Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den
1Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
öffentlichen Verkehr
R. Slovak, S. Schönherr, Bundesamt für Verkehr, Sicherheitsrisiko Management
02.11.2010, SiT Workshop, TU Braunschweig
Inhalt
• Problemdefinition
• Interpretation der EN 50 126 zu MEM
• Aussetzungsdauerbasiertes individuelles Risiko
2Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
• Aussetzungsdauerbasiertes individuelles Risiko
• Problem praktischer Anwendung
• Schlussfolgerungen
Individuelles und kollektives Risiko
• Kollektives Risiko: erwartete Anzahl an Todesopfern innerhalb eines festgelegten Zeitraums aus dem Blickwinkel der gesamten Gesellschaft oder
• Individuelles Risiko: das persönliche Risiko eines
3Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
• Individuelles Risiko: das persönliche Risiko eines Individuums, das dem Betrieb des Systems Eisenbahn ausgesetzt ist.
Vorgehen bei der Risikobewertungder SBB und des BAV
Start
ri < ri;zul ?
Massnahmen zwingend
2. Stufe:kollektives Risiko Rk
Massnahmen prüfen; K, N
1. Stufe:individuelles Risiko ri
„MEM“-Prinzip
„ALARP“ -Prinzip
nein
ja
K = KostenN = Nutzen
4Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Fertig
Massnah-men mit günstigem
K/N ?
K, N
Massnahme(n) umsetzen
keine Massnahmen
„ALARP“ -Prinzip
Aversion berücksichtigennein
ja
Primäre Anwendung:- Plangenehmigungsverfahren der Sicherungsanlagen (SBB) - ähnlich: Beurteilung der Naturgefahren (BAFU)
Quelle: H. Schlatter, SBB
Grundproblemdefinition: Kumulierung individueller Risiken im Bahnverkehr
R
Bahnhof BRiBf2
5Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
RiNG1
Naturgefahr 1
RiNG2
Naturgefahr 2Bauwerk 1
RiBw1
Risikoakzeptanz nach dem MEM-Prinzip: Riakz= 1⋅10-5 T/P/J
Bahnhof ARiBf1
GrundproblemdefinitionAkzeptanz individueller Risiken
Individuelles Risiko zwischen Bahnhöfen A und B
RiAB = RiNG1+RiNG2+RiBf1+RiBf2+RiSt1
6Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Resultierendes individuelles Risiko im „Worst Case“:
RiAB = 5⋅Riakz Weiterhin akzeptabel?
Anwendung am Beispiel Betriebstelle
Risikoanalyse Betriebsstelle:112 Züge/Tag mit durchschnittlich 200 Reisenden/Zug
7Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Risikoeinflussfaktoren:- Funktionsumfang der Sicherungsanlage- Verhalten des Rangierpersonals
Ausgewertetes kollektives Risiko- 0,00084 Tote/Jahr
Berechnung des individuellen Risikos (nutzungshäufigkeitsbasiert)
wobei
RindividuellN – das nutzungshäufigkeitsbasierte individuelle Risiko einer Einzelpersonpro Jahr [Tote/Person/Jahr]
Rkollektiv – das kollektive Risiko einer Nutzergruppe pro Jahr [Tote/Jahr]
NPersonen – Anzahl der Personen des untersuchten Systems pro Jahr [Personen/Jahr]
NutzungenPersonen
kollektivlNindividuel N
N
RR =
8Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
NPersonen – Anzahl der Personen des untersuchten Systems pro Jahr [Personen/Jahr]
NNutzungen – Anzahl der jährlichen Nutzungen des untersuchten Systemsdurch eine Einzelperson [Nutzungen/Jahr]
JahrPersonToteR lNindividuel //101,5500365200112
00084.0 8−⋅=⋅⋅⋅
=
Anwendung am Beispiel Betriebsstelle:
<< R1 = 1⋅10-5 (MEMCENELEC)
EN 50 126Minimale Endogene Mortalität (MEM)1. Der Tod ergibt sich aus vielen verschiedenen Ursachen. Eine dieser
Ursachengruppe wird „Technologische Tatsachen“ genannt, z. B.:
• Unterhaltung und Sport (Surfen, Extremsport usw.);• Heimwerker-Aktivitäten (Rasenmähen usw.);• Arbeitsmaschinen;• Verkehr.
