철도터널에 대한 정량적 위험도 평가는 다양한 시나리오를 작성하고 사고발생빈도 및 사고의 결과의 곱으로 위험도를 정량화하는 것이다. 정량적 위험도 평가는 터널제원, 화재특성, 제연방법, 제연과 대피방향의 관계 등 다양한 인자에 의해서 영향을 받는다. 이에 본 연구에서는 터널연장(2, 3, 4, 5, 6 km) 및 경사도(5, 15, 25‰)를 변수로 하여 제연방법 및 제연과 대피방향의 관계가 정량적 위험도 평가에 미치는 영향을 검토하였다. 이 결과로 복선터널 단면(단면적 $97m^2$)에서는 열차화재시 열차중 화재차량의 위치와 무관하게 제연반대방향으로 대피하는 것이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 또한 이와 같은 조건에서 기계환기시 위험도지수가 자연환기 보다 약 1/10까지 감소하는 것으로 평가되었다.
철도터널에 대한 정량적 위험도 평가는 다양한 시나리오를 작성하고 사고발생빈도 및 사고의 결과의 곱으로 위험도를 정량화하는 것이다. 정량적 위험도 평가는 터널제원, 화재특성, 제연방법, 제연과 대피방향의 관계 등 다양한 인자에 의해서 영향을 받는다. 이에 본 연구에서는 터널연장(2, 3, 4, 5, 6 km) 및 경사도(5, 15, 25‰)를 변수로 하여 제연방법 및 제연과 대피방향의 관계가 정량적 위험도 평가에 미치는 영향을 검토하였다. 이 결과로 복선터널 단면(단면적 $97m^2$)에서는 열차화재시 열차중 화재차량의 위치와 무관하게 제연반대방향으로 대피하는 것이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 또한 이와 같은 조건에서 기계환기시 위험도지수가 자연환기 보다 약 1/10까지 감소하는 것으로 평가되었다.
Quantitative risk assessment (QRA) of railway is to create a variety of scenario and to quantify the degree of risk by a result of the product of accident frequency and accident. Quantitative risk Assessment is affected by various factors such as tunnel specifications, characteristics of the fire, a...
Quantitative risk assessment (QRA) of railway is to create a variety of scenario and to quantify the degree of risk by a result of the product of accident frequency and accident. Quantitative risk Assessment is affected by various factors such as tunnel specifications, characteristics of the fire, and relation of smoke control and evacuation direction. So in this study, it is conducted that how the way of smoke control and the relation of smoke control and evacuation direction affect quantitative risk assessment with variables (the tunnel length (2, 3, 4, 5, 6 km) and the slope (5, 15, 25‰)). As the result, in a train fire at the double track tunnel (Area = $97m^2$), it is most efficient to evacuate to the opposite direction of smoke control regardless of the location of train in train fire. In addition, under the same condition, index risk in mechanical ventilation up to 1/10.
Quantitative risk assessment (QRA) of railway is to create a variety of scenario and to quantify the degree of risk by a result of the product of accident frequency and accident. Quantitative risk Assessment is affected by various factors such as tunnel specifications, characteristics of the fire, and relation of smoke control and evacuation direction. So in this study, it is conducted that how the way of smoke control and the relation of smoke control and evacuation direction affect quantitative risk assessment with variables (the tunnel length (2, 3, 4, 5, 6 km) and the slope (5, 15, 25‰)). As the result, in a train fire at the double track tunnel (Area = $97m^2$), it is most efficient to evacuate to the opposite direction of smoke control regardless of the location of train in train fire. In addition, under the same condition, index risk in mechanical ventilation up to 1/10.
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문제 정의
본 연구에서는 전술한 바와 같이 터널제원 및 제연 여부, 대피방향이 정량적 위험도 평가에 미치는 영향을 검토하였다. 검토는 5개의 터널연장(2, 3, 4, 5, 6 km)에 따른 경사도의 영향과 경사(5, 15, 25‰) 조건을 변수로 하여 Fig.
이에 본 연구에서는 터널연장, 경사도, 제연여부와 제연방향과 대피방향의 상관관계가 위험도 평가에 미치는 영향을 검토하였다.
정량적 위험도 평가는 방재시설에 대한 성능위주설계를 목적으로 한다. 즉, 해당시설의 위험을 정량화하여 이를 평가기준과 비교하는 방법으로 방재시설의 적정성을 평가하는 기법이다.
가설 설정
Fig. 5의 (b), (c)는 제연을 수행하는 경우로 화재에서 발생하는 유해물질의 농도는 시간이 경과하면 일정한 값을 유지한다. 유해물질별로 열차의 진행방향으로 제연하는 경우에는 290 mg/m3(soot), 0.
3과 같다. KTXII (KTX10, KTX20)의 경우에 최대화재강도는 15 MW, MTX의 경우 최대화 재강도는 20 MW를 적용하였으며, 화재는 인접객차로 확산되어 지속되는 것으로 가정하였다.
