TätigkeitsfelderVENTILATION & FLOWS

Belüftung, Stömungs- und Thermodynamik, Brandsimulationen und -tests, Evakuierung, Personenstrom

VENTILATION & FLOWS

Die zunehmende Mobilität von Personen und Gütern, die Zunahme der Transportgeschwindigkeit sowie die Entwicklung längerer und zahlreicherer Tunnelabschnitte sind einige der Faktoren, die Hersteller und Betreiber dazu veranlassen, ihre Verkehrsinfrastruktur und -systeme kontinuierlich zu verbessern. Diese Entwicklungen erfordern ein besonderes Augenmerk auf die Verbesserung der Sicherheit von Menschen und Infrastruktur. Tatsächlich spielen in Tunneln, Bahnhöfen oder anderen geschlossenen Gebäuden die unterschiedlichen Strömungen (aerodynamische und thermische Phänomene, Rauchausbreitung im Brandfall, Belüftung, Fussgängerstrom usw.) eine entscheidende Rolle und müssen bereits zu Beginn des Entwurfs neuer Verkehrssysteme oder unterirdischer Bauten sowie bei der Modernisierung der vorhandenen Infrastruktur berücksichtigt werden.

Unser Spezialistenteam beschäftigt sich täglich mit allen Strömungsphänomenen. Sie führen Studien und Projekte über Aerodynamik, Thermik, Lüftung sowie die Evakuierung und Steuerung der Personenströme durch. Dazu stützen sie sich auf Berechnungen, theoretische Modelle, experimentelle Messungen und Computersimulationen, die mit bekannter Software durchgeführt werden. GESTE war insbesondere an der Entwicklung von Simulationssoftware beteiligt.

Tätigkeitsbereiche

  • Eisenbahn-, Metro-, Strassen- und Flusstunnel
  • Bahnhöfe und Stationen
  • Depots, Parkhäuser und Garagen
  • Unterirdische Infrastrukturen
  • Eisbahnen, Stadien, Theater und andere Gebäude mit grosser Personenkapazität
  • Einkaufszentren, Büros, Schulen, Kindergärten und sonstige öffentlich zugängliche Gebäude
  • Industriegebäude
  • Geschlossene Räume
  • Konventionelle, autonome und innovative Fahrzeuge

Systeme und Ausrüstungen

  • Sanitäre Lüftungs- und Feuerlöschgeräte
  • Kühl- und Klimaanlagen
  • Detektions- und Messgeräte
  • Ausrüstung zur Brandbekämpfung
  • SCADA

Dienstleistungen

BAHNHOFS- UND TUNNELBELÜFTUNG, ENTRAUCHUNG, KLIMA, HLSS (HEIZUNG, LÜFTUNG, SANITÄR, STROM)

  • Ingenieurdienstleistungen für Vorstudien, Tests und Inbetriebnahme
  • Projektmanagement, Projektleitung, Unterstützung bei der Projektleitung
  • Beratung, Expertisen, Audits

 TEILNAHME AN F&E-PROGRAMMEN

  • Modellierung und Entwicklung von Ad-hoc-Software, intern oder im Rahmen von F&E-Programmen in Zusammenarbeit mit Forschungszentren
  • Zusammenarbeit mit Universitäten und Fachhochschulen, insbesondere der EPFL
  • Teilnahme an Forschungs- und Entwicklungsprogrammen

 NUMERISCHE SIMULATIONEN UND TESTS

  • Stationäre und instationäre numerische Simulationen einfacher und komplexer Geometrien (1D, 2D und 3D)
  • CFD
  • Aerodynamische, aeraulische und thermodynamische Simulationen
  • Simulationen von Rauchausbreitung und Entrauchung
  • Simulationen von Fussgängerströmen und Personenevakuierung
  • Brandversuche (kalter und heisser Rauch) 
  • Messung aerodynamischer Felder (Luftgeschwindigkeit, Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit)

 AERODYNAMISCHE, AERAULISCHE UND THERMODYNAMISCHE STUDIEN

  • Für Fahrzeuge, die sich in Tunneln bewegen: Berechnung von aerodynamischen Kräften, Druckwellen, Wärmefeldern usw. und ihre Auswirkungen auf Menschen und Infrastruktur
  • Bewertung des Trommelfellkomforts und aeraulische Optimierung des Tunnelabschnitts, der Nebentunnel, der Belüftungsschächte und anderer geometrischer Optionen
  • Berechnung der Druckbelastung auf Bahnsteigtüren, Ausrüstung und Lüftungsanlagen 
  • Berechnung der langfristigen Entwicklung der Luft- und Gesteinstemperatur in einem Netzwerk von Tunneln und unterirdischen Stationen

