[국내논문]FDS를 이용한 지하철 객실 화재 시 승강장 제연조건의 적정성 평가 Evaluation of the Appropriateness of Smoke Control Conditions of Platform at the Subway Fire by using FDS원문보기
지하철에서는 전 세계적으로 크고 작은 화재가 지속적으로 발생되고 있다. 대구지하철 화재에서 볼 수 있듯이 독성가스와 연기에 의한 가시거리 감소로 많은 인명피해가 발생하였다. 본 논문에서는 부산 지하철 만덕역에서 열차 화재가 발생할 경우 승강장에서의 제연상황(열차문의 개방, 터널의 제연설비의 가동, 방화문의 작동)에 따라 연기의 전파거동을 FDS를 사용하여 분석하였다. 계산 결과 터널부의 제연설비를 가동하였을 경우보다는 가동하지 않았을 경우가 피난로 확보에 효과가 있었다. 또한, 열차문의 개방 형태는 승강장의 대피로 측의 문은 모두 개방하고 화재객차의 선로측 문만을 개방하였을 경우가 모두 개방한 경우보다 제연 효율이 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 승강장의 방화문이 정상적으로 가동하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.
지하철에서는 전 세계적으로 크고 작은 화재가 지속적으로 발생되고 있다. 대구지하철 화재에서 볼 수 있듯이 독성가스와 연기에 의한 가시거리 감소로 많은 인명피해가 발생하였다. 본 논문에서는 부산 지하철 만덕역에서 열차 화재가 발생할 경우 승강장에서의 제연상황(열차문의 개방, 터널의 제연설비의 가동, 방화문의 작동)에 따라 연기의 전파거동을 FDS를 사용하여 분석하였다. 계산 결과 터널부의 제연설비를 가동하였을 경우보다는 가동하지 않았을 경우가 피난로 확보에 효과가 있었다. 또한, 열차문의 개방 형태는 승강장의 대피로 측의 문은 모두 개방하고 화재객차의 선로측 문만을 개방하였을 경우가 모두 개방한 경우보다 제연 효율이 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 승강장의 방화문이 정상적으로 가동하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.
In the subway, various fires continue to take place across the world. In the Daegu subway accident in 2003, many people were damaged by shortened visibility range caused by toxic gas and smoke. This paper, assuming that a subway fire happens in the Mandeok Station of the subway system in Busan, anal...
In the subway, various fires continue to take place across the world. In the Daegu subway accident in 2003, many people were damaged by shortened visibility range caused by toxic gas and smoke. This paper, assuming that a subway fire happens in the Mandeok Station of the subway system in Busan, analyzed different smoke-spreading situations depending on the ventilation situation at its platform (opening of the train doors, operation of ventilation facilities in the tunnel, and working of fire door), using FDS. The calculation proved that it would be more effective to secure evacuation route when the ventilation facilities of the tunnel are not operated, than when they are on. And, it was also found that the case where the doors of the platform to the escape route and only the platform-facing doors of the subway car on fire office are open would be more effective to ventilation than the case where all the doors are open. And, it was found to be important that the fire doors of the platform are working properly.
In the subway, various fires continue to take place across the world. In the Daegu subway accident in 2003, many people were damaged by shortened visibility range caused by toxic gas and smoke. This paper, assuming that a subway fire happens in the Mandeok Station of the subway system in Busan, analyzed different smoke-spreading situations depending on the ventilation situation at its platform (opening of the train doors, operation of ventilation facilities in the tunnel, and working of fire door), using FDS. The calculation proved that it would be more effective to secure evacuation route when the ventilation facilities of the tunnel are not operated, than when they are on. And, it was also found that the case where the doors of the platform to the escape route and only the platform-facing doors of the subway car on fire office are open would be more effective to ventilation than the case where all the doors are open. And, it was found to be important that the fire doors of the platform are working properly.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구는 지하철 승강장의 제연설비의 적정성을 파악하기 위해 우리나라에서 가장 깊은 지하철역인 부산 지하철 3호선 만덕역을 대상으로 지하철 승강장의 제연환경에 변화 즉, 방화벽의 작동, 지하철 문의 개방형태, 터널부의 제연설비의 작동에 따라 피난로에서의 제연효율이 어떠한 변화를 보이는지에 대해 조사하였다.
