ANÁLISIS DE EVACUACIÓN DE ESTACIÓN SUBTERRÁNEA TIPO … · 2011-10-20 · los tiempos de evacuación (total y parcial), simulación de procesos de evacuación, etc. Los modelos

TESIS DE MÁSTER

ANÁLISIS DE EVACUACIÓN DE

ESTACIÓN SUBTERRÁNEA TIPO

USANDO DISTINTAS HERRAMIENTAS

INFORMÁTICAS

AUTOR: Silvia Méndez Álvarez/Metro de Madrid/913796887/[email protected]

Madrid, Septiembre de 2011

Firma Autor:

VºBº director: VºBº tutor:

Autorizada la entrega de la tesis de máster del alumno/a:

Silvia Méndez Álvarez

EL DIRECTOR

Vicente Aparicio López

Fdo.: …………………… Fecha:05 / Septiembre/ 2011

EL TUTOR

Vicente Aparicio López

Fdo.: …………………… Fecha: 05 / Septiembre / 2011

Vº Bº del Coordinador de Tesis

Gabriel Santos Hernández

Fdo.: …………………… Fecha: 05 / Septiembre / 2011

Proyecto Fin de

Máster

MIPCI 2010

Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI

Análisis de estación subterránea tipo usando distintas herramientas informáticas – Silvia Méndez Álvarez

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Análisis de evacuación

de estación subterránea

tipo usando distintas

herramientas

informáticas

Silvia Méndez Álvarez

Curso académico 2010-2011

Tutor: Vicente Aparicio López

MIPCI 2010 Máster en Ingeniería de Protección Contra Incendios - MIPCI


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TÍTULO ANÁLISIS DE ESTACIÓN SUBTERRÁNEA TIPO USANDO DISTINTAS HERRAMIENTAS INFORMÁTICAS

ALUMNO 1 Silvia Méndez Álvarez

TUTOR Vicente Aparicio López



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RESUMEN

El comportamiento de las personas y su movilidad ha sido una cuestión tratada desde hace

miles de años. A lo largo de la historia se encuentran ejemplos de ello como por ejemplo en el

Talmund (200 d.C.) o en el propio Coliseo de Roma. No obstante, los primeros estudios

científicamente rigurosos sobre el movimiento de personas y la evacuación de edificios se

realizaron después de la Segunda Guerra Mundial.

Durante los últimos años, con la aparición y el uso del Diseño Basado en Prestaciones (PBD) y

dada la complejidad que supone realizar estos cálculos, se está extendiendo

considerablemente entre los Ingenieros de Protección Contra Incendios el uso de modelos de

evacuación informáticos que permiten realizar y analizar estos análisis de una forma

asombrosamente realística, con una exactitud y precisión destacables.

Para entender la complejidad existente en este tema, hay que tener en cuenta los

parámetros fundamentales que definen la simulación del movimiento: el tiempo, el flujo de

personas, la densidad de ocupación, el ancho efectivo del elemento de paso y la velocidad

de los ocupantes. Estos parámetros nos van a facilitar entender las aplicaciones y

posibilidades que ofrecen los estudios del comportamiento/movimiento humano: cálculo de

los tiempos de evacuación (total y parcial), simulación de procesos de evacuación, etc.

Los modelos de simulación del movimiento humano pueden ser de dos tipos, microscópicos

o macroscópicos.

Los modelos macroscópicos son aquellos que interpretan la simulación de multitudes

como un fluido uniforme en un espacio homogéneo.

Los modelos microscópicos son aquellos que interpretan las multitudes como un

sistema multiagente. Estos modelos, se dividen a su vez en dos grupos, los heurísticos y

los fenomenológicos:

Los modelos microscópicos heurísticos se basan en la utilización de un

espacio discreto, actuación de los individuos como autómatas y por el uso de

reglas discretas continuas

Los modelos microscópicos fenomenológicos se basan la utilización de un

espacio continuo, dotación de cierta inteligencia a los individuos que les permite

estar auto-organizados, realizar una optimización adaptativa y se caracterizan

por tratarse de modelos muy elaborados.

En cuanto a los parámetros fundamentales de los modelos, éstos son: la representación física

del individuo, la dinámica del comportamiento, la dinámica del movimiento y la geometría o

red/estructura.



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Una vez que están definidos los parámetros fundamentales del modelo, otro factor de

extremada importancia es su calibración. Existen varias formas de hacerlo:

Mediante los requerimientos del código.

Con simulacros o ensayos experimentales.

Mediante la literatura de los experimentos de evacuación del pasado.

Mediante otros modelos.

Mediante terceros.

Actualmente en el mercado existen diversas herramientas que permiten al usuario simular el

movimiento de personas. De todas ellas, se han elegido dos, Legion y PathFinder que se van a

comparar mediante un caso práctico en el que se va a simular una estación subterránea tipo.

Una de las razones por las que resulta interesante esta elección (estación subterránea), es

que al tratarse de una construcción a gran profundidad, su evacuación presenta una gran

complejidad, produciéndose una gran variedad de escenarios a analizar. Otra, es el hecho de

que la longitud de las rutas de evacuación es bastante considerable. Y la última, es la

posibilidad de que se den diversos fenómenos relacionados con el análisis de multitudes

debido a las altas ocupaciones existentes en este tipo de infraestructuras, tales como

bloqueos, ondas de densidad, oscilaciones y situaciones de emergencia – pánico.

Una vez definidos los parámetros de entrada de los modelos, los perfiles de velocidades de los

ocupantes introducidos, etc., se procederá a realizar un diseño con las dos herramientas

seleccionadas, Legion y PathFinder, lo que permitirá hacer un análisis exhaustivo de los

resultados obtenidos en ambos casos para finalmente extraer conclusiones al respecto.



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JUSTIFICACION

Durante los últimos años el uso de software de simulación de movimiento de personas

se ha incrementado notablemente. El uso cada más extendido del Diseño Basado en

Prestaciones (PBD) ha hecho que los Ingenieros de Protección Contra Incendios

empleen de forma habitual en sus estudios este tipo de herramientas por lo que la

proliferación de nuevas implementaciones informáticas de este tipo de modelos.

