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 . La cantidad 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]}

Para la simulación de procesos de evacuación es importante distinguir entre edificios, barcos y embarcaciones, por un lado, y asentamientos y zonas, por otro. En el caso de la evacuación de todo un distrito, la fase de transporte (ver evacuación de emergencia ) suele cubrirse mediante modelos de cola (ver 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.

Clasificación de modelos

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

• Autómata celular: modelos microscópicos discretos, donde el peatón está representado por un estado celular. En este caso, se utilizan campos de piso tanto estáticos como dinámicos (es decir, mapas de distancia) para guiar a los agentes hacia salidas que se mueven de una celda a celdas adyacentes que pueden tener diferentes formas. ^{[8] [9] [10]} Existen modelos para procesos de evacuación de buques, ^[11] flujos peatonales bidireccionales, ^[12] modelos generales con aspectos biónicos ^[13]
• 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 pasos peatonales ^[14]
• Modelo de fuerza social: modelo microscópico continuo, basado en ecuaciones de la física ^[15]
• 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) ^[16]
• Modelos fluidodinámicos: modelos macroscópicos continuos, donde grandes multitudes se modelan con ecuaciones diferenciales parciales, no lineales y acopladas ^{[17] [18]}

Simulación de evacuaciones

Los edificios (estaciones de tren, estadios deportivos), barcos, aviones, túneles y trenes son similares en cuanto a la evacuación: las personas caminan hacia una zona segura. Además, las personas podrán utilizar toboganes o sistemas de evacuación similares y, en el caso de los buques, el arriado de botes salvavidas. ^[19]

Túneles

Los túneles son entornos únicos con sus propias 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 de preevacuación (por ejemplo, la reticencia de los ocupantes a abandonar los vehículos), la relación ocupante-ocupante. e interacciones ocupante-ambiente, comportamiento de pastoreo y selección de salida.

Buques

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 la posición de flotación anormal pueden disminuir la capacidad de movimiento. Esta influencia ha sido investigada experimentalmente y puede tenerse en cuenta mediante factores de reducción.

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

Aeronave

La Administración Federal de Aviación estadounidense exige que los aviones puedan ser evacuados en un plazo de 90 segundos. Este criterio debe comprobarse antes de la aprobación de la aeronave.

La regla de los 90 segundos exige demostrar 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 las luces de proximidad del suelo y una edad determinada. mezclarse con los ocupantes simulados.

La regla se estableció en 1965 con 120 segundos, y ha ido evolucionando a lo largo de los años hasta abarcar las mejoras en los equipos de escape, cambios en el material de la cabina y de los asientos, y una formación más completa y adecuada de la tripulación.

