• fire safety

Mogelijkheid tot vluchten uit een Kerk met simulatie en scantechnieken

Na verloop van tijd kunnen, door veranderende regelgeving of toegenomen bewustwording, bestaande bouwwerken op brandveiligheid worden geïnspecteerd. Eén van deze bouwwerken, de Heilige Urbanuskerk, bleek niet aan alle brandveiligheidseisen te voldoen. Onderdeel van de strategie om het gebouw, met zijn afwijkende vorm en beschermde status goed te keuren voor brandveiligheid zijn CFD simulaties. Maar hoe nauwkeurig kan een kerk gemodelleerd worden? Zonder tekeningen?

Om te voldoen aan de eisen voor veilig gebruik is een brandveiligheidsstrategie ontwikkeld. De veilige evacuatie van bezoekers in geval van brand is daarbij een belangrijk aspect. De capaciteit van de (nood)uitgangen was te beperkt. Desondanks leefde het gevoel dat in geval van brand aanwezigen voldoende tijd zouden hebben om te kunnen vluchten door het grote volume van de kerk dat kan dienen als bufferruimte voor rook. In overleg met de betrokken brandveiligheidsadviseur is besloten om dit gevoel verder te onderzoeken door middel van CFD simulaties. Om de simulaties uit te voeren is een 3D-model van de kerk nodig. Omdat de kerk is gebouwd in 1867 zijn er geen tekeningen direct beschikbaar of tekeningen zijn niet digitaal of up-to-date. Er zal dus van de grond af een model gemaakt moeten worden. Dit wekt de vraag op: hoe verkrijg je nauwkeurige metingen van zo'n complexe structuur? Het antwoord: 3D-scantechnieken.

Op verschillende plekken in de kerk is met een scanapparaat het interieur gescand door een scanspecialist. Later zijn deze verschillende scans aan elkaar gekoppeld om een compleet 3D-surfacemodel te maken. Dit model is opgebouwd uit een veelvoud aan polygonen en als zodanig niet direct bruikbaar in CFD software. Het geeft ons echter wel alle benodigde afmetingen en met behulp van de 3D-scan kan een volumetrisch model worden gemaakt. Ook zijn ter plaatse metingen van de deuropeningen uitgevoerd om de uitgangen later met een hoge mate van vertrouwen te modelleren. Normaal worden op het gebied van CFD simulaties vereenvoudigde modellen gebruikt, maar dit detailniveau stelt ons in staat om een model te creëren dat nauwkeuriger en herkenbaarder is dan wat gerealiseerd zou kunnen worden met handmatige metingen.

CFD en scan Urbanuskerk

Om te bepalen of bezoekers het gebouw veilig kunnen evacueren moeten twee variabelen worden berekend: de Available Safe Egress Time (ASET), de tijd die beschikbaar is om veilig te vluchten, en de Required Safe Egress Time (RSET), de tijd die daadwerkelijk nodig is om veilig te vluchten. Als de ASET groter is dan de RSET, kunnen bezoekers het gebouw veilig verlaten. De RSET is berekend conform bouwbesluit op basis van de reactietijd, loopsnelheid, afstand tot uitgangen en het aantal bezoekers. In dit geval werd vastgesteld dat de RSET 320 s is. Hierbij is zelfs aangenomen dat een van de nooduitgangen geblokkeerd is door de brand, waardoor de mogelijkheden voor bezoekers om te ontsnappen worden beperkt. De ASET is bepaald door een CFD simulatie uit te voeren van een worst case ontwerpbrand. Met de CFD simulatie is aangetoond dat na 360 s de omstandigheden op grondniveau niet meer geschikt zijn om te vluchten. Dit betekent dat zelfs met conservatieve aannames er voldoende tijd is om het gebouw te ontruimen.

De resultaten zijn geëvalueerd door de bevoegde autoriteiten en hebben bijgedragen aan de goedkeuring van de brandveiligheidsstrategie voor dit monumentale gebouw voor bijeenkomsten, zonder het aanbrengen van wijzigingen die het karakter van het gebouw zouden aantasten. Het modelleren van een gebouw zonder dat daar bruikbare tekeningen voor zijn is een uitdaging, maar met behulp van 3D scannen is dit goed mogelijk. In de toekomst willen we kijken hoe we het proces om van een scan tot een bruikbaar model te komen kunnen stroomlijnen.