La primera cuestión que todo ingeniero se plantea a la hora de realizar una simulación

de movimiento de personas es cuál escoger y la segunda es cuán diferentes van a ser

los datos obtenidos en función de que se use una u otra herramienta.

A lo largo de este proyecto, considerando un caso concreto de análisis y realizando

simulaciones con dos de las herramientas disponibles en el mercado, se van a tratar de

dar respuestas a esas dudas.



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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN. ....................................................................................................................................... 9

2. PARÁMETROS BÁSICOS DE LA SIMULACIÓN DEL MOVIMIENTO DE PERSONAS.......................... 10

3. TIPOS DE MODELOS DE SIMULACIÓN DE MOVIMIENTO................................................................... 12

3.1 PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE LOS MODELOS DE SIMULACIÓN DE MOVIMIENTO. ............................................................................................................................ 13

3.2 CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN DE LOS MODELOS DE SIMULACIÓN DE MOVIMIENTO. ............................................................................................................................ 16

4. HERRAMIENTAS COMERCIALES DE MODELOS DE SIMULACIÓN DE MOVIMIENTO. ................... 17

5. APLICACIÓN DIRECTA DE LOS MODELOS DE SIMULACIÓN DE MOVIMIENTO. CASO ANALIZADO: ESTACIÓN SUBTERRÁNEA TIPO. ....................................................................................... 17

5.1 GEOMETRÍA Y CARACTERÍSTICAS DEL CASO ANALIZADO: ESTACIÓN TIPO. ....................... 19

5.2 CASO ANALIZADO: ESCENARIO CONSIDERADO E HIPÓTESIS DE PARTIDA.......................... 20

6. CARACTERÍTICAS FUNDAMENTALES DE LAS HERRAMIENTAS SELECIONADAS PARA REALIZAR EL ESTUDIO DEL CASO ANALIZADO: ESTACIÓN TIPO........................................................ 22

6.1 LEGION.............................................................................................................................................. 22

6.2. PATHFINDER. .................................................................................................................................. 25

6.3. RESUMEN COMPARATIVO DE LEGION Y PATHFINDER. ........................................................... 27

7. SIMULACIONES REALIZADAS DEL CASO ANALIZADO: ESTACIÓN TIPO. COMPARACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS CON LAS HERRAMIENTAS SELECCIONADAS........................................................................................................................................ 29

7.1 CASO ANALIZADO: PARÁMETROS BÁSICOS DEL MODELO. ..................................................... 29

7.2 CASO ANALIZADO: DATOS OBTENIDOS Y COMPARACIÓN DE RESULTADOS. ...................... 31

8. CONCLUSIONES FINALES...................................................................................................................... 34 BIBLIOGRAFÍA………….. ............................................................................................................................. 36



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1. INTRODUCCIÓN.

El comportamiento de las personas y su movilidad ha sido una cuestión tratada desde

hace miles de años. Por ejemplo, el Talmund (200 d.C.) que recoge las discusiones

rabínicas sobre leyes judías, tradiciones, costumbre, leyendas e historias, hace una

interesante referencia al control de multitudes a la salida de edificios y en grandes

avenidas. Otro ejemplo es el del Coliseo (80 d.C.), gran anfiteatro que poseía un aforo de

ochenta filas de gradas cuyo diseño, con grandes pasillos, permitía a la multitud moverse

libremente, acomodarse rápidamente, así como desalojar en pocos minutos.

Los primeros estudios científicamente rigurosos sobre el movimiento de personas y la

evacuación de edificios se realizaron después de la Segunda Guerra Mundial (por

ejemplo, ‘Study of FIRE escape based on the observation multitude currents’ de Kikuji

Togaza del año 1955, o ‘Second Report of the Operational Research Team on the

Capacity of Footways’, del London Transport Borrad del año 1958). En ellos se

aportaban expresiones analíticas para estimar el tiempo de evacuación de determinados

recintos y se estudiaba el movimiento de las personas. En general, se calculaba el

tiempo de evacuación a partir del número de personas que se hallaban en el edificio y de

la anchura de los elementos de paso, resultando una formulación analítica más o menos

compleja.

De esta forma, en el pasado, las consideraciones sobre el comportamiento humano

estaban relegadas solo al ámbito de estudios e investigaciones científicas. Sin embargo,

desde hace unos años, el uso de cálculos de evacuación para evaluar los niveles de

seguridad suministrados por los edificios se está incrementando considerablemente

debido fundamentalmente al creciente uso de los análisis de “Performance-based

designed”. Dada la complejidad que supone realizar estos cálculos (no sólo por su

modelización matemática sino también por las influencias psicológicas que deben

formalizarse en el modelo), se está extendiendo considerablemente entre los Ingenieros

de Protección Contra Incendios el uso de modelos de evacuación informáticos que

permiten realizar y analizar este tipo de cálculos de una forma asombrosamente

realística con una exactitud y precisión destacables.



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2. PARÁMETROS BÁSICOS DE LA SIMULACIÓN DEL

MOVIMIENTO DE PERSONAS.

Una vez vista la importancia de los análisis del comportamiento humano y antes de

analizar los distintos tipos de modelos de simulación de movimiento, conviene tener en

cuenta los parámetros fundamentales empleados en este tipo de cálculos:

El primero de ellos es el tiempo que puede definirse como el cálculo básico de la

ingeniería de evacuación o búsqueda de un lugar seguro y es considerado en los

estudios del comportamiento humano como un elemento clave íntimamente ligado al

comportamiento en sí.

De esta forma, aparece el término tiempo requerido para la evacuación, Trevac, que se

define como el tiempo que transcurre desde que se produce un evento que desencadena

una evacuación, hasta que se evacua completamente la edificación. Este tiempo se

compone de un conjunto de intervalos de tiempo y puede expresarse de la siguiente

forma:

donde,

td = Tiempo de detección. Tiempo que transcurre desde el inicio del evento hasta su

detección.

ta = Tiempo de alarma. Tiempo que transcurre desde la detección del evento hasta su

notificación a los ocupantes.

tp = Tiempo de percepción. Tiempo que tardan los ocupantes en percibir el evento.

ti = Tiempo de interpretación y acción. Tiempo que transcurre desde la percepción y

toma de la decisión de la acción hasta el comienzo de la evacuación.

te = Tiempo de evacuación. Tiempo desde que comienza la evacuación hasta que se

completa.



