Simulación de evacuación

La simulación de evacuación es un método para determinar los tiempos de evacuación de áreas, edificios o embarcaciones. Se basa en la simulación de la dinámica de multitudes y el movimiento de peatones . El número de software de evacuación ha aumentado drásticamente en los últimos 25 años. ^{[1] [2]} Se ha observado una tendencia similar en términos del número de artículos científicos publicados sobre este tema. ^[3] Una de las últimas encuestas indica la existencia de más de 70 modelos de evacuación de peatones . ^[4] Hoy en día hay dos conferencias dedicadas a este tema: "Dinámica de evacuación de peatones" y "Comportamiento humano en caso de incendio" . ^{[5] [6]}

La distinción entre edificios, barcos y embarcaciones, por un lado, y asentamientos y áreas, por otro, es importante para la simulación de procesos de evacuación. En el caso de la evacuación de un distrito entero, la fase de transporte (véase evacuación de emergencia ) suele estar cubierta por modelos de colas (véase más abajo).

Las simulaciones de evacuación de peatones son populares en el diseño de seguridad contra incendios de edificios cuando se utiliza un enfoque basado en el rendimiento. ^[7] Las simulaciones no son principalmente métodos de optimización . Para optimizar la geometría de un edificio o el procedimiento con respecto al tiempo de evacuación, se debe especificar y minimizar una función objetivo. En consecuencia, se deben identificar una o varias variables que estén sujetas a variación.

Simulación a pequeña escala realizada con FDS+Evac. Simulación de un aula ^[8]

Clasificación de modelos

Enfoques de modelado en el campo de la simulación de evacuación:

• Autómata celular: modelos discretos, microscópicos, donde el peatón está representado por un estado de celda. En este caso, se utilizan tanto campos de suelo estáticos como dinámicos (es decir, mapas de distancia) para guiar a los agentes hacia las salidas que se desplazan desde una celda a celdas adyacentes que pueden tener diferentes formas. ^{[9] [10] [11]} Existen modelos para procesos de evacuación de barcos, ^[12] flujos de peatones bidireccionales, ^[13] modelos generales con aspectos biónicos ^[14]
• Modelos basados ​​en agentes: modelos microscópicos, donde el peatón está representado por un agente. Los agentes pueden tener atributos humanos además de las coordenadas. Su comportamiento puede integrar la naturaleza estocástica. Existen modelos generales con aspectos espaciales de los pasos del peatón ^[15]
• Modelo de Fuerza Social: modelo continuo, microscópico, basado en ecuaciones de la física ^[16]
• Modelos de colas: modelos macroscópicos que se basan en la representación gráfica de la geometría. El movimiento de las personas se representa como un flujo en este gráfico .
• Modelos de optimización de enjambre de partículas: modelo microscópico, basado en una función de aptitud que minimiza algunas propiedades de la evacuación (distancia entre peatones, distancia entre peatones y salidas) ^[17]
• Modelos fluido-dinámicos: modelos macroscópicos continuos, donde se modelan grandes multitudes con ecuaciones diferenciales parciales no lineales acopladas ^{[18] [19]}

Simulación de evacuaciones

Los edificios (estaciones de tren, estadios deportivos), los barcos, los aviones, los túneles y los trenes son similares en cuanto a su evacuación: las personas caminan hacia una zona segura. Además, las personas pueden utilizar toboganes o sistemas de evacuación similares y, en el caso de los barcos, el descenso de los botes salvavidas. ^[20]

Túneles

Los túneles son entornos únicos con características específicas: espacios subterráneos, desconocidos para los usuarios, sin luz natural, etc. que afectan a diferentes aspectos del comportamiento de los evacuados, como los tiempos previos a la evacuación (por ejemplo, la reticencia de los ocupantes a abandonar los vehículos), las interacciones ocupante-ocupante y ocupante-entorno, el comportamiento de manada y la selección de salida.

Barcos

Cuatro aspectos son particulares para la evacuación de buques:

• Relación entre el número de tripulantes y el número de pasajeros,
• Movimiento del barco,
• Posición flotante
• El sistema de evacuación (por ejemplo, toboganes, botes salvavidas).

El movimiento del barco y/o una posición de flotación anormal pueden reducir la capacidad de movimiento. Esta influencia se ha investigado experimentalmente y se puede tener en cuenta mediante factores de reducción.

La evacuación de un buque se divide en dos fases distintas: fase de montaje y fase de embarque.