• Die folgenden werden nicht eingeschlossen:
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• Die folgenden werden nicht eingeschlossen:• Tod durch Krankheit;
• Tod durch angeborene Missbildung.• Diese Gruppe hat einen bestimmten Prozentsatz von Toten pro Jahr
zur Folge, der unterschiedlich ist je nach Alter der betrachteten Bevölkerungsgruppe. Dieses Risiko wird als „Endogene Sterblichkeit R“ bezeichnet.
EN 50 126Minimale Endogene Mortalität (MEM)2. In wirtschaftlich gut entwickelten Ländern ist R für die Gruppe der
5- bis 15jährigen am niedrigsten. Die unterste Stufe der endogenen Sterblichkeit, bekannt als „Minimale endogene Sterblichkeit“, bezeichnet als „Rm“, wurde bestimmt als
• Rm = 2 x 10–4 Todesfälle/Person x Jahr
10Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
3. Aus dem obigen wird folgende Regel gebildet: „Gefahren, die auf ein neues Verkehrssystem zurückzuführen sind, werden keine nennenswerte Erhöhung der Zahl Rm verursachen.“ In der Praxis können folgende Werte angewendet werden:
• R1 ≤ 10–5 Todesfälle/Person x Jahr• R2 ≤ 10–4 Schwerverletzte/Person x Jahr
• R3 ≤ 10–3 Leichtverletzte/Person x Jahr
EN 50 126Minimale Endogene Mortalität (MEM)
1⋅10-5MEMCENELEC
Aversion
11Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Interpretation der EN 50 126: Akzeptierbares individuelles Risiko pro Aussetzungsdauer
Risikowirkung 1 Jahr
Akzeptiert: 1x10-5 T/P/JSystem 1
Risikowirkung 1/2 JahrSystem 2+3 Risikowirkung 1/2 Jahr
Risikowirkung 1 Jahr
Statistik: 2⋅10-4 T/P/JMEM
12Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Akzeptiert: 5⋅10-6 T/P/J/2System 2+3
Akzeptiert: 5⋅10-6 T/P/J/2
Aussetzungsdauer Akzeptierbares individuelles Risiko der Tötung pro Person
MEM 1 Jahr 2.00E-04
MEM CENELEC 1 Jahr 1.00E-05
MEM CENELEC 0.5 Jahre 5.00E-06
MEM CENELEC 1 Monat 8.33E-07
MEM CENELEC 1 Tag 2.74E-08
MEM CENELEC 1 Stunde 1.14E-09
MEM CENELEC 1 Minute 1.90E-11
Definition aussetzungsdauerbasiertes individuelles Risiko
wobei
• RindividuellT – aussetzungsdauerbasiertes, auf ein Jahr hochgerechnetes,individuelles Risiko (eingeprägtes individuelles Risiko des Systems) [Tote/Person/Jahr]
iAussetzungiPersoneni
kollektivlTindividuel TN
RR
,,∑=
13Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Systems) [Tote/Person/Jahr]
• Rkollektiv – das kollektive Risiko einer Nutzergruppe pro Jahr [Tote/Jahr]
• TAussetzung – Dauer einer Risikoaussetzung [Jahr/Aussetzung]
• NPersonen – Anzahl der Personenaussetzungen der Nutzergruppe des untersuchten Systems [Personen⋅Aussetzungen/Jahr]
Anwendung am Beispiel Betriebsstelle
Risiko-aussetzungs-
Anfang Risikoaussetzung
14Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
aussetzungs-dauer:
≈ 1 min/FahrtEnde Risikoaussetzung
Beispiel der Berechnung des aussetzungs-dauerbasierten individuellen Risikos