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La estimación precisa de éste tiempo, Trevac, encierra una cierta dificultad puesto que

los tiempos parciales varían en función de factores tales como, los escenarios del

evento, los sistemas de detección y comunicación de alarma, los factores humanos

como por ejemplo, el conocimiento de las vías de evacuación, el comportamiento a nivel

individual y del grupo, etc. Aparecen así dos nuevos términos temporales: el tiempo total

requerido para la evacuación (RSET) y el tiempo límite de las condiciones sostenibles

para la seguridad humana (ASET).

Todos los intervalos de tiempo mencionados se muestran en el siguiente diagrama

temporal:

Figura 1. Tiempo requerido en la evacuación.

Por otro lado, otras de las magnitudes fundamentales que definen el movimiento

de las personas al atravesar un elemento estructural como puede ser un pasillo o

una escalera son el flujo, la densidad y el propio ancho efectivo del elemento.



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La definición de estos parámetros es:

Flujo. Número de personas que se desplazan de un punto a otro en un

tiempo dado [pax/s].

Densidad. Número de personas por unidad de superficie [pax/m2]. Este

valor influye considerablemente en la velocidad de desplazamiento [m/s].

Ancho efectivo. Distancia mínima del elemento estructural atravesado por

las personas [m].

y la relación que existe entre ellos es:

Flujo [p/s] = Velocidad [m/s] x Densidad [p/m2] x Ancho [m]

Una vez que se han indicado los parámetros básicos de la simulación del

movimiento de personas se puede determinar qué aplicaciones tienen estos

estudios y qué posibilidades pueden ofrecer, que de forma resumida son:

Simulación de procesos de evacuación.

Cálculo de la evacuación global.

Cálculo de tiempos de evacuación totales, identificación de congestiones y

definición de acciones correctivas.

3. TIPOS DE MODELOS DE SIMULACIÓN DE MOVIMIENTO.

Una vez se ha introducido el problema de la simulación del movimiento de personas y

que se ha decidido emplear un modelo de personas, surgen las primeras dudas, como

saber qué modelo emplear y en qué medida van a variar los resultados obtenidos en

función del modelo empleado. Para solventar estas cuestiones, en este punto y los

siguientes se analizará el tipo de modelos de simulación de movimiento existentes para

acabar viendo qué herramientas están disponibles en el mercado.

Los modelos de simulación de comportamiento se pueden clasificar en función de cómo

interpretan a la multitud en macrocópicos y microscópicos:

Los modelos macroscópicos son aquellos que interpretan la simulación de multitudes

como un fluido uniforme en un espacio homogéneo y se caracterizan por:



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Considerar el espacio homogéneo.

Tratar a la multitud como un fluido uniforme.

No existir interacciones entre los individuos.

No considerar las particularidades individuales (los perfiles

individuales).

Al no poder distinguirse entre distintos individuos, el estado del sistema es descrito

mediante una densidad global que viene de determinada como la posición de las

personas y su correspondiente velocidad media local.

Los modelos microscópicos son aquellos que interpretan las multitudes como un

sistema multiagente. Estos modelos utilizan como parámetro de entrada la geometría del

modelo, lo que permite analizar la interacción entre las personas y el modelo en sí. Al

considerar cada individuo de forma separada, permiten introducir diferentes tipos de

personas con propiedades individuales tales como elección de ruta preferida. Así, el

individuo se modeliza para poder representar la interacción del mismo tanto con el

entorno como con el resto de individuos.

Estos modelos, se dividen a su vez en dos grupos, los heurísticos y los

fenomenológicos:

Los modelos microscópicos heurísticos se basan en la utilización de un

espacio discreto, la actuación de los individuos como autómatas y por el uso de

reglas discretas continuas.

Los modelos microscópicos fenomenológicos se basan la utilización de un

espacio continuo, dotación de cierta inteligencia a los individuos que les permite

estar auto-organizados y realizar una optimización adaptativa. Se trata de

modelos muy elaborados.

3.1 PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE LOS MODELOS DE

SIMULACIÓN DE MOVIMIENTO.

Una vez que se han definido los tipos de modelos, otro punto a tener en cuanta

son los diferentes parámetros internos empleados en ellos. Entre los parámetros

fundamentales más importantes de un modelo están la representación física del

individuo, la dinámica del comportamiento y del movimiento del mismo así como la

representación de la geometría del edificio a simular.



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A continuación, se analizarán de forma más detallada todos estos términos:

1. Representación física del individuo. A la hora de representar un individuo

dentro de un modelo, existen varias opciones que se adoptan como válidas:

1.a Una, es la referencia genérica que asemeja la proyección horizontal de

una persona adulta formada por una elipse. Como puede observarse en la

siguiente figura, el valor medio de los diámetros mayor y el menor son

0,60 y 0,5 metros, respectivamente.

Figura 2. Proyección horizontal de una persona adulta.

1.b Otra representación empleada es la propuesta por P. Thompson y E.

Marchant y que consiste en representar a las personas mediante tres

círculos cuyas dimensiones dependen de sexo y la edad.

Figura 3. Representación del individuo propuesta por P. Thompson y E. Marchant.



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2. Dinámica del comportamiento de las personas. La dinámica de las

personas puede ser probabilística, basada en reglas o una mezcla de ambas:

2.1 Probabilística (estocástico). En este caso, el comportamiento está

controlado por la probabilidad de que se produzcan determinadas

acciones, como por ejemplo, que las personas puedan reaccionar de

manera diferente ante la misma situación. Ésta es una de las lecciones

aprendidas de los sistemas complejos donde se ha concluido tras el

análisis de multitud de ejemplos, que la introducción de valores

probabilísticas dentro de sistemas relativamente sencillos ha supuesto la

generación de comportamiento complejos.

2.1.a Basado en reglas (determinístico). En este caso, el comportamiento está

completamente determinado por el estado presente.

2.1.b Un conjunto de los dos anteriores. Este caso requiere medidas y la

consideración de individuos inteligentes en el modelo para evaluar el espectro de

opciones completo y así tomar decisiones realísticas.