Aeronave

La Administración Federal de Aviación de Estados Unidos exige que las aeronaves puedan ser evacuadas en un plazo de 90 segundos. Este criterio debe comprobarse antes de aprobar la aeronave.

La regla de los 90 segundos requiere la demostración de que todos los pasajeros y miembros de la tripulación pueden abandonar de forma segura la cabina del avión en menos de 90 segundos, con la mitad de las salidas utilizables bloqueadas, con la iluminación mínima proporcionada por la iluminación de proximidad del piso y una cierta mezcla de edad y género en los ocupantes simulados.

La regla se estableció en 1965 con 120 segundos, y ha ido evolucionando a lo largo de los años para abarcar las mejoras en los equipos de escape, cambios en el material de la cabina y los asientos, y un entrenamiento más completo y adecuado de la tripulación.

Referencias

1. Kuligowski, Erica D.; Peacock, Richard D.; Hoskins, Bryan L. (1 de noviembre de 2010). "Una revisión de los modelos de evacuación de edificios, 2.ª edición". NIST .
2. Gwynne, S.; Galea Ed Galea , ER; Owen, M.; Lawrence, PJ; Filippidis, L. (1999-11-01). "Una revisión de las metodologías utilizadas en la simulación por ordenador de la evacuación del entorno construido". Construcción y medio ambiente . 34 (6): 741–749. doi :10.1016/S0360-1323(98)00057-2. ISSN  0360-1323.
3. Haghani, Milad; Lovreglio, Ruggiero; Button, Mary Langridge; Ronchi , Enrico; Kuligowski, Erica (1 de marzo de 2024). "Comportamiento humano en el fuego: base de conocimiento y evolución temporal". Revista de seguridad contra incendios . 144 : 104085. doi : 10.1016/j.firesaf.2023.104085 . ISSN  0379-7112.
4. Lovreglio, Ruggiero; Ronchi , Enrico; Kinsey, Michael J. (1 de mayo de 2020). "Una encuesta en línea sobre el uso y los usuarios del modelo de evacuación peatonal". Tecnología contra incendios . 56 (3): 1133–1153. doi : 10.1007/s10694-019-00923-8 . ISSN  1572-8099.
5. "Dinámica de peatones y evacuación | Dinámica colectiva". collective-dynamics.eu . Consultado el 3 de febrero de 2024 .
6. "Simposio sobre comportamiento humano en caso de incendio 2015". www.intersciencecomms.co.uk . Consultado el 3 de febrero de 2024 .
7. Kuligowski, Erica D. (2016), Hurley, Morgan J.; Gottuk, Daniel; Hall, John R.; Harada, Kazunori (eds.), "Modelos de evacuación por computadora para edificios", SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , Nueva York, NY: Springer, págs. 2152–2180, doi :10.1007/978-1-4939-2565-0_60, ISBN 978-1-4939-2565-0, consultado el 3 de febrero de 2024
8. Lovreglio, Ruggiero; Ronchi, Enrico; Borri, Dino (1 de noviembre de 2014). "La validación de modelos de simulación de evacuación a través del análisis de la incertidumbre del comportamiento". Ingeniería de confiabilidad y seguridad del sistema . 131 : 166–174. doi :10.1016/j.ress.2014.07.007. ISSN  0951-8320.
9. Burstedde, C; Klauck, K; Schadschneider, A; Zittartz, J (15 de junio de 2001). "Simulación de la dinámica de peatones utilizando un autómata celular bidimensional". Physica A: Mecánica estadística y sus aplicaciones . 295 (3): 507–525. arXiv : cond-mat/0102397 . doi :10.1016/S0378-4371(01)00141-8. ISSN  0378-4371.
10. Kirchner, Ansgar; Schadschneider, Andreas (1 de septiembre de 2002). "Simulación de procesos de evacuación utilizando un modelo de autómata celular inspirado en la biónica para la dinámica de peatones". Physica A: Mecánica estadística y sus aplicaciones . 312 (1): 260–276. arXiv : cond-mat/0203461 . doi :10.1016/S0378-4371(02)00857-9. ISSN  0378-4371.
11. Lovreglio, Ruggiero; Ronchi, Enrico; Nilsson , Daniel (15 de noviembre de 2015). "Calibración de modelos de autómatas celulares de campo de suelo para dinámica de peatones mediante optimización de función de verosimilitud". Physica A: Mecánica estadística y sus aplicaciones . 438 : 308–320. doi :10.1016/j.physa.2015.06.040. ISSN  0378-4371.
12. Meyer-König, T., Klüpfel, H., & Schreckenberg, M. (2002). Evaluación y análisis de procesos de evacuación en buques de pasajeros mediante simulación microscópica. Schreckenberg y Sharma [2] , 297-302.
13. Blue, Victor; Adler, Jeffrey (1 de enero de 1999). "Microsimulación de flujos peatonales bidireccionales mediante autómatas celulares". Transportation Research Record: Revista del Transportation Research Board . 1678 : 135–141. doi :10.3141/1678-17. ISSN  0361-1981. S2CID  110675891.
14. Kirchner, Ansgar; Schadschneider, Andreas (2002). "Simulación de procesos de evacuación utilizando un modelo de autómata celular inspirado en la biónica para la dinámica de peatones". Physica A: Mecánica estadística y sus aplicaciones . 312 (1–2): 260–276. arXiv : cond-mat/0203461 . Código Bibliográfico :2002PhyA..312..260K. doi :10.1016/s0378-4371(02)00857-9. S2CID  119465496.
15. Wirth, Ervin; Szabó, György (14 de junio de 2017). "Modelo de garrapatas que evita la superposición: un método basado en agentes y SIG para simulaciones de evacuación". Periodica Polytechnica Civil Engineering . 62 (1): 72–79. doi : 10.3311/PPci.10823 . ISSN  1587-3773.
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17. Izquierdo, J.; Montalvo, I.; Pérez, R.; Fuertes, VS (2009). "Predicción de tiempos de evacuación de peatones mediante inteligencia de enjambre". Physica A: Mecánica estadística y sus aplicaciones . 388 (7): 1213–1220. Bibcode :2009PhyA..388.1213I. doi :10.1016/j.physa.2008.12.008.
18. Hughes, Roger L. (1 de enero de 2003). "El flujo de multitudes humanas". Revista anual de mecánica de fluidos . 35 (1): 169–182. Código Bibliográfico :2003AnRFM..35..169H. doi :10.1146/annurev.fluid.35.101101.161136. ISSN  0066-4189.
19. Gwynne, Steven MV; Rosenbaum, Eric R. (2016), Hurley, Morgan J.; Gottuk, Daniel; Hall, John R.; Harada, Kazunori (eds.), "Empleo del modelo hidráulico para evaluar el movimiento de emergencia", SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , Nueva York, NY: Springer, págs. 2115–2151, doi :10.1007/978-1-4939-2565-0_59, ISBN 978-1-4939-2565-0, consultado el 3 de febrero de 2024
20. Modelado de evacuación con FDS+Evac, PathFinder, STEPS y Unity3D , consultado el 3 de febrero de 2024