• Kollektives Risiko: 0,00084 Tote/Jahr
• Angenommene betriebliche Parameter• Fernverkehr 112 Züge/Tag, Reisende 200 Personen/Zug⇒ Personenaussetzungen: NPers=8‘176‘000 Personen/Jahr
• Aussetzungsdauer
15Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
• Risikoaussetzungsdauer eines Reisenden pro Fahrt: 1min/FahrtTAussetzung=1 min= 1,9⋅10-6 Jahre
⇒ Kumulierte Risikoaussetzungsdauer: NPersonen·TAussetzung=15,56 Personen·Jahre/Jahr
Individuelles aussetzungsdauerbasiertes Risiko:
JahrPersonToteTN
RR
AussetzungPersonen
kollektivlTindividuel //104,5
56,15
00084,0 5−⋅===>> 5,1⋅10-8 Tote/Person/Jahr
Individuelles endogenes Risiko innerhalb der Lebenszeit nach EN 50 126 (MEM)
1
p
MEM MEM/20
16Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Lebenszeit1Jahr
2 E-4
2Jahre
4 E-4
MEM MEM/20
Quelle: S. Wegele, TU Braunschweig
Vergleich der Ansätze der Auswertungdes individuellen Risikos
Kum
ulie
rtes
in
d. R
isik
o
R
1⋅10-5
17Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Zeit1 Jahr
Kum
ulie
rtes
in
d. R
isik
o
RindividuellN
RindividuellT
tAussetzungtAussetzung tAussetzung
Vergleich der Ansätze der Auswertungdes individuellen Risikos
Kum
ulie
rtes
in
d. R
isik
oRindividuellNX +RindividuellN
RindividuellNX
1⋅10-5
18Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
1 Jahr
α
Kum
ulie
rtes
in
d. R
isik
o
tAussetzungtAussetzung tAussetzung
β1
β2
RindividuellN
tAussetzungtAussetzung tAussetzung
RindividuellNX
Akzeptanz des aussetzungsdauerbasierten individuellen Risikos
Kum
ulie
rtes
in
d. R
isik
o
RindividuellNX
Ind. Risiko ist sicher kleiner als Akzeptanzgrenze MEMCENELEC wenn
ß ≤ α
1⋅10-5
19Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Zeit
1 Jahr
α
Kum
ulie
rtes
in
d. R
isik
o
tAussetzungtAussetzung tAussetzung
RindividuellNX
β1
β2
RindividuellN
tAussetzungtAussetzung tAussetzung
ß ≤ α
Vorteile des Ansatzes
• Bewertung des aussetzungsbasierten individuellen Risikos garantiert die Einhaltung des Grenzwertes unabhängig von:• Nutzungsverhalten des Individuums (z.B. Häufigkeit der
Benutzung eines Verkehrssystems) • Anzahl der Risiken die auf das Individuum wirken (deren
Zulässigkeit mit dem gleichen Ansatz bewertet wurde)
20Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
• Ermöglicht einen Vergleich von verschiedenen Verkehrsystemen ohne deren Häufigkeit der Nutzung durch die Individuen berücksichtigen zu müssen
• Ermöglicht ein sicheres Entscheiden auf der Ebene einer Sicherheitsaufsichtsbehörde bei Beurteilung der Risiken von Teilsystemen
Verlauf des individuellen Risikos im Eisenbahnverkehr
Kum
ulie
rtes
Ind.
Ris
iko
1⋅10-5
ß ≥ αRisiko wirklich nicht
akzeptabel?
21Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Zeit 1 Jahr
Kum
ulie
rtes
Ind.
Ris
iko
tAussetzungtAussetzung1
tAussetzung2
α
β
akzeptabel?
