철도차량의 화재 시 방출되는 열방출률 곡선은 철도터널 설계 시 방재규모를 결정하는 중요한 인자이다. 하지만 이 열방출률 곡선은 차량에서 발생할 수 있는 화원의 시나리오 및 터널복사나 주변유동과 같은 환경변화에 따라서 다른 특성을 가진다. 따라서 이를 포괄할 수 있도록 대표선도로 표준화된 화재곡선을 선정하여 터널의 설계화재로 사용하게 된다. 본 논문은 실물화재 시험 및 FDS를 이용한 철도차량 화재시뮬레이션과 ISO 9705 설비를 이용한 간단한 화재시험 등의 결과를 분석하여 플래시오버 전 후 단계에서 나타나는 철도차량의 화재곡선 특성을 분석하고 룸코너 시험설비를 이용하여 프리플래시오버 단계의 화재곡선 추정 방안을 제시하였다.
미분무수 소화시스템을 이용하여 철도차량 내부 화재진압 실험을 수행하였다. 실험차량은 실물 철도차량이며, 화재시나리오는 표면화재 1종, 유류화재 1종, 그리고 미분무수 소화시스템에 의한 화재공간 내의 공간 냉각 능력을 조사하기 위한 차폐화재 1종 등 총 3종이었다. 실험에 사용된 소화시스템은 6종으로, 일정압력을 가지는 소화시스템 5종, 질소가압 압력용기로부터 분사되는 소화시스템 1종이다. 실험 결과 미분무수 소화시스템이 철도 차량 내부의 화재를 효과적으로 소화시키거나, 소화가 되지 않더라도 우수한 공간 냉각 능력으로 화재 피해를 최소화 할 수 있음을 알았다.
원자력발전소의 방화지역에서 화재가 발생할 경우 케이블의 화재리스크는 온도, 열속, 화염 등 열적 특성에 의해 평가된다. 원전의 안전정지 기능에 사용되는 각종 케이블은 설계관리 및 성능분석을 위해 화재실증실험으로 열적 특성을 실측하여야 하지만 다양한 화재시나리오에 대한 실험 조건 확보와 실험 비용 등 제약이 따른다. 이에 따라 화재모델 FDS (Fire Dynamics Simulator)의 최신버전에 포함된 THIEF (Thermally-Induced Electrical Failure) 모델을 이용하여 국내 원전의 안전정지 케이블에 대한 화재모델링 분석을 수행하였다. 이 연구에서는 케이블이 설치된 형태에 따라 일정 열속에 대한 자켓 온도와 경계조건에 대한 온도분포를 분석하였다. 본 연구 결과 THIEF 모델은 원전 방화지역의 화재에서 안전정지 케이블의 내부온도를 예측할 수 있는 화재모델로 사용가능한 것으로 확인되었다.
본 연구에서는 결정론적 화재방호 요건을 기반으로 하는 원자력발전소 화재모델링 현장실사(Walk-down) 수행절차를 개발하였다. 원전 화재모델링 현장실사 수행절차는 도면에 정확히 표시되지 않은 안전정지 기기 및 케이블에 대한 위치를 파악하고, 가연물 및 점화원의 존재여부와 위치를 파악하는 과정을 포함한다. 본 연구에서 개발한 현장 실사 절차의 성능을 검증하기 위해서 가상의 다중오동작 시나리오에 대해 샘플 안전정지 중요기기 및 케이블을 선정하였다. 또한 선정된 안전정지 기기 및 케이블을 대상으로 가상의 화재모델링 시나리오를 도출하여 이에 대한 실제 현장실사를 수행하였다. 현장실사를 통해서 수집한 발전소 정보는 화재모델링을 위한 입력 값을 도출하는데 사용될 수 있도록 도면에서 얻은 정보와 비교·검토 되었다.
터널의 경우 타구조물에 비해 화재빈도가 상대적으로 높지는 않으나, 밀폐된 공간이라는 특성상 5분이내 1000도 이상으로 급격한 온도상승이 발생할 수 있으므로, 화재발생시 대형인명피해 및 화재 후 막대한 보수/보강비용이 파생된다. 이에 본 연구에서는 선진외국의 터널화재 시나리오를 준용하여 화재강도(ISO, MHC, RWS)에 따른 콘크리트 PC패널라이닝의 내부 전열특성 규명하였으며, 열손상 범위를 도출하기 위해서 ITA 기준을 적용하여 평가하였다. 연구결과 ISO화재조건에서는 30mm, MHC에서는 50mm, RWS에서는 100mm의 화재손상범위가 도출되었으며, 폭렬깊이는 RWS에서 30mm가 발생하는 것으로 나타났다. PC패널이 지보재의 역할을 할 경우엔 최소100mm깊이의 콘크리트 화재손상범위에 대한 내화성능확보방안이 적용되어야 하며, 비 지보재일 경우 PC패널라이닝의 두께를 100mm이상 확보하여야 한다.
