Uso de herramientas de modelado para la simulación computacional.

Parte 2 : Modelos de simulación computacional en evacuaciones.

En la actualidad el uso de herramientas de simulación computacional es habitual en el desempeño profesional de ingenieros de seguridad contra incendios, los modelos de evacuación permiten implementar estudios de ingeniería, de investigación científica o incluso del tipo forense.
Es importante recordar que debemos asegurar la validación de los resultados a través de datos sólidos extraídos de la realidad.

Es muy común utilizar este tipo de análisis cuando las características arquitectónicas o funcionales de una edificación no permiten el cumplimiento de los requerimientos normativos vigentes, por ejemplo cuando se restaura un edificio antiguo para un uso comercial.

Incluso en la actualidad se desarrollan modelos de este tipo para la toma de decisión en tiempo real durante situaciones de emergencias. Los modelos de simulación se pueden clasificar en tres grandes grupos, según el tipo de malla o red que conformen. Tenemos los que son de red gruesa, red fina y red continua. Cada uno tiene sus características, y por supuesto, sus limitaciones. 

Red gruesa
Los modelos de red gruesa, construyen espacios físicos como habitaciones, pasillos y/o escaleras, que se comunican entre ellos permitiendo que más de un ocupante se mueva dentro de estas estructuras. 

Red fina
Los modelos de red fina, dividen el espacio físico (pensando en plano, en una superficie), en grillas o celdas de un mismo tamaño. Normalmente se utiliza una celda con un tamaño de 0,50 x 0,50 para construir el espacio físico con escaleras, paredes, puertas, pasillos y cada uno de los ocupantes. Dentro de cada una de esas celdas ingresa una sola persona a la vez.

Red continua
Por último, tenemos los modelos de red continua, que representan de forma fidedigna la geometría que se quiere modelar. El espacio se puede constituir idéntico que en la realidad, donde si el pasillo tiene 1 metro con 15 centímetros de ancho o 1 metro con 17 centímetros, lo podemos representar sin ningún inconveniente.
Los ocupantes en este caso, se mueven dentro de esta geometría manteniendo siempre cierta equidistancia o distancias mínimas de interacción entre ellos y el entorno. 

Visualización de la interfaz gráfica del programa Pathfinder de red contínua.

Estos modelos, en su mayoría, son licencias del tipo comercial. Hoy en día hay pocos  modelos que poseen licencia libre, uno de ellos es EVACTUNNEL (https://www.gidai.unican.es/Download.html) desarrollado por la Universidad de Cantabria, el cual utiliza un enfoque del tipo estocástico aplicando el método de Monte Carlo para determinar el nivel de seguridad de los ocupantes dentro de túneles de carreteras y el otro es  FDS+EVACmodelo desarrollado por el NIST, que así como tiene desarrollos para simulación de incendios, los tiene también para análisis de evacuación.

Simulación de evacuación evaluando el impacto de los ascensores en el RSET.

Los programas de evacuación poseen sub/modelos, esos sub/modelos les dan características propias a los programas de simulación. Por ejemplo, si nosotros tenemos que evaluar la interacción del uso de ascensores en el proceso de evacuación, hay modelos que permiten construir los ascensores, atribuirles ciertas propiedades de operación y representar ese fenómeno. Hay modelos de contra flujo, modelos de toxicidad, bloqueo de salidas y lo que es evacuación asistida, en casos como hospitales, clínicas y/o centros de salud. La siguiente tabla muestra algunas características de los modelos de evacuación de personas.

Tabla extraída de Technical note 1680 del NIST, A review of building evacuation models, 2nd edition. (https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=906951)

Representación cabal del fenómeno. 
Es fundamental representar el comportamiento humano dentro del proceso de evacuación. Esto tiene que ver con recrear lo que podría llegar a pasar en una situación real. 

En este caso, tenemos que conocer cuáles son los diversos tipos de personas que pueden habitar esa edificación, para atribuirles sus propiedades y sugerir comportamientos. Un ejemplo puede ser el comportamiento de grupos, una característica de este comportamiento es que el grupo no va a evacuar hasta que no se reuna la totalidad de los integrantes.
Con el objetivo de mantener la cohesión grupal, los ocupantes son capaces de desplazarse a una velocidad inferior de lo que normalmente lo harían al estar solos, tomando de esta manera la velocidad de traslado del más lento de sus integrantes.

