대규모 공간에서 선행음 효과를 이용한 음성피난유도 시스템의 적용연구 An Experimental Study on the Adaption of Announcement Based Evacuation Guidance System using Haas Effect in Large Space원문보기
본 연구에서는 비상시 인명피해의 위험요소인 연기발생에 따른 시야장애 상황을 연출하여 음성피난유도 시스템의 적용을 위한 모의실험을 실시하였으며 피험자들의 피난행동과 피난 대피시간을 조사 분석하였다. 피난유도음을 스피커 4개에서 동시에 발생시킬 경우, 대부분의 피험자는 방향감을 상실하고 지정된 지점으로 이동하는 시간도 비교적 길게 나타났다. 스피커 2개보다 1개에서 피난유도 멘트가 나왔을 때 방향감 및 피난행동에 가장 좋은 결과를 보여주었다. 또한 2개 이상의 스피커에서 피난유도 멘트가 동시에 발생되었을 때는 선행음효과를 활용하고, 스피커 설치가 가까울수록 피난유도 내용 및 방향감 인지가 높고 대피시간도 짧은 것으로 나타났다.
본 연구에서는 비상시 인명피해의 위험요소인 연기발생에 따른 시야장애 상황을 연출하여 음성피난유도 시스템의 적용을 위한 모의실험을 실시하였으며 피험자들의 피난행동과 피난 대피시간을 조사 분석하였다. 피난유도음을 스피커 4개에서 동시에 발생시킬 경우, 대부분의 피험자는 방향감을 상실하고 지정된 지점으로 이동하는 시간도 비교적 길게 나타났다. 스피커 2개보다 1개에서 피난유도 멘트가 나왔을 때 방향감 및 피난행동에 가장 좋은 결과를 보여주었다. 또한 2개 이상의 스피커에서 피난유도 멘트가 동시에 발생되었을 때는 선행음효과를 활용하고, 스피커 설치가 가까울수록 피난유도 내용 및 방향감 인지가 높고 대피시간도 짧은 것으로 나타났다.
In this study, a simulated situation in which the visions of the evacuees were blocked by the smoke, which is one of the most dangerous factors that cause casualties in case of an emergency, was conducted for the evaluation of the performance of an evacuation guidance system. For this purpose, the b...
In this study, a simulated situation in which the visions of the evacuees were blocked by the smoke, which is one of the most dangerous factors that cause casualties in case of an emergency, was conducted for the evaluation of the performance of an evacuation guidance system. For this purpose, the behavior and time taken by the experiment subjects in simulated evacuation test were measured and analyzed. When the evacuation guidance sound signals were given by 4 speakers at the same time, most of the subject were disoriented and took generally longer in getting to the pre-designated evac point. And, using only one speaker instead of two showed a better result in terms of the evacuation behavior or and orientation. Also, when there were two or more speakers used for the broadcasting of the guidance message, it turned out that using Hass effect, and placing the speakers closer, could result in higher awareness of the guidance message and maintenance of the orientation, while it also made the subjects took short to get to the evac point.
In this study, a simulated situation in which the visions of the evacuees were blocked by the smoke, which is one of the most dangerous factors that cause casualties in case of an emergency, was conducted for the evaluation of the performance of an evacuation guidance system. For this purpose, the behavior and time taken by the experiment subjects in simulated evacuation test were measured and analyzed. When the evacuation guidance sound signals were given by 4 speakers at the same time, most of the subject were disoriented and took generally longer in getting to the pre-designated evac point. And, using only one speaker instead of two showed a better result in terms of the evacuation behavior or and orientation. Also, when there were two or more speakers used for the broadcasting of the guidance message, it turned out that using Hass effect, and placing the speakers closer, could result in higher awareness of the guidance message and maintenance of the orientation, while it also made the subjects took short to get to the evac point.
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문제 정의
그리고 화재 발생시 연소생성물인 화염, 연기, 유해성 가스 등에 의해 피난행동에 침해를 받고 있다. 그러므로 본 연구에서는 실제 대형 집회시설 공간을 대상으로 모의피난실험 실시하여 음성피난유도시스템의 성능을 평가하고자 하였으며 실험의 개요는 Table 1과 같다.
본 연구에서는 비상시 인명피해의 위험요소인 연기 발생에 따른 시야장애 상황을 연출하여 음성피난유도 시스템의 적용을 위한 모의실험을 실시하였으며 피험자들의 피난행동과 피난 대피시간을 조사·분석하였다.
