VR-Simulation: Vibrierende Bauwerke und Gesundheit

Der Einfluss von Vibrationen in Hochhäusern und „wackligen“ Brücken und Böden auf das Wohlbefinden soll in einem mit 7,5 Millionen Pfund Sterling unterstützten Forschungsprojekt untersucht werden. Dafür sollen in einem gemeinsamen Projekt der Universitäten von Exeter und Bath Simulatoren geschaffen werden, die die Arbeit in einem hohen Bürogebäude, das Laufen über eine wacklige Brücke oder eine tanzende Menschenmenge in einem Stadion nachbilden.

Hohe Gebäude können, auch wenn es nicht so aussehen mag, auf externe Kräfte flexibel reagieren; und starke Winde können sie niedrigfrequent vibrieren oder schwanken lassen, manchmal mit zufälligen Ausschlägen in der Bewegung. Studien haben bereits gezeigt, dass sehr feine Bewegungen der Gebäude von manchen Bewohnern registriert werden können, manchmal verbunden mit Bewegungskrankheit oder Angstgefühlen. Die Simulatoren sollen den Wissenschaftlern helfen, den Einfluss der Bewegungen auf das Wohlbefinden, die Arbeitsleistung und das Verhalten der Menschen zu verstehen.

Durch das Nachstellen der Vibrationen mit VR-Simulatoren wird ein multidisziplinäres Team von Ingenieuren, Ärzten, Physiologen und Psychologen der Universitäten erforschen, wie Menschen verschiedene Formen der Bewegungskrankheit erleben, etwa in Form von Müdigkeit, Niedergeschlagenheit und Konzentrationsschwierigkeiten oder fehlender Motivation, wenn sie in einem windbedingt leicht schwankenden Gebäude arbeiten.

Die „VSimulators“ sollen nicht nur die strukturelle Bewegung nachbilden, die die Menschen erleben, sondern auch die Temperatur, Feuchtigkeit, Geräusche, Luftqualität und sogar Gerüche in den Gebäuden.  Die Testanlagen an beiden Standorten sollen den Forschern erlauben, nicht nur den Effekt der Vibrationen sehr hoher Gebäude zu messen, sondern auch ihren Einfluss in Büros und Wohnungen, Fußballstadien und auf Rock-Konzerten, inklusive dem Einfluss der Vibrationen durch große Menschenansammlungen im Stadion oder beim Überqueren von „wackligen“ Brücken.

Moderne VR- und Motion-Capture-Ausrüstung soll dem Team helfen, Lösungen zu entwickeln, die den Einfluss abmildern und Planern, Architekten und Ingenieuren beim Bau oder der Renovierung von Gebäuden helfen.

Alex Pavic, Professor of Vibration Engineering an der University of Exeter, einer der Fachberater für die „wacklige“ Millenium Bridge in London und für das Design der Austragungsstätten der Olympischen Spiele 2012, die riesige Menschenmengen aufnahmen, sagt, dass die neuen Testanlagen Menschen direkt in zukünftige Bauentwürfe platzierten, so wie das derzeit schon bei der Entwicklung von Autos möglich sei.

„Immer mehr Menschen leben und arbeiten in Hochhäusern und Büroblöcken, doch der tatsächliche Einfluss von Vibrationen auf sie ist derzeit noch wenig verstanden, und er kann variieren, je nachdem, ob die Umgebung leise oder laut ist, je nach Tageszeit und sogar davon abhängig, ob sich die Menschen bewegen, stehen, rennen oder laufen. Menschen verbringen 90 Prozent ihres Lebens in Gebäuden, die ständig vibrieren, aber es gibt noch kaum verlässliche Informationen über die Auswirkungen der baulichen Vibrationen“, sagt Professor Pavic.

Mit allein in London mehr als 400 bis 2030 geplanten Hochhäusern und vielen weiteren weltweit, könnte sich VSimulators nach den Vorstellungen der Wissenschaftler auf das Design eines Multimilliarden-Portfolios an Gebäuden enorm auswirken. Erstmals würden hier bauliche Bewegung, Umweltbedingungen, menschliche Bewegung, Psychologie und Physiologe in einer vollkommen steuerbaren virtuellen Umgebung zusammenfinden.

Dr. Antony Darby, Head of Civil Engineering an der University of Bath, erklärt: „Ganz wie bei der Seekrankheit ist unsere Neigung zu bewegungsinduziertem Unwohlsein von der Situation und der Umgebung abhängig.“ Menschen auf einem Konzert könnten mit ganz anderen Vibrationsstärken umgehen als solche in einem Operationssaal. Nun könne man nicht nur die durch die Bauweise bedingten Vibrationen, sondern auch das Umfeld, die Temperatur, den Lärmpegel, die Luftqualität und den Geruch simulieren, was alles zu der Erfahrung und zur Tolerierung von Gebäudebewegungen beitrage.  Die Testumgebung soll auch Medizinern helfen, Rehabilitationsprogramme für Menschen mit Bewegungseinschränkungen, inklusive Demenzerkrankten, zu entwickeln.

Auto- und Flugzeugbauer simulieren den Einfluss neuer Designs auf Menschen schon routinemäßig. Die Forschungen könnten Architekten und Bauingenieuren helfen, allgemeine und maßgeschneiderte Designkriterien für Hochhäuser zu schaffen, aber auch für Böden, Brücken und Stadien. Auch die Industrie unterstützt die Arbeit. 

Bild: Der VSimulator wird an der University of Bath installiert werden.