ABORDAGEM A UMA METODOLOGIA PARA AVALIAÇÃO DOS IMPACTOS PROVOCADOS PELA DISRUPÇÃO DE INFRAESTRUTURAS CRÍTICAS. UTILIZAÇÃO DE UM MODELO SÍSMICO PARA SIMULAÇÃO Isabel PAIS Geógrafa Assessora da Vice- Presidente Conselho Nacional de Planeamento Civil de Emergência Lisboa C. Sousa OLIVEIRA Engenheiro Professor Catedrático IST Lisboa F. Mota de SÁ Engenheiro Consultor Fuzzy, Engenharia de Sistemas e Decisão Lda. Lisboa SUMÁRIO O presente paper aborda e ilustra a utilização de uma metodologia para avaliação de impactos provocados pela disrupção de infraestruturas, causados, quer no Sistema de Produção a que pertencem, quer no respectivo Sector de Actividade, bem como noutros sectores da vida do País. Esta metodologia, permitindo modelizar efeitos de cascata, utiliza técnicas provenientes do Apoio à Decisão Multicritério e tecnologia GIS. Para o efeito, foi construído um exemplo de aplicação, ao longo do qual vão sendo explicadas as várias técnicas utilizadas. Finalmente, aplicar-se-á esse exemplo à quantificação do nível do disrupção referido, face a uma determinada ameaça : a ocorrência de um sismo. 1. INTRODUÇÃO A procura de níveis crescentes de prosperidade pelas sociedades modernas, bem como de maiores níveis de bem-estar geram, por um lado, uma crescente dependência da tecnologia, recursos energéticos e matérias-primas e criam, por outro lado, riscos acrescidos.
494 SÍSMICA 2004-6º Congresso Nacional de Sismologia e Engenharia Sísmica As ameaças que impendem sobre as sociedades podem ter origem em desastres naturais, em que existem os meios (os meios da Natureza), mas cuja intenção se desconhece; em desastres de natureza tecnológica, onde a intenção pode ser, por vezes e até certo ponto, controlável; e em acções de natureza violenta, resultantes da conflitualidade entre Estados, as quais se desencadeiam quando, aos meios necessários, se acrescenta uma intenção. Compete ao Estado, de acordo com as funções que lhe estão atribuídas, assegurar mecanismos capazes de garantirem um processo de preparação civil com vista a assegurar a salvaguarda de um conjunto de valores fundamentais, designadamente a continuidade da acção governativa, a sobrevivência da Nação, o bem-estar da população e a salvaguarda do património nacional. A preparação é um processo permanente e continuamente adaptado à evolução da realidade, de modo a garantir uma resposta eficaz sempre que uma situação de crise se instale no País. É ao Planeamento Civil de Emergência que compete levar a cabo as acções de preparação civil, através da identificação das vulnerabilidades do País perante situações de crise, e promovendo o planeamento das acções a desenvolver nas áreas dos recursos e actividades estratégicas, com vista à prevenção, minimização das consequências e reposição da normalidade. Contudo, numa situação de ocorrência grave, que afecte um elevado e diversificado conjunto de alvos a proteger, torna-se indispensável dispor de uma clara definição de prioridades, sobretudo quando se sabe serem sempre limitados os meios e os recursos a mobilizar, constituindo desta forma um meio fundamental de apoio à decisão em situação de crise. A construção de instrumentos que permitam priorizar simultaneamente acções de intervenção e medidas de protecção é essencial. Entre eles, a Carta Nacional de Pontos Sensíveis, cuja elaboração se encontra em curso, constitui neste contexto, um instrumento estratégico fundamental e uma maisvalia para o processo de gestão de crises e sua preparação. Na óptica de que nenhum País pode proteger tudo, torna-se necessário ter disponível uma ferramenta fundamental orientadora de prioridades, quer em situações de tensão sobre o processo de decisão, quer numa perspectiva preventiva de minimização de vulnerabilidades e de definição estratégica de estruturas, espaços e sistemas a defender e proteger, face a diferentes tipos de ameaças e riscos. A Carta identifica e classifica estas estruturas, espaços e sistemas, designados por Pontos sensíveis, permitindo a sua posterior hierarquização, recorrendo a diferentes tipos de critérios ou pontos de vista, como, p.e., o impacto gerado pela sua afectação no sector de actividade, em outros sectores e na vida do País, a dificuldade ou impossibilidade da sua reposição ou a mobilização ou possibilidade de recurso a alternativas. As metodologias de modelação utilizadas permitem avaliar os efeitos causados pela destruição de um ou mais Pontos Sensíveis que afecte um Sistema de Produção, o próprio Sector de Actividade a que pertence, bem como outros Sectores e, em última análise, a vida do País. O presente paper aborda e ilustra a utilização de uma metodologia para avaliação de impactos provocados por disrupção de Pontos Sensíveis, neste caso, aplicado a infraestruturas, incorporando metodologias oriundas do Apoio à Decisão Multicritério e tecnologia GIS.