본 연구에서는 선행음 효과를 이용하여 개발된 음성피난유도 시스템의 적용을 위해서 실제 대형집회시설 공간에 모의피난실험을 실시하여 개발된 시스템의 선행효과의 최적화 방안을 찾고자 하였다.
이 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 화재시 피난자에게 피난 시간을 최소화하면서 피난시간 지연으로 발생되는 인명피해의 원인 중 연소생성물로 인한 시야 미확보 등으로 발생되는 피난장애를 해결하고자, 음성을 활용한 피난유도모델을 제안하고자 한다. 본 연구에서 제안하고자 하는 음성피난유도모델은 선행음효과(Haas effect)를 이용하여 피난자에게 방향감을 주어 피난방향을 제시하는 모델이다.
시야장애가 있는 모의 실험에서 피험자들이 피난유도음을 듣고 올바른 피난구까지 이동하는 피난행동 과정과 출발지점에서 피난구까지 이동하는 피난 대피시간을 비교하였다. 이러한 결과를 바탕으로 선행음효과를 이용한 음성피난유도시스템의 최적의 성능을 도출할 수 있는 방법을 찾고자 하였다.
화재 발생시 연기로 인한 시야장애가 발생하였을 경우에 음성으로 피난자들을 올바르게 피난시키는 음성피난유도시스템의 성능평가가 그 목적이다. 이를 위해 피난실험의 화재시 피난조건은 피험자에게 연기로 인한 시야장애를 발생시키는 것으로 한정하였으며, 실험이 끝날 때까지 일정한 연기의 농도를 유지시키기 어려운 문제점으로 인해 가시광선 투과율을 조정한 불투명 안대를 사용하여 화재시 연기로 인한 감광의 효과를 대신하였다.
제안 방법
Table 2의 Case 1의 경우는 Figure 4에서 표시되어 있듯이 모든 피난구에서 피난유도음이 발생하여 피험자들에게 방향감을 제공하지 않았을 경우 특정 피난구(A)로 피험자들이 대피하는 시간을 측정하였다. Case 2의 경우는 양쪽의 피난구에서 피난유도음을 재생시켜 피험자들의 대피 시간과 방향감을 측정하였고, Case 3과 Case 4의 경우에는 특정 피난구(A) 방향의 경우에 방향감을 주어 선행음효과가 존재했을 경우와 그렇지 않을 경우를 구분하여 피험자들의 대피 시간과 행동 패턴을 비교 평가하였다. 또한 Case 5와 Case 6은 특정 피난구(A) 방향으로 선행음효과를 더 추가하기 위하여 후속음을 발생시키는 스피커를 피난구(A) 방향으로 가깝게 배치하였을 경우에 피험자들의 대피시간과 피난행동을 비교 평가하였다.
Case 5의 선행음효과에 따른 피험자의 피난행동을 보여주고 있다. Case 4의 경우와는 달리 피험자를 중심으로 등거리 간격으로 스피커를 설치했을 때 피난행동의 차이를 비교하기 위해서 실험을 실시하였다. 피험자들은 초기에는 A 피난구 방향으로 빠르게 이동하지만 A 피난구 근처에서는 스피커 Sab와 Sad에서 발생하는 피난유도음 때문에 상당히 많은 시간을 소비하는 것을 알 수 있다.
두 번째는 Case 3~6과 같이 선행음과 후속음의 지연시간을 두어 선행음효과를 발생시켰을 경우에 스피커의 배치에 따른 피험자들의 피난시간을 비교하였다. Case 7~10과 같이 실험대상 공간 내에 피난유도음을 발생시키는 스피커와 피험자들의 거리가 떨어져 있을 경우에 피난시간을 분석하였다.
개발된 선행음효과 시스템은 선행음과 후속음의 지연 시간을 0~150 ms까지 조절할 수 있고, 사운드카드가 설치된 노트북에서 실험음원을 쉽게 선정하고 재생할 수 있도록 개발된 시스템이다. 개발된 시스템은 최대 4개까지 스피커에서 선행음효과를 조절할 수 있도록 설계되어 장치를 구성하였다.
그러나 Figure 2에서 보이는 바와 같이 체육관은 직사각형의 형태로 피난구의 위치가 양방향으로 배치되어 있어 본 실험에서 유도하려는 다수의 피난구에서 음성피난유도시스템의 최적화 연구에는 적합하지 않아 네 귀퉁이에 피난구(A~D)를 상정하여 특정 방향(A)에 존재하는 피난구로 유도하는 것을 모의 실험하였다. 또한 화재 발생시 연기로 인한 시야장애가 발생하였을 경우를 가정하여 시야가 확보되지 않는 상황에서 실험에 참가하는 피난자들의 안전을 위해 바닥이 평탄하고 위험요소가 없는 공간에서 실험을 실시하였다.
