Fire Evacuation Strategies for Hospital Inpatient Wards under Different Fire Source Locations

Resumen Técnico: Estrategias de Evacuación de Incendios para Salas de Pacientes Hospitalarios bajo Diferentes Ubicaciones de la Fuente del Fuego

Planteamiento del Problema
Las salas de pacientes hospitalarios presentan desafíos únicos para la evacuación de incendios debido a la alta densidad de ocupantes, la vulnerabilidad de los pacientes (incluyendo personas inmóviles y encamadas) y la compleja disposición de los edificios típicos de las instalaciones médicas de gran altura. La investigación existente se centra a menudo en la dinámica de evacuación general o en la propagación del fuego de forma aislada, omitiendo frecuentemente la interacción crítica entre las ubicaciones específicas de la fuente del fuego y las restricciones de evacuación resultantes. En espacios públicos de alta densidad, la combinación de la inmovilidad de los pacientes y los peligros del humo puede provocar una congestión severa, estancamiento y un aumento de los riesgos de víctimas. Este estudio aborda la brecha en el desarrollo de estrategias de evacuación personalizadas que tengan en cuenta tanto la propagación dinámica de los peligros del fuego como las limitaciones específicas de movilidad de los ocupantes del hospital.

Metodología
El estudio emplea un marco de simulación de dos etapas utilizando como caso de estudio un departamento de pacientes de un hospital secundario de 12 pisos en China.

1. Simulación de la Dinámica del Fuego (PyroSim):

   • Diseño de Escenarios: Se modelaron tres escenarios de incendio distintos en el sexto piso (un nivel de pacientes altamente poblado) para probar el impacto de la ubicación de la fuente del fuego:
     • Escenario A: El fuego se localiza entre las dos escaleras.
     • Escenario B: El fuego se localiza cerca de la entrada de la Escalera 1.
     • Escenario C: El fuego se localiza cerca de la entrada de la Escalera 2.
   • Parámetros: El incendio se modeló como un fuego de crecimiento "rápido" ($\alpha = 0.04689 \, kW/s^2$) con una tasa de liberación de calor máxima de 2.5 MW.
   • Análisis de Peligros: La simulación rastreó la altura de la capa de humo, la temperatura, la concentración de CO y la visibilidad. Se establecieron umbrales críticos basados en los límites de tolerancia humana (por ejemplo, visibilidad < 5 m, temperatura > 60°C, CO > 500 ppm) para determinar el Tiempo de Egreso Seguro Disponible (ASET).

2. Simulación de Evacuación (Pathfinder):

   • Modelado de Ocupantes: El modelo incluyó 787 ocupantes (300 pacientes, 300 cuidadores, 187 personal médico). Los pacientes se categorizaron por movilidad: 13% encamados, 17% en silla de ruedas y 30% inmóviles. Se asignaron velocidades de evacuación basadas en género, edad y estado de movilidad.
   • Configuración de Comportamiento: Se utilizó el modo "Steering" (dirección) para simular la planificación dinámica de rutas y la evitación de colisiones. Se asumió un tiempo de respuesta de pre-evacuación de 60 segundos.
   • Prueba de Estrategias: Se simularon y compararon cinco estrategias de evacuación frente al ASET:
     • S1: Evacuación desorganizada (Grupo de control).
     • S2: Asignación de salidas diferenciadas (por ejemplo, pacientes encamados dirigidos a salidas específicas).
     • S3: S1 con configuraciones de prioridad de ocupantes (priorizando grupos vulnerables).
     • S4: S2 con configuraciones de prioridad de ocupantes.
     • S5: S4 con la adición de áreas de refugio designadas en los pisos por encima del tercer nivel.