Referencias

1. Kuligowski, Erica D.; Pavo real, Richard D.; Hoskins, Bryan L. (1 de noviembre de 2010). "Una revisión de los modelos de evacuación de edificios, segunda edición". NIST .
2. Gwynne, S.; Galea, ER; Owen, M.; Lorenzo, PJ; Filippidis, L. (1 de noviembre de 1999). "Una revisión de las metodologías utilizadas en la simulación informática de la evacuación del entorno construido". Edificación y Medio Ambiente . 34 (6): 741–749. doi :10.1016/S0360-1323(98)00057-2. ISSN  0360-1323.
3. Haghani, Milad; Lovreglio, Ruggiero; Botón, María Langridge; Ronchi, Enrico; Kuligowski, Erica (1 de marzo de 2024). "Comportamiento humano ante el fuego: fundamento del conocimiento y evolución temporal". Diario 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 de peatones". 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". dinámica-colectiva.eu . Consultado el 3 de febrero de 2024 .
6. "Simposio sobre comportamiento humano en incendios 2015". www.intersciencecomms.co.uk . Consultado el 3 de febrero de 2024 .
7. Kuligowski, Erica D. (2016), Hurley, Morgan J.; Gottuk, Daniel; Salón, John R.; Harada, Kazunori (eds.), "Computer Evacuation Models for Buildings", 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, recuperado el 3 de febrero de 2024
8. Burstedde, C; Klauck, K; Schadschneider, A; Zittartz, J (15 de junio de 2001). "Simulación de la dinámica peatonal mediante 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.
9. Kirchner, Ansgar; Schadschneider, Andreas (1 de septiembre de 2002). "Simulación de procesos de evacuación mediante 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.
10. Lovreglio, Ruggiero; Ronchi, Enrico; Nilsson, Daniel (15 de noviembre de 2015). "Calibración de modelos de autómatas celulares de campo de piso para la dinámica de peatones mediante el uso de optimización de funciones de probabilidad". Physica A: Mecánica Estadística y sus Aplicaciones . 438 : 308–320. doi :10.1016/j.physa.2015.06.040. ISSN  0378-4371.
11. Meyer-König, T., Klüpfel, H. y Schreckenberg, M. (2002). Evaluación y análisis de procesos de evacuación en buques de pasaje mediante simulación microscópica. Schreckenberg y Sharma [2] , 297-302.
12. Azul, Víctor; Adler, Jeffrey (1 de enero de 1999). "Microsimulación de autómatas celulares de flujos peatonales bidireccionales". Registro de investigación del transporte: Revista de la Junta de Investigación del Transporte . 1678 : 135-141. doi :10.3141/1678-17. ISSN  0361-1981. S2CID  110675891.
13. Kirchner, Ansgar; Schadschneider, Andreas (2002). "Simulación de procesos de evacuación mediante 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 Bib : 2002PhyA..312..260K. doi :10.1016/s0378-4371(02)00857-9. S2CID  119465496.
14. Wirth, Ervin; Szabó, György (14 de junio de 2017). "Tickmodel que evita la superposición: un método basado en agentes y SIG para simulaciones de evacuación". Periodica Polytechnica Ingeniería Civil . 62 (1): 72–79. doi : 10.3311/PPci.10823 . ISSN  1587-3773.
15. Helbing, Dirk (1995). "Modelo de fuerza social para la dinámica de los peatones". Revisión física E. 51 (5): 4282–4286. arXiv : cond-mat/9805244 . Código bibliográfico : 1995PhRvE..51.4282H. doi :10.1103/physreve.51.4282. PMID  9963139. S2CID  29333691.
16. Izquierdo, J.; Montalvo, I.; Pérez, R.; Fuertes, VS (2009). "Previsión de los tiempos de evacuación de peatones mediante el uso de inteligencia de enjambre". Physica A: Mecánica estadística y sus aplicaciones . 388 (7): 1213-1220. Código Bib : 2009PhyA..388.1213I. doi :10.1016/j.physa.2008.12.008.
17. Hughes, Roger L. (1 de enero de 2003). "El flujo de multitudes humanas". Revisión Anual de Mecánica de Fluidos . 35 (1): 169–182. Código Bib : 2003AnRFM..35..169H. doi : 10.1146/annurev.fluid.35.101101.161136. ISSN  0066-4189.
18. Gwynne, Steven MV; Rosenbaum, Eric R. (2016), Hurley, Morgan J.; Gottuk, Daniel; Salón, John R.; Harada, Kazunori (eds.), "Employing the Hydraulic Model in Assessing Emergency Movement", 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, recuperado el 3 de febrero de 2024
19. Modelado de evacuación utilizando 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, modelos y aplicaciones. En RA Meyers, editor, Encyclopedia of Complexity and System Science . Springer, Berlin Heidelberg New York, 2009. (se publicará 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 computadora, 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. Evaluación de diferentes modelos de evacuación para análisis de seguridad en túneles de carretera. Tecnología de túneles y espacio subterráneo 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. 2da edición. Nota técnica 1680 Washington, EE. UU.
• Organización Marítima Internacional (2007). Directrices para 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). Una encuesta en línea sobre el uso y los usuarios del modelo de evacuación de peatones. Tecnología contra incendios. https://doi.org/10.1007/s10694-019-00923-8