STUDIEN ZUE RAUCHAUSBREITUNG UND ENTRAUCHUNG

  • Simulationen von Bränden und Rauchausbreitung mit oder ohne Lüftungsausrüstung
  • Evakuierungssimulationen von Personen
  • Simulation der Temperaturentwicklung in Infrastrukturen und Berechnung der Feuerfestigkeit von Materialien
  • Brandschutzkonzepte
  • Konzepte zur Entrauchung und zur Notevakuierung von Personen, Tunnelbelüftungskonzepte
  • Dimensionierung und Konzeption von Lüftungs- und Entrauchungssystemen

FUSSGÄNGERSTRÖME UND PERSONENEVAKUIERUNG

  • Simulationen der Fussgängerströme im Normalbetrieb und im Notfall
  • Simulationen von Personenevakuierungen und Analyse der Fussgängerströme in komplexen Gebäuden (Bahnhöfen, Stadien, unterirdischen Räumen usw.) 
  • Berechnung der Fahrzeiten und Optimierung der Infrastruktur (Durchgangsbreite, Anzahl und Breite der Rampen, Treppen, Rolltreppen und Aufzüge; Positionierung und Dimensionierung von Rettungswegen und -ausgängen usw.)
  • Interventionskonzept für Sicherheit, Evakuierung und Rettung

Software

INTERN ENTWICKELTE SOFTWARE

GESTE hat eigene Software entwickelt, um über Tools zu verfügen, die an die Bedürfnisse seiner Kunden anpasst sind. Es handelt sich dabei um die folgenden Software-Anwendungen:

  • TNT (Tunnel Nets & Trains) ist ein von GESTE entwickelter und validierter 1D-Aerodynamik-Solver für die numerische Simulation von kompressiblen und instationären Strömungen, die durch die Bewegung von Fahrzeugen in engen Räumen mit komplexer Geometrie wie Strassen- oder Eisenbahntunneln hervorgerufen werden. Er simuliert auch die Ausbreitung von Rauch bei einem Tunnelbrand unter Berücksichtigung der Tunnellüftung und den bewegenden Fahrzeugen. Zudem führt er personenbezogene Evakuierungssimulationen durch.
  • TunClim, vollständig entwickelt und validiert von GESTE, ist ein thermodynamischer 2x1D-Solver zur Berechnung langfristiger Änderungen der Luft- und Gesteinstemperatur in tiefgelegenen Tunnelsystemen. TunClim integriert Parameter wie Luftstrom, Luftfeuchtigkeit, Wärmequellen und -senken, Heiz-/Kühlsysteme.
  • NSMB-TNT: 

    NSMB ist eine kompressible und instationäre CFD-Software, die unter anderem von verschiedenen Universitäten (EPFL in Lausanne, SERAM in Paris, IMFT in Toulouse und KTH in Stockholm), einem Forschungszentrum (CERFACS in Toulouse) und verschiedenen Industriepartnern wie EADS-France (Airbus France und EADS Space Technologies), SAAB Military Aircraft und CFS Engineering entwickelt wurde. Im Rahmen seiner Promotion an der EPFL führte Michele Mossi kurz vor der Gründung von GESTE eine dynamische Kopplung der Software-Programme NSMB (3D) und TNT (1D) durch, um aerodynamische Phänomene in langen Tunneln mit einer 3D-Simulation der Nahströmung von Fahrzeugen und einer 1-D-Simulation der Fernströmung genau zu untersuchen. Anschliessend haben sich die EPFL und GESTE im Rahmen eines von der Schweizerischen Kommission für Technologie und Innovation (KTI) geförderten Forschungsprojekts zusammengetan, um dieses Tool weiterzuentwickeln und für die Simulation von Bränden in langen Tunneln anzupassen.

