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장대 철도터널 화염방재 기술 및 환기공조시스템개발 원문보기

보고서 정보
주관연구기관 한국철도기술연구원
Korea Railroad Research Institute
연구책임자 김동현
참여연구자 최준석 , 박형주 , 최영기 , 장용준 , 박원희 , 김재욱 , 구진오 , 박현태 , 김도훈 , 김명배 , 한용식 , 최병일 , 신동철 , 최상열 , 백승호 , 이신호 , 김성식 , 김지현 , 조용철 , 조형제 , 박노현 , 김근필 , 송승원 , 최의정 , 장경천 , 임지수 , 송명규 , 김동준
보고서유형최종보고서
발행국가대한민국
언어 한국어
발행년월2004-08
과제시작연도 2003
주관부처 건설교통부
사업 관리 기관 한국건설교통기술평가원
Korea Insitute of Construction & Transportation Technology Evaluation and Planning
등록번호 TRKO200500002867
과제고유번호 1500000239
사업명 건설기술기반구축사업
DB 구축일자 2013-04-18

초록

외국의 장대 철도터널 주요 화재 사고사례 분석
ㆍ 철도터널 환기 및 화재안전 대책 기술동향 조사
· 터널화재에 대한 축척모형 시험방법 조사
- 터널 축소모형 스모크 제너레이션 시험방법 조사
- Pool Fire 화원을 이용한 터널 축소모형 시험방법 조사
· 철도터널의 화재사례 조사
· 국외 실물터널 화재실험 자료 분석
- Seikan 터널 화재실험
- Memorial 터널 화재실험
- EUREKA 터널 화재실험
· 장대 철도터널 방재대책 조사·

Abstract

Although fires in long tunnels are rare, the consequences can be devastating (for example, Baku, Azerbaijan, 1995). Once fire starts, there is a high probability that passengers and rescue workers may face zero visibility, suffocation from smoke, and toxic gasses as well as exposure to high temperat

