Modelação e Simulação do Comportamento Humano na Evacuação de Edifícios

Transcrição

1 João Emílio Almeida LIACC / DEI / FEUP / LNEC 1

2 Sumário: Identificação do problema: evacuação de edifícios Alguns conceitos Modelos descritores do movimento e dos edifícios Como validar os modelos/simuladores? Solução: Jogos Sérios? Projecto mspeed (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics) 2

3 Ano Local Ocorrência Vítimas 1903 Teatro Iroquois, Chicago, EUA Incêndio com 1600 pessoas na plateia 600 mortos 1908 Rhoads Opera, Boyertown, EUA provocado por lâmpada de querosene 170 mortos 1908 Escola Collinwood, Lake View, EUA escola elementar, 172 crianças entre os mortos 175 mortos 1911 Triangle Shirtwaist, N. Iorque, EUA edifício 10 pisos, indústria de vestuário 145 mortos 1912 Equitable Building, N. Iorque, EUA 5 edifícios destruídos, o maior com 10 pisos 7 mortos 1945 Empire State Building, N. Iorque, EUA Avião B-25 embateu nos 78/79 pisos 14 mortos 25 feridos 1970 One New York Plaza, Nova Iorque, EUA Incêndio nos 33º e 34º pisos, de um total de 50 pisos 4 mortos 30 feridos 1972 Ed. Andraus, S.Paulo, Brasil Incêndio, 31 andares; gigantesca evacuação por helicópteros 16 mortos 336 feridos 1974 Ed.Joelma S.Paulo, Brasil 23 andares, destruição total 179 mortos 1980 MGM Hotel, Las Vegas, EUA Incêndio em hotel com 21 pisos, evacuação por helicóptero de cerca de 300 pessoas 320 feridos 85 mortos 770 feridos 1988 Chiado, Lisboa Lojas na baixa Pombalina, 25 de Agosto, ruas do Carmo e Garrett 1989 Atlanta, Georgia, EUA Edifício de escritórios, 10 pisos com cerca 1500 pessoas 1993 World Trade Center, Nova Iorque, EUA Explosão no parque est.; evacuação de no WTC e em ed. Próximos tempo total: 8 horas 2001 World Trade Center, Nova Iorque, EUA Ocupantes estimados: 17,560 Mortos: 2146/2163 ocupantes e 421 forças socorro 2 mortos +70 feridos 5 mortos 6 mortos 1,042 feridos 2,749 mortos 3

4 Incêndio tipo Ocorrência s Vítimas Ocorrências Vítimas Ocorrências Vítimas Feridos Mortos Feridos Mortos Feridos Mortos Habitação Estacionamento/gare Serviços Escolar Hospitalar/Lar idosos Espectáculo/Lazer Hotelaria Comercial Museu/Biblioteca Militar/Segurança Industrial Totais

5 Objectivo: evacuação dos edifícios Minimizar tempo evacuação de edifícios Vias evacuação bem dimensionadas Problemas: Tempo de percurso: Minimizar tempo evacuação de edifícios 5

6 Fases da evacuação: 1. Deteção 2. Pré-evacuação 3. Evacuação 6

7 Fases da evacuação: 1. Deteção 2. Pré-evacuação 3. Evacuação 7

8 Fases da evacuação: 1. Deteção 2. Pré-evacuação 3. Evacuação 8

9 Conceitos: ASET Available Safe Egress Time tempo disponível para evacuar (antes do colapso) RSET Required Safe Egress Time tempo necessário para evacuar (em segurança) ASET > RSET! 9

10 Conceitos: ASET (Available Safe Egress Time) Legislação (code based) Desempenho (engª segurança ou Performance Based Design) RSET (Required Safe Egress Time) RSET=t d + t a + t o + t i + t e t d - tempo deteção t a - notificação dos ocupantes t o decisão abandonar o edifício t i tempo inicio evacuação t e tempo de evacuação 10

11 Conceitos: ASET (Available Safe Egress Time) Legislação (code based) Desempenho (engª segurança ou Performance Based Design) RSET (Required Safe Egress Time) RSET=t d + t a + t o + t i + t e 1. deteção 2. pré-evacuação 3. evacuação t d - tempo deteção t a - notificação dos ocupantes t o decisão abandonar o edifício t i tempo inicio evacuação t e tempo de evacuação 11

12 Modelos descritores do movimento de Pessoas: Hidráulico / gasoso / partículas sólidas Forças magnéticas / forças sociais Regras (heurísticas) / comportamentais Edifícios: Nós e arcos (grafos) Cellular Automata Espaço Contínuo 12

