“Professor João Marcelo publica mais outro artigo como co-autor em Conferência
Internacional de Otimização em Engenharia.”
The Use of Numerical Optimisation Techniques in Computational Fire
Engineering Modelling based on an Evacuation Analysis Problem
(Uso de Técnicas Numéricas de Otimização em Modelagem
Computacional para Engenharia de Incêndios baseado num Problema de
Análise de Evacuação)
RESUMO:
Um problema comum encontrado por engenheiros de segurança contra incêndios dentro do
campo de pesquisa de análise de processos de evacuação consiste justamente no
posicionamento ótimo de portas de emergência em estruturas fechadas e complexas. A
resolução deste problema é geralmente através de um processo que consome tempo e de
análises de tentativa e erro. Enquanto uma solução é encontrada para este problema, não se
sabe ao certo se esta solução é ótima ou próxima da ótima, o que pode comprometer a
segurança dos ocupantes de uma edificação. Por exemplo, não existe norma que defina os
seguintes questionamentos: qual é a melhor posição para uma porta de emergência para se
reduzir ao máximo o tempo de evacuação? É melhor se ter duas portas de X m de espessura
ou uma porta de 2X m de espessura? Se duas portas são necessárias, qual é a melhor distância
relativa entre essas duas portas? A análise para se responder tais questões aumenta em
dificuldade à medida que as opções disponíveis e a complexidade do cenário aumentam.
Enquanto que solucionar esse problema quando apenas duas portas estão sendo
consideradas, o que fazer quando se tem dez portas e cada uma variando suas dimensões?
Como os engenheiros podem ter certeza de que acharam a solução ótima ou próxima da
ótima? Por outro lado, técnicas numéricas de otimização vêem sendo exploradas numa
variedade de diferentes aplicações, tais como análise estrutural e têm mostrado ser um
recurso robusto e eficaz para engenheiros, salvando tempo e custos durante a análise de
soluções ótimas. Desta forma, este trabalho tem como objetivo demonstrar como tais técnicas
podem ser aplicadas em análises de evacuação para determinar o melhor lay-out de um
espaço fechado. Particularmente, nós apresentamos uma metodologia a qual combina o uso
de técnicas numéricas de otimização (e conceitos associados, tais como: definição de
experimentos – design of experiments DoE e modelagem de superfícies de respostas – RSM)
com uma ferramenta de modelagem de simulação de evacuação. A metodologia aqui proposta
é demonstrada através de um exemplo envolvendo uma sala simétrica e formato quadrático
com uma e duas portas. Essa metodologia é então aplicada a esses problemas e a solução
ótima é encontrada.
Palavras-chave: Tempo de Evacuação; Técnicas de Otimização Numérica; Definição de
Experimentos (Design of Experiments – DoE); Modelagem de Superfícies de Respostas (RSM);
Modelagem de Simulação de Evacuação.
Website da Conferência:
http://www.engopt.org
Original em Inglês:
The Use of Numerical Optimisation Techniques in Computational Fire
Engineering Modelling based on an Evacuation Analysis Problem
Abstract:
A common problem faced by fire safety engineers in the field of evacuation analysis is
the optimal positioning of exits within arbitrarily complex structures. This problem is
usually addressed through time consuming and expensive trial-error analysis. While a
solution is usually found to this problem, it is seldom optimal or even near optimal,
resulting in a compromise in building performance and safety. For instance, there is no
clear guidance regarding: where to place an exit in order to produce minimum
evacuation times? Is it better to have two exits of X m width or one exit of 2X m width?
If two exits are required, what is the optimal relative positioning of these exits? The
analysis required to address these questions grows in difficulty as the available options
and hence complexity of the scenario increases. While attempting to address this issue
while dealing with only two exits may be manageable, what if there were 10 exits,
each of varying dimensions? How would engineers know they had found the optimal
or near optimal solution? In the other hand, numerical optimization techniques have
been applied in a range of different fields such as structural analysis and have been
shown to be a powerful approach for designers, saving time and costs in the pursuit of
optimal solutions. Therefore, this work intends to demonstrate how these techniques
can be applied to evacuation analysis to determine optimal configurational layout.
Particularly, we present a methodology that combines the use of numerical
optimisation techniques (and associated concepts such as: Design of Experiments and
Response Surface Models) with an evacuation simulation tool. The proposed
methodology is demonstrated through an example involving a squared room with one
and two exits. The methodology is applied to this problem and the optimal exit
configuration is determined.
Keywords: Evacuation Time; Numerical Optimisation Techniques, Design of
Experiments, Response Surface Model, Evacuation Simulation Tool