목차 Contents

  • 제 1 장 서론...50
  • 제 1 절 연구개발의 필요성...50
  • 제 2 절 연구개발의 목표 및 범위...58
  • 1. 연구개발의 최종목표...58
  • 2. 연구목표 및 내용...58
  • 가. 1차년도 연구목표...58
  • 나. 1차년도 연구내용 및 범위...58
  • 다. 2차년도 연구목표...59
  • 라. 2차년도 연구내용 및 범위...59
  • 마. 3차년도 연구목표...61
  • 사. 3차년도 연구 내용 및 범위...62
  • 제 2 장 국내외 기술개발 현황...65
  • 제 1 절 국내 기술개발 현황...65
  • 가. 경부선 및 호남선의 기존철도 터널 연장 조사...65
  • 나. 국내 철도터널 화재 배연 및 환기시스템 기술개발 연구장비...66
  • 제 2 절 국외 기술개발 현황...70
  • 1. 터널 환기 시스템에 대한 역사적 배경...70
  • 2. 철도터널 환기 및 화재안전 대책 기술동향...73
  • 3. 터널 환기시스템 설계용의 차량주행 시험장치 조사...74
  • 4. 터널 축척 모형 시험방법 조사...77
  • 가. 터널 축소모형 스모크 제너레이션 시험방법...77
  • 나. Pool Fire 화원을 이용한 터널 축소모형 시험방법...78
  • 5. 철도터널 실물 화재시험 조사...80
  • 가. 평탄한 터널 내인 경우...81
  • 나. 터널구배와 열기유동의 속도와의 관계...82
  • 다. 환기유동이 열기유동에 미치는 영향...83
  • 6. 기타 주요 터널 화재실험 결과분석...84
  • 가. 메모리얼 터널 화재실험 계획...84
  • 나. EUREKA 499-HGV Fire Test (1992.11)...88
  • 7. 철도터널의 화재사례 조사...97
  • 가. 철도터널의 화재사례...97
  • 나. 영불해협 터널 화재 사고 (1996년 11월) 분석...99
  • 다. 오스트리아 케이블카 화재 (2000년 11월) 분석...105
  • 라. 대구지하철 열차방화 사고 (2003년 2월 18일) 분석...110
  • 제 3 절 기술동향 분석 결론...112
  • 제 3 장 장대 철도터널 방재대책 조사ㆍ분석...115
  • 제 1 절 일본 세이칸 장대 철도터널의 방재대책...115
  • 1. 세이칸(Seikan)터널 및 요시오카(Yosioka) 해저역...115
  • 제 2 절 영동선 동백산-도계간 신설 장대 철도터널의 방재대책...123
  • 1. 영동선 동백산-도계간 장대 철도터널의 방재설비...123
  • 2. 영동선 동백산-도계간 장대 철도터널의 환기 및 위험 통제...127
  • 가. 서론...127
  • 나. 설계기준...128
  • 다. 정량적 위험 분석...132
  • 라. 비상환기...132
  • 마. 정상환기...136
  • 바. 결론...138
  • 제 3 절 기타 국외 장대 철도터널의 방재대책 요약...139
  • 제 4 장 ITA 회원국의 도시철도 방재대책 비교...143
  • 제 1 절 특별규정...143
  • 제 2 절 화재붕괴방지구조(Fire and Collapse Resisting Structure)...144
  • 제 3 절 가연물의 제거(Elimination of Combustibles)...147
  • 제 4 절 감지와 경보(Detection and Alarm)...149
  • 제 5 절 구획분할(Compartmentalization)...152
  • 제 6 절 비상체계 - 구조, 탈출, 대피(Emergency System - Rescue, Escape and Refuge)...154
  • 제 7 절 화재연기제기(Fire and Smoke Control)...157
  • 제 8 절 안전시스템의 유지관리(Maintenance of Safety Systems)...159
  • 제 9 절 ITA에서 추천하는 터널내 화재 안전관련 주요 위험방지 장치...161
  • 제 5 장 장대 철도터널 화재방재를 위한 시설물(안)...166
  • 제 1 절 화재 감지 및 대피, 비상연락 체계를 위한 신기술...166
  • 1 터널 안전을 위한 조기 화재 탐지기술 개요...166
  • 2. 화재경보시스템 기술...166
  • 3. 지능형 중앙통제 화재탐지기술...169
  • 가. 개방 화재탐지를 위한 열 탐지...169
  • 나. 비디오 영상처리를 이용한 연기와 화염탐지...169
  • 다. 비디오 영상처리를 이용한 화재경보 시스템의 시스템 구조...172
  • 4. 조기 화재 탐지기술에 대한 결언...173
  • 제 2 절 터널 운영과 훈련, 안전, 유지보수 시설...175
  • 1. 터널의 운영과 유지보수...175
  • 가. 개요...175
  • 나. 시스템 개요와 향상...176
  • 다. 훈련...180
  • 라. 운영자의 관심...181
  • 2. 중앙제어컴퓨터시스템(CCCS)의 성능개선...182
  • 가. 서론...182