Isabel PAIS, C. Sousa OLIVEIRA, F. Mota de SÁ 495 2. METODOLOGIA PARA A AVALIAÇÃO DE IMPACTOS E EXEMPLO DE APLICAÇÃO A fim de melhor se apresentar o desenvolvimento da metodologia criada, foi feita a sua aplicação a um efeito concreto, que será descrito em simultâneo. 2.1. Conceitos de Vitalidade e Dependência Assim, consideremos, para exemplo, uma pequena vila de um país onde existem os seguintes Sectores e Sub-Sectores de Actividade, estes últimos envolvendo na sua cadeia de valor os Sistemas indicados na Fig. 1. Tendo em conta que estas actividades se desenvolvem num ambiente de interdependência, solicitou-se um parecer sobre essa matéria a um conjunto alargado de peritos, do qual resultou o quadro indicado na Fig 2 [1]. Fig.1: Sectores, Sub-Sectores e Sistemas Fig.2: Dependências Funcionais expressas numa escala de julgamentos semânticos
496 SÍSMICA 2004-6º Congresso Nacional de Sismologia e Engenharia Sísmica Numa 1ª fase, recorrendo a MACBETH [2], transformaram-se os julgamentos semânticos indicados na Fig 2, numa Escala Cardinal, tendo-se obtido uma escala como indicada no Quadro 1, obtendo-se uma nova Matriz de Dependências como indicado na Fig. 3: Quadro 1: Escala de Dependências Fig 3 : Dependências Funcionais expressas numa escala cardinal É possível desde já introduzir dois conceitos úteis para a modelação proposta: Vitalidade e Dependência. Analisando atentamente a figura seguinte, Fig 4, obtida desta última, observa-se: Dependência: Somando todas as entradas de uma linha e dividindo o resultado obtido pela soma de todos os valores da matriz, obtemos um bom indicador do se pode chamar Dependência. Estes valores encontram-se a vermelho na coluna em frente à designação de cada Sub-Sector. Vitalidade: De forma idêntica, somando todos os valores de uma coluna e, de igual forma, para efeitos de normalização do indicador numa escala [0..1], dividindo esse resultado pelo somatório de todos os valores constantes na matriz, obtém-se um valor que será tomado como medida da chamada Vitalidade já que facilmente se pode admitir também que um Sub-Sector é tão mais importante, ou vital, para o funcionamento global do sistema em análise, quanto mais Sectores dele dependerem. Esses valores encontram-se a vermelho na linha imediatamente abaixo do quadro global (Vitalidade dos Sub-Sectores, Bens ou Serviços).
