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Capstone Design for the Better World

[안전-1] 화재/피난 시뮬레이션을 이용한 다중밀집시설의 소방시설 유지관리의 필요성 : 인천대학교 학산도서관 대상

  • 이석희 [ 인천대학교 ]
  • 조회수56 리뷰수0 좋아요2
  • 작품번호 : 미입력
  • 공개여부 : 비공개(첨부파일)
  • 카테고리 : 기타
  • 등록일 : 2020-09-16
  • 팀원(공동개발자) : 201601446 김성은, 201601448 김수민, 201601466 이석희
  • 출품작 : 2020 공과대학 EATED 프로그램 연구성과 중간 발표회

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수행 목적

1. 다중밀집(이용)시설의 수가 증가함에 따라 재난, 자연재해, 화재 등의 사고 발생에 따른 대규모 피해 발생 가능성 또한 증가
2. 다른 사고 유형들과는 달리 화재 사고는 시설물의 관리에 따라 발생 예방 및 최소화 가능

위의 두 가지 사항을 고려하여 다중밀집시설을 대상으로 한 화재사고 관련 연구와 그 중 시설물의 관리 및 동작 여부, 피난 경로 개폐 유무에 따른 화재 피해 규모에 대한 연구가 필요할 것으로 판단하였다.
따라서 본 연구는 화재 시뮬레이션(PyroSim)과 피난 시뮬레이션(Path Finder)을 활용하여 다중밀집시설의 화재상황과 피난 상황을 재현하여 피난 안전 확보에 관한 평가를 진행하고, 시설물의 동작 및 개방 여부 등 시나리오 조건을 달리하여 결과를 도출하여 소방시설 유지관리의 필요성을 제고하고자 한다.

상세설명

1. 수행배경

  • 신종 다종이용업이나 새로운 형태의 산업시설이 증가하는 추세이지만, 시설 안전관리의 미흡으로 인하여 대형사고가 빈번히 발생.
  • 기존 건축물의 노후에 따른 시설 및 장치의 미설치 또는 노후화로 인하여 화재 사고에 대한 물리적인 안전 환경이 약화됨.
  • 화재 피해 현황상, 화재 발생 건수의 변화는 크게 없는 것에 비해 인명 피해는 증가하는 추세.

2. 수행기간

  • 2020. 05 ~ : 주제선정 및 선행연구 조사
  • 2020. 07 ~ : 화재 및 피난 시뮬레이션 조건 설정 및 구동
  • 2020. 08 ~ : 프로그램 심화 학습
  • 2020. 09 ~ : 시뮬레이션 수정 및 보완
  • 2020. 09 ~ : 2020 EATED 프로그램 중간발표 준비

3. 해당 연구 설명

  • 대상 시설 : "인천대학교 학산도서관"
      - 규모 : 지하 1층, 지상 4층 규모의 다중이용시설
      - 특징 : 1. 카페테리아, 멀티미디어실, 자료보관실, 열람실, 편의점, 인쇄실 등 다양한 목적의 공간활용
                 2. 인천대 재학생 및 일반 시민에게 개방되어 있는 시설 (사용 인원 많음)   
 
  • 시뮬레이션 구동 시나리오
      : 성능위주 설계 - 화재 및 피난 시뮬레이션 작성 시 실제 건축물에서 발생 가능한 가장 피해가 클 것으로 예상되는 시나리오 7개 중 최소 3개 이상의 시나리오 적용하여 수행
     - 시나리오 1
       * 건물의 용도, 사용자 중심의 일반적인 화재를 가상함
       * 건물사용자의 특성, 사용자의 수, 대상장소, 실 크기, 가구와 실내 내용물, 연소가능물질과 발화원, 환기조건에 대한 사항 명시
     - 시나리오 2
       * 내부 문들이 개방되어 있는 상황, 피난로에 화재 발생, 급격한 화재 연소 발생 상황 가정
       * 화재 시 가능한 피난 방법의 수에 중심을 두고 작성
     - 시나리오 6
       * 건축물의 일반적인 사용 특성과 관련, 화재하중이 가장 큰 장소에서 발생한 아주 심각한 화재 가상
       * 재실자가 있는 공간에서 급격하게 연소확대 되는 화재를 중심으로 작성