Literatura

• A. Schadschneider, W. Klingsch, H. Klüpfel, T. Kretz, C. Rogsch y A. Seyfried. Dinámica de evacuación: resultados empíricos, modelado y aplicaciones. En RA Meyers, editor, Encyclopedia of Complexity and System Science . Springer, Berlín Heidelberg Nueva York, 2009. (próxima publicación en abril de 2009, disponible en arXiv:0802.1620v1).
• Lord J, Meacham B, Moore A, Fahy R, Proulx G (2005). Guía para evaluar las capacidades predictivas de los modelos de salida de computadoras, Informe NIST GCR 06-886. http://www.fire.nist.gov/bfrlpubs/fire05/PDF/f05156.pdf Archivado el 29 de mayo de 2010 en Wayback Machine.
• E. Ronchi , P. Colonna, J. Capote, D. Alvear, N. Berloco, A. Cuesta. La evaluación de diferentes modelos de evacuación para análisis de seguridad de túneles de carretera. Tunnelling and Underground Space Technology Vol. 30, julio de 2012, págs. 74-84. doi :10.1016/j.tust.2012.02.008
• Kuligowski ED, Peacock RD, Hoskins, BL (2010). Una revisión de los modelos de evacuación de edificios NIST, División de investigación de incendios. 2.ª edición. Nota técnica 1680 Washington, EE. UU.
• Organización Marítima Internacional (2007). Directrices para los análisis de evacuación de buques de pasajeros nuevos y existentes, MSC/Circ.1238, Organización Marítima Internacional, Londres, Reino Unido.
• R. Lovreglio, E. Ronchi , MJ Kinsey (2019). Encuesta en línea sobre el uso y los usuarios del modelo de evacuación peatonal. Fire Technology. https://doi.org/10.1007/s10694-019-00923-8