국외 사례의 경우 PAN Li-wei(3) 등은 워터미스트를 활용하여 연소 가스를 제어하는 방법에 대해 연구가 수행되었다. 워터미스트 설비를 통하여 연기의 흐름의 억제를 평가하고 이에 따른 안전을 강화할 수 있는 방안을 제시하였다. Ran Gaoa(4) 등은 지하철 역사에서 FDS 시뮬레이션을 통하여 환기구의 위치와 환기구의 크기를 변경하여 그 효율을 확인하여 가장 효과적인 환기구의 위치 및 크기를 제안하였다.
가설 설정
셋째, 부산지하철 3호선 만덕역의 경우 승강장 좌측과 우측에 에스컬레이터가 설치되어 있으며, Figure 2에서 볼 수 있듯이 에스컬레이터 앞에 방화문이 설치되어 있다. 본 연구에서는 방화문이 정상적으로 작동하였을 경우(Case 2, 5)와 사고로 인해 방화문이 정상적으로 작동하지 않고 열려있을 경우(Case 3, 6)를 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다.
대피로 측인 승강장쪽의 열차문은 모두 개방되는 것으로 하였으며, 반대편은 모든 열차문을 개방한 경우(Case 1, 4)와 화재실만 개방한 경우(Case 2, 5)로 나누어 시뮬레이션을 수행하였다. 열차의 문 과 스크린도어가 열리는 시간은 화재가 발생한 이후 열차가 승강장에 도착 후 열린다고 가정하여 90초로 설정하였다. 둘째, 터널부 재연설비의 가동여부에 따라 터널부의 제연설비를 가동하였을 경우(Case 1, 2, 3)와 사고로 인해 제연설비가 작동하지 않은 경우(Case 4, 5, 6)를 수행하였다.
제안 방법
본 논문에서는 열차문의 개방형태, 터널부의 제연설비의 가동, 방화문의 작동여부에 따라 분류하여 6가지 시나리오로 하였다. 각 시나리오는 Table 5와 같다.
시뮬레이션의 구동 시간은 화재발생시 승강장에서 대피 완료 시간에 대한 규정에 대해 조사하여 적용하였다. Table 4는 여러 기관에서 규정하고 있는 승강장에서의 피난시간이다.
지하철 승강장의 제연조건을 변경하여 시뮬레이션하여 연기의 이동 및 독성가스의 농도, 온도, 가시도 등을 측정하였다. Figure 6은 Case 4의 시간대별 가시도가 변화하는 모습이다.
대상 데이터
부산 지하철 3호선 만덕역은 지하 73 m의 깊이로 지하 1~9층까지 있는 전국에서 가장 깊은 승강장이다. 승강장의 위치는 지하 9층이고 면적은 40 m×149 m이다.
이론/모형
FDS코드의 경우 연속방정식, 운동량 방정식, 에너지 방정식, 종의 방정식, 상태 방정식 등이 사용 된다. Navier-Stokes 방정식은 다음과 같은 LES 방정식으로 표현된다.
지하철 승강장에서 화재 발생을 해석한 시뮬레이션 프로그램은 NIST에서 개발한 FDS Ver. 5.
성능/효과
승강장의 방화문이 정상적으로 작동하였을 경우 정상적으로 작동하지 않았을 경우 보다 더 제연의 효율이 좋은 것을 볼 수 있었다. 또한 터널부의 제연설비를 가동 하였을 경우 가동하지 않았을 때 보다 제연의 효율이 감소하는 것을 알 수 있었다.
지하철 열차에서 화재 발생 후 제연설비가 가동될 경우 열차의 선로측의 모든 문을 개방하는 것보다 화재실의 선로측문만 개방하는 것이 제연성능이 향상되는 것을 볼 수 있었다. 승강장의 방화문이 정상적으로 작동하였을 경우 정상적으로 작동하지 않았을 경우 보다 더 제연의 효율이 좋은 것을 볼 수 있었다. 또한 터널부의 제연설비를 가동 하였을 경우 가동하지 않았을 때 보다 제연의 효율이 감소하는 것을 알 수 있었다.
지하철 열차에서 화재 발생 후 제연설비가 가동될 경우 열차의 선로측의 모든 문을 개방하는 것보다 화재실의 선로측문만 개방하는 것이 제연성능이 향상되는 것을 볼 수 있었다. 승강장의 방화문이 정상적으로 작동하였을 경우 정상적으로 작동하지 않았을 경우 보다 더 제연의 효율이 좋은 것을 볼 수 있었다.
