Die große Ausgrabung

Als Präsident Dwight d. Eisenhower unterzeichnete 1956 das Gesetz zum Federal Highway System, er konnte sich das gigantische Bauprojekt, das jetzt in Boston durchgeführt wird, um das System zu vervollständigen, unmöglich vorstellen. Regierungsbeamte nennen es das Central Artery/Tunnel (CA/T) Project; Einheimische sagen nur Big Dig. Bis zur Fertigstellung im Jahr 2004 wird diese Straße über ein achtspuriges und 3,5 Meilen langes Segment verfügen, das vollständig unter dem geschäftigen Finanzviertel einer der ältesten Städte des Landes begraben ist. Der neue Tunnel wird Bostons viel geschmähte Central Artery – ein baufälliges Stahlviadukt, das zwischen den Hochhäusern der Innenstadt schneidet – durch einen Abschnitt der größten unterirdischen Autobahn der Welt ersetzen. Ein Unterwassertunnel (der 1995 fertiggestellt wurde) wird den Verkehr vom Flughafen in die Arterie leiten, und das alles zu beispiellosen Kosten von mehr als 10 Milliarden US-Dollar.

Obwohl das Begraben der Autobahn verspricht, eine verbesserte Umgebung für Bostons Oberflächenbewohner zu hinterlassen – sauberer, leiser, offener –, erhöht es die Einsätze für unterirdische Reisende. Staus und platte Reifen, die oberirdisch nur lästig sind, können unten tödlich werden, wenn Autofahrer im Dunst giftiger Abgase gefangen sind. Fügen Sie der Mischung einen Autobrand oder eine Öltankerexplosion hinzu und die Situation könnte schlimm werden. Die Ingenieure von Big Dig sind daher Vorreiter für neue Technologien in den Bereichen Bauwesen, Verkehrsmanagement und Feuerkontrolle, die alle darauf ausgelegt sind, das Leben reibungslos und sicher durch die Arterie zu leiten.

Unternehmen, die auf ihre inneren Stimmen hören

Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom Mai 1998



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Die Köpfe hinter der Operation

Über das Verlegen von Stahl und das Gießen von Beton hinaus setzen die Crews von Big Dig Hunderte von Überwachungskameras, Infrarotsensoren und Wechselverkehrszeichen im gesamten System ein, verdrahten es mit einem Computersystem, das einem Terroranschlag standhält, und bauen eine Kommandozentrale so gefüllt mit Bildschirmen, Tastaturen und Projektionsgeräten, dass Darth Vader vor Neid erblassen würde. Es ist alles Teil des Smart Highway Central Artery/Tunnel oder des Intelligent Transportation Systems.

Autos für Blinde zum Fahren

Das halbe Dutzend menschlicher Operatoren der CA/T arbeiten im Star Wars-Kontrollzentrum und bemühen sich, den Verkehrsfluss zu maximieren und die Exposition der Autofahrer gegenüber Kohlenmonoxid zu minimieren. Zu den Werkzeugen, die ihnen zur Verfügung stehen, gehören Ampeln, Geschwindigkeitsbegrenzungsschilder, Spursperrsignale, AM- und FM-Radiosender, Lüftungsgeräte und sogar Abwasserpumpen.

Die Computer der CA/T überwachen ständig den Verkehrsfluss durch das System. Bei einer plötzlichen Unterbrechung – sagen wir, der Verkehr auf einer Fahrspur sinkt von 60 auf 8 km/h – richtet der Computer automatisch eine Kamera aus, um auf den fraglichen Bereich zu zeigen. Der Computer kann die Schwere des Vorfalls berechnen, einen geeigneten menschlichen Operator für die Bearbeitung benennen (basierend auf seiner Ausbildung und seinen aktuellen Aufgaben) und das Videobild an der Bedienerkonsole anzeigen lassen. Dann empfiehlt der Computer eine Strategie für den Umgang mit der Situation, überlässt die endgültige Entscheidung jedoch dem Menschen, der das Licht ändern, die Lüftungsgeräte anpassen oder den Fahrern Nachrichten senden kann, um zu verhindern, dass aus einem kleinen Kotflügelverbieger eine große Katastrophe wird.