¿Cómo se distribuyen los tiempos de pre/evacuación?
Nos referimos a todas aquellas acciones que se van a desarrollar antes de iniciar la etapa de desplazamiento físico. La evidencia sugiere que los tiempos de respuesta humana se asemejan a una curva del tipo normal, campana de Gauss o lognormal.

Estas herramientas permiten utilizar modelos CAD o BIM para la construcción de los modelos computacionales.
Podemos trabajar con planos, con imágenes o con modelos BIM para construir nuestro espacio computacional por donde circularán los ocupantes. Adicionalmente podemos atribuirles ciertas características a los ocupantes; velocidad de desplazamiento, distancias interpersonales, tiempos de espera, altura, ancho de hombros, etc.
Al momento de  la visualización de los datos de salida generalmente todos los programas tienen un post/procesador donde se pueden representar todas estas figuras humanas y atribuirles distintos avatares (hombres, mujeres, niños, ancianos, bomberos, primeros respondedores, enfermeros, gente en silla de ruedas, etc.), transformándose en una herramienta visualmente muy poderosa.

Integración del modelo de incendios (capa de humos que desciende) en la simulación de evacuación.

Finalmente, es posible hacer en muchos casos, la integración del modelo de simulación de evacuación y el de incendios.


Utilizamos el modelo de incendios para determinar por ejemplo los tiempos disponibles máximos para la evacuación (ASET), ya sea por características de concentraciones de ciertos gases (monóxido, oxígeno), de la temperatura o hasta la visibilidad. Después, ese modelo de incendios lo insertamos en el de evacuación, para ajustar el comportamiento de las personas durante el desarrollo del incendio y poder verificar qué es lo que pasa si quedan o no personas atrapadas en este lugar.

Incluso debido a la irrupción del
Covid-19 el año pasado, algunos modelos como Pathfinder han incluido un sub/modelo para aplicar burbujas de distanciamiento entre los ocupantes y determinar los tiempos de interacción con otros ocupantes con el objetivo de disminuir la probabilidad de contagios.

Nota del autor:
Es muy importante que los análisis de seguridad humana tengan una visión del tipo estocástica. Esto quiere decir que hay que darle cierta aleatoriedad a los resultados. Pensar en representar el tiempo de evacuación de una instalación con una sola simulación o como se estila generalmente determinar mediante un solo simulacro de evacuación (la mayoría tiene en cuenta sólo el más veloz), es un ERROR.
De esta forma sólo estamos analizando un resultado de todos los posibles. Debemos darle cierta aleatoriedad al fenómeno: cambiar los datos de entrada para obtener diversos datos de salida y, de este modo, procurar una dispersión en los valores para trabajar con valores medios o el percentil 95 de los resultados.
¿Qué se quiere decir con esto? Que podemos tener una persona que se encuentra en la habitación A y que en otra simulación se encuentra en la habitación B o en la C. 

Final de análisis PBD referido a seguridad humana.

Esto es parte de nuestra vida diaria, es normal la aleatoriedad en nuestras vidas. Por lo tanto, también debemos dársela al análisis, tanto en los modelos de evacuación como en los modelos de incendios. 
Las normas internacionales actualmente tienen muy en cuenta el uso de este tipo de herramientas de simulación para poder resolver problemas puntuales de ingeniería de seguridad contra incendios, como NFPA 101, Código de Seguridad Humana que permite dentro de su Capítulo 5 trabajar con herramientas de Diseño basado en desempeño (Perfomance-Based Design).

Federico Latosinski es Licenciado en Higiene y Seguridad en el Trabajo por la Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco, posee una maestría en Ingeniería de Seguridad Contra Incendios por la Universidad Alcalá de Henares y es Experto Universitario en Modelado y Simulación Computacional de Seguridad Contra Incendios por la Universidad de Cantabria, ambas universidades de España. Además de desarrollarse en consultoría de seguridad contra incendios, es docente en la Facultad de Ingeniería de la UNPSJB e instructor en el Instituto Latinoamericano de Formación en Incendios y Seguridad, ILFIS.
Es director de la firma Ingeniería Segura SRL y lidera al grupo de investigación GISCI (Grupo de investigación de seguridad contra incendios), es miembro de la Society of Fire Protection Engineers y de la National Fire Protection Association, ambas asociaciones de USA, también es miembro de la International Association for Fire Safety Science. Actualmente se encuentra trabajando en su Doctorado (PhD) apuntado al comportamiento humano en incendios y simulación de evacuación.

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