3. Dinámica del movimiento de las personas. A la hora de definir la dinámica del

movimiento de las personas dentro de un modelo existen distintos métodos o posibilidades:

3.a. Correlación con la densidad. El modelo asigna una velocidad y un flujo a los

individuos o a la población basado en la densidad del espacio.

3.b. Elección por el usuario. El usuario asigna la velocidad, flujo, y valores de

densidad a ciertos espacios del edificio.

3.c. Distancia interpersonal. Cada individuo es rodeado por una “burbuja” de 360º

que le permite tener una distancia mínima con otros individuos, obstáculos, y

elementos del edificio (paredes, esquinas, barandillas, etc.).

3.d. Potencial. A cada celda de la rejilla en la que es dividido el espacio se le da

cierto valor, o potencial, tomado desde un punto particular en el edificio desde el que

pueden moverse los ocupantes en cierta dirección. Los individuos siguen el mapa

potencial y procuran bajar su potencial con cada paso de celda a la que se

desplazan.

3.e. Ocupación de la celda siguiente de la rejilla. En algunos modelos, el individuo no

se moverá a una celda de la rejilla ya ocupada por otro individuo. Por lo tanto, el

individuo esperará en la celda en la que se encuentra hasta que la siguiente esté

vacía.

3.f. Condicional. Con los modelos condicionales, el movimiento a través del edificio

depende de las condiciones del entorno, del edificio, de los otros individuos, y/o de

una situación de fuego.

3.g. Analogía funcional. Los individuos siguen unos algoritmos de movimiento

definidos, tales como el movimiento de un fluido o las fuerzas magnéticas.



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3.h. Flujo sin obstáculos. En este modelo, solamente se calcula el movimiento de los

individuos sin obstáculo. Al tiempo de evacuación calculado, se le agrega o resta otro

tiempo para obtener un valor final del tiempo de evacuación.

4. Geometría o red/estructura. Es la que define las características del edificio a analizar,

precisando todos los elementos constructivos que se deben de tener en cuenta a la hora de

realizar la simulación tales como dimensiones, distancias, plantas, escaleras, zonas de paso,

divisiones interiores, etc. Esta definición puede ser manual o se puede realizar importando

directamente el modelo del edificio en un formato CAD en 2-D ó 3-D.

Además y dependiendo del modelo, se pueden tener tres tipos de redes o estructuras para

validar el tipo de movimiento de los ocupantes dentro del espacio a simular:

4.a. Red fina. Este modelo divide el plano en numerosas celdas pequeñas formando

una rejilla entre las que se mueven los ocupantes.

4.b. Red gruesa. Este modelo divide el plano en estancias, pasillos, escaleras,

secciones, etc. y los ocupantes se mueven de una estancia a otra.

4.c. Red continua. Este modelo aplica un espacio 2-D (continuo) a los planos de la

estructura, permitiendo a los ocupantes caminar de un punto del espacio a otro a

través del edificio.

Los modelos de red fina y continua tienen la capacidad de simular la presencia de

obstáculos y muros en las estancias del edificio, lo que influye en las elecciones de ruta

mientras que la red gruesa, los ocupantes solamente se mueven desde una porción del

edificio a otra.

3.2 CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN DE LOS MODELOS DE SIMULACIÓN

DE MOVIMIENTO.

Es de extremada importancia calibrar y validar los modelos y existen varias formas de

hacerlo:

Mediante los requerimientos del código.

Con simulacros o ensayos experimentales.

Mediante la literatura de los experimentos de evacuación del pasado.

Mediante otros modelos.

Mediante terceros.



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4. HERRAMIENTAS COMERCIALES DE MODELOS DE

SIMULACIÓN DE MOVIMIENTO.

A continuación se mencionan algunas de las herramientas de simulación de

comportamiento de personas disponibles en el mercado. Todas ellas se centran en

suministrar datos de evacuación de edificios aunque en algún caso existe también la

posibilidad de analizar otro tipo de estructuras:

FPETool, EVACNET, TIMTEX, WAYOUT, STEPS, PedGo, PEDROUTE/PAXPORT,

Simulex GridFlow, ASERI, buildingEXODUS, EXITT, Legion, PathFinder, EESCAPE,

Myriad, ALLSAFE, CRISP, EGRESS, SGEM, Egress Complexity Model, EXIT89,

BGRAF, EvacSim, Magnetic Model, E-SCAPE.

5. APLICACIÓN DIRECTA DE LOS MODELOS DE SIMULACIÓN

DE MOVIMIENTO. CASO ANALIZADO: ESTACIÓN

SUBTERRÁNEA TIPO.

Para realizar este estudio se ha optado por analizar la evacuación en una estación

subterránea tipo. Una de las razones por las que resulta interesante esta elección es que al

tratarse de una construcción a gran profundidad su evacuación presenta una gran

complejidad, produciéndose una gran variedad de escenarios a analizar. Otra, es el hecho de

que la longitud de las rutas de evacuación es bastante considerable. Y la última, es la

posibilidad de que se den diversos fenómenos relacionados con el análisis de multitudes,

tales como:

1. Bloqueos. Los bloqueos se producen típicamente con altas densidades de ocupación y en

localizaciones en las que el flujo de entrada excede su capacidad. Aquellas localizaciones

con capacidad reducida se denominan cuellos de botella. Los típicos ejemplos para el caso

de estudio son los torniquetes, las escaleras, los estrechamientos en la estructura (pasillos,

etc.) y las posibles salidas en determinadas circunstancias. Otra razón por la que se

producen bloqueos es en aquellos casos en los que las personas se mueven en sentido

contrario y se bloquean mutuamente.

2. Ondas de densidad. Las ondas de densidad en multitudes de personas pueden

caracterizarse por variaciones cuasi-periódicas de densidad en el espacio y en el tiempo. Un

ejemplo típico es el movimiento en un pasillo con alta ocupación, donde se pueden observar

fenómenos de fluctuación de la densidad en sentido longitudinal que se trasladan en sentido

contrario al del movimiento de la multitud. Fruin [FRUI87] concluyó en sus estudios que con

ocupaciones de siete personas por metro cuadrado la multitud llegaba a comportarse como

una masa fluida.



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3. Oscilaciones. En ocasiones, cuando se producen cuellos de botella, se pueden observar

cambios oscilatorios en la dirección del movimiento. Una vez que una persona es capaz de

atravesar el cuello de botella, resulta más sencillo para otras seguir la misma dirección hasta

que alguien es capaz de atravesarlo en la dirección contraria.