Doch was sollte ein Operator im Notfall eigentlich tun? Fahrspuren schließen? Langsamer Verkehr? Verkehr umleiten? Und wie lange sollen Fahrspuren gesperrt bleiben? Um diese Fragen zu beantworten, hat das Massachusetts Highway Department einen Vertrag mit der Intelligent Transportation Systems Group des MIT ( http://its.mit.edu/ ), um eine fortschrittliche Computersimulation zu erstellen, die bis zu 10.000 Fahrzeuge modelliert, die sich durch Rampen und Tunnel bewegen.

Wir simulieren die Entscheidungen des Fahrers wie Beschleunigung, Verzögerung, Spurwechsel, Einfädeln und Ausweichen, sagt Professor Moshe Ben-Akiva, der die MIT-Gruppe leitet. Wir können Vorfälle simulieren, indem wir Fahrspuren für eine bestimmte Dauer sperren. Wir können Änderungen der Sichtverhältnisse simulieren. Das System kann sogar die Auswirkungen des Schließens von Ausgängen oder des Hinzufügens neuer Ausgänge bestimmen.

Zusammen mit dem Verkehrssimulator hat die MIT-Gruppe einen zweiten Simulator gebaut, der die menschlichen Bediener und das Verkehrsmanagementsystem der CA/T modelliert. So können die Forscher erkennen, welche Auswirkungen unterschiedliche Verkehrsmanagementstrategien auf das Auf und Ab des Verkehrs im Tunnel haben. Bei einem Unfall im Tunnel beispielsweise schalten die Portallichter auf der Autobahn sofort von Grün auf Rot um, um weitere Autos am Einfahren zu hindern. Mit dem Simulator berechneten die Forscher, wie lange die Operatoren nach der Unfallbeseitigung warten sollten, bis die Portallichter von Rot wieder auf Grün umschalten. Die ursprünglichen Pläne, die Portalbeleuchtung sofort auf Grün umzustellen, seien keine gute Idee gewesen, sagt Ben-Akiva. Sie sollten den Wechsel verzögern, bis Sie den Verkehr im Inneren räumen lassen. Andernfalls erzeugen Sie im Tunnel Verkehrsschockwellen.

Feuer in den Bergen

Wenn die Konstrukteure und Betreiber von CA/T einige Überraschungen erlebten, als sie mit der Simulation des Verkehrsflusses begannen, bekamen sie noch größere Schocks, als sie anfingen, sich mit einem anderen Problem zu befassen: wie man einen Tunnel und seine Insassen vor den Verwüstungen eines Feuers schützt. Es war nicht nur die Gefahr direkter Verbrennungen, über die sie sich Sorgen machten. Tatsächlich sind Rauch und Hitze die wahren Killer bei einem Brand, sagt Richard W. Drake, Betriebsleiter des Central Artery/Tunnel Project.

Seit Jahren, erklärt Drake, bauen Ingenieure auf der ganzen Welt Autotunnel mit Lüftungsanlagen, die groß genug sind, um den Rauch des größten denkbaren Brandes zu bewältigen. Aber sie konnten nicht wissen, wie ihre Vorstellungen von Feuer mit einem echten Feuer mithalten würden. Obwohl Tunnelbrände wie der, der 1996 im Kanaltunnel ausbrach, der Großbritannien und Frankreich verbindet, die Aufmerksamkeit der internationalen Medien auf sich ziehen, ist keiner unter den wachsamen Augen wissenschaftlicher Hochgeschwindigkeitsinstrumente gebrannt. Ingenieure haben ihre Brandschutzkonzepte daher immer auf theoretischen Modellen und nicht auf harten Daten basiert.

Unbequem angesichts dieser Unsicherheit haben Ingenieure ihre Projekte jahrzehntelang überbaut und mehr Lüftungsgeräte, Isolierung und strukturelle Unterstützung hinzugefügt, als sie für notwendig hielten – nur für den Fall, dass ihre Modelle die Hitze und den Rauch unterschätzten, die ein Tunnelbrand erzeugen könnte.

Was die Ingenieure brauchten, war ein Prüfstand – eine Versuchsanlage für Tunnelbrände. Und in den frühen 1980er Jahren entwickelte die Federal Highway Administration (FHA) einen, der einen Abschnitt der I74 so umleitete, dass ein leerer 1,1 Meilen langer Tunnel in den Hügeln von West Virginia zurückblieb. Dort hat sich die FHA mit Parsons Brinckerhoff, einem der Hauptauftragnehmer von Big Dig, zusammengetan, um eine Reihe von Großverbrennungen durchzuführen, die die Theorien über Tunnelbrände endlich auf die Probe stellen sollten.