  • 나. 정의 과정...182
  • 다. 유의사항들...183
  • 라. 결과들...184
  • 마. 성능개선 경험으로부터의 결론...185
  • 제 3 절 화염 방재설비 시설운영 검토 및 제안...188
  • 1. 방재 설비를 가동시키기 위한 조기 화재 감지기 선정의 중요성...188
  • 가. 터널 환경의 특수성으로 인한 화재 진압의 어려움...188
  • 나. 터널 화재 진압과정...189
  • 다. 터널 화재 감지기...193
  • 라. 결언...206
  • 2. 터널 방재 설비의 종류 및 터널 종합 방재 시스템의 필요성...207
  • 가. 터널 방재 설비...207
  • 나. 중앙 감시 방재 통합시스템...211
  • 다. 결언...212
  • 제 4 절 화재 방재설비 적용 기능성 검토 및 제안...213
  • 1. 방재설비를 가동시키기 위한 조기 화재 감지기 선정의 중요성...213
  • 가. 화재시 터널내부에 있는 사람의 행동 고찰...213
  • 나. 피난 허용시간 결정을 위한 자료 분석...216
  • 다. 터널 열차 화재 대응 시나리오...221
  • 2. 방재설비별 기능 및 적용성 검토 및 제안...222
  • 가. 국내 소방법 분석 [10]...222
  • 나. 국내외 터널 방재설비 현황 분석...228
  • 3. 주요 방재 설비별 고려요소 제안...234
  • 가. 터널 방재 기준...234
  • 나. 국내외 도로 터널 방재 등급...234
  • 다. 도로 터널의 위험 지수...236
  • 라. 철도터널의 위험지수를 고려한 터널 방재 등급...239
  • 마. 소화설비...240
  • 바. 화재탐지/경보시스템...241
  • 사. 피난 및 유도시스템...241
  • 아. 소화활동 시스템...242
  • 자. 피난대피소...251
  • 차. 관리소, 옥내외 공동구 구간별 방화 및 방연구획...251
  • 카. 제트팬 내열시험조건...253
  • 제 5 절 방재설비별 유지보수성 및 운전계획 수립방법...254
  • 1. 방재설비별 유지보수성...254
  • 가. 일반점검...254
  • 나. 정기점검...254
  • 다. 긴급점검...255
  • 라. 점검 후 조치방법...255
  • 마. 방재시스템별 중점 점검사항...255
  • 2. 방재설비의 운전계획 표준사양 검토...256
  • 가. 터널 방재설비 운영...256
  • 나. 화재시나리오벌 모의 화재 및 훈련시스템 제시...257
  • 다. 화재 관리시스템...260
  • 제 6 장 철도터널 안전기준...263
  • 제 1 절 철도터널 안전기준 비교...263
  • 1. 기간 시설...266
  • 가. 사고예방 대책...266
  • 나. 사고피해 감소...269
  • 다. 대피촉진 대책...273
  • 라. 구조촉진 대책...280
  • 2. 운용 대책...287
  • 가. 사고 예방 대책...287
  • 나. 사고 피해 감소...288
  • 다. 대피 촉진 대책...289
  • 라. 구조 촉진 대책...290
  • 3. 철도 차량...292
  • 가. 사고예방 대책...292
  • 나. 사고 피해 감소 대책...293
  • 4. 장대 터널에 대한 추가 대책...296
  • 제 2 절 철도사고 보고 및 수습 일반원칙...297
  • 1. 철도사고의 종류...297
  • 2. 사고보고체계...299
  • 3. 사고보고 계통도...301
  • 4. 사고복구 및 수습체계...303
  • 제 3 절 사고유형별 대응절차...305
  • 1. 열차 운행 중 화재발생...305
  • 2. 열차 화재로 인한 터널내 정차...310
  • 3. 열차 충돌 및 탈선...315
  • 4. 자연재해...320
  • 5. 독가스 테러...325
  • 6. 폭탄테러...331
  • 7. 차량고장...334
  • 8. 열차 내 사상자 발생...337
  • 9. 열차 내 환자발생...339
  • 제 4 절 철도안전 기준...342
  • 제 7 장 터널내 열차화재에 대한 CFD 안전설계...414
  • 제 1 절 3차원 ″TUNFIRE″ 코드에 의한 터널화재 안전설계...414
  • 1. TUNFIRE Code를 이용한 3차원 화재 컴퓨터 시뮬레이션...414
  • 가. 해석 대상 터널...414
  • 나. 열차화원 및 발열량...417
  • 다. 해석결과 검토기준...418
  • 라. TUNFIRE 화재 시뮬레이션 Code의 수학적 모델링...419
  • 마. 계산 결과 및 검토...423
  • 바. 결론 및 고찰...471
  • 2. 수직 통풍구 적용 시 철도터널의 구배별 스모크 제연방법...473
  • 가. 해석 대상 터널...473
  • 나. 열차화원 및 발열량...476
  • 다. 해석결과 검토기준...477
  • 라. TUNFIRE 화재 시뮬레이션 Code의 수학적 모델링...478
  • 마. 계산 결과 및 검토...482