Isabel PAIS, C. Sousa OLIVEIRA, F. Mota de SÁ 497 Fig. 4: Vitalidade e Dependência Prosseguindo, é possível agora obter a Vitalidade de um Sector somando as Vitalidades de cada um dos Sub-Sectores que dele fazem parte e ainda, obter uma medida da importância relativa de cada Sub-Sector dentro do Sector a que pertence, a Vitalidade de um Sub-Sector no Sector, dividindo o primeiro pelo segundo valor. Considere-se agora que na nossa pequena vila, existe um conjunto de infraestruturas, nas quais são produzidos alguns dos Bens ou Serviços indicados na Fig.1, contribuindo, cada uma delas, para as diversas funções ou Sistemas da cadeia de valor, tal como é indicado na Fig. 5. 2.2. Impacto da Disrupção de uma Infraestrutura e os Efeitos de Cascata Prosseguindo com a exemplificação, considere-se agora que, por um qualquer motivo que por agora não importa averiguar, a Subestação de Transformação 2 deixa de funcionar (não sendo possível a sua recuperação em tempo útil). É possível aceitar que, representando ela 40% da capacidade do Sistema de Transformação, este ficará apenas operacional a 60% (1-0,4), ou, posto de outra forma, a probabilidade de o mesmo funcionar sem falhas será de 0,6. Não tendo, no nosso exemplo, sido afectados nem o Sistema de Distribuição nem o de Produção, a probabilidade de funcionamento efectivo de cada um destes será de 100%, p.e., P(Transp)=1; P(Distrib)=1. Neste pressuposto, e partindo do princípio que os Sistemas que compõem a cadeia de disponibilização do Serviço de Energia Eléctrica funcionam de uma forma encadeada (sequencial ou em série), a Probabilidade de funcionamento do Sector de Energia Eléctrica,
498 SÍSMICA 2004-6º Congresso Nacional de Sismologia e Engenharia Sísmica P(Ee) = P(Transp) x P(Transf) x P(Distrib) = 1 x 0,6 x 1 = 0,6, ou seja: o Sector Energia Eléctrica ficou a funcionar a 60% [3]. Fig.5: Infraestruturas e respectivo contributo para a produção de cada Bem ou Serviço Voltando à matriz de dependências, observa-se que muitos outros sectores dependem do fornecimento de energia eléctrica, sendo uns mais dependentes do que outros. Naturalmente que estes sectores serão então afectados. Ex: o Sector Hospitalar, segundo o pressuposto considerado, depende em 100% do fornecimento de energia eléctrica. A probabilidade de falta de energia será de (1-0,6), e a probabilidade de o Sector Hospitalar ser afectado será então de 1 x (1-0,6). Assim sendo, a probabilidade do Sector Hospitalar permanecer em funcionamento será de 1- [ 1 x (1-0,6) ] = 0,6. Já o Salvamento e Socorro, segundo a nossa matriz de dependências, depende apenas em 80% do fornecimento de energia eléctrica. De forma análoga, a probabilidade de este continuar a funcionar (se só dependesse da Energia Eléctrica) seria então de 1- [ 0,8 x (1-0,6) ] = 0,68. Acontece agora que o Salvamento e Socorro depende do funcionamento de outros Sub- Sectores que, por sua vez, dependem também do fornecimento de Energia Eléctrica. Ex: o Salvamento e Socorro depende medianamente (0,36) do funcionamento da Assistência Pré- Hospitalar. Esta por sua vez depende totalmente (100%) do fornecimento de Energia Eléctrica, pelo que a sua probabilidade de funcionamento ficou em 1- [ 1 x (1-0,6) ] = 0,6. Logo, se o Salvamento e Socorro só dependesse da Assistência Pré-Hospitalar, teria ficado num nível de funcionamento de 1- [ 0,36 x (1-0,6) ] = 0,856. Ainda considerando outro exemplo, verifica-se que o Salvamento e Socorro depende totalmente do Sub-Sector Petróleo o qual depende em 80% da Energia Eléctrica. Por esta via, o Salvamento e Socorro ficaria (se só dependesse do
