철도 차량에서의 화재 발생 시 피난에서 차량에서 승강장이나 터널 같은 외부 환경은 매우 중요하다. 많은 인원이 탑승하게 되는 지하철과 그 승강장의 영향을 알아보기 위해, SIMULEX, PATHFINDER, STEPS를 시나리오에 적용 비교해 보았다. 대상차량은 서울에서 운행되는 차량을 기준으로 하였으며, 대상 승강장은 [도시철도 정거장 및 환승 편의시설 보완설계지침]을 기준으로 제작한 모델을 적용하였다.
건축물에 있어 피난 계획은 프로젝트 전반에 걸쳐 고려되어야 할 매우 중요한 요소 중 하나이다. 기존 다양한 연구 및 실제 재난 사례등을 통해 피난의 중요성은 지속적으로 강조되어 왔으며, 사전 대비를 위한 다양한 노력들이 수행되어 왔다. 또한, 실제와 유사한 대응 훈련 준비의 어려움을 극복하고자 시뮬레이션을 통한 해결책 마련이 새로운 대안으로 떠올랐다. 그러나 피난 계획의 경우 시설물 뿐만 아니라 재실자의 특성 또한 신중히 고려되어야 한다. 현실과 가까운 피난 계획의 수립을 위해 본 연구에서는 인간 행태를 고려한 피난 과정을 분석한다. 기존 사회과학 이론에 기초하고 시스템 다이내믹스 모델링을 이용하여, 피난 초기부터 탈출까지 다양한 재실자 그룹의 특성으로 인해 발생하는 요인들을 포함하며, 이에 따른 의사결정, 행동의 변화 등의 분석한다. 이러한 모델을 통해 그룹 형성 및 재실자 간 상호 작용 등 긴급 상황에서 발생하는 인간 행태가 전체 피난 행태 및 결과에 미치는 영향을 파악하며, 향후 피난 시뮬레이터의 모듈로써의 활용 및 시설물 안전 관리자의 피난 계획 수립 시 의사결정의 기초자료를 제공할 것이라 예상된다.
본 연구에서는 기존 16층 이하 공동주택의 화재취약성 및 피난시설에 대한 문제점을 평가하기 위하여 공동주택에서 화재발생 빈도가 가장 높은 주방화재를 가정하여 CFD 모델링을 이용하여 화재위험성을 분석하였다. 그 결과 주방에서 발생한 화재는 거실로 연소 확대되면서 빠르게 다른 침실로 연기가 확대되었으며, 화재발생 세대 출입구에서 90초에 열에 의한 영향 온도인 $60^{\circ}C$를 넘는 것으로 분석되어 초기에 화재발생을 인지하고 피난이 이루어지지 않을 경우 피난출구가 막혀 큰 피해를 줄 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 기존 피난시설에 대한 문제점을 극복하기 위해 본 연구에서 제안된 피난대피시설의 경우 발코니에 설치되어 있다가 외부로 돌출되는 형태로 온도 및 복사열유속에 의한 안전성 평가 결과 세대 내의 다른 지점에 비해 안전성이 확보되는 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 국내 화재 안전 기준 중 제연설비의 성능기준에 의해 지하 공간 건축물이 준공된 후 임의의 지점에서 화재가 발생했을 경우를 모델링하여 연기 확산 현상을 분석하고 제연 설비의 작동에 의한 재실자의 피난시간 연장과의 적정성을 검토하는 것이 목적이다. 본 연구의 선행연구에서는 가연물의 종류와 발열량을 추정하였으며 추정 값의 검토를 위하여 임의의 단일지하상가를 모델링하여 검증하였다. 그리고 지하상가의 제연설비가 작동될 경우와 작동되지 않을 경우에 대한 수치해석 결과를 비교하였으며 재실자의 피난시간을 확보하는 관점에서 화재 안전 기준에 대한 적정성을 검토하였다.
차량과 바퀴하단까지의 높이가 국내 차량의 경우 0.625m와 1.15m였으며, 외국의 경우는 지면까지의 거리를 1.3m 높이로 한 경우도 있다. 이 높이는 정상 성인의 경우에는 뛰어내리는 것이 가능하지만, 아동, 노인, 장애인에게는 어려우며 추가적인 시간 소요가 발생하게 된다. 일본 신건축방재지침에서 제안된 피난계산식을 통해 분석해본 결과 CAR A의 경우 유동계수 0.5에서는 123.1초, 1.0에서는 61.5초, 1.5에서는 41초를 나타내고 있다. 정상상태의 유동계수 1.5로 한 후 추가적인 시간을 더하면 298.6초의 시간이 소요되는 것으로 예측되었다.
본 연구는 한국해양대학교 실습선을 모델링하고 선내 승조원들의 생활패턴을 분석한 후, 공간별 밀집 유형별 대피시간을 예측하고 이를 비교한 것이다. 승조원의 밀집형태의 관점에서 보면, 선내에 골고루 분포하여 밀도가 낮은 경우에 비해 특정공간에 집중되어 순간 밀도가 높은 경우의 피난시간이 증가하였고, 이동속도에 따른 영향 역시 밀도가 높은 상황이 밀도가 낮은 상황에 비해 4배 이상 큰 것으로 예측되었다.