4. Situaciones de emergencia, pánico. En algunas situaciones de emergencia se han

reportado patrones atribuidos a comportamientos de pánico. No obstante, no hay una

evidencia fuerte de que este sea un patrón que se produzca de forma habitual. Típicamente,

el pánico se asocia a situaciones en las que las personas compiten ante la escasez de

recursos, como por ejemplo, un lugar seguro o el acceso a una salida, lo que produce

comportamientos egoístas, asociales o incluso totalmente irracionales que se contagian al

resto del grupo. Investigaciones en profundidad de desastres de multitudes han revelado que

estos comportamientos apenas se han dado. Se debe tener en mente que en situaciones de

peligro no debería considerarse irracional luchar por recursos (o por la propia vida) si el resto

de personas lo hace. Sólo desde el exterior este comportamiento puede considerarse

irracional si puede llevar a que se produzca una catástrofe.

5. Situaciones de altas densidades. La posibilidad de que en horas puntas se produzca un

aumento de los niveles de ocupación es muy alta. Puede darse el caso de que un andén

presente una alta densidad, llegue un tren con alta densidad en su interior y se produzca un

desalojo con algún que otro problema (por ejemplo, cuellos de botella).

La presencia de estas altas densidades está relacionada también con altas probabilidades de

que se produzcan accidentes: caídas a los andenes, aglomeraciones en zonas de escaleras

y torniquetes, bloqueos en zonas de pasillo y distribuidores, etc.

Todas estas cuestiones hacen tremendamente interesante el análisis de la evacuación, no

sólo desde el punto de vista de la investigación, análisis y evaluación de modelos de

comportamiento humano y de multitudes, sino también, por la cantidad de conclusiones que

se pueden extraer de su evaluación.



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5.1 GEOMETRÍA Y CARACTERÍSTICAS DEL CASO ANALIZADO:

ESTACIÓN TIPO.

En la siguiente figura se puede ver un plano de la estación subterránea tipo empleada en

el estudio:

Figura 4. Plano CAD geometría del caso analizado: estación subterránea tipo.

Como puede observarse, se trata de una estación de una línea, sin correspondencia con

otras, con dos salidas al exterior, dos niveles de escaleras formados por dos escaleras

mecánicas separadas por una de piedra, unas pequeñas escaleras a nivel de distribuidor

y sólo un paso a través de torniquetes. Los trenes considerados son de cuatro coches.

Con respecto a las dimensiones:

Longitud de los andenes: 59,87 metros.

Anchura de los andenes: 3,15 metros.

Anchura del pasillo distribuidor: 2,87 metros.

Anchura de la zona de ‘escalera 1’: 2,90 metros.

Anchura de la zona de ‘escalera 2’: 2,96 metros.

Anchura de zona de torniquetes: 6,37 metros.

Anchura de la ‘salida 1’: 2,41 metros.

Anchura de la ‘salida 2’: 3,44 metros.



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5.2 CASO ANALIZADO: ESCENARIO CONSIDERADO E HIPÓTESIS DE

PARTIDA.

En este estudio se considera que se produce una evacuación de la estación por un

evento cualquiera. La evacuación es controlada, se producen reacciones racionales de

los ocupantes y no se dan situaciones de pánico. El inicio de la evacuación se realiza

mediante un anuncio por megafonía y todos los ocupantes evacuan a la vez.

En el momento en el que se da el aviso de evacuar, en la estación hay un tren en cada

anden y hay personas distribuidas a lo largo de los dos andenes, del pasillo distribuidor y

de los accesos exteriores.

No se consideran las escaleras existentes a nivel de distribuidor y en el estudio se obvia

su posible influencia en la evacuación por entenderse que es despreciable.

Por tratarse de una situación de emergencia y teniendo en cuenta los protocolos que en

estos casos se siguen, las escaleras mecánicas están paradas y todos los torniquetes

(tanto los de entrada como los de salida) están abiertos.

La distribución del número de personas a lo largo de la geometría es la incluida en la

figura siguiente:

Figura 4. Distribución de personas por zonas en el modelo.

De forma resumida, se considera:

105 personas por andén (zonas en blanco en la Figura 4).

50 personas por coche del tren, lo que hace un total de 200 personas por tren

(zonas en azul turquesa en la Figura 4).

100 personas en la zona de pasillos, distribuidor y accesos, es decir, en el resto

de la estación (zona en azulo en la Figura 4).

Así que el número total de personas a evacuar es 710.



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En cuanto a las líneas de medida y toma de datos, en la siguiente figura se muestran en

color naranja:

Figura 5. Líneas de medida y toma de datos del modelo.

Como puede observarse en la figura 5 se consideran las siguientes líneas de medición:

Una línea por cada coche de cada tren.

Una línea por cada punto de salida de cada andén.

Una línea en la ‘salida 1’.

Una línea en la ‘salida 2’.

Por último, y con respecto a las herramientas seleccionadas para realizar la comparación

objeto de este proyecto, éstas son Legion y PathFinder.



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6. CARACTERÍTICAS FUNDAMENTALES DE LAS

HERRAMIENTAS SELECIONADAS PARA REALIZAR EL

ESTUDIO DEL CASO ANALIZADO: ESTACIÓN TIPO.

A continuación se realiza pequeña descripción funcional de las dos herramientas seleccionadas, para compararlas finalmente en la parte práctica de este proyecto.

6.1 LEGION.

Propósito del modelo: El propósito del modelo es ayudar en la planificación del espacio

y a su optimización a través de la predicción del comportamiento de multitudes como una

interacción entre individuos. El modelo puede ser usado para una amplia variedad de

aplicaciones (por ejemplo, estaciones de ferrocarril y metros, aeropuertos y edificios en

altura) y necesidades (diseño, acondicionamiento, y valoraciones de operación y

seguridad).

Disponibilidad de uso para el público: Este modelo está disponible comercialmente a

través del desarrollador del mismo, Legion Internacional Ltd., UK, desde Mayo de 2003.

No existe la posibilidad de conseguir una licencia gratuita temporal.

Método de modelización: Se trata de un modelo de conducta.