WEITERE CFD-SOFTWARE (COMPUTATION FLUID DYNAMICS), DIE INTERN VERWENDET WIRD

GESTE verwendet ausserdem regelmässig kommerzielle oder Open-Source-Software. Bei komplexen, instationären und kompressiblen, durch Strömungsdynamik bedingten Problemen werden die folgenden numerischen 3D-Solver verwendet:

  • Fire Dynamics Simulator (FDS) ist eine Software für Strömungsmechanik, die sich speziell mit Luftströmungen befasst, welche durch die Entwicklung von Bränden verursacht werden. Sie löst numerisch eine vereinfachte Form der Navier-Stokes-Gleichungen, die an langsame und temperaturgesteuerte Strömungen angepasst sind, wobei der Schwerpunkt auf dem Transport von Rauch und Wärme liegt. Die verwendeten Modellierungsansätze berücksichtigen Turbulenzphänomene, Verbrennungsreaktionen und Wärmestrahlung.
  • PyroSim ist eine grafische Oberfläche für die FDS-Software. Sie erleichtert die Erstellung komplexer Brandmodelle (Geometrie, Maschenweite, Materialeigenschaften, Wachstumskurve der Wärmekraft, Brandszenario).
  • ANSYS Fluent und Simcenter STAR-CCM+ sind Software-Anwendungen zur Behandlung komplexer, strömungstechnischer Probleme. Verschiedene numerische 3D-Solver lösen die physikalischen Probleme instationärer und kompressibler Strömungen. Spezifische Modelle ermöglichen insbesondere die Modellierung von Turbulenzen, Wärmeübertragung, Verbrennung und Mehrphasenströmungen.

SIMULATION VON FUSSGÄNGERSTRÖMEN

Für die Simulation von Fussgängerströmen verwendet GESTE zusätzlich zu dem in TNT integrierten Modell die folgende kommerzielle Software:

  • SimWalk Transport ist eine kommerzielle Software zur Simulation und Analyse von Bewegungen von Zügen und Strassenfahrzeugen sowie von Fussgängerströmen; der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Gebiet der Verkehrsinfrastruktur. Sie ermöglicht die Integration von Parametern wie Zeitplänen und agentenbasierter Mikrosimulationsmodellierung (jeder Fussgänger wird dabei mit seinen Zielen und seinem eigenen Verhalten modelliert). Diese Art der Modellierung ermöglicht es, sowohl normales Verhalten als auch Paniksituationen in komplexen Umgebungen flexibel und realistisch zu simulieren. GESTE verwendet die Software SimWalk speziell für die:
    • Prüfung der Wirksamkeit von Notausgängen von Bahnhöfen, Flughäfen und anderen komplexen Gebäuden,
    • Stadtplanung,
    • Verkehrstechnik,
    • Unterstützung bei der architektonischen Gestaltung von Gebäuden und öffentlichen Räumen, Validierung von Architekturkonzepten,Fussgängersimulation in der Architektur.
  • Pathfinder ist ein Simulator von Fussgängerströmen. Die Anwendung enthält eine Benutzeroberfläche zum Extrahieren horizontaler und vertikaler Verkehrsflächen aus Gebäuden (Treppen, Rampen, Aufzüge), zum Konfigurieren der Merkmale der Personen (Geschlecht, Bewegungsgeschwindigkeit, Verhalten) und zum Präsentieren realistischer 3D-Animationen. Sie wird verwendet, um den Komfort und die Sicherheit von Fussgängern in öffentlich zugänglichen Gebäuden (Bahnhöfen, Flughäfen, Einkaufszentren, Sportstätten) zu bewerten.

VISUALISIERUNG UND ANALYSE DER ERGEBNISSE

Für die Visualisierung und Analyse der Ergebnisse stützt sich GESTE auf folgende Tools:

    • Tecplot 360 Ist eine Visualisierungssoftware für technische Daten, die unter anderem zur Analyse von Daten aus der numerischen Simulation strömungsmechanischer Probleme verwendet wird.
    • ParaView ist eine Open-Source- und plattformübergreifende Datenanalyse- und Visualisierungssoftware. Daten können interaktiv in 3D oder programmgesteuert mithilfe von Stapelverarbeitungsfunktionen genutzt werden. Die Anwendung ist ein Nachbearbeitungstool, das sich gut für die Analyse numerischer Simulationen strömungsmechanischer Probleme eignet.
    • Smokeview ist eine Visualisierungssoftware, mit der die Ergebnisse von FDS-Simulationen angezeigt werden.

Letzte Referenzen