  • 바. 결론 및 고찰...539
  • 3. 터널 입구지역의 자연풍이 터널화재 스모크 환기성능에 미치는 영향 검토...541
  • 가. 해석 대상 터널...541
  • 나. 계산 결과 및 검토...543
  • 다. 결론 및 고찰...561
  • 제 2 절 SES 코드에 의한 터널화재 안전설계...562
  • 1. 구배를 갖는 철도 터널에서의 열차 화재 시 제연 성능 평가...562
  • 가. 해석 조건...562
  • 나. 계산 프로그램(SES)...564
  • 다. 결과 및 토의...566
  • 라. 결론 및 고찰...572
  • 제 3 절 3차원 ″Fluent″ 코드에 의한 터널화재 안전설계...616
  • 1. FLUENT 코드를 이용한 3차원 화재 컴퓨터 시뮬레이션...616
  • 가. 개요...616
  • 나. 해석모델...616
  • 다. 지배방정식...618
  • 라. 화원 및 경계조건...620
  • 마. 화재 시나리오...621
  • 바. 해석결과 및 고찰...621
  • 제 4 절 종류식 제연설비...640
  • 1. 축소모델 터널 화재실험...640
  • 가. 실험용 축소모델 터널...640
  • 나. 실험결과...641
  • 2. 실물터널 화재실험...642
  • 가. 개요...642
  • 나. 실험 장치...643
  • 다. 실험 결과...644
  • 3. 연기유동 수치해석...645
  • 가. 지배방정식 및 난류모델...645
  • 나. 경계조건...647
  • 다. 해석결과...648
  • 4. 종류식 제연시스템 설계 기준 - Back Layering...650
  • 제 5 절 횡류식 제연시스템...652
  • 1. 축소모델 터널 화재실험...652
  • 가. 축소모델 터널...652
  • 나. 화원 및 실험장치 구성...654
  • 다. 실험결과...654
  • 2. 횡류환기식 터널의 환기 및 배연해석...659
  • 가. 개요...659
  • 나. 지배방정식 및 경계조건...660
  • 다. 해석결과...660
  • 3. 횡류식 제연시스템의 설계 조건...664
  • 제 6 절 장대 철도터널내 승객 대피소의 안전설계기법 개발...665
  • 1. 개요...665
  • 2. 해석대상...666
  • 3. 수치해석방법...666
  • 가. 해석프로그램...666
  • 나. 해석공간 및 격자...668
  • 다. 지배방정식...670
  • 라. 난류모델...671
  • 마. 경계조건 및 국부 계측...671
  • 4. 결과 및 고찰...673
  • 가. 내부 유동장 해석...673
  • 나. 내부 압력장 해석...678
  • 5. 결론...684
  • 제 7 절 smartfire를 이용한 터널 화재 유동 해석...685
  • 1. 개요...685
  • 가. Smartfire의 소개...685
  • 나. Smartfire에서 사용되는 기본 방정식...686
  • 2. 해석 대상...688
  • 가. 객차 내부 화재의 해석 대상 및 조건...688
  • 나. 터널에서 화재 발생시 유동 해석...692
  • 3. 해석 결과...696
  • 가. 객차 화재 발생시 유동 해석...696
  • 나. 터널 화재 발생시 유동 해석 결과...703
  • 4. 결론...721
  • 제 8 절 buildingExodus를 이용한 열차 승객 피난해석...723
  • 1. 개요...723
  • 가. buildingExodus의 개요...723
  • 나. buildingExodus의 특징...724
  • 2. BuildingExodus의 해석 대상 및 계산 조건...727
  • 가. 화재를 고려하지 않은 일반 피난 해석...729
  • 나. 화재를 고려한 피난 해석...731
  • 3. BuildingExodus의 해석 결과...734
  • 가. 화재를 고려하지 않은 일반 피난 해석...734
  • 나. 화재를 고려한 피난 해석...741
  • 4. 결론...747
  • 제 8 장 장대 철도터널에서 수분무 시스템에 의한 연기층 하강제어기술 개발...750
  • 제 1 절 서론...750
  • 1. 연구의 배경 및 필요성...750
  • 2. 연구의 목표 및 범위...751
  • 가. 연구개발의 최종목표...751
  • 나. 연구목표 및 내용...751
  • 제 2 절 철도터널화재시 철도차량의 가연성 분석에 따른 화원규모산정...754
  • 제 3 절 스프링클러 등에서 분출되는 수분포형태에 따른(Spray Dispersion Type)에 따른 연기층 조기하강능력에 대한 자료구축...755
  • 1. 수분포형태에 따른 연기층 조기하강능력 실험방법...755
  • 가. 실험터널의 개요...755
  • 나. 실험장치 및 측정방법...755
  • 2. 터널화재 시 연기유동특성 성능시험...758
  • 가. 스프링클러 헤드 및 환기구 설치현황...758
  • 나. 계측센서 배치도...759