Estructura del modelo: El modelo de Legion trabaja en un vector 2-D, continuo en el

espacio, en vez de un recorrido superpuesto o una red de mallado fino dentro de una

superficie plana. Además, proporcionando un enfoque continuo a la estructura de la

configuración, el modelo puede simular flujo en contra, adelantamientos y negociaciones

entre la multitud. El modelo se refiere a su estructura como un método de elección

flexible. Este método explora los posibles movimientos de un ocupante en un vector

espacial que es actualizado constantemente, en vez de ser fijado por un conjunto de

reglas.

Perspectiva del modelo y de los ocupantes: El modelo muestra a los ocupantes como

individuos y los denomina entidades. Cada individuo es considerado en el modelo como

una persona virtual y es simulado como unas características físicas definidas y con unos

objetivos y unas características sicológicas definidas.

La vista del edificio por parte del ocupante es también una perspectiva individual. La

persona virtual se mueve de una forma realista. Los ocupantes determinan su camino

Basándose en la percepción y la información almacenada y extraída del espacio o

entorno en el que se van a mover.



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Comportamiento de los ocupantes: Inteligencia artificial. Legion ve a los ocupantes

como individuos inteligentes y sus características físicas, sociales y de comportamiento

son asignadas probabilisticamente desde perfiles establecidos y definidos

empíricamente. Las características sociales incluyen género, edad, cultura y tipo de

peatón (por ejemplo, viajero que se dirige a su lugar de trabajo frente a turista) y Legion

les asigna formas de moverse típicas ya establecidas. La única característica física

asignada es el tamaño del cuerpo. Y las características de movimiento incluyen

memoria, voluntad de adaptación, preferencias por velocidades de obstrucción, espacio

personal y aceleración. Estas características componen un perfil para cada persona y

están basadas en distribuciones derivadas de datos obtenidos de vídeos reales.

Además, Legion permite emplear comportamientos condicionales y probabilísticos

definidos por el usuario del modelo.

Movimiento de ocupantes: El movimiento de ocupantes dentro del modelo responde a

una extensa investigación empírica basada en el estudio de movimiento de personas y

comportamiento. Los equipos de investigación han adquirido y analizado grabaciones de

video de comportamiento de multitudes y de individuos. El movimiento está basado en el

método del menor esfuerzo, es decir, que cada individuo trata de minimizar su grado de

insatisfacción, definido como la suma de la frustración, incomodidad y molestia. Estos

factores se relacionan con retrasos, desviaciones y falta de confort que los individuos

tratan de evitar decidiendo su siguiente paso.

Las decisiones sobre cada paso son hechas de acuerdo con preferencias individuales,

posición, objetivos y experiencias recientes. También son sensibles a condiciones

locales (aparición o no de aglomeraciones), contexto (escaleras de piedra o mecánicas)

y a intenciones previstas de los vecinos.

Legion demanda que hay que olvidar soluciones asumidas a lo largo del tiempo sobre

comportamiento y movimiento de multitudes. Plantea que la circulación de personas a lo

largo de un espacio es determinada no sólo por la densidad del mismo sino también por

las características específicas de su geometría. El movimiento está afectado no solo por

las variables de entrada elegidas por cada persona individual, sino también por factores

tales como el conocimiento del entorno y el estado de preparación de la persona. Estos

factores corresponden a la interacción de los ocupantes con las señales y los puntos de

información a lo largo del edificio.

Salida: Son de interés lo mapas de bits y los archivos de video. Existe la posibilidad de

seleccionar los datos de salida así como las gráficas y medidas detalladas de las

experiencias individuales y de la multitud. A continuación se citan algunos ejemplos de

salidas del modelo:



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Mapas de uso:

Utilización del espacio – La representación de las diferentes áreas empleadas.

Mapas de densidad y velocidad.

Mapas de evacuación – Con cuanta rapidez se vacían las áreas.

Frustración, incomodidad y molestia.

Gráficas: Densidades, conteos, flujos, tiempos de permanencia, tiempo de movimiento,

tiempo de cola, tiempo de espera, velocidad, etc. pueden ser representadas en gráficas,

exportadas a imágenes, hojas de cálculo y/o datos sin tratar.

Uso de datos de fuego: Esta posibilidad está en vías de desarrollo.

Importación de planos de CAD: Los planos de CAD son importados al modelo y son

soportados los siguientes formatos: .DXF, .DWG y .DGN. Además, el usuario puede

modificar fácilmente la configuración espacial del edificio usando las herramientas de

Legion así como introducir, empleando el propio software, entradas, salidas y distintas

rutas, instalaciones (puertas, zonas de espera), eventos programados (anuncios de

trenes, tiempos de servicio), los perfiles de llegada de las personas y sus destinos

deseados.

Capacidades de visualización: Capacidades 2-D están disponibles en el paquete

básico y 3-D en un modulo adicional.

Capacidad de validación: En Legion se han empleado los siguientes métodos de

valización de validación del modelo:

Documentos en preparación de validación cuantitativa basada en medidas

propietarias.

Reproducción cualitativa de comportamiento y movimiento de multitudes

emergentes.

Comparación por parte de terceras partes frente a otro modelo de evacuación.



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6.2. PATHFINDER.

Propósito del modelo: El propósito de desarrollar este modelo es dotar de una

herramienta analítica de evacuación que se pueda asociar con un modelo de fuego

externo una parte de análisis de riesgo. El modelo es usado para encontrar cuellos de

botella y colas en un diseño. No está especializado en ningún tipo concreto de edificio.

Disponibilidad de uso para el público: El modelo es un software propietario

desarrollado y usado por RJA Group,US. Existe la posibilidad de conseguir una licencia

gratuita temporal por 1 mes.

Método de modelización: Se trata de un modelo de movimiento.

Estructura del modelo: Es un sistema de red fino. El modelo proporciona una

simulación de la evacuación para mostrar visualmente la situación de ocupantes como

una función del tiempo.

Perspectiva del modelo y de los ocupantes: El modelo ve a los ocupantes como

individuos. Tiene la capacidad de seguir movimientos y situaciones de los individuos a

través de la simulación y ve a la población a través de una perspectiva global que

permite evaluar la densidad en determinadas zonas del edificio. Pueden escoger entre la

ruta más corta a la salida o la ruta con la cola más corta.