Nachteile des Ansatzes
• Ansatz funktioniert gut bei langen und mittelfristigen Risikoaussetzungsdauern (> 1Std)
• Für sehr kurze Risikoaussetzungsdauer (< 1Std) können sich sehr hohe Sicherheitsanforderungen ergeben
22Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
sich sehr hohe Sicherheitsanforderungen ergeben (oder technische Lösungen mit sehr ungünstigem Kosten/Nutzen-Verhältnis)
Lösung: Mittleres individuelles Risiko des Verkehrsystems
• Lösungsansatz basiert auf der Annahme, dass ein Individuum ausserhalb der betrachteten Risikoaussetzungsdauer einem statistischen mittleren Nutzungsrisiko des Verkehrsystems ausgesetzt ist
23Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
• Ergebnis: kurzfristige erhöhte Risiken innerhalb einer Nutzung des Verkehrsystems werden gemittelt
• Basis ist Kenntnis des mittleren statistischen aussetzungsdauerbasierten individuellen Risikos des Verkehrssystems und der entsprechenden Risikoaussetzungsdauer
Mittleres statistisches aussetzungs-dauerbasiertes individuelles Risiko in der Eisenbahn der Schweiz
Aussetzungsdauer Bahn CH:• Durchschnittliche Wegezeit Bahn pro Kopf in der Schweiz: 7,2 [min/Tag]
(Tagesmobilität der Schweiz 2005)
• Population Schweiz: 7,46 ⋅106 Einwohner (2007, BfS)
• Gesamt Wegezeit Bahn in der Schweiz:5,37 ⋅107 [min/Tag] = 1,96 ⋅1010 [min/Jahr] = 3,7⋅104 [PersonenJahre/Jahr]
24Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
5,37 ⋅107 [min/Tag] = 1,96 ⋅1010 [min/Jahr] = 3,7⋅104 [PersonenJahre/Jahr]
Plausibilisierung:• Anzahl der bahnfahrenden Personen pro Jahr (mindestens einmal)
1,0 ⋅106 Einwohner (Schätzung SBB)
• Wegezeit eines Bahnfahrenden: 53,7 [min/Tag]
• Dauer einer mittleren Fahrt (Annahme 2 Fahrten/Tag): 26,85 min
Mittleres statistisches aussetzungsdauerbasiertes individuelles Risiko in der Eisenbahn der Schweiz (Systemrisiko)
• Kollektives Risiko: Anzahl getöteter Reisenden/Jahr
• 0,33 [1/Jahr] (mit voller Verantwortung des Bahnunternehmens) Quelle BAV 2005-2009
25Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Bahnunternehmens)
< R1 = 1⋅10-5 (MEMCENELEC)
Quelle BAV 2005-2009
64
1094,8107,3
33,0 −⋅=⋅
==AussetzungPersonen
kollektivlTindividuel TN
RR
Vergleich des aussetzungsdauerbasierten individuellen Risikos im Verkehr CH
Population Schweiz: 7,46 ⋅106 (2007, BfS)
Statistische Aussetzungsdauer im Verkehr der Schwei z
30354045
Dur
chsc
hnitt
liche
Weg
ezei
t
26Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Quelle: BfS, 2005
05
1015202530
Motorrad Mofa Fahrrad PW Fussgänger Bus/Tram Bahn
Verkehrsart
Dur
chsc
hnitt
liche
Weg
ezei
t [m
in/T
ag]
Durch-schnittliche Wegezeit [min/Tag]
Gesamt-wegezeit in der Schweiz [Std/Jahr]
Schwer-verletzte/ Jahr
Getötete/Jahr FWSI/Jahr
Individuelles aussetzungs-dauerbasiertes Risiko
Motorrad 1,3 5,90E+07 803 41 121,3 1,80E-02Mofa 0,2 9,08E+06 107 7 17,7 1,71E-02
Vergleich des aussetzungsdauerbasierten individuellen Risikos im Verkehr CH
Population Schweiz: 7,46 ⋅106 (2007, BfS)
27Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Fahrrad 4,3 1,95E+08 510 16 67 3,01E-03PW 38,4 1,74E+09 778 48 125,8 6,32E-04Fussgänger 36,9 1,67E+09 602 53 113,2 5,92E-04Bus/Tram 6,1 2,77E+08 7,8 0,5 1,28 4,05E-05Bahn 7,2 3,27E+08 3 0,33 0,63 1,69E-05MEMcenelec 0,0001 0,00001 0,00002 2,00E-05
Quelle: BfS, 2005, 2007-2009
Vergleich koll. und ind. Risiko der Verkehrsarten
Vergleich kollektives Risiko Verkehrsarten
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Kol
lekt
ives
Ris
iko
[1/J
ahr]
Schwer-verletzte/ Jahr
Getötete/Jahr
FWSI/Jahr
28Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
0
Motorrad Mofa Fahrrad PW Fussgänger Bus/Tram Bahn
VerkehrsartVergleich individuelles Risiko Verkehrsarten
0.00E+00
2.00E-03
4.00E-03
6.00E-03
8.00E-03
1.00E-02
1.20E-02
1.40E-02
1.60E-02
1.80E-02
2.00E-02
Mot
orra
d
Mof
a
Fahr
rad
PW
Fuss
gäng
er
Bus/
Tram
Bahn
MEM
cene
lec
Verkehrsart
Indi
vidu
elle
s Risiko
[T/P
/J]
Individuelles aussetzungs-dauerbasiertes Risiko
Vergleich koll. und ind. Risiko Verkehrsarten (logarithmische Darst.)