첫 번째는 Case 1 또는 Case 2에서 선행음효과 없이 피난구에 부착되어진 스피커에서 피난유도음을 제공하였을 경우를 비교 하였다. 두 번째는 Case 3~6과 같이 선행음과 후속음의 지연시간을 두어 선행음효과를 발생시켰을 경우에 스피커의 배치에 따른 피험자들의 피난시간을 비교하였다. Case 7~10과 같이 실험대상 공간 내에 피난유도음을 발생시키는 스피커와 피험자들의 거리가 떨어져 있을 경우에 피난시간을 분석하였다.
Case 2의 경우는 양쪽의 피난구에서 피난유도음을 재생시켜 피험자들의 대피 시간과 방향감을 측정하였고, Case 3과 Case 4의 경우에는 특정 피난구(A) 방향의 경우에 방향감을 주어 선행음효과가 존재했을 경우와 그렇지 않을 경우를 구분하여 피험자들의 대피 시간과 행동 패턴을 비교 평가하였다. 또한 Case 5와 Case 6은 특정 피난구(A) 방향으로 선행음효과를 더 추가하기 위하여 후속음을 발생시키는 스피커를 피난구(A) 방향으로 가깝게 배치하였을 경우에 피험자들의 대피시간과 피난행동을 비교 평가하였다.
그러나 Figure 2에서 보이는 바와 같이 체육관은 직사각형의 형태로 피난구의 위치가 양방향으로 배치되어 있어 본 실험에서 유도하려는 다수의 피난구에서 음성피난유도시스템의 최적화 연구에는 적합하지 않아 네 귀퉁이에 피난구(A~D)를 상정하여 특정 방향(A)에 존재하는 피난구로 유도하는 것을 모의 실험하였다. 또한 화재 발생시 연기로 인한 시야장애가 발생하였을 경우를 가정하여 시야가 확보되지 않는 상황에서 실험에 참가하는 피난자들의 안전을 위해 바닥이 평탄하고 위험요소가 없는 공간에서 실험을 실시하였다.
본 실험은 비상시 인명피해의 위험요소인 연기발생에 따른 시야장애 상황을 연출하여 음성피난유도시스템의 적용을 위한 모의실험을 실시하였으며 피험자들의 피난행동과 피난 대피시간을 조사·분석하였다.
이 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 화재시 피난자에게 피난 시간을 최소화하면서 피난시간 지연으로 발생되는 인명피해의 원인 중 연소생성물로 인한 시야 미확보 등으로 발생되는 피난장애를 해결하고자, 음성을 활용한 피난유도모델을 제안하고자 한다. 본 연구에서 제안하고자 하는 음성피난유도모델은 선행음효과(Haas effect)를 이용하여 피난자에게 방향감을 주어 피난방향을 제시하는 모델이다.
본 연구에서는 선행음효과의 조건에 따라 크게 세 가지로 분류하여 비교·분석하였다.
각 개인별 피난 패턴을 분석하기 위해 피험자들의 앞쪽과 뒤쪽에 번호표를 부착하였다. 부착된 번호표를 통하여 피험자들이 음성 피난유도음에 대응하는 것을 시간 순으로 분석하였다.
시야장애가 있는 모의 실험에서 피험자들이 피난유도음을 듣고 올바른 피난구까지 이동하는 피난행동 과정과 출발지점에서 피난구까지 이동하는 피난 대피시간을 비교하였다. 이러한 결과를 바탕으로 선행음효과를 이용한 음성피난유도시스템의 최적의 성능을 도출할 수 있는 방법을 찾고자 하였다.
실험에 사용된 피난유도음은 신호음과 여성 아나운서 문구로 구성된 “띠리링- 비상구는 여기입니다”를 이용하였다.
화재 발생시 연기로 인한 시야장애가 발생하였을 경우에 음성으로 피난자들을 올바르게 피난시키는 음성피난유도시스템의 성능평가가 그 목적이다. 이를 위해 피난실험의 화재시 피난조건은 피험자에게 연기로 인한 시야장애를 발생시키는 것으로 한정하였으며, 실험이 끝날 때까지 일정한 연기의 농도를 유지시키기 어려운 문제점으로 인해 가시광선 투과율을 조정한 불투명 안대를 사용하여 화재시 연기로 인한 감광의 효과를 대신하였다.
