Sistema de simulación basado en reglas para la toma de decisiones en la definición de rutas de evacuación : desarrollo teórico y comparación experimental

Abstract

INTRODUCCIÓN Los acontecimientos que periódicamente aparecen en las noticias ponen cada vez más de manifiesto la importancia que debe prestarse a la seguridad en los edificios, y la dificultad de proceder a una evacuación eficiente cuando surge una emergencia. Resulta difícil efectuar una referencia histórica sobre cual es el primer documento que estudia propiamente el problema de la evacuación de edificios desde la perspectiva actual. Según citan Gwyne, Galea, Owen, Lawrence, Filippidis [23], uno de los trabajos precursores podría ser un estudio sobre el incendio del Teatro de Edimburgo (Escocia) ocurrido en el año 1911. También en los Estados Unidos se produjeron una serie de accidentes en los cuales perdieron la vida gran número de personas y tuvieron un gran impacto mediático, concretamente en los incendios del Iroquiois Theatre, el Coconout Grove y el Beverly Hills Super Club, donde se demostró que la razón de estos trágicos accidentes podía atribuirse directamente a unas causas concretas y simples que podían evitarse. Estos sucesos propiciaron un notable esfuerzo investigador, especialmente orientado a identificar los factores que podían haber reducido sensiblemente e incluso evitado la existencia de víctimas en accidentes de características similares, realizando un esfuerzo para la mejora de la seguridad de las personas en los edificios [4] En la actualidad, la existencia de edificios de grandes dimensiones, con geometrías complejas o con una elevada ocupación de personas agrava considerablemente las consecuencias en el caso de que el proceso de evacuación no se haya estudiado o resuelto debidamente. Aunque en un principio las normas de construcción y de seguridad determinan diseños que resuelven el problema en función de la ocupación y características del edificio, básicamente establecen las dimensiones de las anchuras mínimas de paso y la longitud máxima de los recorridos de las vías de evacuación. Sin embargo, en muchos casos debido al tamaño de los edificios, su distribución y el número de ocupantes entre otras circunstancias, para abordar el problema de la evacuación de los mismos resulta imprescindible la utilización de herramientas cuantitativas que faciliten la estimación de las magnitudes que aportan la información necesaria para conocer el desarrollo de este proceso [4]. En los últimos años han surgido diferentes herramientas basadas en el uso de ordenadores para ayudar a analizar cómo evacuar un edificio. Estos modelos permiten evaluar qué ocurrirá en un determinado edificio ante la eventualidad de un incendio o una evacuación forzada por cualquier otra causa. Estas herramientas informáticas enfocan el problema principalmente desde dos puntos de vista [31]: el de la simulación (ver qué ocurre y probar alternativas) y el de la optimización (buscar la mejor manera de realizar la actividad). La investigación que aquí se presenta pretende abordar un enfoque mixto, que utilice simultáneamente los dos paradigmas, y trate de optimizar el diseño de las rutas de evacuación mediante el empleo de la simulación así como conocer la influencia que los parámetros implicados tendrán en el proceso de evacuación. 2. OBJETIVOS GENERALES La normativa de construcción [69] en su apartado correspondiente a la seguridad en caso de incendio, determina las características básicas (anchuras mínimas de paso, longitudes máximas de recorridos, etc.) que debe tener un edificio para considerarse seguro desde el punto de vista de la evacuación del mismo. Sin embargo, el cumplimiento de estos parámetros básicos permite desarrollar múltiples alternativas de layout para un mismo edificio. Dos edificios que cumplan todas estas exigencias de la norma pueden sin embargo necesitar distintos tiempos para completar su evacuación. El tamaño de los edificios, su ocupación, su distribución y la elección de las rutas de salida son factores que van a influir en el tiempo necesario para su evacuación y por tanto, en su grado de seguridad frente a un incendio. El primer objetivo de este trabajo fue desarrollar una herramienta que permitiera estudiar la efectividad de las diferentes alternativas posibles para un mismo edificio, permitiendo a las personas responsables de proyectar y planificar edificaciones estudiar la influencia que el cambio de estos parámetros podía tener en el movimiento de los ocupantes dentro de un edificio determinado y el tiempo necesario para evacuarlo, con el objetivo de comparar la seguridad de los posibles diseños frente a un proceso de evacuación. La sencillez y facilidad de uso de dicha herramienta se han considerado factores importantes para facilitar la variación de parámetros y permitir una comparación de diferentes alternativas de la manera más ágil y rápida posible. El segundo objetivo del presente doctorado fue el desarrollo, mediante el uso de esta herramienta, de un estudio para comprobar la influencia de los diferentes parámetros que intervienen en una evacuación y su correlación. Conocer el grado de influencia que cada uno de estos parámetros tiene en el tiempo total de evacuación de un edificio permitirá conocer cuáles son los cambios en el diseño que influirán de manera más considerable en la seguridad del edificio. 