Comportamiento de los ocupantes: Sin comportamiento, es decir, sin inteligencia.

Movimiento de ocupantes: Los ocupantes se mueven hacia las salidas teniendo en

cuenta las restricciones del SFPE Handbook, que incorpora reducciones de velocidad

basadas en la densidad del espacio y la capacidad de las puertas y escaleras. El usuario

especifica la carga inicial de ocupantes mediante la especificación de la densidad en

determinadas áreas (mediante la indicación de la ocupación del área) o dando números

discretos de ocupantes.

Salida: Ejemplos de las salidas del modelo son el número de personas que han usado

una salida; el tiempo mínimo, máximo y medio de salida de las personas de un área

concreta (monitorizando la primera y la última persona en abandonar la zona); el tiempo

que un área, hall o escalera tarda en vaciarse y el tiempo total de evacuación.

Uso de datos de fuego: Ninguno.

Importación de planos de CAD: Los planos de CAD son importados al modelo y sólo

soporta el formato .DXF. Dado que ninguna información sobre unidades es almacenada

en el mencionado formato, el usuario debe conocer las unidades en que fue creado el

archivo y así indicarlo al importa el plano CAD.



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El usuario puede también usar PathFinder para diseñar el plano.

Capacidades de visualización: Capacidades 2-D

Capacidad de validación: No se ha encontrado información al respecto.



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6.3. RESUMEN COMPARATIVO DE LEGION Y PATHFINDER.

En el siguiente cuadro se muestran de forma resumida las características fundamentales

de ambas herramientas lo que permite ver de forma rápida sus similitudes y diferencias,

LEGION PATHFINDER 1. Características generales

Disponible para el público de forma gratuita

No No (posibilidad de obtener

una licencia de 30 días)

Método de modelización De conducta-

comportamiento De movimiento

Propósito Modelos pueden simular cualquier tipo de edificio

Modelos pueden simular cualquier tipo de edificio

Malla/Estructura Continuo Red fina

Perspectiva del modelo/Perspectiva de los ocupantes

Individual en ambos casos Individual/Global

Dinámica del Comportamiento

Inteligencia artificial Sin comportamiento (sin

inteligencia)

Dinámica del Movimiento Densidad y condicional Densidad

Datos de fuego

El modelo permite al usuario introducir datos de

un fuego específico en instantes concretos a lo largo de la evacuación

No

CAD Sí Sí Capacidad de visualización 2 y 3 D 2 D

Validación

Con otros modelos y con datos extraídos de

experimentos y simulacros reales

No

2. Prestaciones del modelo

Flujo en contra Sí No Bloqueo manual de salidas Sí No Condiciones de fuego Sí No Definición de grupos Sí No

Consideración de grupos de ocupantes de PMRs

Sí No

Tiempos de retardo y pre-movimiento

Sí No

Elección de la ruta por parte de los ocupantes

Condicionada 2 posibilidades

Uso de ascensores No No Toxicidad de los ocupantes No No



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Impaciencia/Instinto No No

Distribución de los ocupantes

Varias 2 elecciones: distancia más corta o cola más

corta

Tabla 1. Resumen comparativo de las características y prestaciones de Legion y

PathFinder.



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7. SIMULACIONES REALIZADAS DEL CASO ANALIZADO:

ESTACIÓN TIPO. COMPARACIÓN DE RESULTADOS

OBTENIDOS CON LAS HERRAMIENTAS SELECCIONADAS.

7.1 CASO ANALIZADO: PARÁMETROS BÁSICOS DEL MODELO.

Para que los ocupantes de ambos modelos (Legion y PathFinder) sean lo más

parecido posibles, se ha distribuido la población de acuerdo a la siguiente tabla:

% de ocupantes

Velocidad (m/s)

4 0,97 1

11 1,115 1,217 1,316 1,414 1,510 1,6

6 1,7

Tabla 2. Perfil de velocidad de los ocupantes de los modelos diseñados con Legion y

PathFinder.

De esta forma, al emplear en ambos modelos el mismo perfil de velocidad de ocupantes,

aunque las características físicas de los mismos sean diferentes, se reduce considerablemente

el error introducido en el modelo, convirtiéndolo en un valor perfectamente asumible.

Los modelos resultantes para el caso de Legion y Pathfinder se pueden observar en las figuras

siguientes:

Figura 6. Caso de estudio: modelo diseñado con Legion.



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Figura 7. Caso de estudio: modelo diseñado con Pathfinder.

En ambos casos, se distribuye a los ocupantes a lo largo del modelo tal y como se ha

especificado con anterioridad (ver punto 5.2 de este documento) y se les indica que deben

dirigirse a las dos salidas de la estación tipo.

[NOTA: En este apartado y sucesivos no se incluye información detallada del diseño del

modelo analizado con ambas herramientas. Para más información, pónganse en contacto con

el autor].



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7.2 CASO ANALIZADO: DATOS OBTENIDOS Y COMPARACIÓN DE

RESULTADOS.

En este apartado se va a realizar un análisis de los resultados obtenidos al simular el

caso de estudio, estación subterránea tipo, con las dos herramientas seleccionadas,

Legion y PathFinder.

Tal y como se ha mencionado anteriormente en el apartado 6 de este documento, Legion

ofrece la posibilidad de obtener diversos datos de salida (que pueden ser seleccionados

por el usuario) así como gráficas, mapas y medidas detallada de las experiencias

individuales y de la multitud, tales como densidades, conteos, flujos, tiempos de

permanencia, tiempo de movimiento, tiempo de cola, tiempo de espera, velocidad, etc.

Además, todos estos valores pueden ser exportados cómodamente y automáticamente a

imágenes, hojas de cálculo y/o datos sin tratar.

Por el contrario, PathFinder ofrece la posibilidad de obtener el número de personas que

ha usado una salida; el tiempo mínimo, máximo y medio de salida de las personas de un

área concreta (monitorizando la primera y la última persona en abandonar la zona); el

tiempo que un área, hall o escalera tarda en vaciarse y el tiempo total de evacuación.

Además también permite obtener datos de flujos medios en las distintas ‘Rooms’

definidas en el modelo, es decir, aquellas zonas entre las que un ocupante puede

moverse libremente y que en el caso de estudio coinciden con las zonas de distribución

de ocupantes indicadas en la Figura 4.

