Estudio de evacuaciones en el transporte por Hyperloop

Desde el año 2013 en el que Elon Musk lanzara al público su artículo sobre la novedosa tecnología del Hyperloop, una gran cantidad de empresas e investigadores comenzaron a lanzar sus propuestas para el desarrollo de esta tecnología. Tanto fue el interés por poder dar luz a este proyecto que ya en la actualidad existen varias empresas que están involucradas en el diseño y creación de este nuevo medio de transporte guiado. Muchos son los factores que hacen que el desarrollo de una tecnología de tanto calibre sea exitoso o simplemente fracase en el intento. En este Trabajo Fin de Máster se presentarán muchos de estos factores, centrándose en uno de ellos que sin duda es fundamental para que la explotación de esta tecnología en el futuro sea segura y eficiente: la evacuación de pasajeros. OBJETIVOS El objetivo fundamental de este proyecto es el de crear modelos que permitan realizar simulaciones de evacuaciones de pasajeros dentro del Hyperloop, en distintas situaciones y con distintos factores y variables que puedan condicionar en mayor o menor medida los resultados obtenidos. Mediante la creación de modelos para llevar a cabo simulaciones, es posible comprender mejor el funcionamiento del sistema sin necesidad de que en este se den las condiciones reales para su desarrollo, es decir, no se necesita la realización de un simulacro para poder estudiar lo que ocurriría. En el día a día ocurren infinidad de situaciones de emergencia, las cuales es importante que se resuelvan de manera óptima y eficaz, teniendo como prioridad la salud de las personas. Por lo tanto, se establece un modelo que permite comprender la evolución de estas circunstancias imprevistas, con el propósito de analizarlas a fondo y descubrir alternativas más efectivas, de manera que se minimicen los riesgos y se logren evacuaciones rápidas y seguras. El desarrollo de este trabajo se realiza, fundamentalmente, mediante dos programas. El primer programa que se utiliza es AutoCAD, con el que se desarrollan los modelos de pods, túneles y estaciones que se importan posteriormente al segundo programa, LEGION. Este último permite crear las distintas situaciones y condiciones deseadas para poder llevar a cabo una buena simulación de la evacuación. Los programas existentes en la actualidad para la simulación de evacuaciones emplean distintos modelos de movimiento. En el caso del software LEGION, se emplea el Modelo Basado en Agentes (MBA), el cual es útil para modelos en los que la población involucrada es heterogénea y cuyo comportamiento no es tan simple de predecir. En los MBA, las entidades involucradas en la simulación presentan un cierto nivel de inteligencia propia, pudiendo llegar a pensar por ellos mismos y tomar decisiones que decidan ellos mismos dependiendo de las condiciones en las que se encuentren. Sin embargo, antes de modelar y simular situaciones reales de evacuación, es importante estudiar y comprender en profundidad lo que de verdad significa este tipo de tecnología, así como modelos de transporte similares que se han utilizado en el pasado o que se están utilizando en la actualidad. Por otro lado, un factor importante también es el estudio y análisis de la normativa existente que regula los protocolos de evacuación en sistemas de transporte guiado que comparten muchas similitudes con nuestra tecnología de estudio. Por lo tanto, con toda la información comentada en este apartado, los objetivos de este proyecto son: • Estudio de la historia tecnológica del transporte guiado. • Estudio y análisis de la tecnología del Hyperloop. • Análisis de la metodología y normativa de evacuaciones. • Creación de modelos de pods, túneles y estación de Hyperloop mediante AutoCad. • Desarrollo y simulación de evacuaciones mediante el software LEGION Model Builder y LEGION Simulator. • Desarrollo y análisis de resultados. METODOLOGÍA Con los objetivos anteriores correctamente marcados, la metodología a seguir para obtener unos resultados óptimos está bien definida. En primer lugar, se comienza estudiando la tecnología del Hyperloop, la cual tiene similitudes con otros tipos de transporte guiado, los cuales también se analizan en este documento. Sin embargo, esta tecnología novedosa presenta avances y cambios muy a tener en cuenta y que despiertan el gran interés por su desarrollo. Se estudian y presentan, por tanto, estos aspectos relevantes de dicha tecnología, así como sus distintos componentes, ya sean pods, tubos u otros de vital importancia para el estudio de simulaciones como túneles y estaciones. Una vez llevado a cabo todo el estudio y análisis previo, se continua el desarrollo del trabajo mediante la creación de modelos de CAD mediante la herramienta AutoCAD. El primer modelo a crear consiste en el diseño del pod, el cual debe incorporar todos los elementos necesarios para la ocupación y el confort de los pasajeros. Estos pods cuentan con una ocupación de 40 a 200 pasajeros cada uno. Tras la creación de los pods, el siguiente diseño consiste en el desarrollo de los túneles desde los cuales se realizan las primeras simulaciones de evacuaciones. Estos túneles deben contar con las dimensiones y elementos necesarios para la buena evacuación de los pasajeros. Por último, se crea un modelo de estación que se asemeje en gran medida a una estación real, incorporando todos los elementos y espacios necesarios para que la simulación se acerque lo más posible a la realidad. Una vez creados los diseños de todos los elementos comentados, se procede a la simulación de la evacuación mediante el software LEGION. Este software cuenta con dos módulos, el primero es el LEGION Model Builder, en el cual se importan los planos desde AutoCAD y en el que se definen las condiciones de contorno, así como los distintos tipos de pasajeros y factores externos. El segundo módulo se trata del LEGION Simulator, en el que se lleva a cabo la simulación tras importar el archivo del primer módulo, obteniendo resultados mediante distintos análisis como gráficas o mapas de ocupación. Se llevan a cabo, por tanto, distintas simulaciones con distintas condiciones establecidas. Estas son: • Simulaciones dentro del túnel, con distinto número de pod y de pasajeros.