[논문]FDS를 이용한 부산 실내사격장 화재 시뮬레이션

조영진; 서영일; 문병선; 김성진; 전우정

FDS를 이용한 부산 실내사격장 화재 시뮬레이션
Simulation of Indoor Shooting Range Fire in Busan by Using FDS 원문보기

조영진 (국립과학수사연구원 남부분원) , 서영일 (국립과학수사연구원 남부분원) , 문병선 (국립과학수사연구원 남부분원) , 김성진 (국립과학수사연구원 남부분원) , 전우정 (국립과학수사연구원 남부분원)

2009년 11월 14일 발생한 부산 실내사격장 화재와 관련하여 조사내용을 토대로 화재 시뮬레이션용 전선유체역학 모델인 FDS를 이용하여 재현하였으며, 시뮬레이션 결과와 화재당시 녹화된 CCTV 영상을 비교하였다. 2층 발사실에서 시작된 화재는 급격히 연소가 진행되어 약 3초 후에 휴게실로 확산되며, 약 7초 후에는 계단 및 1층 홀을 지나 사람들이 통행하는 인도에까지 연기가 분출되는 것으로 나타났다. 시뮬레이션 결과는 2층 발사실과 휴게실에 녹화된 CCTV 영상 및 1층 홀 옆의 귀금속가게에 녹화된 CCTV 영상과 거의 일치하였다.

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문제 정의

화재원인은 사격시 발생한 유탄이 가연물 적치부에 남아있는 잔류화약 쪽으로 떨어지면서 발화된 것으로 추정되었으며, 발사실 내부의 잔류화약 및 폴리우레탄 재질의 흡음재가 매우 급속하게 연소되었기 때문에 탈출이 어려워 짧은 시간동안 많은 사망자가 발생한 것으로 추정되었다. 본 연구에서는 화재 시뮬레이션용 소프트웨어인 NIST Fire Dynamics Simulator(FDS)를 사용하여 시간별 화염과 연기의 확산, 산소농도 변화, 온도변화 등을 파악하여 화재진행과정을 확인하고 많은 인명피해가 발생한 원인을 찾는데 목적이 있다.

대상 데이터

그림 5,6은 화재 전·후의 발사실 내부 모습이다. 발사실에는 총 5개의 사대가 있고 발사실 천장과 벽에는 5cm 및 3cm 두께의 폴리우레탄 흡음재가 부착되어 있었다.
화재 시뮬레이션의 계산 영역은 2층 발사실과 휴게실, 1층에서 5층까지의 계단, 1층 홀 및 1층 홀 옆쪽의 귀금속가게로 하였으며, 격자 크기는 0.1m로 하였다. 화원은 발사실의 1사대 앞쪽 바닥으로 하였고 초기 화재의 규모는 2초 동안 10MW로 설정하였다.

성능/효과

그림 10은 1층 홀 바로 옆쪽에 위치한 Silveria 귀금속가게의 화재당시 CCTV 녹화영상과 시뮬레이션 결과를 비교한 것이다. 귀금속가게 주인이 1층 홀과 연결되는 여닫이 문을 통해 빠르게 유입되는 연기에 놀라 도망가는 모습이 녹화되었으며 시뮬레이션을 통해서도 실제상황과 유사하게 빠른 속도로 연기가 유입되고 있음을 확인할 수 있었다.
화재발생 3초 후에 발사실의 출입문이 열리면서 화염과 연기가 휴게실로 급속히 분출되고, 5초 후에 휴게실이 화염과 연기로 가득차며, 화재발생 7초 후에는 계단 및 1층 홀을 지나 사람이 통행하는 인도까지 연기가 분출됨을 확인할 수 있었다. 또한, 산소농도 변화를 조사한 결과 화재발생 약 15초 후에 발사실과 휴게실에는 산소가 거의 없는 상황으로 되었고, 온도변화 분포를 조사한 결과 발사실과 휴게실 내부는 최대 1500℃ 까지 온도가 상승함을 확인할 수 있었다.
화재 시뮬레이션 소프트웨어인 FDS를 이용하여 부산 실내사격장 화재를 재현하였으며, 화재당시 녹화된 CCTV 영상과 비교하여 거의 일치하는 결과를 얻었다. 화염과 연기의 확산 속도, 온도분포 및 산소농도에 대하여 확인한 결과 화염과 연기가 매우 빠르게 휴게실로 분출되면서 계단 및 1층 홀을 통해 빠져나갔기 때문에 대피할 시간이 부족하여 많은 희생자가 발생한 것으로 추정되며, 신원확인을 위해 유전자분석까지 해야할 정도로 희생자들의 화상 정도가 심했던 것은 짧은 시간이었지만 최대 1500℃ 까지 온도가 상승했기 때문으로 추정되었다.
그림 8,9는 화재 시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로 그림 8은 발사실과 휴게실에서 화염과 연기가 진행하는 과정이며, 그림 9는 휴게실을 지난 화염과 연기가 계단 및 1층 홀쪽으로 진행하는 과정을 나타낸다. 화재발생 3초 후에 발사실의 출입문이 열리면서 화염과 연기가 휴게실로 급속히 분출되고, 5초 후에 휴게실이 화염과 연기로 가득차며, 화재발생 7초 후에는 계단 및 1층 홀을 지나 사람이 통행하는 인도까지 연기가 분출됨을 확인할 수 있었다. 또한, 산소농도 변화를 조사한 결과 화재발생 약 15초 후에 발사실과 휴게실에는 산소가 거의 없는 상황으로 되었고, 온도변화 분포를 조사한 결과 발사실과 휴게실 내부는 최대 1500℃ 까지 온도가 상승함을 확인할 수 있었다.

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