Vergleich kollektives Risiko Verkehrsarten
0.1
1
10
100
1000
Motorrad Mofa Fahrrad PW Fussgänger Bus/Tram Bahn
Kol
lekt
ives
Ris
iko
[1/J
ahr]
Schwer-verletzte/ Jahr
Getötete/Jahr
FWSI/Jahr
29Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Verkehrsart
Vergleich individuelles Risiko Verkehrsarten
1.00E-06
1.00E-05
1.00E-04
1.00E-03
1.00E-02
1.00E-01
Mot
orra
d
Mof
a
Fahr
rad
PW
Fuss
gäng
er
Bus/
Tram
Bahn
MEM
cene
lec
Verkehrsart
Indi
vidu
elle
s Risiko
[T/P
/J]
Individuelles aussetzungs-dauerbasiertes Risiko
Anwendung am Beispiel Betriebsstelle Kompensation des individuellen Risikos
• Individuelles Risiko der Betriebstelle: RindBS=5,4⋅10-5 Tote/Person/Jahr
30Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
• Mittleres statistisches aussetzungsdauerbasiertes individuelles Risiko in der Eisenbahn der Schweiz
RindCH=8,94⋅10-6 Tote/Person/Jahr
• Dauer einer mittleren Fahrt in der Schweiz: 26,85 min
Anwendung am Beispiel Betriebsstelle Kompensation des individuellen Risikos
Ind.
aus
setz
. Ris
iko
[T/P
/J]
MEM
RindBS =5,4 ⋅⋅⋅⋅10-5
Lokales Risiko
tAussetzung1= 1 min
tAussetzung1: Risikoaussetzungsdauer analysierter Risikoquelle
tAussetzung2: Risikoaussetzungsdauer mittlere Bahnfahrt in CH
31Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
Zeit
Ind.
aus
setz
. Ris
iko
tAussetzung2= 26,85 min
1⋅10-5
RindCH=0,89 ⋅⋅⋅⋅10-5
Ø Risiko Bahn CH
MEMCENELEC
tAussetzung1⋅RindTBS+ (tAussetzung2- tAussetzung1)⋅RindCH= 9,01⋅⋅⋅⋅10-6 Tote/Person/Jahr
Resultierendes indiv. Risiko9.01⋅⋅⋅⋅10-6
Offene Punkte für praktische Einführung des Ansatzes
• Kategorisierung der verschiedenen Personengruppen im System Eisenbahn Schweiz (Reisende, Personal, Dritte, …)
• Vereinheitlichung der Schutzziele hinsichtlich des individuellen Risikos auf der Ämterebene
32Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
• Kompatibilität mit anderen Methoden
• Untere und obere Akzeptanzgrenze für das individuelle aussetzungsdauerbasierte Risiko für einzelne Personengruppen und Risikoquellen (Technik, Natur, Einwirkung Dritter, absichtlich/unabsichtlich, usw.)
Vorschlag der Bewertung des aussetzungsdauerbasierten ind. Risikos
10-4
33Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
10-5
Schlussfolgerungen• Die Norm EN 50 126 lässt einen breiten Interpretationsraum
bei der Vorgabe der Bewertung des individuellen Risikos
• Sichere Beurteilung des individuellen Risikos unabhängig vom Nutzungsverhalten und Anzahl der Risiken des Individuums ist möglich
34Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
• Ansatz ermöglicht Vergleich verschiedener Verkehrssysteme und Teilsysteme
• Basis für Beurteilung des Standes der Sicherheit der öV-Systeme aus der Sicht der Aufsichtsbehörde
• Anwendbar auch für neuartige technologische Lösungen
Ausblick
• Ansatz wurde an Beispielen der Eisenbahn getestet, weitere Testbeispiele sind notwendig
• Offene Fragen müssen in Zusammenarbeit mit Experten gelöst werden
35Berechnung und Bewertung des individuellen Risikos für den öffentlichen VerkehrRoman Slovák, Silke Schönherr
• Die Bewertungsgrenzen müssen auf der Basis des heutigen Sicherheitstandes festgelegt werden