Sistema activo inteligente de señalización dinámica - Trayendo la humilde señal de emergencia al siglo XXI
Edwin R. Galea, Hui Xie y Peter Lawrence
Fire Safety Enginering Gropup
University of Greenwich
La razón de la existencia de la señalización de salidas de emergencia es guiar a las personas hacia un lugar seguro y lejos de peligro. Pero la mayoría de los sistemas de señalización actuales carecen de la capacidad para responder a un entorno de amenazas cambiante o para atraer la atención inmediata de las personas que están allí para ayudar. Estos sistemas pueden ser los requeridos por las normas de construcción y la legislación de seguridad, pero su potencial para pasar desapercibidos, o alejar a las personas de lugares seguros, o incluso ponerlas en peligro en algunos casos, los hace inherentemente poco fiables en muchas de las situaciones para las que fueron concebidos.
La naturaleza pasiva de los sistemas tradicionales de señalización de emergencia ha contribuido al trágico número de muertes evitables en situaciones de emergencia. Algunas tragedias en las que intervino el fracaso de los sistemas de señalización de emergencia para cumplir sus propósitos básicos de seguridad, sistemas que cumplían con la legislación), incluyen el incendio del Metro de Londres en la Estación de King's Cross (1987), el incendio del Aeropuerto de Düsseldorf (1996), el incendio del Club Nocturno de Rhode Island (2003) y el ataque terrorista al Centro Comercial Westgate de Nairobi. (2013) [1-4].
En los incidentes de Rhode Island y Dusseldorf, muchas personas no vieron las señales de salida de emergencia, que cumplían con la ley, y no utilizaron las salidas de emergencia adecuadas o retrasaron su utilización, lo que tuvo como resultado trágicas consecuencias en muchos casos. En los incidentes de King's Cross, Düsseldorf y Nairobi, las señales de salida de emergencia no pudieron adaptarse a la situación que se desarrollaba y desviar a las personas de las rutas de salida de emergencia que se habían visto comprometidas, lo que nuevamente tuvo como resultado trágicas consecuencias. Incluso en el desastre del WTC 911 (2001), la evacuación de muchas personas se retrasó porque no pudieron encontrar las escaleras de emergencia, a pesar de que las salidas estaban señalizadas con señalización de emergencia [5].
Estas y otras tragedias han puesto de relieve la necesidad crucial de que el humilde sistema de señalización de salidas de emergencia evolucione hacia el siglo XXI. La necesidad de señales de salidas de emergencia que atraigan la atención cuando necesitan ser percibidas, para redirigir a las personas en una emergencia en evolución, para identificar, no solo una ruta de salida, sino la ruta de salida óptima, ha impulsado el desarrollo de una nueva generación de sistemas de señalización avanzada. El Sistema Inteligente de Señalización Dinámica Activa, (IADSS) (Intelligent Active Dynamic Signage System), desarrollado como parte del proyecto GETAWAY financiado por la Comisión Europea FP7, intenta satisfacer estas necesidades.
El proyecto GETAWAY, que se desarrolló entre noviembre de 2011 y octubre de 2014, tuvo como objetivo desarrollar y demostrar un innovador sistema de señalización de
emergencia, capaz de señalar el direccionamiento óptimo en tiempo real a los ocupantes del edificio durante una evacuación de emergencia. El proyecto fue gestionado por BMT, con el Fire Safety Engineering Group (FSEG) de la Universidad de Greenwich que desempeñó el liderazgo técnico. Socios del proyecto fueron: Ferrorcarrils de la Generalitat de Catalunya, que proporcionó la Estación de tren de Sant Cugat, en Barcelona, para probar el sistema, Evaclite Ltd que suministró las Señales Dinámicas Activas, Hochiki Europe que proporcionó su experiencia en sistemas avanzados de detección de incendios, Vision Semantics que desarrolló algoritmos de conteo de personas para los sistemas de CCTV, Kingfell, que proporcionó información práctica sobre cómo implementar el sistema como parte del diseño de ingeniería contra incendios, y el Metro de Londres, que proporcionó información para la operación de estaciones subterráneas complejas.
