[소방기술사] 성능위주설계시 인명안전성 평가를 위한 화재, 피난 시뮬레이션 수행방식의 종류

[소방기술사] 성능위주설계시 인명안전성 평가를 위한 화재, 피난 시뮬레이션 수행방식의 종류

성능위주설계에서 화재 시뮬레이션과 피난 시뮬레이션은 별개이다. 화재 시뮬레이션은 화재가 어떻게 시작해서 어떻게 진행되느냐이고, 피난 시뮬레이션은 화재 상황에서 재실자가 어떤 경로로 어떤 속도로 대피하느냐를 모의 혹은 가상으로실험해보는 것이다. 이는 ASET, RSET과 관련이 있다.

화재시뮬레이션	피난시뮬레이션
ASET	RSET
화재실 온도, 청결층, 유독성 가스	재실자의 상태, 재실자의 공간 익숙함

피난가능시간 기준 [단위: 분]	W1	W2	W3
사무실, 학교, 상업 건물 (재실자가 건물에 익숙하고 깨어있는 상태)	<1	3	>4
상점, 박물관, 문화집회시설 (재실자가 건물에 익숙하지 않으나 깨어있는 상태)	<2	3	>6
공통주택, 기숙사, 중고층 주택 (재실자가 건물에 익숙하지만 수면상태일 수 있음)	<2	4	>5
호텔, 숙박시설 (재실자가 건물에 익숙하지 않고 수면상태일 수 있음)	<2	4	>6
병원, 요양시설 (대피시 타인의 도움이 필요)	<3	5	>8

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1. 피난, 화재 시뮬레이션 개요

 1) 성능위주 소방설계(PBD): 실제 화재안전 목표에 맞춰 공학적 분석기법을 활용해 방재시스템을 구축하는 설계기법

 2) 성능위주설계는 화재 및 피난 시뮬레이션을 통해 특정 건물의 연료하중, 환기조건 등에 의한 스프링클러 작동 전의 화재성장, 거주자의 안전한 대피를 위한 거주 가능조건 등을 고려하여 설계함

 3) 인명안정성 평가 방식

논커플링 방식 Non-Coupling	세미커플링 방식 Semi-Coupling	커플링 방식 Coupling
화재, 피난 시뮬레이션을 각각 독립수행하여 특정지점에서의 ASET과 RSET을 비교	화재피난 시뮬레이션의 결과값을 겹쳐보는 방식	화재시뮬레이션의 결과인 화재의 영향을 피난시뮬레이션에서 연동하여 수행하는 방식

  - 국내는 주로 논커플링 방식 이용

 

2. 인명안전성평가를 위한 화재, 피난 시뮬레이션

 1) 논커플링 방식

  - 정의: 화재시뮬레이션의 결과값이라 할 수 있는 ASET과 피난시뮬레이션의 결과값이라 할 수 있는 RSET을 도출하고 ASET과 RSET을 설계자가 직접 비교

  - 특징

● 설계자가 자신의 지식, 경험을 기반으로 설정한 특정 지점에서만 ASET, RSET을 비교하기 때문에 피난자의 전체 동선 상에서 발생하는 중요한 재난의 반영이 어려움 ● 화재시뮬레이션 툴: FDS-PYrosim, SmartFire ● 피난 시뮬레이션 툴: Simulex, PathFinder, BuilingEXODUS

 2) 세미커플링 방식

  - 정의: 화재발생 이후 동일한 경과시간 상에서 같은 지오메트리 위에 화재시뮬레이션과 피난시뮬레이션의 결과를 동시에 확인

  - 특징

● 장점: 특정지점 설정에 대한 타당성 검증 가능. 시각적으로 ASET, RSET 동시 확인 가능 ● 한계: 결국 설계자가 레이어를 시각적으로 검토하여 생사여부를 판단해야 함. (화원을 그대로 통과, 60도 이상의 복사열 장소 5m 미만의 가시거리 장소를 통과하는 오류가 있음)

 3) 커플링 방식

  - 정의: 피난, 화재 시뮬레이션을 물리적, 화학적으로 결합하여 인명 안정성 평가를 수행하는 방식

  -특징

● 현실성이 높다 (연기의 농도, 연소생성물, 복사열 등을 반영하여 시뮬레이션 가능) ● 환경에 따라 에이전트(피난자)의 보행속도, 이동방식이 변화함 ● 종류 BuilingEXODUS + CFAST SmartFire + Builing EXODUS FDS + EVAC

3. 커플링 방식의 중요성

 1) 현 방식의 문제점

  - 논커플링과 커플링 방식의 시뮬레이션 결과 사망자수가 다르게 도출됨

  - 현재 커플링 방식은 거의 적용되지 못하는 실정

  - 잘못된 설계로 피해가 극대화될 수 있음

 2_ 대책

  - 소방청이 주도적으로 화재조사나 연소실험 등을 통해 주요 화원물질에 대한 화학적 구성이나 물성 데이터 등을 구축.

  - 소방청에서 다양한 화재 및 피난 시뮬레이션 툴의 특성을 파악하고 이를 반영하여 성능위주설계 기준을 보완.

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이번 문제를 통해 피난 시뮬레이션과 화재 시뮬레이션의 연관성에 대해 알 수 있었다. 피난시간을 계산하는 공식에 대해 공부했었지만 이를 시뮬레이션으로 결정하는 것이 훨씬 합리적이라 생각한다. 피난에는 정말 변수가 많기 때문이다. 건물이 고층화 거대화 되면서 이로 인한 피난에서 변수는 더욱 많아질 것이다. 이를 수리 계산만으로는 턱없이 부족하다. 적절한 시뮬레이션 프로그램을 통해 성능위주설계가 필요한 실정이다.