제안 방법
검토는 5개의 터널연장(2, 3, 4, 5, 6 km)에 따른 경사도의 영향과 경사(5, 15, 25‰) 조건을 변수로 하여 Fig. 1과 같은 방법으로 위험도 평가를 수행하였다.
대피해석은 화재해석결과를 반영하여 시간에 따른 터널내 유해가스온도 및 열환경에 대한 터널종방향 평균치를 DB로 구축하여 대피자의 이동시간 및 위치에 따라서 동기화하여 유해환경에 노출되는 농도 및 온도 등을 구하였다. 대피자가 대피하는 동안에 유해 환경에 노출되는 정도는 식 (2)로 표현되는 유효복용 분량(FED: Fractional Effect Dose)으로 정량화하였으며, 이 값이 한계치를 초과하면 사망에 도달하는 것으로 사망자를 추정하였다(SFPE, 2003).
본 연구에서 화재해석은 FDS를 이용하여 수행하였다. 화재해석에 필요한 화재성장곡선은 한국철도기술 연구원에서 제시하고 있는 객차1량에 대한 성장곡선을 적용하였으며(Korea Railroad Research Institute, 2014).
본 연구에서는 복선터널 단면(97m2)의 철도터널에서 터널연장(2, 3, 4, 5, 6 km) 및 경사도(5, 15, 25‰)를 변수로 하여 제연방법 및 제연방향과 대피방향의 상관관계가 정량적 안전성 평가에 미치는 영향을 검토 하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
본 연구에서는 연장 및 경사도에 따라 제연방향 및 자연환기에 대한 화재해석을 수행하였으며, Fig.5는 연장이 6 km이고 경사도가 5%인 경우에 대한 호흡선 높이에서 평균 CO, CO2, Soot농도와 온도를 나타낸 것이다.
본 연구의 열차운행계획은 현재설계중인 수서-평택노선을 적용하였으며, 열차운행계획은 Table 1과 같다.
본 해석에서는 경고 방송 후에 즉시 대피자가 대피를 개시하는 것으로 하였으며, 경고방송시간은 4분, 대피자의 하차시간은 대피해석프로그램인 Simulex (IEX, 2004)를 이용하여 구하였으며 이에 따른 시간은 5∼140초이다.
터널에 열차화재시 제연방향은 열차의 진행방향, 진행반대방향, 자연환기의 세 가지 경우가 있을 수 있으며, 대피방향은 화재반대(화재에서 멀어지는) 방향, 제연반대방향, 제연과 동일한 방향이 있을 수 있다. 이에 본 연구에서는 열차 중앙부 화재시 제연여부 및 제연방향과 대피방향에 따른 위험도를 비교하기 위해서 제연방법에 대해 제연을 수행하지 않는 분기 비에 따라 5개의 시나리오, 제연방향의 방대방향으로 대피하는 분기비에 따라 4개의 시나리오를 추가하여 위험도 평가를 수행하였다. 제연 및 대피방향에 따른 시나리오 분기비는 Table 3과 같다.
제연효과를 검토하기 위해서 제연을 수행하는 경우 에는 현재의 위기대응 메뉴얼에서 제시하는 바와 같이 제연 반대방향으로 대피하며, 자연환기시에는 화재지점에서 멀어지는 방향으로 대피하는 조건에서 제연효과를 비교･검토하였다.
2와 같이 적용하였다. 화재의 발생은 상-하행으로 구분하고 해석구간에 3개 지점(시점부, 중앙부, 종점부)에서 발생하는 것으로 하였으며, 화재차량의 위치는 선두, 중간, 후미부로 구분하였다. 터널에서 화재사고 발생빈도는 교통안전공단의 철도차량 화재발생 건수(Korea Transportation Safety Authority, 2013)를 조사하여 0.
대상 데이터
본 연구에서 화재해석은 FDS를 이용하여 수행하였다. 화재해석에 필요한 화재성장곡선은 한국철도기술 연구원에서 제시하고 있는 객차1량에 대한 성장곡선을 적용하였으며(Korea Railroad Research Institute, 2014). 이는 Fig.
이론/모형
화재발생시나리오는 사건나무(Event Tree)기법에 의해서 Fig. 2와 같이 적용하였다. 화재의 발생은 상-하행으로 구분하고 해석구간에 3개 지점(시점부, 중앙부, 종점부)에서 발생하는 것으로 하였으며, 화재차량의 위치는 선두, 중간, 후미부로 구분하였다.
터널조건 및 화재강도가 동일한 경우 화재해석결과에 영향을 가장 크게 미치는 인자는 화재시 터널내 풍속이다. 화재시 터널내 풍속은 SES (Subway Environmental Simulator)로 해석하였으며, Fig. 4는 화재시 제연에 따른 풍속을 나타낸 것이다.