La investigación realizada por el FSEG, sobre el comportamiento humano para orientarse durante una evacuación de emergencia simulada, demostró que la mayoría de las personas tienen dificultades para percibir y, por tanto utilizar, la información ofrecida por la señalización [6]. Aproximadamente solo el 38% de las personas perciben la señal de salida de emergencia estándar del "hombre verde corriendo" (ver Figura 1a) colocada directamente frente a ellos. La mayoría de las restantes, aunque pueden estar mirando directamente al letrero, en realidad no lo "ven". Se sugiere que la mayoría de las personas son ciegas a las señales de salida de emergencia estándar debido al fenómeno de "irrelevancia aprendida" [7], por el cual, las personas expuestas continuamente a las señales de salida de emergencia, sin tener la necesidad de usarlas, entrenan eficazmente a su cerebro para ignorar esas señales. Sin embargo, la investigación también mostró que si la señal de salida de emergencia fue realmente percibida por un individuo, hubo una aceptación de casi el 100% de la información, lo que sugiere que si las señales de emergencia pudieran destacarse más, podrían ser extremadamente efectivas para dirigir personas a lo largo de una ruta deseada.
El dilema es qué se puede hacer para que las señales de salida de emergencia destaquen, sin hacerlas más grandes, lo que arquitectos y propietarios de locales preferirían evitar. Para abordar este desafío, FSEG se asoció con la empresa británica Evaclite [8] y desarrolló el concepto Active Dynamic Signage System (ADSS). El concepto ADSS utiliza LED verdes intermitentes y en funcionamiento, dentro de la flecha de una señal de salida de emergencia estándar, para llamar la atención de las personas hacia la señal (ver Figura 1). Las luces LED intermitentes mejoran la capacidad de la señal (mejorando la detectabilidad de la señalización) sin cambiar significativamente el diseño de la señal, reduciendo así el riesgo de confundir a los ocupantes y asegurando que la señal modificada siga cumpliendo con las regulaciones. Los LED parpadean en un ciclo de cuatro pasos para dar la impresión de una secuencia de luces en marcha, reforzando la información direccional proporcionada por la flecha (ver Figura 1). El ciclo de parpadeo solo se activa (de ahí la palabra Activo en el nombre del dispositivo) una vez que suena la alarma, lo que garantiza que los ocupantes del edificio no se familiaricen demasiado con el concepto, lo que reduce la probabilidad de que se produzca el fenómeno “irrelevancia aprendida”. Además, el diseño mejorado tiene la ventaja de ser “seguro al fallo”, ya que, si los LED no funcionan, la señal modificada
permanece como una señal de salida de emergencia estándar.
La primera parte del proyecto GETAWAY consistió en probar el concepto ADSS para determinar si podría mejorar significativamente el nivel de percepción de las señales de salida de emergencia. Esto implicó la repetición de las pruebas anteriores con la señal de salida de emergencia estándar reemplazada por el ADSS. Los resultados fueron alentadores, demostrando que el 77% de los participantes detectaron el ADSS y el 100% de esas personas siguieron la guía ofrecida por la señal - un aumento del 103% en la tasa de detección en comparación con las señales estáticas convencionales. Además, los ensayos sugirieron que al detectar el ADSS, los participantes necesitaron un promedio de 1,8 s para decidir una ruta (es decir, seguir la señal) en comparación con 2,6 s para la señal de salida de emergencia estándar y 5,7 s para aquellos que no pudieron ver la señal [9]. Con el éxito de la primera serie de pruebas GETAWAY que demuestran la eficacia del concepto ADSS, Evaclite ha extendido el concepto a las señales de salida de emergencia estadounidenses, con las diferencias claves del uso de un galón intermitente en lugar de una flecha intermitente, y excluyendo el “hombre verde corriendo” (ver Figura 2)
.
Figura 2. El concepto ADSS implementado en señales de emergencia de estilo estadounidense.
