Comparative Safety Assessment of Prescriptive Means-of-Egress Configurations Using Fault Tree Analysis

Elke dag bewegen miljoenen mensen zich door de gangen en trappenhuizen van appartementengebouwen, in het vertrouwen dat de regels die deze ruimtes beheersen hen veilig houden als er brand uitbreekt. In Duitsland, en op veel plaatsen over de hele wereld, fungeren bouwvoorschriften als het regelboek voor deze veiligheid. Deze regelgeving is voorschrijvend, wat betekent dat ze specifieke ontwerpen opsommen waar bouwers aan moeten voldoen, zoals het vereisen van twee afzonderlijke vluchtwegen of het waarborgen dat trappenhuizen beschermd zijn tegen rook. De onderliggende aanname is lang geweest dat als een gebouw aan deze regels voldoet, het veilig is, en dat verschillende door de code toegestane ontwerpen ongeveer hetzelfde niveau van bescherming bieden. Deze aanname is echter zelden getoest met een rigoureuze, zij-aan-zij vergelijking. Hoewel we weten dat brandveiligheid afhangt van een complexe mix van gebouwindeling, menselijk gedrag en de betrouwbaarheid van apparatuur, meten de regelgevingen niet expliciet of het ene goedgekeurde ontwerp daadwerkelijk veiliger is dan het andere. Deze kloof laat een vraag onbeantwoord: bieden alle wettelijk toegestane manieren om te vluchten voor een brand werkelijk een gelijkwaardige veiligheidsmarge, of verbergen sommige configuraties aanzienlijk meer risico dan andere?

Om dit te beantwoorden, wendden onderzoekers van de Technische Universiteit München zich tot een methode die oorspronkelijk is ontwikkeld voor de luchtvaart- en kerntechniek, genaamd foutboomanalyse (fault tree analysis). Stel je een kaart voor van elke mogelijke manier waarop een systeem kan falen, beginnend bij een enkele, slechtst denkbare uitkomst aan de top en werkend naar achteren naar de kleine, individuele defecten die dit zouden kunnen veroorzaken. In dit onderzoek pasten de onderzoekers deze logica toe op de residentiële brandveiligheid. Ze definieerden een specifieke, kritieke gebeurtenis: het moment waarop een brand zo gevaarlijk wordt dat de brandweer mensen buiten hun appartementen moet redden voordat de brand is geblust. Dit scenario richt zich op de gedeelde vluchtwegen — de gangen en trappenhuizen — die iedereen in het gebouw dienen, in plaats van alleen op de woning waar de brand begon. Door een gedetailleerd model te bouwen van hoe een brand zich kan verspreiden, hoe rook een gang kan vullen, hoe deuren kunnen falen en hoe mensen kunnen reageren, creëerde het team een transparant systeem om verschillende gebouwontwerpen te vergelijken.

De onderzoekers vertrouwden niet op historische ongevalldata, die vaak te schaars zijn om elk mogelijk gebouwontwerp te vergelijken. In plaats daarvan gebruikten ze het deskundig oordeel van een ervaren brandveiligheidstechnicus om de waarschijnlijkheden toe te wijzen aan elke stap in de foutketen. Ze identificeerden 93 verschillende factoren, variërend van de kans dat een deur niet goed sluit tot de kans dat een persoon in paniek raakt en een uitgang blokkeert. Deze waarden werden niet behandend als absolute feiten, maar als consistente inputs om te zien hoe verschillende gebouwvormen zouden presteren onder dezelfde set aannames. Vervolgens modelden ze 21 verschillende residentiële configuraties afgeleid van de Duitse Modelbouwcode. Deze omvatten standaardontwerpen met interne trappenhuizen, open galerijen, externe trappen en gespecialiseerde veiligheidstrappen die ontworpen zijn voor hoogbouw.

