Tras un aterrizaje de emergencia, es esencial evacuar rápidamente una aeronave. Normalmente, se establece un límite máximo de tiempo que no depende del número de pasajeros a bordo, la hora (día/noche) o el número de salidas de emergencia inoperativas. Para desarrollar estrategias y protocolos de evacuación eficaces, es importante definir todas las características de la aeronave, analizar los múltiples escenarios que pueden presentarse, realizar un estudio exhaustivo del comportamiento de los pasajeros y tener en cuenta los factores externos que pueden afectar al tiempo de evacuación. En la actualidad, existen herramientas de simulación orientadas a objetos, flexibles y potentes, que permiten crear modelos realistas, útiles para evaluar las estrategias de evacuación mediante el estudio de diferentes escenarios. En este contexto, este trabajo presenta un modelo para analizar escenarios realistas para la evacuación del Airbus 380, que debe realizarse en menos de 90 segundos.
Las estadísticas muestran que viajar en avión es uno de los medios de transporte más seguros. Sin embargo, puede haber situaciones de riesgo como una salida de pista, un aterrizaje de emergencia, una amenaza terrorista o averías que pueden requerir una evacuación de emergencia. El peligro puede provenir de impactos, fuego, humo, gases tóxicos o explosiones. El comandante es el responsable de iniciar la evacuación de emergencia, intentando mantener a salvo a todos los ocupantes. Durante la evacuación, los riesgos aumentan a medida que pasa el tiempo, por lo que es esencial minimizar el tiempo de evacuación.
Se ha demostrado que unos procedimientos de evacuación de emergencia eficientes son capaces de reducir drásticamente el número de víctimas en accidentes aéreos con supervivientes. En consecuencia, los Centros de Control Aéreo (ACC) consideran que estos procedimientos y la capacidad de aplicarlos correctamente son extremadamente importantes para la seguridad aérea. Para obtener la certificación de un tipo de aeronave, el fabricante debe realizar una demostración de que la evacuación de emergencia se lleva a cabo de conformidad con los códigos de aeronavegabilidad de su estado. La ACC del estado es la responsable de otorgar esta certificación. La demostración analiza lo siguiente
La normativa de evacuación para aeronaves se resume en las Especificaciones de Certificación para Grandes Aeronaves CS-25 (Enmienda 4 - sec.28.803) de la Agencia Europea de Seguridad Aérea (AESA) y, para Estados Unidos, en el Código de Reglamentos Federales, Título 14 Aeronáutica y Espacio, Capítulo I Administración Federal de Aviación, Departamento de Transporte. Cada área de tripulación y pasajeros requiere suficientes elementos de emergencia para permitir una rápida evacuación en aterrizajes de emergencia, con o sin el tren de aterrizaje desplegado, considerando que la aeronave puede estar en llamas. Para un avión con capacidad para más de 44 pasajeros, es necesario garantizar que el máximo número de personas, incluidos los miembros de la tripulación, puedan ser evacuados en menos de 90 segundos en condiciones de emergencia. El cumplimiento de este requisito debe demostrarse mediante una simulación real, utilizando los criterios de ensayo indicados en el Apéndice J de la CS-25, a menos que la agencia encuentre una combinación de análisis y ensayos que proporcione datos equivalentes.
Este documento describe un modelo sencillo pero realista para evaluar las estrategias de evacuación. Emplea las características del avión A-380 de la compañía AirFrance. El modelo permite estudiar el flujo de pasajeros y detectar posibles cuellos de botella debidos a la acumulación de pasajeros en las zonas próximas a las salidas de emergencia. Se diseña un conjunto de experimentos para analizar cómo afectan el nivel de ocupación y la proporción de puertas inoperativas al procedimiento de evacuación en términos de tiempo. La estructura del artículo es la siguiente. La Sección 2 presenta trabajos relacionados. A continuación, la Sección 3 define los procedimientos de emergencia. La Sección 4 presenta el modelo de simulación, discutiendo los supuestos y los detalles de implementación. La Sección 5 explica los experimentos realizados y analiza los resultados obtenidos. Finalmente, en la Sección 6 se describen algunas conclusiones y líneas de investigación futura.