Como ha quedado demostrado durante desastres en el mundo real, tal como el del Aeropuerto de Düsseldorf, el del Metro de King's Cross o el del Centro Comercial de Nairobi, a menudo ocurre que una ruta de escape normalmente viable, puede convertirse en insegura, debido a la presencia de peligros. Como parte del IADSS, se consideró importante transmitir esta información de conciencia situacional a la población evacuada a través del sistema de señalización. Por lo tanto, en lugar de simplemente no activar las señales dinámicas que apuntan a la ruta de salida comprometida, se requería un medio para cerrar efectivamente la ruta de salida. Era importante que el concepto de “negación” pudiera incorporarse fácilmente dentro del diseño estándar de la señal de salida de emergencia sin comprometer el cumplimiento normativo y, sobre todo, el concepto debía ser intuitivo y fácil de entender por todos, sin necesidad de explicación. FSEG junto con Evaclite idearon varias opciones de diseño posibles que podrían incorporarse al concepto ADSS para anular una ruta de salida. Los diseños tentativos se probaron a través de una encuesta internacional que involucró la participación de 451 personas en 10 países. La encuesta mostró que utilizar una simple cruz roja en la cara del letrero era la mejor opción, y fue comprendida por más del 90% de la muestra [9]. Para evitar confusiones y mejorar la detectabilidad, la mayor parte de la cruz roja está formada por LED rojos sólidos con solo el primer y el último LED en la cruz destellando (consulte la Figura 3).
Figura 3. El concepto ADSS implementado dentro la señal standard del "hombre verde corriendo" mostrando la negación de la ruta.
Con el concepto del ADSS completado, la siguiente etapa del proyecto GATEWAY era comprobar el concepto en una prueba de evacuación a escala real. Se llevaron a cabo dos pruebas de evacuación a escala real en la estación de Sant Cugat, en Barcelona, España. El primer ensayo se realizó con las señales de salida de emergencia convencionales para establecer una respuesta de referencia, mientras que el segundo ensayo se realizó con el ADSS. En los dos ensayos participaron personas que no estaban familiarizadas con el diseño de la estación, no intervino el personal de la compañía, y solo se utilizó un sistema de alarma por voz para indicar que era necesario proceder a una evacuación. En ambos casos se utilizó el mismo mensaje de alarma sin hacer referencia a las señales de emergencia. Los participantes fueron colocados en lugares fijos distribuidos a lo largo del andén. Había cuatro salidas de andén ubicadas inmediatamente detrás de la ubicación de inicio de los participantes y distribuidas casi uniformemente a lo largo del andén. Las cuatro salidas estuvieron disponibles durante la primera prueba, mientras que en la segunda prueba, las primeras tres rutas de salida fueron “negadas” por el ADSS y la única salida viable de la plataforma era la cuarta salida, ubicada en el extremo más alejado del andén. La única salida viable en el segundo ensayo no fue la salida más cercana para la mayoría de los participantes y, por lo tanto, les obligó a adoptar un comportamiento diferente al exhibido en el primer ensayo.
En la primera prueba, el 99% de los participantes salieron de la estación por la salida más cercana. Aunque este comportamiento en la selección de la salida resultó consistente con el sistema de señalización, solo un pequeño número de participantes fueron identificados observando activamente las señales estáticas convencionales, por lo que es poco probable que las señales de emergencia convencionales influyeran realmente en la selección de la ruta de escape, y que la proximidad a una salida viable fuese probablemente la principal motivación para la elección de salida. Esto fue confirmado por los resultados del cuestionario realizado después del ensayo que indicaron que la señalización solo representó el 27% en la selección de salida de los participantes, mientras que el factor más significativo, que representó al 51%, fue la proximidad de la salida a la población que realizaba la evacuación.
En el segundo ensayo, solamente el 54% de la población utilizó su salida más cercana (excluyendo a aquellos que inicialmente estaban cerca de la única salida viable). Por lo tanto, una gran parte de los participantes siguió el ADSS para utilizar la salida viable distante. Sin embargo, se esperaba que una mayor proporción de participantes hubiera utilizado la salida viable indicada por la ADSS. La razón del uso menor de lo esperado del ADSS fue sugerida por la respuesta a los cuestionarios. Si bien muchos de los que usaron la salida más cercana se dieron cuenta de que la cruz roja intermitente significaba que no debían usar la salida, no se les proporcionó una alternativa. El letrero de la flecha verde parpadeante ubicado sobre la cuarta salida no podía ser visto fácilmente por quienes se encontraban en el otro extremo del andén a unos 40 m de distancia. Se llegó a la conclusión de que si se va a “negar” una ruta (proporcionar información negativa), también será necesario indicar una ruta alternativa (proporcionar información positiva).