이 연구는 2003년 12월 30일 사업승인을 받은 11층 이하의 건축관계법령이 소급 적용되지 않는 노후된 아파트가 연구 대상이며, 화재 시 인명피해가 증가되고 있는 11층 이하의 아파트에 대해 Fire Dynamics Simulator(FDS) 프로그램을 통해 위험성을 분석한 연구이다. 직통계단 입구에 방화문이 미설치된 기존 상황을 기본시나리오1로 방화문이 설치된 것으로 가정한 개선시나리오2~4의 방화문 설치 여부에 따른 위험성 분석 결과, 기본시나리오1은 연기확산으로 인한 직통계단 입구까지의 가시거리는 260초로 나타났다. 방화문이 설치된 개선시나리오3~4는 화재를 인지한 뒤 300초 후에 개방되고 직통계단 입구에 30분 방화문이 설치된 경우 직통계단 입구까지의 가시거리는 600초 한계미도달로 나타났다. 이 경우 가시거리는 방화문 설치 시 600초로 시나리오1에 비해 시나리오 3~4는 56.6% 증가되어 피난 위험성이 50%이상 낮아지는 것으로 나타났다. 연기확산의 위험성을 증가시키는 직통계단 미설치의 위험성을 제거하기 위해 법 개정을 통해 소방법령과 같이 건축관련법령이 소급 적용되어 직통계단 입구에 방화문을 설치하거나 발코니의 접이식 피난시스템 등 동등이상의 성능을 가진 시설물을 설치해야 한다. 방화문 설치에 따른 개선으로 피난시 방화문의 필요성을 수치적으로 증명하였고 방화문은 폐쇄 상태로의 유지에 대한 중요성을 파악할 수 있다.
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.
현재 도시의 발달은 건축물의 대형화와 다양화를 생활 필수 요소로 정착시켰으며 이는 공항, 역사, 체육시설, 전시시설을 비롯하여 여러 시설을 대형화 시켰다. 또한 급속도로 발전해온 국내 건축물의 대형화에 있어서 사고 및 피해는 건물이 고층화되면서 발생한 1971년 대현각호텔 화재사고와 같이 상시 발생가능성이 있는 대형화재의 위험성을 가지고 있다. 본 연구는 국내외 대공간 건축물의 화재 사례를 data base화하여 화재발생 확률 및 빈도를 분석하였다. 이러한 분석 결과는 화재발생가능성이 있는 대공간 건축물의 화재 시나리오 작성 및 대처방안 정립에 기초자료로 사용될 것으로 평가된다.
각종 사고 및 테러로 인한 폭발, 충돌, 화재 사고가 발생함에 따라 사회적인 안전 불감증이 더욱 고조되고 있으나, 실제 극한하중에 대한 구조물의 방호 설계가 반영되지 못하고 있는 실정이다. 특히, 원전격납구조물, 가스탱크 등과 같은 주요 시설물에 적용되고 있는 2방향 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 구조물에 대한 폭발, 그리고 폭발로 인한 2차적으로 발생 가능한 화재에 대한 연구가 미흡함에 따라 복합손상 시나리오에 대한 구조물의 검토가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 폭발 후 화재하중 복합손상을 분석하기 위하여 $1,400mm{\times}1,000mm{\times}300mm$의 2방향 비부착 프리스트레스트 콘크리트를 제작하여, 폭발하중은 ANFO 25 kg의 장약량을 1.0 m 이격거리로 실험을 구성하고, 화재하중은 5분 이내에 $1,200^{\circ}C$의 화재하중을 가할 수 있는 RABT 화재시나리오를 적용하여 극한저항성능을 검토하였다. 본 연구는 향후 국내외 프리스트레스트 콘크리트에 대한 방호설계 및 폭발해석 등 관련 연구분야의 중요한 자료가 될 것이라 판단된다.
LNG/LPG는 폭발가능성이 크기 때문에 매우 위험한 물질이다. LNG/LPG는 gas상태의 연료를 극 초저온에 고 압력 상태로 고농축한 액체 연료이다. 온도나 압력에 따라 물질의 상태가 변하기 때문에 폭발이나 화재가 일어날 수 있다. 하지만 무조건 사고가 일어나는 것은 아니며 현재까지도 화재나 폭발이 일어난 경우가 드물다. LNG/LPG선박은 충돌이나 파손 등 사고위기가 클수록 위험하다. 사고위기가 일어나는 요소로는 복잡한 항로, 많은 선박 수, 해마다 증가하는 LNG/LPG의 수요량 등이 있다. 본 연구에서는 LNG/LPG관련 해양사고 시나리오를 만들기 위해 사고 연계 고리(Accident chain)를 만들어 분석하였다. 해양사고의 연계 고리를 만들기 위해서는 story가 필요하다는 것을 알게 되었고, Risk를 통해 Peril과 Hazard를 분석 할 수 있었다. LNG/LPG의 위험성은 고압에 기인하는 위험, 화재위험, 동상위험, 화학반응의 위험, 질식 위험 등으로 분류 할 수 있었다. 아직까지는 LNG/LPG선박의 화재 및 폭발사고는 거의 일어나지 않았으나 매년 그 수요량이 증가하고 있고, 매우 위험한 물질임을 본 연구를 통해 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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