[논문]Simulation 분석을 통한 지하철 역사 피난동선 설계 방안에 관한 연구

함은구; 노삼규

[국내논문] Simulation 분석을 통한 지하철 역사 피난동선 설계 방안에 관한 연구
A Study on the Design of Evacuation Route at Subway Station Using Simulation Analysis 원문보기

한국방재학회논문집 = Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, v.10 no.5, 2010년, pp.1 - 7

초록
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지하철 역사 화재는 다수의 인명피해를 동반한 대구 지하철사고 이후 지하철 차량 내장재, 지하역사의 제연 시스템과 승객이 지상으로 탈출하기 위해 필요한 피난시간 등과 같은 기존 시스템에 대한 적정성 논란을 가져왔다. 기존의 제연설비는 화재 시배기 용량과 역사 시설구조의 복잡성으로 인한 제어방법의 한계가 따른다. 특히 지하철 역사 화재는 지중에서 지상으로 대피하는 형태로서 이는 부력으로 인한 연기의 이동방향과 피난방향이 같아지게 되므로 피난자들이 일반화재보다도 더욱 많은 연기의 영향에 노출되어져 버리는 결과가 발생한다. 본 연구에서는 하향식 피난 동선을 설계하여 피난완료시간의 단축 및 연기 층으로부터 피난자들을 격리시켜 희생자를 줄일 수 있는 방안을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Since subway fire disaster at Daegu, Korea smoke control system and passengers evacuation distance has been focused to reform. Existing smoke control facilities need to expand volume of ventilation capacity however, the complicate subway station structure can hardly react dispersion of smokes from massive subway cabin fire. Smoke flow at platform level move upward thought vertical stairway and passengers evacuation goes with same direction. The victims of evacuees from subway station fire mainly due to exposure of heat radiation and smoke. The study demonstration the effect of downward evacuates stairway system by separating evacuation route to smoke movement pass way including saving times of evacuation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 실제로 이러한 제연설비가 모든 부분을 충족시킬 수 없으며, 이를 보완하기 위한 구조적인 설계가 요구되어진다. 따라서 본 연구에서는 그 대안으로 하향식 수직 피난동선구조 Proto Type을 제안하고 이를 기존 역사와 비교 시뮬레이션을 통하여 그 성능을 제시하고자 한다.

가설 설정

각 개인의 최초 위치는 임의로 가정한다. 이러한 개인 특성 값은 한번 지정되면 피난완료 시까지 변하지 않으며 실제 피난상황의 변화에 영향을 받지 않는다.
이때 지하3층(platform)에 설치된 8개의 출구를 고려한 화재영향 분석은 피난자의 호흡장애에 이르는 연층부 노출 높이를 1.8 m로 가정한다. 각 계단 입구 별로 연층 하강 시각은 각각 137~304초로 나타났다.
재실자의 나이는 12세에서 55세 사이로 가정하며 용도에 따라 성별 분포가 결정된다. 신체크기는 평균, 남자, 여자, 유아 등 4가지 종류가 있다.

제안 방법

분석도구 및 분석 방법은 대구 지하철 기존 역사를 이용하였다. 기존 승강장에 하향식 피난 계단을 두어 화재 시 연기층에 노출을 피하도록 구상하였다. 그림9는 변경 전 기존 지하철역사 공간구조이고 그림 10은 하향식 계단이 추가된 공간구조를 나타내고 있다.
주요 모델 특성으로는 건물 공간의 정의, 피난 경로의 선정, 개인별 특성 및 위치 지정, 주변 사람과의 밀집상태에 따라 밀치기, 앞지르기에 의한 보행속도의 감소 등을 고려한다.
피난 시뮬레이션은 Simulex model을 이용하였으며, 피난은 모든 인원이 사고와 동시에 일제히 개시하는 것으로 설정하였다.
하향식 수직 피난동선이 추가된 공간구조의 경우 그림 9에서 나타나듯이 지하 3층의 승강장에서 지하 4층 하부로 피난할 수 있는 하향식 계단을 두었고 이를 곧바로 지하2층 까지 연결되는 직통계단을 두었다.

대상 데이터

본 연구에서 연기의 거동을 분석하기 위하여 사용된 CFD 모델은 FDS 4.0이다.
인원 산정은 지하철 1량 정원 160명에 Peak time 혼잡도 180 %를 적용 시켜 객차6량 내 총인원 1176명, 승강장 대기 인원을 상 하행 각각 240명으로 산정하여 승강장의(지하3층) 총 피난 인원 1656명으로 산출했다.

이론/모형

분석도구 및 분석 방법은 대구 지하철 기존 역사를 이용하였다. 기존 승강장에 하향식 피난 계단을 두어 화재 시 연기층에 노출을 피하도록 구상하였다.