Para la siguiente serie de pruebas, el ADSS se modificó para que todas las rutas de salida de emergencia estuvieran indicadas en cada ubicación de señalización (ver Figura 4). Por lo tanto, si una ruta se considera inviable, se indicará una alternativa.
Figura 4. El concepto ADSS modificado indicando dos direcciones de salida no viables y una dirección de salida viable.
La prueba se repitió con el ADSS modificado (ver Figura 4) y con todos los participantes de la prueba ubicados en el otro extremo del andén a 40 m de la salida viable. Una vez más, las tres primeras salidas fueron “negadas” y solamente la cuarta salida se consideró viable. Sin embargo, además de “negar” cada salida no viable, una flecha verde intermitente señaló el camino hacia la salida viable. Esta prueba se consideró más desafiante que las dos primeras, ya que en este caso, la población tendría que pasar por delante de tres salidas antes de llegar a la cuarta y última salida que se consideró viable. En este ensayo, solo el 34% de la población utilizó la salida más cercana (la primera salida) y el 66% de la población eligió utilizar la cuarta salida. Claramente, proporcionar la información tanto positiva como negativa en cada ubicación de señalización mejora la efectividad del ADSS
La parte final del proyecto GETAWAY fue la introducción de "Inteligencia" en el ADSS. Esto se logra a través de dos sistemas de apoyo distintos desarrollados para trabajar junto con el ADSS (ver Figura 5). El primero es un sistema de recopilación de información que proporcionó al IADSS un conocimiento de la situación actualizado al minuto. Esto incluyó el número y distribución de ocupantes y la presencia de peligros de incendio como humo, calor y gases tóxicos. La información de la población se recopiló a través del sistema de circuito cerrado de televisión que monitorea el andén de la estación y se determinó mediante un algoritmo de conteo de personas desarrollado por el socio de GETAWAY, Vision Semantics. El estado del incendio se informó a través de un sistema de detección de incendios simulado basado en un sistema de detección de incendios de última generación proporcionado por el socio de GATEWAY, Hochiki Europa. El segundo sistema es un componente inteligente conocido como Decision Engine (DE) que se utiliza para identificar la ruta de salida óptima. El DE utiliza la información de los indicios de incendio proporcionada por el sistema de detección y un algoritmo de coincidencia de patrones desarrollado por FSEG para identificar qué incendio predeterminado de una biblioteca de incendios coincide más con los indicios de incendio detectados. La biblioteca de incendios contiene una amplia gama de incendios pre-simulados producidos utilizando el software de simulación de incendios SMARTFIRE CFD [10]. La distribución de la población y el incendio identificado se cargan en el software de simulación de evacuación de edificios EXODUS, que procede a ejecutar una lista de estrategias de evacuación predeterminadas para la estructura. Utilizando el algoritmo Safe Egress Route Metric (SERM) desarrollado por FSEG, el DE interroga los resultados de la simulación y clasifica las estrategias, de la mejor a la peor, en función de factores tales como las muertes y lesiones proyectadas, la distancia recorrida, el tiempo de evacuación, la cantidad de escaleras utilizadas, etc. El algoritmo también proporciona una estimación de la incertidumbre para cada caso. Las estrategias de evacuación clasificadas se presentan luego al controlador humano, quien toma la decisión final sobre cuál es la mejor opción para implementar. La estrategia de salida identificada se implementa utilizando el ADSS. Cuando se activa, el ADSS indica no solo qué camino tomar para llegar a un lugar seguro, sino lo que es igualmente importante, ¡adónde no se debe ir! De esta manera, el IADSS dirige a los ocupantes a sus salidas óptimas, evitando al mismo tiempo rutas potenciales no viables.