첫 번째는 Case 1 또는 Case 2에서 선행음효과 없이 피난구에 부착되어진 스피커에서 피난유도음을 제공하였을 경우를 비교 하였다. 두 번째는 Case 3~6과 같이 선행음과 후속음의 지연시간을 두어 선행음효과를 발생시켰을 경우에 스피커의 배치에 따른 피험자들의 피난시간을 비교하였다.
촬영된 영상을 추후에 분석하여 피험자들이 피난유도음을 듣고 이동하는 경로를 다시 기록지에 기재하는 방식으로 피난행동을 조사·분석하였다.
촬영위치는 실험대상 공간을 전체적으로 촬영이 가능한 체육관 상층에서 촬영하였으며, 나머지 한 대는 피난을 유도했던 피난구에 설치하여 피험자들이 피난구로 대피하는 행동과 도착시간을 촬영하였다. 기록지에는 22명의 피험자들이 출발지점에서 올바른 피난구로 이동하는 경로가 각 시간대별로 기록되어 있으며, 각각의 Case에서 활용되었던 스피커의 위치가 표기되어 있다.
피난시간의 피험자들이 출발지점에서 음성피난음을 듣고 피난구까지 이동하는 경로를 초 단위로 기록하였다. 이러한 결과는 피난을 시작한 각 시간대별로 건축물 내 재실자의 피난행동을 확인할 수 있으며, 전체 대피에 소용되는 대피시간을 확인할 수 있다.
피난행동의 조사·분석 방법은 피험자들이 출발지점에서 음성피난음을 듣고 피난구까지 이동하는 경로를 시간 흐름에 따라 기록하였다.
대상 데이터
실험은 Figure 3과 같이 마루의 면이 정방형의 건물 공간이 있고, 그 네 귀퉁이에 피난구(A~D)를 상정하여 특정 방향(A)에 존재하는 피난구로 유도하는 것을 모의실험 수행하였다.
음성피난유도시스템의 성능평가를 위한 장소로 D대학교 체육관을 선정하였다. D대학교 체육관은 앞서 최적 선행음효과 도출을 위한 청감실험을 실시하였던 장소로 이는 건축물에서 비교적 넓은 공간이고 잔향시간이 길어서 음향학적으로 불리하므로, 최적의 선행음효과를 활용한 음성피난유도시스템의 성능평가를 위한 장소로 적합한 곳이었다(폭 26 m × 넓이 44 m × 높이 20 m).
피험자들은 20에서 30대까지, 남성 12명, 여성 10명으로 총 22명 D대학교 재학생들로 구성되였다. 각 개인별 피난 패턴을 분석하기 위해 피험자들의 앞쪽과 뒤쪽에 번호표를 부착하였다.
이론/모형
음성피난유도시스템 적용을 위해 개발된 선행음효과(Haas Effect) 시스템을 활용하여 시스템을 구성하였다. 개발된 선행음효과 시스템은 선행음과 후속음의 지연 시간을 0~150 ms까지 조절할 수 있고, 사운드카드가 설치된 노트북에서 실험음원을 쉽게 선정하고 재생할 수 있도록 개발된 시스템이다.
성능/효과
각 실험조건에 따른 피험자들의 피난행동과 피난시간을 살펴본 Case 1과 Case 2의 경우처럼 다수의 스피커를 이용하여 단순하게 피난유도음을 들려주었을 경우에는 피험자들이 피난유도음을 제공하는 각 피난구 방향으로 이동하는 것을 알 수 있었다. 각 피난구 방향으로 이동하였던 피험자 중에서 다시 안전하고 올바른 피난구를 찾기 위해 대피 이동하는 과정 중에서 다수의 방향에서 들려오는 피난유도음으로 인해 방향감을 상실하는 경향을 보여 주었다.
각 실험조건에 따른 피험자들의 피난행동과 피난시간을 살펴본 Case 1과 Case 2의 경우처럼 다수의 스피커를 이용하여 단순하게 피난유도음을 들려주었을 경우에는 피험자들이 피난유도음을 제공하는 각 피난구 방향으로 이동하는 것을 알 수 있었다. 각 피난구 방향으로 이동하였던 피험자 중에서 다시 안전하고 올바른 피난구를 찾기 위해 대피 이동하는 과정 중에서 다수의 방향에서 들려오는 피난유도음으로 인해 방향감을 상실하는 경향을 보여 주었다. 방향감을 상실한 피험자들은 올바른 피난구로 대피하는 소요시간이 상당히 길어지는 경향을 보여주었다.
