne den klaren Hinweis.

Aber ob sich Menschen in einer realen Gefahrensituation davon abhalten lassen, direkt den Notausgang anzusteuern? Gebhard Rusch zuckt mit den Schultern: „Das müsste vorher eingeübt werden.“ Eines der Hauptprobleme ist: Die Besucher müssten im Vorfeld einer Großveranstaltung über die eventuelle Gefahr informiert werden, und die Veranstalter müssten Sicherheitsmaßnahmen und mögliche Probleme thematisieren. Doch da ist Rusch skeptisch: „Niemand spricht gerne über so etwas. Die Vorfreude soll ja nicht getrübt werden.“ Die Wissenschaftler müssen an vielen Fronten kämpfen. ■


Die Stuttgarter Wissenschaftsjournalistin EVA WOLFANGEL beschäftigt sich seit Jahren damit, wie Computermodelle die Realität abbilden. In Düsseldorf war sie froh, dass die Drängelei nur zu Testzwecken geschah. Auch der Fotograf David Klammer aus Köln hat das Experiment live verfolgt.

ARMIN SEYFRIED

Gedränge kann er überhaupt nicht leiden. Das führte auf einem überfüllten Straßenfest sogar schon einmal dazu, dass Armin Seyfried (*1966) Kind und Kegel packte und sich auf dem kürzestem Weg aus dem Staub machte – der Kinderwagen blieb in der Menge zurück. Dass der Familienvater sich heute beruflich mit großen Menschenmassen auseinandersetzt, ist aber eher Zufall: Seinem Studium der Theoretischen Physik an der Bergischen Uni- versität Wuppertal schloss Seyfried eine Promotion an und verbrachte nach deren Abschluss 1998 ein weiteres Forschungsjahr in der Teilchenphysik. Danach verabschiedete er sich erst einmal von der Forschung und beschäftigte sich stattdessen mit Brandschutz: In einem Ingenieurbüro beriet er Architekten in der Planungsphase zu diesem Thema. Dabei musste er feststellen, dass die heutigen Werkzeuge zur Brandsicherheit alles andere als vertrauenserweckend sind. Als sich 2004 die Gelegenheit bot, am Forschungszentrum Jülich an der Verbesserung solcher Konzepte zu arbeiten, zögerte er deshalb nicht – und darf jetzt zu Studienzwecken von oben auf das Gedränge herabblicken. ska



DIE TRAMPELPFAD-FORMEL

Dirk Helbing ließ der Blick aus seinem Büro hoch über dem Uni-Campus Stuttgart keine Ruhe. Der Physiker sah auf ordentlich angelegte Wege, die die Gebäude der Universität miteinander verbinden, und dazwischen viele braune Trampelpfade – Abkürzungen quer durch Wiesen und Beete. Mit welcher Regelmäßigkeit entstehen Trampelpfade, fragte er sich, sein Forschungsobjekt im Blick. Es muss doch eine Formel geben, überlegte er, die das erklären kann. Auf den ersten Blick erscheint es seltsam, wie oft kurze Strecken durch Trampelpfade abgekürzt werden: Manchmal sind es bloß wenige Meter, während Fußgänger anderswo längere Umwege akzeptieren.

Diese Erkenntnis weckte Helbings Forschergeist. Er vermaß Wege und Trampelpfade aller Art, glich die Daten miteinander ab und suchte nach Regelmäßigkeiten. Und er wurde fündig: Das Verhältnis von Weg und möglicher Abkürzung ist entscheidend. Bis zu 25 Prozent Umweg nehmen Fußgänger in Kauf. Ein größerer Umweg wird abgekürzt, selbst wenn es sich nur um eine kurze Strecke handelt. Auch die Kreuzungen von Trampelpfaden hat der Wissenschaftler untersucht und herausgefunden, dass rechtwinklige Kreuzungen offenbar nicht der Natur des Menschen entsprechen: Wenn zwei Trampelpfade aufeinander treffen, bildet sich in der Regel eine Y-förmige Gabelung.

Dass Stadtplaner diese menschlichen Eigenheiten kaum ernst nehmen, wundert den Physiker, der inzwischen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich forscht: „Immer wieder versuchen Planer den Menschen vorzugeben, was sie zu tun und zu lassen haben, statt sich psychisch in sie hineinzuversetzen.“ Die Folge sind selbst getrampelte Auswege.



RECHT RUHIG UNTERWEGS

Maya Kletzin (*1989), Studentin aus Aachen, hat am Mega-Experiment in Düsseldorf teilgenommen.

Warum haben Sie bei der Studie mitgemacht?
Mich hat interessiert, wie es bei so einem Experiment zugeht. Man hat ja häufiger Gelegenheit, als medizinischer Proband an Studien teilzunehmen, aber das ist einfach etwas anderes. Also habe ich mir eine Freundin geschnappt, und wir haben einen schönen Tag in Düsseldorf verbracht.

War es am Ende wirklich schön?
Es war sehr interessant, dauerte aber auch ganz schön lange. Es gab viele Wartezeiten, und zum Teil musste man für die Experimente lang anstehen oder kam gar nicht an die Reihe, weil so viele Leute da waren.

Wie fühlen Sie sich in so großen Menschenmassen?
Ich fühle mich an sich nicht unwohl. Ich mache mir höchstens Sorgen um mein Hab und Gut.

Können Sie das Interesse der Forscher an diesem Thema nachvollziehen?
Dass die Forscher bessere Sicherheitskonzepte suchen, ist auf alle Fälle wichtig. Ich werde bestimmt häufiger auf der Homepage des Forschungszentrums Jülich nachsehen, ob es Ergebnisse gibt. Ich hoffe nur, dass die Gruppe von Testpersonen wirklich die Masse widerspiegelt. Denn die meisten Teilnehmer waren Studenten – wegen der 50 Euro Aufwandsentschädigung.

Verhält man sich in so einem Experiment wie in einem „echten“ Gedränge?
Die Probanden waren eher ruhiger unterwegs als im echten Gedränge. Experimente mit der Anweisung, sich besonders zu beeilen, oder wenn die Menschenmenge durch trichterförmige Verengungen geschleust wurde, erschienen mir schon realistisch. Doch Paniksituationen wären wohl nicht entstanden. ska



MEHR ZUM THEMA

Internet

Division Civil Security and Traffic des Forschungszentrums Jülich (Armin Seyfried): www.fz-juelich.de/ias/jsc/cst

Chair of Sociology, in particular of Modeling and Simulation der ETH Zürich (Dirk Helbing): www.soms.ethz.ch



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