El IADSS completo fue demostrado en una serie de ensayos en Sant Cugat. El objetivo era demostrar que el sistema podía identificar la ruta de evacuación óptima dentro del margen de tiempo existente entre que el sistema de detección identifica un posible incendio y la activación de la alarma. Se utilizó un fuego simulado como fuego de prueba, que era diferente a todos los incendios de la biblioteca de incendios y también se simuló la respuesta del sistema de alarma. Los participantes de la prueba se distribuyeron en el andén como en las pruebas anteriores y el algoritmo de conteo de personas proporcionó una aproximación del número y la ubicación de las personas en el andén. La estación disponía de siete posibles estrategias de evacuación, por lo que se preprogramaron siete posibles escenarios de evacuación en el DE para que se ejecutaran utilizando EXODUS [5,6]. El paquete de software completo se ejecutó en un PC de múltiples núcleos (sistema de cuatro núcleos de múltiples subprocesos). El sistema de detección simulado identificó un posible incendio y entró en Modo de Alerta y 30 segundos después entró en Modo de Alarma.
Figura 5. Estructura del IADSS.
observada. Se seleccionó la ruta de evacuación óptima y se presentó al controlador dentro de 21 segundos, 9 segundos antes de que se activara la alarma. Se configuró el ADSS y la mayoría de la población se trasladó a la salida adecuada; solo el 42% salió por la salida más cercana.
Referencias
1. Fennell, D., 1998. Investigation into the King's Cross Underground Fire, Her Majesty’s Stationery Office: London, ISBN 0-10-104992-7
2. Weinspach, P.M., Gundlach, J., Klingelhofer, H.G., Ries, R., Schneider, U., 1997. Analysis Of The Fire On April 11th, 1996. Recommendations And Consequences For Düsseldorf Rhein-Ruhr-Airport, Staatskanzlei Nordrhein-Wstfalen, Mannesmannufer 1 A, 40190 Düsseldorf, Germany
3. Grosshandler, W., Bryner, N., Madrzykowski, D. and Kuntz K., 2005. Report of the Technical Investigation of the Station Nightclub Fire, NIST NCSTAR 2: Vol. I-II, National Institute of Standard and technology, Gaitherburg, MD., USA
4. BBC, 2013. Nairobi siege: How the attack happened. [Online] Available at: http://www.bbc.co.uk/news/world-africa-24189116
5. Galea, E.R., 2014. High-Rise Building Evacuation Post 911 – Addressing the Issues. Tall Building Fire Safety Conference 2014, Proceedings of the 2nd International Conference, CMS Press, Greenwich, UK, ISBN 978190452853, pp 75-89, 2014
6. Xie, H., Filippidis, L., Galea, E.R., Blackshields, D., Lawrence, P.J., 2012. Experimental analysis of the effectiveness of emergency signage and its implementation in evacuation simulation, Fire and Materials, Vol 36, Issue 5-6, pp. 367-382, DOI: 10.1002/fam.1095
7. McClintock, T., Shields, T.J., Reinhardt-Rutland, A.H., Leslie, J.C., 2001. A behavioural solution to the learned irrelevance of emergency exit signage. Proceedings of the 2nd International Symposium on Human Behaviour in Fire, MIT, Boston, USA, Interscience Communications Ltd: London, pp.23-33, ISBN 0953231267
9. Galea, E.R., Xie, H. and Lawrence, P.J., 2014. Experimental and Survey Studies on the Effectiveness of Dynamic Signage Systems, Fire Safety Science 11: 1129-1143. 10.3801/IAFSS.FSS.11-1129
10. Xiaoqin Hu, Zhaozhi Wang, Fuchen Jia, Edwin R Galea, Mayur K Patel, “Simulating Smoke Transport in Large Scale Enclosure Fires using a Multi-Particle-Size Model”, Proceedings of the Tenth International Symposium on Fire Safety Science, University of Maryland, 19-24 June 2011, pp. 445-458. ISSN 1817-4299. DOI: 10.3801/IAFFS.FSS.10-445