Isabel PAIS, C. Sousa OLIVEIRA, F. Mota de SÁ 499 Petróleo) a funcionar a 1- [ 1 x (1-0,68) ] = 0,68, onde 0,68 = 1- [ 0,8 x (1-0,6) ] que é o nível de funcionamento do sector Petróleo face à disrupção ocorrida no Sub-Sector Energia Eléctrica. Este efeito designa-se Efeito de Cascata. Os cálculos e o impacto do disfuncionamento da nossa Subestação1 nos Serviços de Salvamento e Socorro observa-se resumidamente na figura seguinte, Fig. 6. Fig. 6: Nível de Funcionamento do Serviço de Salvamento e Socorro (2%) face a uma disfunção numa das duas Estações de Transformação de Energia Eléctrica (Note-se que O Salvamento e Socorro é, neste exemplo, altamente dependente do funcionamento de outros Bens ou Serviços, também eles afectados, o que explica a sua grande disfunção). 2.3. Vulnerabilidade e Quantificação da Disrupção de uma Infraestrutura face a uma Ocorrência, tomando como exemplo o Sismo No exemplo anterior partiu-se do pressuposto que um qualquer efeito provocou a disrupção de uma infraestrutura, no caso, uma Subestação de Transformação de Energia Eléctrica, tendo admitido que esta simplesmente deixou de funcionar. É possível modelar estes efeitos introduzindo os conceitos de Vulnerabilidade e Grau de Dano ou Nível da Disrupção. Para efeito de ilustração destes conceitos, considera-se a modelação utilizada na previsão dos efeitos de um Sismo no parque edificado (Fig. 7). Define-se Nível de Disrupção ou Grau de Dano, Gd, como uma função de dois outros parâmetros: Vulnerabilidade, Vi e Intensidade, I, da acção, ie: Gd = f (Vi, I). Seguindo a modelação proposta por S. Giovinazzi [4], na qual se introduziram algumas adaptações, nomeadamente nas vulnerabilidades do edificado, podemos observar na Fig. 8, a função P(k I,Vi) que não é mais do que a probabilidade associada à ocorrência de um grau de dano k numa edificação com vulnerabilidade Vi face à ocorrência de um sismo de Intensidade I [5,6].
500 SÍSMICA 2004-6º Congresso Nacional de Sismologia e Engenharia Sísmica Sismo : 1755 Magnitude 8.75 Dist. Foc : 229 km mdg, Grau mádio de dano no edificado: min: 0.27, méd: 1.49 máx: 3.66 N W E S Quarteirões Grau Médio de Dano no Edificado 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 0 1000 2000 3000 Meters Fig. 7: Danos Esperados no Edficado da Cidade de Faro provocados por um Sismo de Magnitude 8,75 [Richter] com epicentro a 229 km. Fig 8: Grau de Dano esperado no Edificado face a uma acção Sísmica, P(K I,Vi)
Isabel PAIS, C. Sousa OLIVEIRA, F. Mota de SÁ 501 Estas funções permitem modelar o impacto das acções nas infraestruturas, ou, seguindo os efeitos de cascata, modelar o impacto indirecto de uma acção por via da disrupção das infraestruturas sobre as quais a acção teve efeito. Ex: é possível estimar o número de Mortos ou de Intoxicados face ao rebentamento de um depósito de gás tóxico provocado por uma acção intencional ou natural. Para tanto, será necessário construir uma função de vulnerabilidade da unidade fabril em que o depósito se encontra, face a um determinado tipo de agente agressor e, por determinação do raio de influência, inferir a população que nessa área será afectada. 3. CONCLUSÕES A crescente preocupação que se tem vindo a manifestar em muitos países no que diz respeito à protecção de infraestruturas críticas, parece ter uma resposta pragmática e concreta, na utilização de uma metodologia como a ilustrada no presente artigo mas que, no entanto, não se esgota no exemplo apresentado. 