몬테카를로 시뮬레이션에 의한 화재열차의 터널 내 정차확률 예측에 관한 연구 Study on the prediction of the stopping probabilities in case of train fire in tunnel by Monte Carlo simulation method원문보기
철도터널의 방재시설 계획 시 터널의 안전성을 정량적 위험도 평가에 의해서 정량화하여 방재시설의 적정성 여부를 판단하도록 하고 있다. 이에 본 연구에서는 터널화재에 대한 정량적 위험도 평가 시 결과에 크게 영향을 미치는 화재열차의 터널 내 정차확률을 예측하는 방법을 제시하였다. 이를 위해서 열차의 주행저항계수를 고려하여 타력운전거리를 계산하기 위한 모델을 개발하였으며, 타력운전특성과 비상제동거리를 고려하여 몬테카를로 시뮬레이션 기법에 의해 터널연장 및 경사도, 초기주행속도를 변수로 하여 화재열차가 터널에 정차할 확률을 예측하였다. 타력운전거리의 예측을 위한 운동방정식은 KTX II의 주행저항계수를 반영하여 분석하였다. KTX II 열차의 경우, 타력운전거리는 상향경사의 터널에서는 경사도가 증가할수록 감소하나 하향경사구간에서는 정지하지 않고 계속하여 주행이 가능하다. 화재열차의 터널 내 정차확률은 열차의 주행속도가 증가할수록, 경사도가 낮을수록 감소하며, 고속열차(주행속도 250 km/h 이상)는 인적오류를 고려하지 않는 경우, 경사도 0.5% 이하의 터널에서는 화재 시 열차가 터널에 정차할 확률은 0%이고, 경사도가 증가하고 터널연장이 증가하면 정차확률은 급격하게 증가하는 것으로 나타났다.
철도터널의 방재시설 계획 시 터널의 안전성을 정량적 위험도 평가에 의해서 정량화하여 방재시설의 적정성 여부를 판단하도록 하고 있다. 이에 본 연구에서는 터널화재에 대한 정량적 위험도 평가 시 결과에 크게 영향을 미치는 화재열차의 터널 내 정차확률을 예측하는 방법을 제시하였다. 이를 위해서 열차의 주행저항계수를 고려하여 타력운전거리를 계산하기 위한 모델을 개발하였으며, 타력운전특성과 비상제동거리를 고려하여 몬테카를로 시뮬레이션 기법에 의해 터널연장 및 경사도, 초기주행속도를 변수로 하여 화재열차가 터널에 정차할 확률을 예측하였다. 타력운전거리의 예측을 위한 운동방정식은 KTX II의 주행저항계수를 반영하여 분석하였다. KTX II 열차의 경우, 타력운전거리는 상향경사의 터널에서는 경사도가 증가할수록 감소하나 하향경사구간에서는 정지하지 않고 계속하여 주행이 가능하다. 화재열차의 터널 내 정차확률은 열차의 주행속도가 증가할수록, 경사도가 낮을수록 감소하며, 고속열차(주행속도 250 km/h 이상)는 인적오류를 고려하지 않는 경우, 경사도 0.5% 이하의 터널에서는 화재 시 열차가 터널에 정차할 확률은 0%이고, 경사도가 증가하고 터널연장이 증가하면 정차확률은 급격하게 증가하는 것으로 나타났다.
The safety of tunnels is quantified by quantitative risk assessment when planning the disaster prevention facilities of railway tunnels, and it is decided whether they are appropriate. The purpose of this study is to estimate the probability of the train stopping in the tunnels at train fire, which ...
The safety of tunnels is quantified by quantitative risk assessment when planning the disaster prevention facilities of railway tunnels, and it is decided whether they are appropriate. The purpose of this study is to estimate the probability of the train stopping in the tunnels at train fire, which has a significant effect on the results of quantitative risk assessment for tunnel fires. For this purpose, a model was developed to calculate the coasting distance of the train considering the coefficient of train running resistance. The probability of stopping in case of train fire in the tunnel is predicted by the Monte Carlo simulation method with the coasting distance and the emergency braking distance as parameters of the tunnel lengths and slopes, train initial driving speeds. The kinetic equations for predicting the coasting distance were analyzed by reflecting the coefficient train running resistance of KTX II. In the case of KTX II trains, the coasting distance is reduced as the slope increases in a tunnel with an upward slope, but it is possible to continue driving without stopping in a slope downward. The probability of the train stopping in the case of train fire in tunnel decreases as the train speed increases and the slope of the tunnel decreases. If human error is not taken into account, the probability that a high-speed train traveling at a speed of 250 km/h or above will stop in a tunnel due to a fire is 0% when the slope of the tunnel is 0.5% or less, and the probability of stopping increases rapidly as the tunnel slope increases and the tunnel length increases.