특히 안전한 피난구로 가정한 A 피난구에 설치된 Sa 스피커 보다는 A 피난구 양 방향에 존재하는 B 피난구와 D 피난구 방향으로 초기에 많은 수의 피험자들이 피난하는 행동을 보였다. 그리고 B와 D 피난구가 부적절함을 인식 한 후에는 피난유도음이 들려오는 다른 스피커 방향으로 피난행동을 취하는 것을 알 수 있었다. 하지만 A 피난구로 곧바로 오는 피험자보다는 B와 D 방향으로 이동하면서 정확한 방향을 감지하지 못하는 것을 알 수 있다.
실험에 사용된 피난유도음은 신호음과 여성 아나운서 문구로 구성된 “띠리링- 비상구는 여기입니다”를 이용하였다. 또한 선행음효과를 주기 위해 선행음과 후속음의 지연시간의 선행연구청감실험결과에서 음압레벨이 동일할 경우 가장 높은 효과를 보인 20 ms로 설정하였다.
반면에 1방향으로 피난유도음을 사용하거나 선행음 효과를 이용하여 방향감을 제공하였을 경우에는 대피하는 시간이 가장 많이 소요되는 시간은 큰 차이를 보이지만 평균적인 피난시간은 서로 유사하게 나타났다. 이것은 피난유도음에 방향감이 있는 상황에서는 피험자들이 잘못된 대피 경로로 피난하더라도 올바른 피난 방향으로 쉽게 방향을 찾을 수 있어서 나타난 결과로 판단되었다.
이처럼 Case 4, Case 5 그리고 Case 6처럼 선행음효과를 이용하여 다수의 위치에서 피난유도음을 제공하였을 경우를 비교 분석해 보면, 각 피난구에 음성피난유도시스템을 설치하여 안전하고 올바른 피난구(A)에서 선행음을 발생시키고 그 외의 피난구에서 후속음을 발생시켜서 피난자들을 피난시키는 피난유도시스템이 매우 효과적인 방식이라는 것을 알 수 있다. 특히 안전하고 올바른 피난구(A) 주변에 후속음을 발생시키는 스피커를 설치할 경우에는, 피난자들에게 매우 효과적인 방향감을 제공하여 피난자들이 신속하게 대피할 수 있게 해준다.
전체적으로 선행음효과를 활용한 음성피난유도시스템이 연기발생에 다른 시야장애 상황에서 피험자들에게 올바른 피난행동과 빠른 피난 대피시간을 제공하였다. 특히 다수의 스피커를 이용하여 선행음효과 활용하여 피난유도스시템을 설치하였을 경우에 선행음과 후속음의 거리가 멀리 떨어져 있는 방식보다는 올바르게 피난하려는 피난구 쪽에 설치되어야 피난 효율이 높아지는 것으로 판단된다.
Case 1의 경우처럼 4방향으로 피난유도음을 동시에 제공하면 피험자들은 초기에 피난유도음이 들려오는 스피커의 각 방향으로 대피하는 것을 알 수 있다. 특히 안전한 피난구로 가정한 A 피난구에 설치된 Sa 스피커 보다는 A 피난구 양 방향에 존재하는 B 피난구와 D 피난구 방향으로 초기에 많은 수의 피험자들이 피난하는 행동을 보였다. 그리고 B와 D 피난구가 부적절함을 인식 한 후에는 피난유도음이 들려오는 다른 스피커 방향으로 피난행동을 취하는 것을 알 수 있었다.
후속연구
이러한 결과는 피난을 시작한 각 시간대별로 건축물 내 재실자의 피난행동을 확인할 수 있으며, 전체 대피에 소용되는 대피시간을 확인할 수 있다. 실험에서 얻어진 피난시간은 피험자의 인원 및 위치, 스피커의 위치와 개수에 따른 방향성 그리고 선행음효과에 의한 방향성 등을 고려한다면 매우 의미 있는 지표로 활용되어질 수 있을 것이다.
참고문헌 (13)
백은선, 백건종, 신훈, 송민정, 국찬, 김선우, "화재안전의식 및 피난유도 시스템에 대한 연구", 한국화재소방학회 논문지, Vol.24, No.6, pp.45-53(2010).
백은선, 김선우, 백건종, 신훈, 송민정, 국찬, "선행음 효과를 이용한 최적의 음성피난유도음에 관한 연구", 한국화재소방학회논문지, Vol.25, No.2, pp.101-106 (2011).
나욱정, 전규엽, 홍원화, "피난유도장치의 종류에 따른 피난유도성능 비교에 관한 연구", 대한건축학회논문집, Vol.24, No.8, pp.251-259(2008).
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