1. Desde já, a abordagem da importância das infraestruturas, cuja problemática é complexa, dado o seu funcionamento encadeado, e para a qual o recurso à teoria de grafos parece não poder dar uma resposta satisfatória, dada a complexidade dos mesmos, à qual se acrescenta a presença de circuitos fechados (ciclos), encontra na utilização da Matriz de Dependências e de Vitalidade, uma resposta bastante objectiva, facilmente inteligível e com uma significação cardinal concreta, permitindo superar as dificuldades sentidas. 2. Por outro lado, o recurso a MACBETH constitui um apport de extrema utilidade para a transformação de julgamentos semânticos em escalas de valor ordinais, permitindo também ultrapassar muitas das dificuldades, sobretudo quando estão em causa valores não mensuráveis directamente (como sejam os valores Sociais, Humanos Políticos e outros). Formulação idêntica pode ser usada para avaliação da importância relativa de Pontos de Vista Fundamentais (pesos), sobretudo como apoio a análises Multicritério. É de realçar que, no exemplo utilizado, apenas se abordou o impacto da disrupção de infraestruturas no tecido produtivo. Contudo, estas poderão ter impactos noutros critérios ou Pontos de Vista considerados Fundamentais como a Capacidade da Acção Governativa, a Capacidade de Manutenção de Níveis de Segurança ou os impactos em Valores Sociais. 3. A utilização da metodologia aqui utilizada não se restringe ao caso apresentado, antes, pode ser expandida para avaliação da Sensibilidade das Infraestruturas a várias outras Acções ou Agressões de naturezas distintas (Humanas, Naturais, Tecnológicas ou Estruturais). Para tanto, a introdução de Funções de Vulnerabilidade, às quais se podem acrescentar efeitos decorrentes de Medidas de Prevenção, Planos de Salvaguarda, desenvolvidos antes da ocorrência, ou Planos de Recuperação, após a ocorrência, permitem não apenas construir indicadores de Sensibilidade das Infraestruturas às diversas Ameaças consideradas, bem como a construção de Modelos de Simulação como o utilizado para Simulação Sísmica, aqui ilustrado para o caso concreto da Cidade de Faro. 4. Estando ainda numa fase embrionária de estudo e investigação, a metodologia aqui ilustrada tem vindo a ser ajustada e sistematicamente testada, através da aplicação a situações de
502 SÍSMICA 2004-6º Congresso Nacional de Sismologia e Engenharia Sísmica natureza muito diversa, tendo-se até aqui revelado muito adequada à abordagem pragmática e operacional de avaliação da Sensibilidade de Infraestruturas ou Espaços a vários agentes agressores, ou ainda à Simulação de Cenários de Agressão e avaliação dos seus impactos. Para tal, a metodologia continuará a ser desenvolvida e continuamente testada. 4. REFERÊNCIAS [1] Ministery of the Interior and Kingdom Relations Critical Infrastructure Protection in the Netherlands. The National Coordination Centre (NCC), The Netherlands, 2003, 28 p. [2] Bana e Costa, C. et al. - MACBETH, Measuring Acttractivness by a Categorical Based Evaluation TecHnique. www.m-macbeth.com. [3] Liberman,G. J. et al. - "Introduction to Operations Research", Reliability, 1990, McGraw- Hill, 5 th Edution, pp. 810-823. [4] Giovinazzi, S.; Langomarsino, S. - "A Method for the Vulnerability Analysis of Built-up Areas", 2003, Università degli Studi di Genova, DISEG. [5] Oliveira, C. S.; Pais, I; Mota de Sá, F: - "Impacto dos sismos no Edificado de Lisboa. Desenvolvimento de Modelos para toda a Cidade e para uma Área-Piloto", Proceedings do 4º Encontro de Sismologia e Engenharia Sísmica SÍSMICA 1999, 1999, Ed. SPES/Universidade do Algarve, pp.131-140. [6] Pais, I; Oliveira C. S.; Mota de Sá; Teves Costa, P. - "O Uso do Simulador de Danos Sísmicos no Planeamento e Gestão da Emergência. A Experiência da Cidade de Lisboa", Proceedings do 5º Encontro de Sismologia e Engenharia Sísmica SÍSMICA 2001, 2001, Ed. SPES/LREC, Açores, pp.707-718.