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문제 정의
- ASET과 RSET의 피난안전성평가에서 각각의 시뮬레이션으로 구동하여 나온 결과 값을 단순 비교하던 평가를 개선하고자 하였다.
가설 설정
- 이중 발화부터 반응시간까지 즉, 이동시간 이전까지의 시간을 10초로 가정하여 발화 이후 10초 이후에 실제 이동하는 것으로 하였다.
제안 방법
- 3. 본 연구는 위험정보값을 이용한 성능위주소방설계의한 방법으로 기존에 두 개의 시뮬레이션을 단순비교 했던 피난안전성평가를 개선안을 제시하였다.
- ASET를 구하기 위하여 사람이 견딜수 있는 한계까지의 시간으로서 2.1 시뮬레이션 조건에서와 같이 위험인자 총 5가지에 대해 1~10초, 11~20초, 21~30초, 31~40초, 41~50초, 51~60초, 61~70초, 71~80초, 81~90초, 91~100초 10초 단위별로 총 10개의 평균값을 FDS로부터 추출하였다.
- ASET를 구하기 위하여 화재시뮬레이션 프로그램인 FDS를 사용하였으며, RSET를 구하기 위하여 일본 구조 연구소에서 개발한 대피시뮬레이션 프로그램인 artisoc를 사용하여 건축물의 구조와 재실자를 배치하였으며, 출입구는 2곳을 배치하였다. FDS에서 위험정보값을 추출하기 위하여 CSV파일을 이용하여 10초 간격으로 평균값을 구하였다.
- Artisoc을 이용한 피난시뮬레이션은 case1에서 case10까지 총 10가지의 경우를 시뮬레이션하여 분석하였다.
- Grid의 격자는 일반적으로 FDS User’s Guide에서의 무차원수인 D*를 이용하여 결정하지만 본 논문에서는 피난시뮬레이션 프로그램인 artisoc를 고려하여 2m로 구성하였다.
- FDS에서 위험정보값을 artisoc에 전달하기 위해 fds2ascii 파일을 이용하여 Figure 1에서와 같이 CSV 파일을 추출하였다. oxygen (O2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), TEMPERATURE(온도), visibility 총 5가지 항목에 대해서 1초에서 100초까지 각각의 10초 단위별로 평균값을 구했다.
- 따라서, FDS로부터 위험정보값을 artsoc에 1초에서 100초까지 10초 단위별 평균값을 입력하여 피난자가 위험정보값의 영향을 받게 코딩하였다. 그러므로 위험정보값을 인지한 피난경로에 따른 안전성 평가가 가능해진다.
- 본 논문의 최종 목적은 위험정보값을 적용할 수 없었던 기존의 피난시뮬레이션을 대신하여 Multi Agent Sysem인 artisoc을 이용하여 구현하였다.
- 본 연구에서는 기존의 ASET과 RSET를 각각의 시뮬레이션 프로그램으로 평가후 안전성을 평가하던 방법을 FDS에서의 위험정보인자를 반영하여 피난시뮬레이션에 적용하였다.
- 본 연구에서는 화재발생시 피난자의 위치에 따른 위험성을 평가하기 위한 것으로서 최단거리 출입구로 피난하는 것을 구현하기 위하여 건축물내의 전체 재실자를 EXIT 1로 유도하기 위한 코딩을 하였으며, 하부의 재실자는 EXIT 2로 피난할 수 있도록 Figure 4와 같이 총 8개의 Dummy를 사용하였다. 이러한 Dummy는 하부의 출입구(EXIT 2)로 인도하는 안내자 역할을 하는 것으로서 Dummy 주위의 10 m 범위 내를 인지하여 피난할 수 있도록 코딩 하였다.
- Grid의 격자는 일반적으로 FDS User’s Guide에서의 무차원수인 D*를 이용하여 결정하지만 본 논문에서는 피난시뮬레이션 프로그램인 artisoc를 고려하여 2m로 구성하였다. 열방출률은 일반적으로 용도에 따라 250~600 kW/m2 적용하지만 artisoc에서피난자에게 위험정보에 대한 전달 목적으로 4 MW/m2로 하였다.
- 피난시에 기준치 이상이 되었을 때 움직임을 정지하는 것으로 위험한 상태를 나타내었다. 이러한 artisoc에 의한 시뮬레이션을 case 1에서 case 20까지 총 20회의 시뮬레이션 하여 위치에 따른 위험성을 평가하였다.
