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

Resumo Técnico: Estratégias de Evacuação de Incêndio para Enfermarias de Hospitais sob Diferentes Localizações de Fontes de Incêndio

Definição do Problema
As enfermarias de hospitais apresentam desafios únicos para a evacuação de incêndios devido à alta densidade de ocupantes, à vulnerabilidade dos pacientes (incluindo indivíduos imóveis e acamados) e ao layout complexo de edifícios típicos de instalações médicas de grande altura. Pesquisas existentes frequentemente focam na dinâmica geral de evacuação ou na propagação do fogo de forma isolada, negligenciando frequentemente a interação crítica entre localizações específicas da fonte de incêndio e as restrições de evacuação resultantes. Em espaços públicos de alta densidade, a combinação da imobilidade dos pacientes e dos perigos da fumaça pode levar a congestionamentos severos, estagnação e aumento dos riscos de fatalidades. Este estudo aborda a lacuna no desenvolvimento de estratégias de evacuação personalizadas que considerem tanto a propagação dinâmica dos perigos do incêndio quanto as limitações específicas de mobilidade dos ocupantes hospitalares.

Metodologia
O estudo emprega uma estrutura de simulação em duas etapas utilizando um estudo de caso de um departamento de internação de um hospital secundário de 12 andares na China.

1. Simulação de Dinâmica de Incêndio (PyroSim):

   • Design de Cenários: Três cenários distintos de incêndio foram modelados no sexto andar (um nível de internação com alta população) para testar o impacto da localização da fonte de incêndio:
     • Cenário A: Incêndio localizado entre as duas escadas.
     • Cenário B: Incêndio próximo à entrada da Escada 1.
     • Cenário C: Incêndio próximo à entrada da Escada 2.
   • Parâmetros: O incêndio foi modelado como um incêndio de crescimento "rápido" ($\alpha = 0,04689 \, kW/s^2$) com uma taxa de liberação de calor máxima de 2,5 MW.
   • Análise de Perigo: A simulação rastreou a altura da camada de fumaça, temperatura, concentração de CO e visibilidade. Limiares críticos foram estabelecidos com base nos limites de tolerância humana (ex: visibilidade < 5 m, temperatura > 60°C, CO > 500 ppm) para determinar o Tempo de Saída Segura Disponível (ASET).

2. Simulação de Evacuação (Pathfinder):

   • Modelagem de Ocupantes: O modelo incluiu 787 ocupantes (300 pacientes, 300 cuidadores, 187 profissionais médicos). Os pacientes foram categorizados por mobilidade: 13% acamados, 17% em cadeiras de rodas e 30% imóveis. As velocidades de evacuação foram atribuídas com base no gênero, idade e status de mobilidade.
   • Configurações Comportamentais: O modo "Steering" foi utilizado para simular o planejamento dinâmico de rotas e a prevenção de colisões. Foi assumido um tempo de resposta pré-evacuação de 60 segundos.
   • Teste de Estratégias: Cinco estratégias de evacuação foram simuladas e comparadas com o ASET:
     • S1: Evacuação não organizada (Grupo de controle).
     • S2: Atribuição diferenciada de saídas (ex: pacientes acamados direcionados para saídas específicas).
     • S3: S1 com configurações de prioridade de ocupantes (priorizando grupos vulneráveis).
     • S4: S2 com configurações de prioridade de ocupantes.
     • S5: S4 com a adição de áreas de refúgio designadas nos andares acima do terceiro nível.

Principais Resultados

• Determinação do ASET: A visibilidade foi identificada como o fator limitante mais crítico em todos os cenários. No Cenário A, o corredor do sexto andar tornou-se inseguro dentro de 100–250 segundos, dependendo da saída. No Cenário B, a janela de tempo foi significativamente menor (61–166 segundos). No Cenário C, a localização do incêndio bloqueou a Escada 2, tornando-a insegura para a evacuação.
• Eficiência de Evacuação (ASET vs. RSET):
  • Evacuação Não Organizada (S1): Resultou no maior tempo de evacuação (986,9 s) e congestionamento severo na Saída 02/Escada 2, falhando em evacuar os pacientes do sexto andar com segurança nos Cenários A e B.
  • Saídas Diferenciadas (S2): Reduziu o tempo total de evacuação para 727,9 s ao equilibrar o uso das saídas. No entanto, o congestionamento persistiu devido ao movimento lento dos pacientes acamados.
  • Configurações de Prioridade (S3 & S4): A implementação apenas de prioridade (S3) reduziu o tempo em 9% em relação ao S1, mas foi menos eficaz do que a diferenciação de saídas. Combinar prioridade com diferenciação de saídas (S4) produziu o melhor resultado entre as estratégias sem refúgio (667,5 s).
  • Áreas de Refúgio (S5): A inclusão de áreas de refúgio para pacientes acamados resultou na evacuação mais eficiente (427 s). Ao evitar que os pacientes acamados entrassem nas escadas imediatamente, o congestionamento foi significativamente reduzido e a curva de evacuação geral tornou-se mais suave.
• Resultados Específicos por Cenário:
  • No Cenário A, a S5 foi a única estratégia que garantiu a evacuação segura de todos os ocupantes dentro do ASET.
  • No Cenário B, mesmo as estratégias otimizadas (S4 e S5) não conseguiram evacuar os ocupantes dentro do ASET (61 s) dado o tempo de resposta padrão de 60 s. A evacuação segura só foi possível se o tempo de resposta fosse reduzido para 23 s (S5) ou 18 s (S4).
  • No Cenário C, o fechamento da Escada 2 e o redirecionamento dos evacuados para a Escada 1 permitiram a evacuação segura sob as estratégias S4 e S5.

Principais Contribuições

1. Abordagem de Simulação Integrada: O estudo integra com sucesso a dinâmica de incêndio (PyroSim) e a evacuação de pedestres (Pathfinder) para avaliar estratégias de evacuação sob restrições específicas de fontes de incêndio, em vez de tratá-las como variáveis independentes.
2. Otimização de Estratégias: A pesquisa demonstra que, embora as configurações de prioridade ajudem, a alocação física de saídas e o uso de áreas de refúgio são muito mais impactantes na redução dos tempos de evacuação para enfermarias hospitalares.
3. Eficácia das Áreas de Refúgio: O estudo fornece evidência quantitativa de que as áreas de refúgio reduzem significativamente o tempo total de evacuação ao desacoplar o movimento de pacientes imóveis do fluxo principal de evacuação nas escadas.
4. Estratégias Dependentes de Localização: Os achados destacam que um plano de evacuação único é insuficiente; as estratégias devem ser adaptadas com base na proximidade do incêndio com as escadas e saídas.

Significância e Alegações
O artigo afirma que seus achados fornecem estratégias práticas e acionáveis para a gestão de segurança contra incêndio em enfermarias de hospitais de grande altura. Ao identificar que a visibilidade é o principal perigo e que a alocação de saídas combinada com áreas de refúgio oferece a solução mais robusta, o estudo oferece um caminho para reduzir efetivamente as fatalidades. Os autores enfatizam que os planos de evacuação devem ser dinâmicos, ajustando rotas de saída e protocolos de resposta com base na localização específica de uma fonte de incêndio para garantir que os ocupantes possam evacuar dentro do Tempo de Saída Segura Disponível. O estudo conclui que a otimização da seleção de saídas, o estabelecimento de prioridades de ocupantes e a implementação de áreas de refúgio são componentes essenciais para aumentar a segurança em cenários complexos de evacuação médica.