  • 다. 수분포 타입형 헤드의 종류...760
  • 라. 화원...761
  • 3. 수분포 타입볕 연기층의 온도변화 상관성...762
  • 가. 터널화재의 온도분포...762
  • 나. 수분무타입형 헤드설치 후 연기층의 온도변화...762
  • 다. 수분포타입별 상관성 분석...765
  • 4. 헤드토출유량 및 스프레이 분포입자에 따른 연기층의 성상과 유속변화 분석...765
  • 가. 수분포타입별 입자경과 유량에 따른 분석...765
  • 나. 유속변화분석...766
  • 5. 스프링클러 작동개수에 따른 연기층 확산효과분석...768
  • 6. 방연스크린의 설치에 따른 헤드 반응시간에 미치는 효과...769
  • 제 4 절 철도터널 내 효과적인 물분사형태를 응용한 연기조기하강 수분무시스템의 제시...770
  • 1. 스프레이 헤드별 연기하강효과 분석도출...770
  • 2. 철도터널에 효용성 입증된 수분무에 의한 연기제어시스템 설계안제시...770
  • 제 5 절 철도터널에서 적용가능한 물분무수 입자의 연기층 확산방지효과에 대한 시뮬레이션 평가연구...772
  • 1. 서론...772
  • 2. 철도터널내 시뮬레이션에 의한 대피안전성 평가...773
  • 가. 철도터널의 방재특성...773
  • 나. 터널내 기류조건에 따른 HRR(Heat Release Rate)의 영향...781
  • 다. 터널내 화재시 대피시뮬레이션 모델링...782
  • 라. 연기유동시뮬레이션...789
  • 마. 핵심제안사항...808
  • 3. 물분무헤드에서 방사되는 미분무수입자(Droplet)의 크기 및 입도분포 구축...809
  • 가. 최적 물분무헤드에서 분사되는 미분무입자의 연기층 하강효과 분석...809
  • 나. 최적 물분무 노즐에서 분사되는 물입자의 연기하강성능 실험...816
  • 4. 터널 전용 제연수막노즐에서 분사되는 미분부수 입자의 분사시뮬레이션 모델링 연구...825
  • 가. 노즐분사 미분부수 입자의 운동해석이론...825
  • 나. 수치해석에 의한 분사모델 시뮬레이션 수행 결과...832
  • 제 9 장 쌍굴 철도터널에서 터널 입출구 배연 스모크의 역류유입 방지 구조물 개발...841
  • 제 1 절 모형터널 스모크(화재)실험...841
  • 1. 스모크(화재)실험 개요...841
  • 가. 개요...841
  • 나. 실험조건...841
  • 다. 실험장치 제원 및 구성...842
  • 2. 쌍굴터널 갱구 부근 스모크 거동...844
  • 가. 쌍굴터널 갱구 간격 변화에 따른 스모크 거동...846
  • 나. 쌍굴터널 갱구 부근 스모크 유출 경향...851
  • 제 2 절 쌍굴터널 스모크 역류 방지 구조물 개발...855
  • 1. 쌍굴터널 갱구 부근 역류 방지 개요...855
  • 2. 격벽형 갱구 구조물에 의한 역류 방지...855
  • 가. 하행선 터널벽에 격벽이 위치할 때(Wall_down)의 역류 방지경향...856
  • 나. 쌍굴터널 중간 지점에 격벽이 위치할 때(Wall_center)의 역류 방지 경향...879
  • 다. 상행선 터널벽에 격벽이 위치할 때(Wall_up)의 역류 방지 경향...902
  • 제 3 절 격벽형 갱구 구조물의 역류 방지 성능...924
  • 1. 쌍굴터널길이방향 갱구 간격 및 격벽형 갱구 구조물에 의한 역류 방지 효과...924
  • 2. 격벽형 갱구 구조물의 역류 방지 효과 비교...927
  • 가. 격벽형 갱구 구조물의 역류 방지 다이어그램...927
  • 나. 쌍굴터널 격벽형 갱구 구조물의 역류 방지 효과 결론...930
  • 3. 역류 방지 격벽형 갱구 구조물의 경제적 이점...930
  • 4. 역류 방지 갱구 구조물 형상에 대한 추후 과제...931
  • 제 10 장 철도 터널 열부력 연기화재 모의 실험...933
  • 제 1 절 고속철도 터널 연기 화재실험...933
  • 1. 고속철도 터널 연기 화재실험 개요...933
  • 가. 실험시행 일시...934
  • 나. 연기 화재실험 목적...934
  • 다. 실험시행 터널 위치...935
  • 라. 연기 화재실험 진행계획...936
  • 마. 연기발생기/센서 및 측정자 위치 개요도...937
  • 바. 실험항목...938
  • 2. 고속철도 터널 연기 화재실험 결과...939
  • 가. 열부력 연기 모의 화재 실험 결과 및 분석...942
  • 3. 열부력 모의 화재실험 결론...957
  • 4. 실험대상 터널에서의 피난 시뮬레이션...958
  • 제 11 장 종합 결론...963
  • 제 12 장 연구개발목표 달성도 및 대외 기여도...977
  • 제 13 장 연구개발결과의 활용계획...988
  • 제 14 장 참고문헌...991
  • APPENDIX A...1003
  • APPENDIX B...1010

연구자의 다른 보고서 :

참고문헌 (25)

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