Existen varios estudios que analizan los factores de riesgo en las cabinas. Por ejemplo, Hsu y Liu (2012) analizan los factores de riesgo relacionados con su estructura. Chang y Yang (2011) analizan la percepción de los pasajeros sobre la seguridad en un accidente real. De estos trabajos se concluye que tanto los procedimientos como la asistencia de la tripulación son elementos clave para el proceso de evacuación de una aeronave. Chang (2012) compara la seguridad de los pasajeros con movilidad reducida frente a los pasajeros normales en caso de accidente. Los primeros dependen de la asistencia que les prestan las personas que les acompañan o la tripulación de cabina durante los procedimientos de evacuación, y tienen más posibilidades de resultar heridos cuando se produce una emergencia debido a sus discapacidades de movimiento (Departamento de Transporte de EE.UU. 2009, Departamento de Transporte de EE.UU. 2003).
Una emergencia constituye un conjunto de acontecimientos adversos concentrados en un corto periodo de tiempo, que pueden causar ansiedad y estrés a los pasajeros. Estos factores deben tenerse en cuenta a la hora de analizar los procesos de evacuación, ya que la incertidumbre asociada puede alterar en gran medida los resultados. De hecho, la modelización del comportamiento de los pasajeros suele ser una tarea extremadamente difícil, ya que en ella influye una compleja mezcla de factores socio-psicológicos y físicos (Poudel et al. 2005). En el ámbito de los peatones y la evacuación, Helbing et al. (2002) comparan la simulación de situaciones normales y de pánico. Los autores proponen microsimulaciones de tipo molecular-dinámico basadas en un modelo de fuerzas generalizado de la dinámica interactiva de los peatones. Según ellos, el "nerviosismo" en situaciones de pánico influye significativamente en las intensidades de fluctuación, las velocidades deseadas y la tendencia al agrupamiento. Además, se tienen en cuenta efectos paradójicos como "congelación por calentamiento", "más rápido es más lento" y el desconocimiento de las salidas disponibles. Poudel et al. (2005) discuten la necesidad de modelizar la evacuación de aviones como consecuencia de las limitaciones inherentes a las demostraciones reales (por ejemplo, no hay ni fuego ni humo, y los niños y pasajeros discapacitados no suelen participar). Argumentan que las evacuaciones "reales" pueden llegar a ser muy desorganizadas, con individuos compitiendo por pasar por las salidas. Los autores sugieren un enfoque basado en la lógica difusa que tiene en cuenta parámetros de comportamiento como la capacidad de conciencia de la situación, el estado físico, el tiempo medio de respuesta a una nueva situación, la velocidad de salida individual libre y los vínculos de grupo. Sharma et al. (2008) también analizan el comportamiento humano en las evacuaciones de aeronaves. Combinan un modelo de fuerza social y un modelo geométrico, e integran la lógica difusa para considerar el impacto de factores como el pánico y el estrés.
Chang y Yang (2011) analizan las percepciones de los pasajeros sobre la seguridad en cabina a partir de sus experiencias de evacuación de emergencia en un accidente de aviación. Los datos se obtuvieron mediante la realización de encuestas por cuestionario y entrevistas en profundidad a pasajeros de la compañía China Airlines. Los autores concluyen que los pasajeros necesitan más instrucciones sobre el uso de los equipos de emergencia y los protocolos relacionados. Además, se demuestra que la asistencia de la tripulación y los procedimientos de emergencia son cruciales para una correcta evacuación. En Liao (2014), el departamento de turismo de la Universidad Aletheia (en Taiwán) presenta un estudio para evaluar la educación recibida por niños de primaria relacionada con la seguridad en los aviones. El programa educativo se diseñó a partir de las instrucciones de seguridad en cabina. Los niños completaron una encuesta antes y después del curso. Los autores concluyen que es necesario formar a los niños para explicarles "qué", "cuándo", "cómo" y "por qué" debemos actuar en caso de accidente aéreo. La televisión e Internet son recursos pertinentes para informar a los niños (y a la gente en general) sobre la seguridad en cabina, pero puede ser más eficaz que un instructor enseñe a los alumnos estos temas. Los resultados muestran que el programa fue útil para mejorar los conocimientos y actitudes de los niños, independientemente de su escuela, ubicación y experiencia en viajes aéreos. La educación sobre seguridad en cabina es cada vez más importante debido al creciente número de personas que viajan en avión. Además, el número de niños que viajan solos sigue la misma tendencia. De hecho, la necesidad de educación relacionada con la seguridad en cabina se ha debatido desde perspectivas tanto académicas como prácticas (Chang y Liao 2008, Muir y Thomas 2004). Sin embargo, se han desarrollado pocos programas de formación. Es necesario desarrollar programas educativos completos, ya que pueden aumentar la probabilidad de supervivencia.