13 Modelos de forças: Magnetic Forces Model Magnetic Forces Model (Okazaki & Matsushita, 1993) 13

14 Modelos de forças: Social Forces (Helbing et al.) Helbing, Molnár, Vicsek, Farkas ( ) 14

15 Modelos em computador Espaço Contínuo / Comportamentais Visual sensors using the ray tracing method (Pan et al., 2007) 15

16 Modelos de regras (Shao et al.,

17 Modelos descritores de edifícios Nós e arcos - grafo (ex. EVACNET) 17

18 Modelos descritores de edifícios Cellular automata Espaço contínuo (Castle, 2007) (Pan et al., 2007) 18

19 Simulação pedonal

20 Simuladores Pedonais Simuladores Pedonais servem para: - projectos novos - investigação - planos emergência - treino e formação

21 Simulação pedonal Alguns exemplos FDS+EVAC Building and Fire Research Lab (BRFL) National Institute of Standards and Technology (NIST), EUA FDS: Fire Dynamic Simulator Smokeview: visualizador 3D :( Finland ) VTT Centro de Pesquisa na Finlândia, o maior centro da escandinávia EVAC=Agent-Based Egress Simulator for FDS

22 Simulação pedonal Alguns exemplos Exodus Fire Safety Engineering Group, University of Greenwich (1993-) building, maritime and aircraft environments

23 Pathfinder: simulador comercial, versão 2012 Simulação pedonal Alguns exemplos

24 Simuladores Pedonais Validação e calibração dos simuladores Comparação por Korkohnen & Hostikka, 2009

25 Problemas dos Simuladores Pedonais Problemas dos Simuladores Pedonais: não permitem treino de pessoas sem interacção ou imersão faltam dados para validação e calibração

26 Em Portugal: ModP / LIACC (2009-?) Simulação pedonal LIACC / FEUP / LNEC (ModP v1.0 Esteves 2009, Aguiar 2010) (ModP 3D - Ribeiro 2012)

27 Simulação pedonal Alguns exemplos ModP v1.0 e ModP 3D 27

28 Jogos Sérios: solução? 28

29 mspeed: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics) «projecto para aquisição de dados comportamentais usando jogos sérios e aplicação num modelo de simulação pedonal, dinâmico, para situações de emergência»

30 mspeed: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências Abordagem metodológica: modelos de referência e métricas de validação 2. aquisição comportamental 3. jogos sérios 4. prospeção comportamental 5. ambiente integrado para M&S 4 3

31 Modelo Análise Risco MODELO DESCRITOR DO EDIFÍCIO-MDE (desenvolvido neste trabalho) MODELO DE DESENVOLVI- MENTO DO INCÊNDIO NO INTERIOR DO EDIFÍCIO-MDI (a desenvolver futuramente) MODELO DE SISTEMAS DE DETECÇÃO E ALARME - MSDA (a desenvolver futuramente) de Incêndio em Edifícios MARIE / LNEC (Coelho 1997) MODELO DE ESTABILIDADE AO FOGO DO EDIFÍCIO-MEFE (a desenvolver futuramente) MODELO DE EVACUAÇÃO DO EDIFÍCIO- MEE (desenvolvido neste trabalho) MODELO DE FIABILIDADE - MF (a desenvolver futuramente) MODELO DE PROBABILIDADE E OCORRÊNCIA DO INCÊNDIO- MPOI (a desenvolver futuramente) MODELO DE GESTÃO DA INFORMAÇÃO- MGI (a desenvolver futuramente) MODELOS DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE EXTINÇÃO- MSAE (a desenvolver futuramente) MODELO DE ANÁLISE CUSTO/ BENEFÍCIO- MACB (a desenvolver futuramente) RISCO DE INCÊNDIO MODELO DE BRIGADAS DE COMBATE AO INCÊNDIO-MBCI (a desenvolver futuramente)

32 mspeed: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Emergency Evacuation Dynamics) Human 1 Virtual Ag.1 Virtual Ag. n Human n

33 mspeed: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics)

34 mspeed: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics) simulação baseada em agentes (ABMS): - agente entidade autónoma percepciona o ambiente (sensores) actua no ambiente (actuadores) raciocínio -> tomada de decisão comunicação -> interagir com outros agentes

35 Pré-evacuação: inquéritos para recolha dados E. Cordeiro, Visual sensors using the ray tracing method (Pan et al., 2007)