3. PLANIFICACIÓN DEL TRABAJO El proceso seguido a lo largo de la realización de este trabajo de investigación puede verse en el siguiente esquema: 1. Estudio del proceso de evacuación. - Consideraciones geométricas. - Consideraciones del comportamiento humano. - Consideraciones ambientales. - Estudios del movimiento. 2. Estudio y análisis del software de evacuación. 3. Desarrollo del programa de simulación. 4. Validación del programa de simulación 5. Aplicación del programa de simulación. 3.1. ESTUDIO DEL PROCESO DE EVACUACIÓN Se realiza en primer lugar un estudio del proceso de evacuación y sus características. Según el diccionario de la Real Academia de la Lengua [9], la evacuación es la acción y efecto de evacuar, que se define como la actuación consistente en desalojar a los habitantes de un lugar para evitarles algún daño. Por tanto puede establecerse que el objetivo último de cualquier plan de evacuación de incendios será el reducir al máximo el número de heridos o afectados. El diseño de evacuaciones ante situaciones de emergencia ha sido abordado tradicionalmente mediante dos tipos de técnicas: a. Ejercicios de evacuación a escala real [23]. b. Aplicación estricta de normativas predefinidas. Sin embargo, estos procedimientos difícilmente pueden contemplar todas las características propias que tiene cada edificio y que condicionan la eficiencia del plan de evacuación. Estas características se pueden clasificar en cuatro categorías: ¿ consideraciones geométricas, ¿ consideraciones del comportamiento humano, ¿ consideraciones ambientales, y ¿ consideraciones relativas al movimiento de los evacuados. 3.2. ESTUDIO Y ANÁLISIS DEL SOFTWARE DE EVACUACIÓN Se realiza un estudio de los software de evacuación existentes, realizando una comparativa en función de sus características principales. 3.3. DESARROLLO DEL PROGRAMA DE SIMULACIÓN SIMUDRILL es un software de simulación diseñado para calcular el tiempo necesario para la evacuación de un edificio permitiendo simular el movimiento de salida de los evacuados para obtener las mejores rutas a seguir para minimizar el tiempo de evacuación. El plano de la planta (layout) será el punto de partida del programa). A partir de él (T1) se creará un grafo que incluirá toda la información geométrica del edificio y que constituirá una entrada para el simulador y para el generador de políticas. Este generador de políticas (T5) será el encargado de proporcionar al simulador la estrategia o política a seguir durante la evacuación, es decir, una asignación a cada cruce de por donde seguirán los evacuados al legar a ese punto. Simultáneamente con el layout serán necesarios los datos de entrada representativos de la habitación (simulador habitación ¿ T2) con los que, junto con la información del layout, se generarán los parámetros de la simulación (flujos de tránsito, capacidad, salidas de las habitaciones, etc.). Estos junto con el grafo y los resultados obtenidos del generador de políticas constituirán las tres entradas del simulador. El núcleo de todo el sistema es el simulador (T3), que será el encargado de simular el proceso de evacuación (teniendo en cuenta todos los datos introducidos) y devolver al sistema el tiempo de evacuación necesario para que todos los ocupantes del edificio lleguen al exterior. Conforme se van obteniendo las salidas de las diferentes estrategias, el generador de políticas (T5) decide que nuevas estrategias son las que se van a probar, en función de los resultados que se van obteniendo. A partir de todas las estrategias analizadas se proporcionarán las rutas de evacuación más adecuadas para el edificio estudiado teniendo en cuenta su geometría y características particulares. 3.4. VALIDACIÓN DEL PROGRAMA DE SIMULACIÓN Una vez desarrollado el programa se procede a la verificación y validación del mismo. La etapa de verificación permitirá comprobar que el modelo se ejecuta correctamente y según las especificaciones. La etapa de validación comprobará la correspondencia entre los resultados obtenidos con el programa y la realidad. 3.5. APLICACIÓN DEL PROGRAMA DE SIMULACIÓN Una vez verificado y validado el programa se decide estudiar la influencia que determinados parámetros tienen en el proceso de evacuación. El objetivo de este análisis es estudiar el grado de influencia de algunos de los factores que tiene en cuenta la normativa vigente, así como la influencia que un factor no tenido en cuenta por esta normativa como son las intersecciones o cruces de rutas de evacuación dentro de un edificio puede tener en el tiempo total necesario para su desalojo. Esto permitirá determinar las mejores posibilidades a la hora de modificar el diseño inicial de un edificio para hacerlo más seguro desde el punto de vista de la evacuación.