- 일반적으로 화재 모델링은 zone modeling과 field modeling으로 구분하고 있으며, zone modeling은 연기층과 청결층으로 구분하여 해석하고 있으며, 본 연구에서 사용한 FDS는 field modeling이며, 가장 발전된 단계의 모델로서 공간을 많은 셀 형태로 쪼개어 각각의 셀에 대한 에너지의 유동을 실시간으로 해석한다.
- 현재 실무에서는 피난 안전성 평가시 FDS를 이용한 화재시뮬레이션과 Pathfinder와 같은 피난시뮬레이션을 구동하고 있다. 화재시뮬레이션에서는 안전지역 출입구 호흡한계선인 1.8 m 높이에서 기준치까지의 시간을 측정하고, 피난시뮬레이션으로 안전한 지역까지의 이동시간을 측정하여 두 수치를 비교한 결과로 피난안전성 평가를 한다. 그러나 이 경우 화재위치, 피난자 위치 등이 피난자에게 미치는 영향이 고려되지 않는다.
- 화재시뮬레이션인 FDS에서 추출한 위험정보값을 피난시뮬레이션 프로그램인 artisoc에 입력하여 위험정보 기준치 이상인 경우 위험 상태를 적용하였다.
대상 데이터
- 건축물의 구조는 가로 60 m, 세로 65 m로 구성하였으며, 출입문은 2곳으로 상부 중앙에 1곳과 하부 오른쪽 1곳에 배치하였다. 재실자는 랜덤하게 50명을 배치하였으며, 화재의 위치는 건축물 중앙부에 위치 시켰다.
- 피난 시뮬레이션을 구동하기 위해 건축물의 규모는 화재시뮬레이션 시나리오와 동일하게 가로 60 m, 세로 65 m로 구성하였으며, 출입구는 상부벽 중앙(EXIT 1)과 오른쪽 하부(EXIT 2) 각각 동일한 너비인 4m로 구성하였다. 또한 재실자는 50명을 랜덤하게 배치하였으며, 화재는 중앙에 위치시켰다. 화재 후 일정한 지연시간 이후에 피난을 시작하는 것으로 하였다.
- 화재 후 일정한 지연시간 이후에 피난을 시작하는 것으로 하였다. 위험지역은 EXIT 1 부근인 A area, 화재지역인 중앙부는 B area, EXIT 2 부근인 C area으로 구분하였다.
- 건축물의 구조는 가로 60 m, 세로 65 m로 구성하였으며, 출입문은 2곳으로 상부 중앙에 1곳과 하부 오른쪽 1곳에 배치하였다. 재실자는 랜덤하게 50명을 배치하였으며, 화재의 위치는 건축물 중앙부에 위치 시켰다. Grid의 격자는 일반적으로 FDS User’s Guide에서의 무차원수인 D*를 이용하여 결정하지만 본 논문에서는 피난시뮬레이션 프로그램인 artisoc를 고려하여 2m로 구성하였다.
- 피난 시뮬레이션을 구동하기 위해 건축물의 규모는 화재시뮬레이션 시나리오와 동일하게 가로 60 m, 세로 65 m로 구성하였으며, 출입구는 상부벽 중앙(EXIT 1)과 오른쪽 하부(EXIT 2) 각각 동일한 너비인 4m로 구성하였다. 또한 재실자는 50명을 랜덤하게 배치하였으며, 화재는 중앙에 위치시켰다.
데이터처리
- ASET를 구하기 위하여 화재시뮬레이션 프로그램인 FDS를 사용하였으며, RSET를 구하기 위하여 일본 구조 연구소에서 개발한 대피시뮬레이션 프로그램인 artisoc를 사용하여 건축물의 구조와 재실자를 배치하였으며, 출입구는 2곳을 배치하였다. FDS에서 위험정보값을 추출하기 위하여 CSV파일을 이용하여 10초 간격으로 평균값을 구하였다. 피난시에 기준치 이상이 되었을 때 움직임을 정지하는 것으로 위험한 상태를 나타내었다.
이론/모형
- 본 연구에서는 피난시뮬레이션으로 Multi Agent System인 Artisoc를 사용하였다.
- 평가항목은 소방방재청 고시인 ‘소방시설등의 성능위주 설계 방법 및 기준’ 별표1에 의한 기준을 적용하였다.
성능/효과
- 1. 출입문의 위치는 실내의 벽 모서리에 설치하는 것보다 벽 중앙부에 설치하는 것이 더 안전하다.
- 2. FDS에서의 추출한 CSV 파일을 이용하여 피난 프로그램인 artisoc에 입력하여 위험정보값을 인지한 피난경로에 따른 피난시뮬레이션이 가능하였다.
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