\ud • Simulaciones dentro de la estación, con distinto número de pods y de pasajeros. RESULTADOS Y CONCLUSIONES Tras la realización de las simulaciones, se presentan distintos resultados obtenidos directamente del software como los tiempos de evacuación de los pasajeros y se analizan dichos resultados con el fin de conocer la viabilidad de los trabajos realizados y la posible implantación futura en diseños reales del Hyperloop. Una vez finalizado el trabajo a realizar, se muestran distintos trabajos y desarrollos futuros que quedan fuera del alcance de este proyecto pero que podrían ser de vital importancia para el futuro próxima de la tecnología estudiada. ---------------------------------------------------------------------------------- Since Elon Musk publicly introduced the concept of Hyperloop in 2013 through his article, numerous companies and researchers have launched proposals for developing this groundbreaking technology. This interest has led to the involvement of several companies in designing and creating this new guided transportation mode. The success or failure of developing such a monumental technology hinges on various factors. This Master's Thesis delves into many of these factors, focusing on one that is undeniably crucial for ensuring safe and efficient future operations: passenger evacuation. OBJECTIVES The primary goal of this project is to create models for simulating passenger evacuations within the Hyperloop system under different situations, incorporating various factors and variables that could influence the outcomes to varying extents.Developing simulation models aids in comprehending the system's operation without necessitating real-world conditions for testing. In other words, it obviates the need for conducting live drills to understand potential scenarios. Emergencies unfold daily, and it is vital to resolve them optimally and efficiently, prioritizing people's safety. Therefore, a model is established to grasp the dynamics of unforeseen circumstances, aiming to deeply analyze them and discover more effective alternatives. The intent is to minimize risks and ensure rapid and secure evacuations. This project predominantly employs two software programs: AutoCAD, for modeling pods, tunnels, and stations, and LEGION, for simulating evacuations. AutoCAD constructs the initial designs, which are then imported into LEGION. The latter facilitates creating diverse situations and desired conditions to execute comprehensive evacuation simulations. The existing evacuation simulation software employs various movement models. LEGION utilizes the Agent-Based Model (ABM), ideal for scenarios involving heterogeneous populations with complex and unpredictable behaviors. ABM endows entities in the simulation with a level of independent intelligence, enabling them to make decisions based on their own circumstances. However, before modeling and simulating real evacuation scenarios, it's crucial to deeply understand the Hyperloop technology, as well as similar transportation models used in the past or present. Additionally, analyzing the existing regulations governing evacuation protocols in guided transportation systems, which share many similarities with the technology under study, is vital. With the insights provided in this section, the project's objectives are as follows: • Study the technological history of guided transportation. • Study and analyze Hyperloop technology. • Analyze evacuation methodology and regulations. • Create pod, tunnel, and Hyperloop station models using AutoCAD. • Develop and simulate evacuations using LEGION Model Builder and LEGION Simulator. • Analyze the results. METHODOLOGY With the well-defined objectives in mind, the methodology to achieve optimal outcomes is established. Initially, the study focuses on Hyperloop technology, which shares resemblances with other guided transportation modes, analyzed in this document. Nonetheless, its unique aspects require special consideration, arousing significant interest in its development. This document presents key aspects of this technology and its components, such as pods, tubes, and other crucial elements like tunnels and stations, necessary for simulation studies. Subsequent to preliminary study and analysis, the work proceeds to model creation using the AutoCAD tool. The initial model design involves creating the pod, integrating all necessary elements for passenger comfort and occupancy. These pods accommodate 40 to 200 passengers each. After pod designs, the next step involves tunnel development, enabling initial evacuation simulations. The tunnels must possess dimensions and elements ensuring effective passenger evacuation. Lastly, a station model closely resembling a real station is created, incorporating all necessary elements and spaces to closely simulate real-world conditions. Once designs for all discussed elements are generated, evacuation simulations are conducted using the LEGION software. The software comprises two modules: LEGION Model Builder, importing plans from AutoCAD and defining boundary conditions, passenger types, and external factors; and LEGION Simulator, executing simulations using the file from the first module, yielding results through analyses like occupancy maps and graphs. Different simulations are conducted under distinct predefined conditions: • Simulations within the tunnel with varying pod and passenger counts. • Simulations within the station with differing pod and passenger counts. RESULTS AND CONCLUSIONS Following simulations, various results from the software are presented as the evacuation time of the passengers and analyzed to determine the viability of the work performed and the potential future implementation in real Hyperloop designs. Concluding the project, potential future research and developments beyond the scope of this project but essential for the imminent future of the studied technology are outlined