승강로 가압방식은 미국에서 1972년에 시작된 방식으로 화재 시 피난 계단을 이용하기 곤란한 노약자등 피난 약자가 승강기를 이용하여 피난할 수 있도록 개발한 방식이며 수직덕트를 사용하지 않음으로서 공간 절약적인 측면에서 이점이 있다. 본 연구는 기존 국내 특허에 근거한 승강로 가압방식의 문제점을 도출하고 이에 대한 개선사항을 제안하였다. 풍량 계산 방법은 수직모델링을 제안하였다. 엘리베이터 출입문의 누설틈새는 실험데이터나 실측데이터를 통하여 재검토가 필요하다. 피난층을 구획하고 엘리베이터 기계실의 개구부를 화재신호에 자동폐쇄하고 릴리프 댐퍼를 설치하여 성능을 개선하였다. 개선된 방식은 자동차압댐퍼가 차압유지보다는 방연풍속을 공급하는 기능을 수행한다. 연구 결과의 신뢰성을 높이기 위해 Contam을 이용하여 검증하는 절차를 수행하였다.
본 연구에서는 실제역사화재 사고인 대구지하철화재사고를 참고하여 화재시뮬레이터의 경계조건으로 시뮬레이션을 수행 하였다. 화재시뮬레이션의 경우는 총 지하 3층의 역사 중 사망자가 가장 많이 발생한 지하3층 역사와 지하2층 대합실까지 모델링하여 시뮬레이션을 실시하였다. 화재시뮬레이터는 CFAST와 FLUENT를 이용하여 수행하였으며, CFAST의 경우는 총 29개의 Zone으로, 지하3층 역사 18개, 지하2층 역사 11개로 나누어 시뮬레이션 하였다. FLUENT의 경우는 총24개의 Zone으로 나누었으며, 지하승강장의 경우는 CFAST의 Zone과 동일하게 설정하였다. 2개의 시뮬레이터에서 나온 결과값들을 비교하여 지하역사 화재시 적용가능성 여부를 연구하였으며, 피난시뮬레이션인 EXODUS를 이용하여 각각의 화재시뮬레이션의 결과를 EXODUS의 HAZARD 경계조건으로 하여 피난 시뮬레이션을 진행 하였다. 화재영향의 적용은 CFAST의 경우 EXODUS로 자동적으로 화재 DATA가 Lode 되는 방식으로 하였으며, FLUENT의 경우는 화재시뮬레이션 OUT DATA값들이 EXODUS와 호환이 어려우므로 직접 결과값들을 수식으로 변환하여 EXODUS HAZARD에 적용하여 승객피난시뮬레이션을 수행하였다. 또한 이를 실제 대구지하철화재사고와 비교분석하였다.
최근 우리나라 고층아파트에서 많은 문제가 되고 있는 승강장 부속실의 급기가압 시스템에 있어서 거주자의 피난 시나리오에 따른 차압의 변화 및 연기유동 특성을 FDS 화재모델링을 이용하여 현상학적으로 살펴보았다. 자동차압조절댐퍼의 기준압을 화재실로 할 경우 현관문 누설틈새를 통한 공기의 화재실 유입으로 화재실 및 부속실 모두 절대압이 크게 상승하는 결과를 가져왔으며 피난으로 계단실 방화문이 개방 후에는 다시 닫히지 않아 부속실내의 차압형성이 안 되는 문제점이 예상되었다. 따라서 화재실압이 지속적으로 상승하지 않도록 거실에 별도의 개구부가 필요한 것으로 판단된다. 현관문 개방 후 다시 닫힐 시에는 순간적으로 200 Pa 정도의 높은 과압이 형성되어 이 시간 동안에는 화재실 안의 또 다른 거주자가 현관문을 개방하기는 어려울 것으로 예상되었으며, 현관문만 개방 시에는 적정방연풍속이 유지되었으나, 현관문과 계단실 방화문이 동시에 개방되어 있을 경우에는 적정방연풍속이 생성되지 않아 부속실 및 계단실로의 연기유입이 발생하는 것으로 예측되었다.
Social welfare facilities are used by a wide range of local residents, including vulnerable populations such as the elderly, children, and people with disabilities. During emergencies like fires, confusion can arise as these individuals try to evacuate. Evacuation simulation results have shown that utilizing evacuation systems based on specific evacuation scenarios can significantly decrease the time required for evacuation compared to general evacuation procedures. By anticipating potential fires based on changes in social and facility environments, appropriate evacuation scenarios can be developed and applied to evacuation systems, thus contributing to the safety and security of individuals during emergencies. In conclusion, for social welfare facilities that serve a large number of people, it is necessary to expand the focus on performance-based design depending on the size of the facility, and to continuously develop and train for appropriate evacuation scenarios that align with changing facility environments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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