La gran mayoría de las emergencias ocurren durante las fases de despegue y/o aterrizaje sin previo aviso. Estas emergencias suelen ser repentinas e inesperadas, dando poco margen de reacción a la tripulación y a los pasajeros.
Un aterrizaje de emergencia puede producirse debido a varios factores. Estos pueden ser externos, como condiciones meteorológicas adversas, o internos, por ejemplo un fallo de potencia en un motor o fallos técnicos de la aeronave. En este caso, el comandante transmite la información al responsable de cabina lo más rápidamente posible, para que transmita la información al resto de la tripulación de cabina y a los pasajeros. Posteriormente, la tripulación se prepara para el aterrizaje de emergencia, siguiendo los protocolos correspondientes en un orden específico, que se detallan en una lista comúnmente llamada "checklist".
Los aterrizajes de emergencia pueden ser preventivos y no requerir una evacuación de emergencia. Esto depende del criterio del comandante, que evalúa la peligrosidad de la situación para los pasajeros y la tripulación. En un aterrizaje de emergencia inesperado no hay tiempo para reaccionar. Ocurre cuando el avión sufre una emergencia "real" (es decir, no programada) y requiere realizar un aterrizaje lo más rápido posible. Los pilotos y la tripulación disponen de poco tiempo para reaccionar y tienen que informar rápidamente a los pasajeros.
La tripulación de cabina tiene que estar permanentemente preparada para evacuar el avión en caso de emergencia, y estar alerta ante cualquier señal de peligro como humo, fuego, chispas o ruidos inusuales. Existen dos tipos de movimientos de evacuación (i) planificados, en los que hay tiempo suficiente para informar a los pasajeros y a la tripulación; y (ii) inesperados, en el otro caso. La figura 1 muestra los procedimientos de información de seguridad del avión A-380.
Como se ha comentado anteriormente, el modelo se basa en el avión A-380 de la compañía AirFrance. La estructura del avión, que tiene dos cubiertas, se muestra en la Figura 2. La cubierta principal está compuesta por 354 asientos distribuidos en varios espacios, 5 salidas de emergencia en el lado derecho y 5 en el izquierdo, y 10 rampas de emergencia (una por salida). El piso superior tiene 168 asientos, 3 salidas de emergencia a la derecha y 3 a la izquierda, y 6 rampas de emergencia.
A partir de esta estructura, el modelo representa diferentes zonas, como se muestra en la Figura 3.
El piso principal está compuesto por:
P → Clase de viaje: "Premiere" (10 asientos)
E0 → Clase de viaje: "Asiento Plus" (4 asientos)
E1 → Clase de viaje: "Turista 1" (144 plazas)
E2 → Clase de viaje: "Turista 2" (122 plazas)
E3 → Clase de viaje: "Turista 3" (74 plazas)
El piso superior está compuesto por:
B1 → Clase de viaje: "Business 1" (30 plazas)
B2 → Clase de viaje: "Business 2" (54 plazas)
PE → Clase de viaje: "Premium Economy" (38 plazas)
E4 → Clase de viaje: "Turista 4" (46 plazas)
Las medidas introducidas en el modelo se detallan para las cubiertas superior y principal en las figuras 4 y 5, respectivamente. La Figura 6 revela las distancias desde la parte delantera del avión hasta cada salida. Estas medidas se tienen en cuenta para distribuir los asientos dentro de las cabinas del avión y para crear las rutas que siguen los pasajeros al acceder a las salidas de emergencia.
Las suposiciones que se hacen para completar la descripción del modelo son: (i) la distancia entre grupos de asientos viene dada por la longitud de un asiento; (ii) las trayectorias hacia las salidas de emergencia definen las rutas que siguen los pasajeros; y (iii) la longitud del pasillo se aproxima a partir de la información de la Figura 6. El modelo de simulación se ha implementado con SIMIO c. La figura 7 incluye todas las medidas consideradas. Las líneas conectan los distintos elementos del modelo, definiendo las rutas que siguen los pasajeros para salir del avión. Para validar y comprender mejor el modelo se utiliza una representación en 3D (Figura 8), en la que se comprueba si las trayectorias seguidas por los pasajeros son las esperadas.
