Study of evacuation drills through data collection, dimensional analysis, statistical regression, and IoT technologies

Abstract

Let's imagine the evacuation sirens go off, how soon would we all be out of the building? It will depend how many we are, 1000 people or maybe just 200? It will also depend on the dimensions and design of the building, and above all on how we behave. I mean, the time to assimilate that we have to leave, decide to leave, perhaps delayed by picking something up, waiting for or convincing someone, and other issues that make the exit longer. In other words, it is a system with many components that interact with each other.

The foundations of evacuation modeling were established in the 1970s and 80s, these being an analytical breakdown of the total time when carrying out an evacuation taking into account the different issues that could influence each of the defined components. All these aspects were of increasing complexity and began to be studied with the help of computer simulations. Computer simulations are very helpful, but require a large amount of resources to carry them out. They do not avoid the need to carry out evacuation drills and do not allow comparisons between evacuations of different buildings.

This Ph.D. thesis proposes a different approach, from a holistic view, of a system as a whole, where each building is a black box characterized by a dimensionless parameter that allows different buildings to be differentiated. The building is the independent variable of the system, while the ratio of evacuation time to people evacuated will be the dependent variable. In this way, the evacuations of different buildings can be compared.

One great difficulty concerning the study and research of evacuations is to collect enough data, both quantitative and qualitative. In this Ph.D. thesis, data have been collected from evacuation drills at the University of Valladolid for 10 years. In addition, a new indoor positioning system is proposed to facilitate the collection of future data that could be used to feed both the model proposed by this thesis, and to validate other study models.

This Ph.D. thesis offers an unprecedented approach to be able to compare the evacuations of different buildings, taking into account their most relevant characteristics for the evacuation, which until now had not been possible. The theoretical approach is supported by the historical data collected, and by data published by other authors. Furthermore, it also offers a viable solution for collecting more evacuation data using indoor positioning technologies.

Imaginemos que suenan las sirenas de evacuación, ¿en cuánto tiempo estaríamos todos fuera del edificio? Dependerá cuantos seamos (¿1.000 personas o quizás sólo 200?), de las dimensiones y diseño del edificio, y sobre todo de cómo nos comportemos, es decir, el tiempo que tardemos en asimilar que tenemos que salir, en decidirnos a salir, quizás en entretenernos en coger algo, o esperar o convencer a alguien, y otras cuestiones que nos pueden entretener. Es decir, se trata de un sistema con multitud de elementos que interaccionan entre sí.

Las bases de la modelización de la evacuación se establecieron en las décadas de los años 70 y 80 del siglo XX, siendo un desglose analítico del tiempo total a considerar cuando se efectúa una evacuación teniendo en cuenta las diferentes variables que podían influir en cada uno de los elementos definidos. La modelización de todos estos aspectos de complejidad creciente, pasó a ser estudiado con la ayuda de simulaciones por ordenador. Las simulaciones de ordenador son de gran ayuda pero implican un gran esfuerzo en recursos para poder llevarlas a cabo, no evitan la realización de ejercicios de simulacros y no permiten comparar edificios diferentes.

Esta tesis doctoral propone un enfoque diferente, desde una visión holística, como un sistema en su conjunto donde cada edificio sea una caja negra caracterizada con un parámetro adimensional que permita diferenciar edificios distintos, siendo el edificio la variable independiente del sistema mientras que la relación ``tiempo de evacuación entre personas evacuadas'' es la variable dependiente. De esta manera se pueden comparar las evacuaciones de diferentes edificios.

Una gran dificultad que tiene el estudio e investigación sobre las evacuaciones es recopilar datos suficientes, tanto cuantitativos como cualitativos, de las mismas. En esta tesis se han recogido los datos de simulacros de evacuación de la Universidad de Valladolid durante 10 años. Además se propone un sistema, basado en localización indoor, para facilitar la recogida de datos futuros, válidos para alimentar tanto al modelo propuesto por esta tesis, como para validar otros modelos de estudio.

Esta tesis ofrece un planteamiento novedoso para poder comparar las evacuaciones de edificios diferentes, teniendo en cuenta sus características más relevantes en la evacuación, lo cual, hasta ahora, no había sido posible. El planteamiento teórico se ve respaldado por los datos históricos recogidos y por los datos publicados por otros autores. Además, propone una solución viable para la recopilación de más datos de evacuaciones valiéndose de tecnologías de posicionamiento en interiores.