The safety of tunnels is quantified by quantitative risk assessment when planning the disaster prevention facilities of railway tunnels, and it is decided whether they are appropriate. The purpose of this study is to estimate the probability of the train stopping in the tunnels at train fire, which has a significant effect on the results of quantitative risk assessment for tunnel fires. For this purpose, a model was developed to calculate the coasting distance of the train considering the coefficient of train running resistance. The probability of stopping in case of train fire in the tunnel is predicted by the Monte Carlo simulation method with the coasting distance and the emergency braking distance as parameters of the tunnel lengths and slopes, train initial driving speeds. The kinetic equations for predicting the coasting distance were analyzed by reflecting the coefficient train running resistance of KTX II. In the case of KTX II trains, the coasting distance is reduced as the slope increases in a tunnel with an upward slope, but it is possible to continue driving without stopping in a slope downward. The probability of the train stopping in the case of train fire in tunnel decreases as the train speed increases and the slope of the tunnel decreases. If human error is not taken into account, the probability that a high-speed train traveling at a speed of 250 km/h or above will stop in a tunnel due to a fire is 0% when the slope of the tunnel is 0.5% or less, and the probability of stopping increases rapidly as the tunnel slope increases and the tunnel length increases.
이에 본 연구에서는 비상제동거리 및 타력운전거리를 열차운동학적인 측면에서 고찰하고 이를 고려하여 몬테카를로 시뮬레이션 기법에 의해서 화재열차가 터널에 정차할 확률을 계산하기 위한 모델을 개발하였으며, 이를 통해서 정량적 안전성 평가의 주요인자인 화재열차가 터널 내 정차할 확률을 터널의 특성에 따라서 고찰하고자 한다.
제안 방법
본 연구에서는 터널화재에 대한 정량적 위험도 평가 결과에 크게 영향을 미치는 화재열차의 터널 내 정차확률을 예측하였다. 이를 위해서 열차의 타력운전거리를 계산하기 위한 모델을 개발하였으며, 타력운전특성과 비상제동거리를 반영하여 몬테카를로 시뮬레이션 기법에 의해서 터널연장 및 경사도, 초기주행속도를 변수로 하여 화재열차가 터널에 정차할 확률을 예측하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다.
이론/모형
본 연구에서는 화재열차가 터널에 정차할 확률을 계산하기 위해서 몬테카를로 시뮬레이션 기법을 사용하였다. 몬테카를로 시뮬레이션은 해석적인 해를 얻는 것이 어려운 경우에 확률모형과 난수를 이용하여 해를 구하는 방법으로 주어진 문제에 적합한 확률분포를 따르는 난수를 생성을 통해 확률은 계산하게 된다.
성능/효과
1. 타력운전거리를 예측하기 위한 모델을 개발하였으며, 개발된 모델은 타력운전거리에 대한 이론해와 비교할때 아주 잘 일치하는 것으로 나타났다.
2. 국내 KTX II에 대한 주행저항계수를 고려하여 타력운전거리를 비교한 결과, 하향경사인 경우에는 열차가 정지하지 않고 계속해서 타력운전에 의한 주행이 가능한 것으로 나타났다. 또한, 상향경사일 경우에는 예상되는바와 같이 경사도가 높을수록 감소하며, 초기주행속도가 250 km/h인 경우에 타력운전거리는 7.
3. 인적오류를 고려하지 않고 KTX II가 터널을 주행하는 경우에 화재 시 터널에 정차할 확률을 예측한 결과, 열차의 초기주행속도가 증가할수록 터널에 정차할 확률은 감소하는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
타력운전은 무엇인가?
타력운전은 동력열차의 견인력으로 주행하지 않고 주행관성에 의해서 주행하는 것이며, 타력운전에 의해서 이동할 수 있는 주행거리를 타력운전거리라 한다. 열차는 차량중량이 매우 무겁고 주행저항이 작기 때문에 타력운전거리가 매우 길어진다.
주행중인 열차에 작용하는 힘은 어떤 힘이 있는가?
주행중인 열차에 작용하는 힘은 견인력, 주행저항(력), 노선저항과 제동력이 있다. 견인력은 저항을 극복하고열차의 운행을 계속하기 위한 추진력이며, 주행저항은 열차 이동방향의 반대방향으로 발생하는 힘으로 주로 공기저항에 의한 것이다.
열차화재사고가 극히 낮은 빈도로 발생함에도 불구하고 철도터널의 방재시설을 설치하는 이유는 무엇인가?
철도터널에서 열차화재사고는 극히 낮은 빈도로 발생하고 있으나, 대구지하철사고 및 유로터널에서의 사고와같이 철도터널에서의 화재사고는 막대한 인명피해나 재산피해를 초래할 우려가 있다.
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