La evacuación del Airbus 380 es una estrategia de emergencia que debe garantizar que los más de 500 pasajeros salgan lo antes posible. El fabricante diseñó dos estrategias de evacuación independientes, una por cubierta, evitando el uso de las escaleras interiores. Algunos expertos criticarían esta estrategia porque no tiene en cuenta el miedo que provoca a un pasajero tener que saltar por los toboganes de emergencia o deslizarse desde un punto más alto. Por ello, recomendarían una estrategia de evacuación que combinara la evacuación de las dos plantas. En este caso, la diferencia es relativamente pequeña, 20 metros. El modelo considera cinco acciones y define una distribución de probabilidad para cada una de ellas. Esta información se detalla en la Tabla 1.
Dado que no fue posible encontrar datos detallados sobre evacuaciones para un modelo de avión concreto, el proceso de validación se basó en expertos que analizaron tanto el modelo como los vídeos generados por Simio. Posteriormente, definimos un conjunto de escenarios para analizar la estrategia de evacuación. La Tabla 2 describe el diseño experimental con tres escenarios basados en el nivel de ocupación. Se realizaron 50 réplicas por escenario.
Para resumir los resultados, se almacenan las siguientes medidas: tiempo medio de evacuación y tiempos de evacuación del primer y el último pasajero en abandonar el avión. Los valores obtenidos para todas las réplicas se agregan calculando los valores medios. La Tabla 3 muestra los resultados por escenario cuando todas las puertas están operativas, mientras que la Tabla 4 considera que sólo la mitad de ellas están operativas. La figura 9 muestra un diagrama de caja por escenario que representa los tiempos de evacuación completos. Todas las distribuciones son simétricas y presentan una variabilidad relativamente similar. Puede concluirse que tanto el nivel de ocupación como la proporción de puertas inoperativas tienen efectos significativos sobre el tiempo de evacuación.
La evacuación de emergencia en un avión comercial es un proceso muy complejo en el que los pasajeros deben abandonar el avión lo más rápido posible de forma controlada. Según la literatura, este proceso puede producir situaciones con altos niveles de caos, estrés, nerviosismo, etc. Por ello, se requiere una coordinación eficiente de la tripulación de cabina, y un plan de evacuación completo y bien diseñado priorizando la seguridad de los pasajeros y de la tripulación de cabina. Tras estudiar la evacuación de un avión de gran tamaño con capacidad para más de 500 pasajeros, se puede afirmar que realizarla en menos de 90 segundos es un reto debido a factores que pueden aumentar el tiempo previsto y la variabilidad.
En este trabajo se ha presentado un modelo de simulación con el objetivo principal de reproducir gráficamente la evacuación del Airbus A-380. De esta forma, se puede analizar el comportamiento de los pasajeros dentro de la aeronave y comparar diferentes situaciones que pueden ocurrir durante un vuelo comercial. Como era de esperar, se ha comprobado que el nivel de ocupación tiene un efecto significativo en el tiempo necesario para evacuar. Del mismo modo, la disminución del número de salidas de emergencia operativas aumenta tanto el tiempo previsto como la variabilidad. El análisis de la ejecución del modelo con herramientas de visualización adecuadas ayuda a comprobar si los pasajeros de las distintas cubiertas necesitan un tiempo significativamente diferente para abandonar el avión. Esto puede llevar a mejorar el diseño de los planes de evacuación. Por último, pero no por ello menos importante, las representaciones gráficas en 3D pueden ser especialmente útiles para enseñar procedimientos y protocolos de evacuación y para evaluar nuevas alternativas.
De este trabajo se derivan varias líneas de investigación futura, como: (i) analizar pasajeros con diferentes características, por ejemplo, niños, personas mayores o pasajeros con movilidad reducida; (ii) emplear distribuciones de probabilidad empíricas para la simulación; (iii) comparar diferentes estrategias de evacuación (por ejemplo, una que combine ambas cubiertas) y una gama más amplia de escenarios; y (iv) diseñar un modelo más complejo que incluya decisiones relacionadas con el diseño de la aeronave, como la colocación de las puertas de emergencia.
Este trabajo ha sido parcialmente apoyado por el Ministerio de Economía y Competitividad y FEDER (TRA2013-48180-C3-P y TRA2015-71883-REDT), y el programa Erasmus+ (2016-1- ES01-KA108-023465). También agradecemos el apoyo del programa de doctorado de la UOC.