성능/효과

급·배기방식은 실내에 외부의 공기를 공급하여 공기 농도를 희석하고, 실내의 연기를 강제로 배출하는 방식이다. 가압급기방식은 실내 압력이 주위 압력보다 높게 유지되도록 급기 함으로써 연기의 유입을 방지하는데 사용되지만, 화재참사가 발생한 대구 중앙로 역에는 가압급기방식의 제연설비가 설치되어 있었으나 사고 당시 제대로 기동하지 않아 제연에 실패한 것으로 나타났다. 배기방식(흡인방식)은 실내의 연기를 제거하는데 효과적이나 새로운 공기가 유입될 수 있는 개구부가 작으면 충분한 제연효과를 기대할 수 없다.
특히 Flame Spread와 Sprinkler의 적용을 통하여 더욱 건축화재 시뮬레이션에 적용성을 높였다. 기존의 RANS 형식을 가지는 Field 모델들의 단점을 보완하는 LES와 DNS의 지배 방정식(Governing Equation)을 모두 적용할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 난연성 재료는 대체로 석유화학제품군으로 화재 시 높은 독성가스를 배출하는 단점을 갖고 있으며, 제연설비를 포함한 지하구조의 자동제어시스템의 복잡성과 그에 따른 높은 오작동율로 인해 어려움이 따른다. 따라서 화재시 열과 연기가 상부로 거동하는 지하공간의 화재 특성을 고려하여 피난동선과 연기를 포함한 독성물질을 구조적으로 분리시키는 방안이 가장 효과적인 대안이라고 판단된다.
75 m 상부에서 측정되었다. 또한, 승강장 형식(섬식, 상대식), 셔터가동방식에 따라 그 결과가 약 2배정도 차이가 있음을 알 수 있었다.
이때 피난 완료지점은 지하 2층 개찰구로 가정, 피난완료 시간은 6분 6초로 나타났고 실제적으로 피난불능에 이르는 시점인 연층이 바닥으로부터 1.8 m 까지 하강하는 140초를 기준시점으로 가정할 때 지하3층 승강장에 남아 있는 피난 대기 인원은 480명으로 총 피난 인원에 28.9%에 이르는 것으로 나타났다.
이에 연층 하강시간 140초 이후에 피난이 가능한 하향식계단 만으로 시뮬레이션 한 결과 126명의 피난 완료시간은 2분 12초로 나타났으며, 126명이 하향식 계단에 진입한 시간은 1분 25초로 나타났다.
특히 Flame Spread와 Sprinkler의 적용을 통하여 더욱 건축화재 시뮬레이션에 적용성을 높였다. 기존의 RANS 형식을 가지는 Field 모델들의 단점을 보완하는 LES와 DNS의 지배 방정식(Governing Equation)을 모두 적용할 수 있다는 장점이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	화재시, 피난동선과 연기를 포함한 독성물질을 구조적으로 분리시키는 방안이 가장 효과적인 대안인 이유는 무엇인가?	따라서 유독성가스와 연기를 신속하게 제거하거나 불연재와 난연재의 사용으로 화재의 급격한 성장을 지연시키는 것이 인명손실을 줄이는 보편적인 접근방식이다. 그러나 난연성 재료는 대체로 석유화학제품군으로 화재 시 높은 독성가스를 배출하는 단점을 갖고 있으며, 제연설비를 포함한 지하구조의 자동제어시스템의 복잡성과 그에 따른 높은 오작동율로 인해 어려움이 따른다. 따라서 화재시 열과 연기가 상부로 거동하는 지하공간의 화재 특성을 고려하여 피난동선과 연기를 포함한 독성물질을 구조적으로 분리시키는 방안이 가장 효과적인 대안이라고 판단된다.
	화재로 인한 사망자의 대부분은 무엇이 원인인가?	화재로 인한 사망자의 대부분은 초기에 유독가스를 포함한 연기의 질식에 기인한다. 따라서 유독성가스와 연기를 신속하게 제거하거나 불연재와 난연재의 사용으로 화재의 급격한 성장을 지연시키는 것이 인명손실을 줄이는 보편적인 접근방식이다.
	화재에 있어, 인명손실을 줄이는 보편적인 접근방식은 무엇인가?	화재로 인한 사망자의 대부분은 초기에 유독가스를 포함한 연기의 질식에 기인한다. 따라서 유독성가스와 연기를 신속하게 제거하거나 불연재와 난연재의 사용으로 화재의 급격한 성장을 지연시키는 것이 인명손실을 줄이는 보편적인 접근방식이다. 그러나 난연성 재료는 대체로 석유화학제품군으로 화재 시 높은 독성가스를 배출하는 단점을 갖고 있으며, 제연설비를 포함한 지하구조의 자동제어시스템의 복잡성과 그에 따른 높은 오작동율로 인해 어려움이 따른다.

참고문헌 (10)

Yuji Hasemi, S. Moriyama, D. Nam., S. Tanaka, N. Okazawa, M. Yonezawa, W. Ding. (2003) Research Needs on the Fire Safety of Subway Station-Fire distance regulation. research efforts and recent smoke movement tests in subway stations in Japan. KIFA.
Park, J.-S., Yoon, M.-O. and Lee, Y.-J. (2003) A Study on the Design Standards for Egress Safety Performance of an Underground Subway Station. Architectural Institute of Korea. Vol. 19, No. 8.
Kim, E.-S., Kim, S.-Y. You, H.-K. (2003) A Study on the Simulation of evacuation time in Daegu Subway Stations. Korean Institute of Fire Science & Engineering.
NFPA (1985) Guide for Smoke and Heat Venting, NFPA 2004M. National Fire Protection Association. Quincy. MA.
Public Hearing Committee (2003) Urban Railway Safety Improvement Plan. Korean Railroad Research Institute.
Dea-gu Subway Facility Technique seminar (2003) Korea Building Facility Engineering Institute.
Subway Fire Safety Performance Professional Forum (2003) Korea Fire Technique Institute.
Roh, S.K., Hur, J.H. Kim, W.H. Kim, J.H. (2003) Analysis for Daegu subway disaster Emergence Response. KIFA.
Leg Co Panel on Transport Subcommittee matters relating to railway (2004) Preventive and Response Measures for Emergence Incidents LC paper No. CB(1)1168/03-04.
Park, W.-C. (2004) A Numerical Simulation of Smoke Control in Daegu Subway Stations. Korean Institute of Fire Science. & Engineering. Vol. 17, No. 4.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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