  • 화재 시뮬레이션 "PyroSim"
       : NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 개발된 화재 역학 시뮬레이션(FDS_Fire Dynamics Silmulator)을 기반으로 한 프로그램
       - 화재 원인에 대한 분석 및 평가, 각종 가스/온도/연기 거동 등의 화재 특성을 예측 및 분석하기 위하여 사용
       - 화원 설정 : 1층 멀티미디어실, Wood Oak 재료의 테이블 4개 / 열방출률 : 500 kW/m2 / 화재 성장률 : Fast, 150s
       - 장치 설정 : 계단 왼쪽/오른쪽, 출입구 왼쪽/오른쪽_총 4곳에 사람의 호흡한계선인 1.8m 높이로 설치
                           (Temperature, Visibility, CO, CO2, O2_총 5가지)​

  • 피난 시뮬레이션 "Path Finder"
       : CAD 프로그램 또는 FDS의 데이터 정보를 이용하여 건물 요소를 설정 후, 재실자를 배치하여 피난 과정을 실제와 유사하게 시뮬레이션할 수 있는 프로그램
      - High Quality 3D 애니메이션이 포함된 움직임을 통해 현실성 있는 결과 도출.
      - 인원수 및 인원에 대한 특징(나이, 신체 치수, 성별, 장애 유무 등)을 고려한 시뮬레이션 진행 가능
      - 초기 지연시간 (Initial Delay) : 성능위주설계 피난가능시간 기준에 따라 용도와 도서관의 현재 상황을 고려하여 60s로 산정
      - 재실자 특성 : 학산도서관 주 이용대상 20대 성인 학생을 기준. (산업통상지원부, 20대 남녀 신체치수)
      - 층별 배치 인원 수 : 1층_359명, 2층_248명, 3층_478명, 4층_528명 => 총 1613명

4. 활용방안

  1) 화재 시뮬레이션을 통한 화재 위험성 고취
     : 증가하는 화재 사건에 대비하여 시뮬레이션을 통한 화재의 위험성을 시각적으로 구현하여 앞으로의 화재 예방 가능성을 높임
  2) 학산도서관의 예시를 통한 다중밀집시설 및 대학교의 특성 화재 제시
     : 학산도서관의 경우 99년에 착공된 건축물로서, 도서관+대학교+다중밀집시설의 특성을 가지고 있기 때문에 다른 건축물 화재에도 적용가능한 예시 사례가 될 수 있음
  3) 소방시설 유지관리에 대한 필요성 제고
     : 소방시설의 작동에 대한 시뮬레이션 구동을 통해 주기적인 소방시설 점검 및 유지관리의 필요성을 수치적으로 증명하고 향후 장치 작동 시 화재 성장을 최소화하는 비전을 제시
  4) 안전교육 매뉴얼 제시
     : 화재 및 피난 시뮬레이션 영상을 안전 교육 용도로 활용하여 시설 내 관리자의 안전의식을 높이고 이용자들도 보고 쉽게 이해할 수 있는 매뉴얼 역할을 기대함

5. 첨부파일 설명

1. EATED 중간발표_포스터
   : 포스터의 PDF 확장자 버전 자료입니다.
2. EATED 중간발표_설명자료
   : 영상에 업로드 된 PPT 자료입니다. 컴퓨터 화면에서 영상을 재생한 경우, 화질이 저하되어 슬라이드의 내용을 참고하기 힘든 점을 고려하여 설명자료 파일을 첨부하오니, 업로드 된 영상 내에서 확인이 어려운 부분은 본 자료를 참고해주시기 바랍니다.

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