Resultados Clave

• Determinación del ASET: La visibilidad se identificó como el factor limitante más crítico en todos los escenarios. En el Escenario A, el pasillo del sexto piso se volvió inseguro en un intervalo de 100 a 250 segundos dependiendo de la salida. En el Escenario B, la ventana de tiempo fue significativamente más corta (61–166 segundos). En el Escenario C, la ubicación del fuego bloqueó la Escalera 2, dejándola insegura para la evacuación.
• Eficiencia de la Evacuación (ASET vs. RSET):
  • Evacuación Desorganizada (S1): Resultó en el tiempo de evacuación más largo (986.9 s) y una congestión severa en la Salida 02/Escalera 2, fallando en evacuar a los pacientes del sexto piso de forma segura en los Escenarios A y B.
  • Salidas Diferenciadas (S2): Redujo el tiempo total de evacuación a 727.9 s mediante el equilibrio en el uso de las salidas. Sin embargo, la congestión persistió debido al movimiento lento de los pacientes encamados.
  • Configuraciones de Prioridad (S3 y S4): La implementación de la prioridad por sí sola (S3) redujo el tiempo en un 9% en comparación con S1, pero fue menos efectiva que la diferenciación de salidas. Combinar la prioridad con la diferenciación de salidas (S4) arrojó el mejor resultado entre las estrategias sin refugio (667.5 s).
  • Áreas de Refugio (S5): La inclusión de áreas de refugio para pacientes encamados resultó en la evacuación más eficiente (427 s). Al evitar que los pacientes encamados ingresaran a las escaleras de inmediato, la congestión se redujo significamente y la curva de evacuación general se volvió más fluida.
• Resultados Específicos por Escenario:
  • En el Escenario A, S5 fue la única estrategia que garantizó la evacuación segura de todos los ocupantes dentro del ASET.
  • En el Escenario B, incluso las estrategias optimizadas (S4 y S5) no pudieron evacuar a los ocupantes dentro del ASET (61 s) dado el tiempo de respuesta estándar de 60 s. La evacuación segura solo fue posible si el tiempo de respuesta se reducía a 23 s (S5) o 18 s (S4).
  • En el Escenario C, el cierre de la Escalera 2 y el redireccionamiento de los evacuados hacia la Escalera 1 permitió una evacuación segura bajo las estrategias S4 y S5.

Contribuciones Clave

1. Enfoque de Simulación Integrado: El estudio integra con éxito la dinámica del fuego (PyroSim) y la evacuación de peatones (Pathfinder) para evaluar las estrategias de evacuación bajo restricciones específicas de la fuente del fuego, en lugar de tratarlas como variables independientes.
2. Optimización de Estrategias: La investigación demuestra que, si bien las configuraciones de prioridad ayudan, la asignación física de salidas y el uso de áreas de refugio son mucho más impactantes para reducir los tiempos de evacuación en las salas hospitalarias.
3. Eficacia de las Áreas de Refugio: El estudio proporciona evidencia cuantitativa de que las áreas de refugio reducen significativamente el tiempo total de evacuación al desacoplar el movimiento de los pacientes inmóviles del flujo principal de evacuación en las escaleras.
4. Estrategias Dependientes de la Ubicación: Los hallazgos resaltan que un único plan de evacuación es insuficiente; las estrategias deben adaptarse según la proximidad del fuego a las escaleras y salidas.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que sus hallazgos proporcionan estrategias prácticas y aplicables para la gestión de la seguridad contra incendios en salas de pacientes de hospitales de gran altura. Al identificar que la visibilidad es el peligro principal y que la asignación de salidas combinada con las áreas de refugio ofrece la solución más robusta, el estudio ofrece una vía para reducir eficazmente las víctimas. Los autores enfatizan que los planes de evacuación deben ser dinámicos, ajustando las rutas de salida y los protocolos de respuesta basándose en la ubicación específica de la fuente de un incendio para asegurar que los ocupantes puedan evacuar dentro del Tiempo de Egreso Seguro Disponible. El estudio concluye que la optimización de la selección de salidas, el establecimiento de prioridades de ocupantes y la implementación de áreas de refugio son componentes esenciales para mejorar la seguridad en escenarios complejos de evacuación médica.