BRAWA: Kulturgut bewahren durch Helfermotivation und geringe Brandwahrscheinlichkeiten
Brände zerstören immer wieder wichtige Kulturgüter und gefährden nationales Kulturerbe, wie die Beispiele der Herzogin-Anna-Amalia Bibliothek in Weimar oder der Kathedrale Notre-Dame in Paris zeigen. Viele dieser Ereignisse sind auf sich langsam ausbreitende und schwer erkennbare Schwelbrände zurückzuführen. Das Projekt BRAWA erarbeitet neue Strategien und innovative Technologien, um die Brandsicherheit historischer Gebäude zu erhöhen. Dabei basiert das Konzept auf der Vernetzung von Sensoren, die bereits beim Auftreten bestimmter Gase in der Frühphase der Brandentstehung Alarm auslösen. Durch ein neuartiges Helferkonzept soll eine Brandfrüherkennung ermöglicht werden.
Ob die Herzogin-Anna-Amalia Bibliothek in Weimar oder die Kathedrale Notre-Dame in Paris – Brände zerstören immer wieder wichtige Kulturgüter und gefährden damit nationales Kulturerbe. Viele solcher Ereignisse sind auf sich langsam ausbreitende Schwelbrände zurückzuführen, die lange unerkannt bleiben können. Wenn sie dann in einen erkennbaren Flammenbrand umschlagen, sind sie kaum oder nur sehr schwer beherrschbar.
Das Ziel des Forschungsprojekts „Kulturgut bewahren durch Helfermotivation und geringe Brandwahrscheinlichkeiten“ (BRAWA) war daher, den Schutz von Kulturgütern sowie historischen und soziokulturellen Gebäuden im Brandfall zu erhöhen. Dies soll durch ein neuartiges Alarmierungssystem in Kombination mit einem innovativen Helferkonzept gelingen, dass die Früherkennung und -bekämpfung von Bränden ermöglicht.
Sensoren kombinieren
Das im Projekt verfolgte technische Konzept basiert zum einen auf der Identifikation von relevanten Brandszenarien und zum anderen auf der Vernetzung von hochempfindlichen Sensoren, die bei bestimmten Signaturen schon in der sehr frühen Phase eines Brandes Alarm auslösen.
Ein wichtiger Aspekt war, dass das BRAWA-System auch von vorab geschulten Laien (beispielsweise Hausmeistern) bedient werden kann. Es besteht aus einer Kombination von stationären und mobilen Sensorknoten, die die Umgebungsluft permanent überwachen: Gassensoren zur Messung von Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff, einem Feinstaubsensor zur Messung verschiedener Partikelgrößen sowie einem Sensor zur Detektion von flüchtigen organischen Verbindungen. Als mobiler Sensorknoten wurde ein miniaturisiertes, autonom operierendes Drohnensystem für den Einsatz in Innenräumen entwickelt und erprobt. Darüber hinaus wurden auch die Daten einer klassischen Brandmeldeanlage in das System eingebunden.
Detektionssystem mit drei Ebenen
Innerhalb des BRAWA-Systems werden die erfassten Messdaten in drei Detektionsebenen (sogenannte Layer) verarbeitet, um daraus schlussendlich die relevanten Informationen für die Helferinnen und Helfer zu extrahieren.
Layer 1 überwacht mit Hilfe von maschinellem Lernen die eingehenden Sensordaten auf mögliche Anomalien (Brandgase, Brandpartikel) in der Umgebungsluft. Werden Anomalien detektiert, werden diese in Layer 2 hinsichtlich ihrer Relevanz für ein beginnendes Brandereignis analysiert. Im Layer 3 wird schließlich automatisch untersucht, welches Brandszenario die detektierte Anomalie verursacht haben könnte, um den zu alarmierenden Helfenden zusätzliche Informationen bereitzustellen. Hierzu wurde ein sogenannter „Transfer-Learning Ansatz“ verwendet, bei dem Messdaten aus kleinskaligen Laborversuchen genutzt wurden, um eine Unterscheidung von Brandszenarien im realen Raum vorzunehmen.
Faktor Mensch
Neben technischen Aspekten untersuchten die Projektpartner, wie der Faktor Mensch optimal im ganzheitlichen BRAWA-System berücksichtigt werden kann. In Studien und Interviews konnte festgestellt werden, dass fach- und ortskundige Laien Kenntnisse über die Gebäude und Kulturgüter besitzen, die einen hohen Mehrwert für die professionellen Rettungskräfte darstellen. Zudem wurde in den Studien herausgefunden, welche Alarmierungsarten am effektivsten sind, um Handlungsintentionen zu verstärken: Sirenenartige Alarmierungstöne in Kombination mit Sprachansagen.
Herausforderungen und Fazit
Insgesamt wurde in BRAWA also ein neuartiges Monitoring-Konzept entwickelt, mit dem Brände in Kulturgütern in einem sehr frühen Entstehungsstadium erkannt werden können. Mit fach- und ortskundigen Laien kann im Ernstfall eine neue Personengruppe einbezogen werden, die bereits vor der Alarmierung und dem Eintreffen der Feuerwehr handeln kann. Neben der Detektion potenzieller Brandereignisse erlaubt das System darüber hinaus die Integration weiterer Meldungsklassen, wie z. B. Schimmelbildung oder Wasserschäden. In diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, die Nutzer (z. B. die Betreiber der Gebäude) in die Gestaltung des Monitoringsystems mit einzubinden.
Zum Abschluss des Projektes zeigten sich Herausforderungen bezüglich der rechtlichen Einordnung und Bewertung des Systems. Es sind somit weiterführende Bemühungen (z. B. in zuständigen Arbeitskreisen und Richtliniengremien) erforderlich, um den Einsatz eines solch neuartigen Systems als Brandschutzmaßnahme rechtlich zu ermöglichen. Mit der im Projekt gegründeten Arbeitsgruppe „Kulturgutschutz“ und dem Expertennetzwerk der Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes vfdb werden dazu die Ergebnisse des BRAWA-Projekts in die jeweiligen Verbände und Fachkreise übermittelt.
Der BRAWA-Verbund wurde vom BMBF im Rahmen des Sicherheitsforschungsprogramms von Januar 2021 bis Ende April 2024 mit 1,9 Millionen Euro gefördert. Insgesamt waren sieben Projektpartner aus Industrie und Forschung sowie vier assoziierte Partner an dem Projekt beteiligt.
Weitere Informationen zum BRAWA-Forschungsverbund sowie die projektbezogenen Veröffentlichungen finden Sie HIER.
Autoren: BRAWA-Konsortium
Weitere Informationen zum Verbundprojekt
Förderkennzeichen 13N15415 bis 13N15420 und 13N15565
Projektlaufzeit 01/2021 - 04/2024