36 Pré-evacuação: inquéritos para recolha dados

37 Aquisição de dados usando Rfid (UWB -Ubisense) Vasconcelos, G., Petry, M., Almeida, J. E., Rossetti, R. J. F., & Coelho, A. L. (2012). Using UWB for Human Trajectory Extraction. 24th European Modeling & Simulation Symposium - EMSS Vienna, Austria 37

38 Aquisição de dados usando Rfid (UWB -Ubisense) Vasconcelos, G., Petry, M., Almeida, J. E., Rossetti, R. J. F., & Coelho, A. L. (2012). Using UWB for Human Trajectory Extraction. 24th European Modeling & Simulation Symposium - EMSS Vienna, Austria 38

39 Filme: aquisição de dados usando Rfid (UWB -Ubisense) 39

40 mspeed: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics) Jogos Sérios (ou Serious Games) - treino - educar - informar - investigar

41 mspeed: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics) EVAcuation simulator

42 EVAcuation simulator

43 EVAcuation simulator

44 EVAcuation simulator

45 mspeed: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics)

46 Publicações: Esteves, E. F. (2009). Utilização de agentes autónomos na simulação pedonal em interfaces multi-modais. in Portuguese, Master Dissertation, Engineering Faculty of Porto University, Porto. Esteves, E. F., Rossetti, R. J. F., Ferreira, P. A. F., & Oliveira, E. C. (2009). Conceptualization and implementation of a microscopic pedestrian simulation platform. Proceedings of the 2009 ACM symposium on Applied Computing - SAC 09, Aguiar, F. H.. (2010). Crowd Simulation Applied to Emergency and Evacuation Situations. University of Porto. Aguiar, F., Rossetti, R., & Oliveira, E. (2010). MAS-based Crowd Simulation Applied to Emergency and Evacuation Scenarios. IEEE ITSC2010 Workshop on Artificial Transportation Systems and Simulation (ATSS 2010). Madeira Island, Portugal.

47 Publicações: Modelação e Simulação do Cordeiro, E., Coelho, A. L., Rossetti, R. J. F., & Almeida, J. E. (2011). Human Behavior Under Fire Situations Portuguese Population. Fire and Evacuation Modeling Technical Conference. Baltimore, Maryland, August 15-16,2011. Cordeiro, E., Coelho, A. L., Rossetti, R. J. F., & Almeida, J. E. (2011). Human Behavior under Fire Situations A case study in the Portuguese Society. ADVANCED RESEARCH WORKSHOP: Evacuation and Human Behavior in Emergency Situations (pp ). Santander, Spain: GIDAI. Universidad de Cantabria. Almeida, J. E., Rosseti, R., & Coelho, A. L. (2011). Crowd Simulation Modeling Applied to Emergency and Evacuation Simulations using Multi-Agent Systems. In A. A. Sousa & E. Oliveira (Eds.), DSIE 11-6th Doctoral Symposium on Informatics Engineering (pp )., Engineering Faculty of Porto University, Porto.

48 Publicações: Modelação e Simulação do Ribeiro, J., Almeida, J. E., Rossetti, R. J. F., Coelho, A., & Coelho, A. L. (2012). Towards a serious games evacuation simulator. In K. G. Troitzch, M. Möhring, & U. Lotzmann (Eds.), 26th European Conference on Modelling and Simulation ECMS 2012 (pp ). Koblenz, Germany. Ribeiro, J., Almeida, J. E., Rossetti, R. J. F., Coelho, A., & Coelho, A. L. (2012). Using Serious Games to Train Evacuation Behaviour. CISTI a Conferencia Ibérica de Sistemas y Tecnologías de Información (pp ). Madrid, España. Almeida, J. E., Kokkinogenis, Z., & Rossetti, R. J. F. (2012). NetLogo Implementation of an Evacuation Scenario. WISA 2012 (Fourth Workshop on Intelligent Systems and Applications). Madrid, Spain. Retrieved from Vasconcelos, G., Petry, M., Almeida, J. E., Rossetti, R. J. F., & Coelho, A. L. (2012). Using UWB for Human Trajectory Extraction. 24th European Modeling & Simulation Symposium - EMSS Vienna, Austria.

49 Resultados: Teses de Mestrado (3 concluídas, 2 em curso): Esteves, E. F. (2009) Aguiar, F. H. (2010) Ribeiro, J., (2012) Teses de Doutoramento: 2 em curso Projecto FCT: mspeed

50 Objectivo: mspeed! Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics)

51 João Emílio S. C. Almeida 51