후속연구
하지만 여러 가지 제연상황을 가정하여 가장 적합한 제연환경을 찾고 이에 따른 비상대응 계획을 수립하는 것이 필요할 것으로 사료된다. 또한 지하철의 인명안전에 대한 평가를 할 경우 제연설비에 대한 최악의 상황도 고려하여 적합한 설비를 할 수 있도록 유도해야 할 것이다.
지하철 화재에 대비하여 비상대응 시나리오를 수립할 때 화재시나리오만 가정하는 것이 일반적이다. 하지만 여러 가지 제연상황을 가정하여 가장 적합한 제연환경을 찾고 이에 따른 비상대응 계획을 수립하는 것이 필요할 것으로 사료된다. 또한 지하철의 인명안전에 대한 평가를 할 경우 제연설비에 대한 최악의 상황도 고려하여 적합한 설비를 할 수 있도록 유도해야 할 것이다.
참고문헌 (16)
D. H. Rie, S. J. Kim, J. W. Ko and H. Y. Kim, "Fire Safety Assessment of the Lobby by the Installation of Platform Screen Door", Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference, Vol. 2005, No. 5, pp. 182-188 (2005).
H. Y. Kim, D. H. Rie and J. Y. Kim, "Fire Risk Assessment for Subway Station According to Supply and Exhaust Conditions", Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering, Vol. 22, No. 5, pp. 29-34 (2008).
L. W. Pan, S. M. Lo, G. X. Liao and B. H. Cong, "Experimental Study of Smoke Control in Subway Station for Tunnel Area Fire by Water Mist System", Procedia Engineering, Vol. 11, pp. 335-342 (2011).
R. Gao, A. G. Li, X. P. Hao, W. J. Lei, Y. J. Zhao and B. S. Deng, "Fire-induced Smoke Control Via Hybrid Ventilation in a Huge Transit Terminal Subway Station", Energy and Buildings, Vol. 45, pp. 280-289 (2012).
K. H. Ko, "A Study on the Evacuation Safety of Underground Tunnel Fire of the Light Rail Transits", Seoul national University of Science & Technology (2011).
SFPE, "SFPE Handbook of Fire Protection Engineering 3Ed", pp. 3-112 (2002).
S. C. Kim, S. W. Lee and W. J. Park, "A Sensitivity Study of the Number of Parcels to the Numerical Simulation of Sprinkler Sprays", Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering, Vol. 23. No. 1, pp. 48-54 (2009).
S. K. Lee, Y. H. Park, D. M. Ha, J. H. Koo and Y. G. Kim, "Fire Protection Fluid Dynamics" Donghwa Pubilshing (2012).
S. K. Lee, S. C. Kim, C. H. Hwang, J. H. Kim, D. W. Song, W. S. Kim and B. C. Kim, "Case Study for Fire . Evacuation", Ajin Publishing (2011).
National Emergency Management Agency, "http://www.nema.go.kr".
S. C. Kim, S. W. Lee and W. J. Park, "On the Reliability of the Computational Fire Model Based on the Yield Rate Concept of Combustion Gases", Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering, Vol. 23, No. 4, pp. 130-136 (2009).
Y. J. Jang, H. B. Kim, W. S. Jung and W. H. Park "Effect of Platform Screen Door on Fire in the Subway Station", The Korean Society For Railway, Spring Conference of the Korean Society for Railway, pp. 1331-1339 (2007).
W. H. Park, D. H. Kim, H. C. Jang and T. K. Kim, "Experimental and Numerical Studies on Heat/Smoke Behavior due to a Fire on Underground Subway Platform (I)-Experimental Approach", Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering, Vol. 20, No. 3, pp. 9-14 (2006).
H. C. Jang, T. K. Kim, W. H. Park and D. H. Kim, "Experimental and Numerical Studies on Heat/Smoke Behavior due to a Fire on Underground Subway Platform (II)-Numerical Approach" Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering, Vol. 20, No. 3, pp. 15-20 (2006).
Kevin Mcgrattan, "FDS Ver.5.5 Techical Guide", NIST Special Publication (2010).
M. Bettelini, S. Rigert and N. Seifert, "Flexible Devices for Smoke Control in Road Tunnels", 6th International Conference Tunnel Safety and Ventilation (2012).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.