De esta forma y debido a esta limitación, se van a analizar a continuación, en la siguiente

tabla, aquellos valores de salida que son aportados por ambos modelos y que vienen

limitados por Pathfinder:



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LEGION PATHFINDER

Tiempo total de evacuación de la estación 3 min. 41 s. 2 min. 57 s.

Tiempo de evacuación del andén 1 1 min. 45 s. 1 min. 45 s.

Tiempo de evacuación del andén 2 2 min. 11 s. 2 min. 11 s.

Nº total de ocupantes de la estación 710 pax

Nº de ocupantes que desalojan por la Salida 1 14 pax 30 pax

Nº de ocupantes que desalojan por la Salida 2 696 pax 680 pax

Flujo medio Andén 1 1,7 pax / s 2,95 pax / s

Flujo medio Andén 2 1,08 pax / s 2,34 pax / s

Flujo medio Salida 1 0,67 pax / s 0,19 pax / s

Flujo medio Salida 2 0,75 pax / s 3,85 pax / s

Tabla 3. Datos de salida obtenidos con los modelos diseñados con Legion y PathFinder.

Lo primero que puede observarse es que el tiempo total de evacuación obtenido en

Legion es 45 segundos superior al obtenido con Pathfinder. Esto puede estar

relacionado con el hecho de que mientras que en el modelo de Legion se introducen

ciertos retardos que afectan a los ocupantes en determinadas zonas del modelo (como

por ejemplo, en las escaleras y los torniquetes), en el modelo de PathFinder no se ha

incluido elemento alguno que lo haga.

Teniendo en cuenta los valores de tiempos de evacuación total asumibles que se dan en

la NFPA 130 (6 minutos vía la ruta de evacuación más larga), se puede concluirse que

ambos valores son aceptables.

No obstante cabe mencionar que resultaría bastante curioso que en ambos modelos

hubiéramos obtenido el mismo tiempo de evacuación si tenemos en cuenta que la base

matemática que emplean no es idéntica (aunque se apoye en estudios y bases

fundamentales del comportamiento y movimiento de personas).



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A continuación, llama la atención que en ambos modelos se obtengan los mismos

tiempos de evacuación de los andenes. No se dispone de datos fundamentados para

establecer conclusiones, sería necesario volver a realizar el estudio con otras geometrías

diferentes y compararlo con éste para obtener datos concluyentes.

Teniendo en cuenta los valores de tiempos de evacuación a nivel de andén asumibles

que se dan en la NFPA 130 (4 minutos), de nuevo se puede concluirse que ambos

valores son aceptables.

Por otro lado y con responde al número de ocupantes que desalojan por cada salida, en

ambos modelos el mayor número lo hace por la ‘Salida 2’, algo que cabría esperar si se

tiene en cuenta que es la salida más próxima al distribuidor y en los vídeos de lo

modelos simulados se aprecia esto claramente: cuando hay una alta ocupación en la

línea de torniquetes, a pesar de que se forman colas en el acceso a dicha salida, sólo

algunos de lo ocupantes deciden no hacer cola y evacuar por la otra salida.

En este caso, de nuevo se han obtenido valores muy próximos en ambos modelos:

aproximadamente un 98 % de los ocupantes del modelo de Legion frente a un 96 % del

modelo de PathFinder evacua por la ‘Salida 2’.



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8. CONCLUSIONES FINALES.

Tras la realización del este estudio se han llegado a las siguientes conclusiones:

En el momento que un Ingeniero de Protección Contra Incendios decide apoyar su

diseño en una herramienta de simulación de movimiento de personas, debe informarse

de las posibilidades que ofrece el mercado para escoger aquella que se adecue más a

sus necesidades y a los objetivos que se intenten alcanzar. Como se ha visto en este

estudio, las diferencias entre las distintas posibilidades son bastante considerables y la

elección de la más óptima a los requerimientos planteados es de suma importancia.

Para facilitar esta labor, la nota técnica 1471 de la NFPA de 2005 ofrece un resumen de

las herramientas disponibles en ese momento. Aunque la información está ya un poquito

desfasada (no recoge por ejemplo los nuevos programas que han aparecido, algunos

están ya en desuso, otros han incorporado nuevas prestaciones) y los datos sobre las

características de las mismas no son excesivamente detallados, ayuda a ver qué

posibilidades hay en el mercado.

A esto que, sería lo ideal para todo Ingeniero de Protección Contra Incendios (elegir

aquella herramienta que más prestaciones ofrece), habría que añadir otro factor, el coste

de la misma. No todos los modelos son gratuitos ni son tan potentes por lo que el coste

de una licencia, es algo ha tener también en cuenta.

Otro factor a tener en cuenta es la versatilidad y la facilidad de uso de la herramienta.

Desde mi punto de vista, es imprescindible que el software sea sencillo de usar, de

modificar y tenga la flexibilidad suficiente como para introducir parámetros de entrada a

la carta, como por ejemplo, perfiles de comportamiento o velocidad de los ocupantes,

todo tipo de valores de densidades, retardos en el movimiento que simulen

comportamiento de multitudes reales, etc.

Por otro lado, está claro que los valores obtenidos dependiendo de la herramienta

empleada pueden variar (y deberían de hacerlo ya que su implementación y

programación es diferente). Por esta razón, no se deberían de dar los resultados de una

simulación como verdades absolutas sino como valores orientativos que nos van a

indicar entorno a qué valores nos vamos a mover en una situación real.

Ya centrándome en las dos herramientas empleadas en este estudio, Legion y

Pathfinder:

Para planos sencillos y estudios muy básicos en los que sólo se requiera analizar

tiempos de evacuación o ver aquellas zonas conflictivas en las que se producen cuellos

de botellas o aglomeraciones excesivas, PathFinder está bien, pero para estudios más

complejos Legion.



35 de 36

Para análisis en profundidad, con más detalle y con mayor grado de exactitud, Legion.



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ANÁLISIS DE EVACUACIÓN DE ESTACIÓN SUBTERRÁNEA TIPO … · 2011-10-20 · los tiempos de evacuación (total y parcial), simulación de procesos de evacuación, etc. Los modelos