Das Team gab 10 Millionen US-Dollar für die Renovierung des verlassenen Tunnels mit einem hochmodernen Belüftungssystem aus und weitere 10 Millionen US-Dollar für die Installation anspruchsvoller Überwachungsinstrumente. Wir haben den Tunnel mit einem Gittersystem ausgestattet, damit Sie Daten zu Temperatur, Luftstrom und Kohlenmonoxid im gesamten Tunnel sammeln können, sagt Drake, der das Projekt betreut hat.

In der Mitte des verlassenen Tunnels bauten die Ingenieure große Stahlpfannen mit einer Seitenlänge von mehr als 3 Metern. Sie füllten die Pfannen mit 6 Zoll Wasser (um den Stahl vor der Hitze zu schützen) und dann mit einem Zoll Heizöl. Ein ferngesteuerter Propanbrenner entzündete den Brennstoff.

Letztendlich überwachte Drake 101 Verbrennungen. Das kleinste war 10 Megawatt (MW) und simulierte ein kleines Auto, das in Flammen aufgeht. Die größte war 100 MW – ungefähr die Leistung, die freigesetzt wird, wenn ein kleiner Benzintanker frontal mit einem Lastwagen zusammenstößt.

Wenn Sie sehen möchten, wie die Hölle aussieht, zeigen wir Ihnen ein Bild eines 100-Megawatt-Feuers, sagt Drake. Es ist absolut erstaunlich zu sehen, wie Fliesen von der Wand gesprengt werden. Die Dehnungsfugen aus Asphalt und Teer sprudeln.

Zum Erstaunen des Teams hielten der Tunnel und die Lüftungsgeräte diesen Holocaust viel besser stand, als die Modelle vorhergesagt hatten. Niemand hätte gedacht, dass wir jemals so viele Brände löschen würden. Sie dachten, der Tunnel würde einstürzen, lange bevor wir damit fertig waren, sagt Drake.

Die Widerstandsfähigkeit des Tunnels in West Virginia deutete auf eine erstaunliche Schlussfolgerung hin: Weltweit wurden Milliarden von Dollar verschwendet, um Tunnel feuerfester zu machen, als es jemals nötig war.

Obwohl die Ergebnisse zu spät kamen, um eine komplette Neugestaltung von Big Dig zu ermöglichen, konnte Drake durch das Schrumpfen einiger Lüftungsschächte und die Eliminierung anderer Dutzende Millionen Dollar an Beton- und Aushubkosten einsparen. Allein bei diesem Projekt haben wir etwa 25 Millionen US-Dollar an Isolierungskosten eingespart, sagt Drake. Wir sind sehr zuversichtlich, dass wir Ihnen insgesamt Einsparungen in Höhe von 45 Millionen US-Dollar aufzeigen können.

Noch wichtiger ist, dass die Tests den Ingenieuren beigebracht haben, wie man das Belüftungssystem des CA/T abstimmt. Im Brandfall, sagt Drake, sei es gängige Meinung gewesen, dass Ventilatoren, die die an die Flammen angrenzenden Tunnelbereiche mit Frischluft versorgen, auf etwa 50 Prozent der Leistung eingestellt werden sollten. Es war ein Versuch, ein empfindliches Gleichgewicht zu finden: Man möchte dem Feuer keine frische Luft zuführen, erklärt Drake, aber man möchte auch nicht, dass Menschen, die in ihren Autos eingeschlossen sind, ersticken.

Auch hier war die konventionelle Weisheit falsch. Die Experimente in West Virginia haben gezeigt, dass es besser ist, die nahegelegenen Zuluftventilatoren während eines Brandes ganz herunterzudrehen – auf nur 10 oder 20 Prozent der Kapazität. Bei diesen reduzierten Einstellungen, belegen die Tests, sorgt die Lüftungsanlage noch immer für ausreichend Frischluft für eingeschlossene Autofahrer und schürt die Flammen nicht so stark. Es ist eine strategische Anpassung, die geringfügig erscheinen mag, aber mit einer Viertelmillion von Fahrzeugen, die bis 2010 voraussichtlich täglich durch den Tunnel fahren werden, könnten sich die Auswirkungen als enorm erweisen.

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