성능/효과
1. 터널내 유해가스의 농도는 화재시 풍속에 의존하며, 터널풍량이 동일한 경우에는 제연운전 운전모드가 작동하여 정상상태에 도달한 후에는 거의 일정한 농도에 도달하며, 화재강도가 20 MW이고 터널(단면적 97m2)풍속이 2.5 m/s인 경우에 CO농도가 약 300 ppm정도에 도달하면, soot(매연)농도는 275∼290 mg/m3정도의 값을 유지하는 것으로 분석되었다.
2. 제연을 수행하지 않는 경우에 화재시 풍속은 터널 경사도에 의존하며, 경사도가 증가할 수 록 풍속이 증가하여 풍량이 증가하므로 유해가스의 농도는 감소하는 경향을 갖는다.
3. 터널연장이 증가하면 Risk Index는 선형적으로 증가하는 경향을 보이며, 경사도가 15‰와 25‰인 경우 위험도는 거의 차이가 없는 것으로 나타나고 있으며, 위험도지수의 증가 기울기는 5‰일 때는 1.82, 15‰와 25‰일때는 3.35로 나타나고 있다.
4. 기계환기를 수행하는 경우에 제연반대방향으로 대피하는 것이 가장 안전하며, 이 경우, 제연을 하지 않는 경우보다 위험도가 약 1/10수준으로 감소하는 것으로 나타나고 있다.
5. 기계환기에 의한 제연효과는 대피방법 및 경사도에 따라 차이가 크게 나타나고 있으며, 경사도가 5‰인 경우, 기계환기에 의한 위험도 감소효과는 대피방향을 제연반대방향으로 하는 이상적인 경우를 제외하고는 발생하지 않는 것으로 나타나고 있으며, 열부력에 의한 풍속이 제연풍속과 비슷한 경우에는 거의 모든 조건에서 기계환기에 의한 제연효과가 크게 나타나고 있다.
이상의 검토에서 화재시 터널내 풍속은 자연환기시에는 경사도에 영향을 받으며, 정상상태에 도달시간은 600초 이상이 소요되나, 제연을 수행하는 경우에는 제연팬 가동 후 짧은 시간내에 정상상태의 풍속에 도달하는 것으로 평가된다. 따라서 제연을 수행하는 경우, 위험도는 경사도의 영향이 거의 나타나지 않을 것으로 예측된다.
화재열차의 기동여부 또는 부득이 터널에 정지하는 확률은 차량의 운행속도, 안전기준 등에 영향을 받으나 본 연구에서는 열차가 기동하여 터널을 탈출할 가능성을 95%로 적용하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내에서 정량적 위험도 평가는 어떻게 활용되고 있는가?
즉, 해당시설의 위험을 정량화하여 이를 평가기준과 비교하는 방법으로 방재시설의 적정성을 평가하는 기법이다. 현재 국내의 경우에는 화재사고에 국한하여 방재시설의 적정성 여부를 평가하기 위한 의사 결정 도구로 활용되고 있다.
철도터널에서 정량적 위험도 평가란?
철도터널에 대한 정량적 위험도 평가는 다양한 시나리오를 작성하고 사고발생빈도 및 사고의 결과의 곱으로 위험도를 정량화하는 것이다. 정량적 위험도 평가는 터널제원, 화재특성, 제연방법, 제연과 대피방향의 관계 등 다양한 인자에 의해서 영향을 받는다.
철도 터널의 정량적 위험도 평가 결과는 무엇에 영향을 받는가?
철도터널에 대한 정량적 위험도 평가는 다양한 시나리오를 작성하고 사고발생빈도 및 사고의 결과의 곱으로 위험도를 정량화하는 것이다. 정량적 위험도 평가는 터널제원, 화재특성, 제연방법, 제연과 대피방향의 관계 등 다양한 인자에 의해서 영향을 받는다. 이에 본 연구에서는 터널연장(2, 3, 4, 5, 6 km) 및 경사도(5, 15, 25‰)를 변수로 하여 제연방법 및 제연과 대피방향의 관계가 정량적 위험도 평가에 미치는 영향을 검토하였다.
참고문헌 (8)
IES. (2004), "SIMULEX User Mannual", UK.
Kees Both. (2004), "Present-day design fire scenarios and comparison with test results and real fires: structures & equipment.", 1st Int. Sym. Proc. Safe & Reliable Tunnels. Innovative European Achievements, Praque, p. 73.
Korea Railroad Research Institute. (2014), "Quantitative risk assessment manual draft", South Korea.
Korea Transportation Safety Authority. (2013), "Railway accident statistics", South Korea.
Ministry of Land. (2013), "Railway facilities Safety Technical standards", South Korea.
SFPE. (2003), "Emergency movement", Chapter 3-14.
Tunnelling and Underground Space Association. (2009), "Ho-nam railway vehicle fire intensity and quantitative risk assessment (QRA)", South Korea.
Yoo, J.O., Nam, C.H., Jo, H.J., Kim, J.W. (2010), "A study on quantitative risk assessment for railway tunnel fire", Tunneling Technology, Vol. 12, No. 4.
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