De resultaten onthulden een opvallende realiteit: ontwerpen die juridisch gelijkwaardig zijn, kunnen zeer verschillende veiligheidsprofielen hebben. Wanneer de onderzoekers de "score" voor elke configuratie berekenden — een getal dat de waarschijnlijkheid van de topgebeurtenis vertegenwoordigt — vonden ze een brede spreiding. De veiligste configuratie, die beschikte over een zeer beschermd intern veiligheidstrappenhuis met meerdere barrières tegen rook en vuur, had een score van 0,274. In contrast hiermee scoorde een standaardontwerp met een beschermde gang en een enkel intern trappenhuis, waarbij vertrouwd werd op redding door de brandweer als back-up, een 0,809. Terwijl de ratio tussen het absolute beste en slechtste van alle 21 modellen bijna drie op één was, vertoonde de vergelijking tussen de 14 configuraties die onder de standaardcode vallen en die gewoonlijk als regelgevende alternatieven worden beschouwd, een relatieve scoreverhouding van 1,70. Dit betekent dat, onder dezelfde deskundige aannames, zelfs binnen de groep standaardontwerpen die door regelgevers als uitwisselbaar worden beschouwd, sommige configuraties een aanzienlijk hoger impliciet risico met zich meebrengen dan andere.

De studie identificeerde ook precies waarom deze verschillen bestaan. Configuraties die twee verschillende richtingen voor vlucht boden, of die gebruikmaakten van open galerijen waar rook natuurlijk kon verdwijnen, scoorden consequent lager, wat betekende dat ze veiliger waren. Daarentegen waren ontwerpen die vertrouwden op één enkele richting van beweging of die gesloten gangen gebruikten waar rook zich kon ophopen, minder veilig. Het model toonde aan dat het aantal appartementen dat verbonden is met één enkele vluchtweg er sterk toe deed; hoe meer mensen afhankelijk waren van één pad, hoe groter het risico als dat pad geblokkeerd raakte. Boveld speelde de aanwezigheid van zelfsluitende branddeuren en rookbarrières een cruciale rol bij het onderbreken van de keten van gebeurtenissen die leidt tot een vastgelopen bewoner. De onderzoekers vonden dat de rangschikking van deze ontwerpen stabiel bleef, zelfs wanneer ze de deskundige schattingen naar boven of beneden bijstelden, wat suggereert dat de verschillen structureel zijn en niet slechts het resultaat van specifieke gissingen over menselijk gedrag.

Dit werk beweert niet dat de huidige bouwvoorschriften onveilig zijn of dat een specifiek conform gebouw gedoemd is te falen. Het toont echter aan dat het concept van "gelijkwaardige veiligheid" in voorschrijvende regelgeving complexer is dan het lijkt. De studie laat zien dat voorschrijvend toelaatbare configuraties materieel verschillende impliciete veiligheidsmarges kunnen bevatten, wat betekent dat verschillende ontwerpen die door dezelfde regels worden toegestaan, niet noodzakelijkerwijs hetzelfde niveau van bescherming bieden. De onderzoekers benadrukken dat hun cijfers vergelijkende scores zijn, en geen absolute voorspellingen van hoe vaak branden zullen voorkomen. Het is een instrument om relatief risico te begrijpen, waarbij wordt aangetoond dat een gebouw met een eenvoudige gang en één trappenhuis inherent kwetsbaarder is dan een gebouw met een toegewijd, rookbeschermd veiligheidstrappenhuis. De bevindingen suggereren dat toezichthouders en ontwerpers zich ervan bewust moeten zijn dat niet alle goedgekeurde oplossingen gelijk zijn. Door deze transparante methode te gebruiken, wordt het mogelijk om voorgestelde wijzigingen in bouwvoorschriften of specifieke architecturale plannen te toetsen aan een gemeenschappelijke standaard, om er zeker van te zijn dat de impliciete veiligheidsmarges van onze gebouwen begrepen en, indien nodig, verbeterd worden. De studie concludeert dat hoewel het huidige systeem werkt, een diepere blik onthult dat sommige paden naar veiligheid veel veiliger zijn dan andere, en het erkennen van dit verschil is de eerste stap naar een meer geïnformeerde en effectieve brandveiligheidstechniek.