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문제 정의
- 현재 승강장스크린도어 시스템의 수평하중과 관련하여 구조적인 안전성 평가시험이 수행되고 있으나, 시험방법이 수평하중을 적절하게 모사하지 못하고 있고 또한 판정기준에 타당성이 결여되어, 승강장스크린도어 시스템이 수평하중에 대하여 안전하게 제작된 것인지 또는 너무 과대하게 설계된 것은 아닌지에 대해 실무자를 중심으로 문제가 제기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 분포하중인 열차풍압하중과 풍압하중, 선형하중인 집단하중을 실제와 동일하게 구현할 수 있는 승강장스크린도어 시스템 수평하중 시험장치의 개념과 설계를 수행하였으며, 이러한 설계 내용을 기반으로 시험장치를 제작하여 시운전을 수행하였다. 또한 국내외 창호의 구조적 성능시험방법 및 스크린도어 제작업체 시험기준을 바탕으로 스크린도어 수평하중 시험규격을 제시하였다.
- 국내의 현행 스크린도어 수평하중 설계기준은 지하역사에 적용할 열차풍압의 산정방식을 제시하지 않고 있으며, 지하역사의 열차풍압은 열차속도와 터널구조에 따라 크게 달라지므로 실제 실측실험이나 시뮬레이션에 의해 설계값을 산정하여 적용하여야 한다. 본 연구에서는 서울2호선 사당역사와 서울5호선 김포공항 역사를 대상으로 열차운행에 의해 스크린도어에 가해지는 열차풍압을 실측하였고, 스크린도어가 설치되지 않아 실험이 어려운 역사에 대해 시뮬레이션을 수행하였다. 또한 화재 발생과 같은 비상시 열차가 규정속도 이상으로 역사를 통과할 수 있으므로, 비상시 열차통과와 같은 악조건을 설계에서 고려하여 설계열차풍압을 제시할 필요가 있으며, 본 연구에서 도출한 열차풍압자료와 국외 적용현황을 바탕으로 열차운행속도와 설계 열차풍압의 관계를 일차함수로 나타내었으며 국내 도시철도에 운행열차가 80 km/h의 비상통과시 85 kgf/m2의 설계 열차풍압을 적용할 것을 권고하였다.
- 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 화재 수치해석 기법과 축소모형 실험기술 등의 화재안전확보 요소기술을 개발하여 신뢰성을 평가하였으며, 이러한 요소기술을 활용하여 스크린도어가 설치된 도시철도 지하구간에서의 제연시스템 최적설계,운영방안과 화재시 안전한 대피를 위한 스크린도어 운전제어방안을 도출하였다.
- 열차이동에 의한 비정상 터널 유동장의 3차원 수치해석기술을 적용하여 스크린도어가 도입되는 지하철에서의 환기시스템 최적설계를 효과적으로 수행할 수 있으며 본 연구에서는 1/20 sclae의 모델터널에 대하여 환기구의 위치와 형태에 따른 환기성능을 검토하였다.
- 이에 본 연구에서는 스크린도어시스템의 설치효과를 극대화하고 도입초기의 문제점을 최소화하기 위해서 열차풍에 따른 스크린도어의 안전구조해석과 더불어 환기 및 방재시스템과 연계된 최적의 설치방안에 대한 연구를 수행하였다.
- 한편 승강장에서 화재가 발생할 경우는 스크린도어의 개폐여부에 따라 연기확산과 제연시스템 가동조건이 달라질 수 있으므로 본 연구에서는 승강장에 화재발생시 스크린도어의 운전제어방안에 대하여 검토하였다. 화재발생은 계단과 승강장 끝 사이 중간지점에서 10MW의 화재강도를 가지는 것으로 가정하였으며, 해석결과 승강장에서 화재가 발생할 경우 스크린도어를 개방하는 것이 승강장에서의 온도상승을 낮출 수 있어 승객대피에 유리한 환경을 조성할 수 있다고 판단된다.
가설 설정
- 한편 승강장에서 화재가 발생할 경우는 스크린도어의 개폐여부에 따라 연기확산과 제연시스템 가동조건이 달라질 수 있으므로 본 연구에서는 승강장에 화재발생시 스크린도어의 운전제어방안에 대하여 검토하였다. 화재발생은 계단과 승강장 끝 사이 중간지점에서 10MW의 화재강도를 가지는 것으로 가정하였으며, 해석결과 승강장에서 화재가 발생할 경우 스크린도어를 개방하는 것이 승강장에서의 온도상승을 낮출 수 있어 승객대피에 유리한 환경을 조성할 수 있다고 판단된다. 한편 이경우에도 화재근접 존에서의 급기는 제연성능에 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.
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