La evacuación del buque de guerraestudio del movimiento de personal en situaciones de emergencia

Résumé

El problema de la evacuación de estructuras ocupadas por personas ante una emergencia o en previsión de la misma ha sido estudiado y analizado en campos tan diversos como los grandes edificios, los buques de pasajeros u otros medios de transporte como las aeronaves. Sin embargo, las referencias al proceso de evacuación de un buque de guerra son escasas y, en muchas ocasiones, no son públicas. Esta Tesis Doctoral aborda el estudio de las características del movimiento de las personas embarcadas en un buque de guerra durante una situación de emergencia o en previsión de la misma que conduce al abandono del buque. La seguridad de las dotaciones de este tipo de buques, aún asumiendo los riesgos inherentes a su profesión, es un tema de creciente actualidad. A ello contribuye la próxima entrada en vigor del Naval Ship Code, documento equivalente a la Convención SOLAS de la que este tipo de buques están eximidos de cumplimiento. Cambios culturales como la profesionalización de los ejércitos o las dificultades para la captación de personal, nuevas amenazas como la terrorista o nuevas clases de buques como puede ser el Littoral Combat Ship hacen pensar que el abandono del buque no tiene por qué transcurrir como sucedía en la Segunda Guerra Mundial. El Naval Ship Code trata de adoptar, y adaptar, todas aquellas reglas aplicables a los buques convencionales al ámbito naval. Sin embargo, este proceso no es simple ya que los buques de guerra presentar características que pueden influir notablemente en cómo se implementan las normas de seguridad. Este hecho es especialmente relevante a los aspectos concernientes al proceso de evacuación del buque de guerra. Las características físicas y de adiestramiento de sus dotaciones, los procedimientos establecidos para el abandono del buque o características constructivas como pueden ser los cierres estancos (puertas y escotillas) deben ser tenidas en cuenta a la hora de estudiar el problema. A ello hay que añadir la falta de referencias sobre datos y parámetros específicos para este tipo de buques como pueden ser el tiempo requerido para abrir una puerta estanca o la velocidad a la que ascienden las personas por escalas o troncos de escape. Por ello esta Tesis Doctoral aborda, en primer lugar, el problema de la carencia de datos específicos de buques de guerra. Para ello se llevó a cabo una serie de experimentos a bordo de la Fragata “Asturias” en los que participaron miembros de su dotación y que han permitido obtener valiosa información sobre las características del movimiento de las dotaciones de los buques de guerra. Estos datos y parámetros, algunos de ellos muy distintos de los empleados en buques civiles, han sido utilizados en modelos matemáticos que representan el proceso de evacuación del buque de guerra. Una cuidadosa revisión del futuro Naval Ship Code ha permitido conocer cuáles serán los requisitos, en cuanto a la seguridad se refiere, que deberán cumplir los buques de guerra a la hora de proyectar los medios de evacuación y rescate para sus dotaciones. Un aspecto, íntimamente ligado a la disposición general buque, es el establecimiento de las rutas de escape. Para ello se ha elaborado un modelo de matemático basado en redes de nodos y arcos que permite optimizar las rutas de escape para que el flujo de evacuados sea eficiente y se reduzcan las posibilidades de congestión y contraflujo. Adicionalmente, al ser un modelo que identifica y sigue a cada individuo, permite realizar la asignación de balsas de un modo efectivo. Es recomendable emplear este tipo de modelo en las fases iniciales del proyecto del buque ya que pueden ser modificados con facilidad y permiten analizar alternativas a la disposición general desde el punto de vista de la evacuación. No obstante, este tipo de modelos no son los adecuados para capturar los fenómenos que dependen del tiempo, como es la congestión, o aspectos estocásticos de las interacciones de los individuos con otros individuos y con el entorno. Por ello y una vez que se conoce con detalle la disposición general del buque es preferible emplear modelos de simulación, como maritime EXODUS, para estimar el tiempo de evacuación e identificar este tipo de problemas. En este tipo de modelos son de gran importancia los datos y parámetros empleados ya que, en gran medida, el tiempo calculado depende de ellos. Finalmente, y a modo de caso práctico, se ha analizado el proceso de abandono de una fragata recientemente construida por un astillero español empleando para ello los modelos aquí descritos y empleando datos, parámetros, procedimientos y escenarios propios de buques de guerra. Esta Tesis Doctoral, en definitiva, representa una aplicación novedosa y actual al problema de la evacuación que permite incrementar el nivel de seguridad a los hombres y mujeres que sirven en los buques de guerra. ABSTRACT The safety of naval ship´s crews is becoming a fundamental factor in a context in which the most significant navies are carrying out important transformations in the way of operating their fleets. The new Naval Ship Code will be the document of reference for the safety management of naval ships as SOLAS Convention and IMO resolutions as this is it for passenger and merchant ships. Being the Naval Ship Code based on IMO resolutions, the adaptation of these regulations to a naval environment is not a smooth process due to the special characteristics of the naval ships, their crews and the type of missions that they carry out. Naval ships safety management spreads along the ship´s life-cycle, however, when the extension of damage received recommends abandoning the ship, correctly designed means of escape and evacuation will be a matter of life or death for crew members. This thesis addresses the study of evacuation process from a naval ship and the movement characteristics of their crews while transiting from their battle-stations to the muster and embarking stations under emergency situations. Computer based mathematical models have been widely used to analyze and provide insight of the evacuation process from buildings, passengers ships and other structures occupied by persons, nevertheless, the goodness of their predictions depends to great extent on the data, assumptions and mathematical model used. Nevertheless, references about these issues, in contrast to passenger and merchant ships, do not exist or is not in the public domain. We collected data from trials on board a DEG Frigate where 47 sailors of the actual compliment walked along narrow passages marching in groups of increasing size, opened and closed watertight doors and hatches, raised 60 degrees stairs and climbed vertical ladders in engine rooms escape trunks. Multivariate statistical techniques were used to analyze collected data identifying sources of variability and interactions among independent variables. We found that some parameters, such average speed, was up to 12.4% higher than the maximum walking speed or 17.85% higher than the maximum upstairs speed suggested by IMO for passengers ships. All these information was used in an optimization model, based on a non-linear multi-commodity and multi-scenario network model, where escape routes were established and life raft assigned to all crew members considering different crew distributions and most plausible damaged scenarios in order to achieve an efficient evacuation process and minimizing congestion situations as required by the Naval Ship Code. This model, solved with Mosel-Xpress software, was able to estimate a bound of the total evacuation time assuming that personnel move in an optimal way and we consider that is adequate to initial stages of the ship design process. Once escape routes were established we introduced stochastic variables such as walking speed distributions and presence of injured persons that may delay the evacuation process in a simulation model, maritime EXODUS, in order to get a realistic evacuation time. This model is able to identify congestion areas or persons with a long evacuation time. With a dense network of nodes and arcs filling the ship geometry is possible to realistically simulate the evacuation process and all ship characteristics, such as seat, doors and ladders, which notably influence the evacuation output. This model is adequate to the last stages of the ship design process, where more information about the general arrangement is known. In conclusion, this thesis offers a set of data derived from naval ships and actual crews that was not in the public domain and a methodology to fulfill the Naval Ship requirements to the evacuation process since the early stages of the ship design to the last stages before the ship is commissioned and during the ship normal operation improving in this way safety and security of those who serve on board.