KR101584243B1 - 빌딩의 연쇄구조붕괴 징후 기반의 위험등급 분류방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 건물에 화재와 같은 재난이 발생할 경우 재난 피해를 극소화하기 위해 재난 초기에 발 빠르게 대응할 수 있도록 하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 건물의 거동정보와 열화에 의한 표면온도 등의 재난전조정보를 기반으로 건물붕괴 위험단계를 분류하는 방법에 관한 것이다.

Description

빌딩의 연쇄구조붕괴 징후 기반의 위험등급 분류방법{Building Risk Grading Method based on Sign of Progressive Collapse}

본 발명의 실시예는 빌딩의 재난전조 위험등급 분류방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

재난전조는 시설물 및 건축물에서 취약성으로 인해 발생할 수 있는 재난으로 진행되는 과정 중에서 인지되는 신호 또는 그 변화로 인해 발생되는 현상을 의미한다. 이러한 재난전조의 정보는 재난의 위험 요인의 가능성을 담고 있는 정보로 재난 발생이 우려되는 안전 위해 요소에 대한 안전 점검 및 조치가 필요한 정보를 의미한다. 하인리히(Heinrich)사고는 "예측하지 못하는 한 순간에 갑자기 오는 것이 아니라 그 전에 여러 번 경고성 징후를 보낸다"라고 하였는데 이를 하인리히 법칙(Heinrich's Law)이라고 한다.

건물 및 기타 구조물의 건전성 모니터링(Structural Health Monitoring; SHM)은 건물 및 기타 구조물이 붕괴되거나 이상 현상이 발생하기 이전에 피해가 발생할 가능성이 있는 현상을 미리 감지하여 건물 및 기타 구조물의 안전성과 신뢰성을 개선하고자 하는 것이다. 하지만, 건전성 모니터링만으로는 재난의 단계와 그 단계별 대응 조치 및 요령을 체계화하지 못한다. 따라서, 재난전조에 대해 위험등급을 분류하고 이에 각 단계별 대응 조치 및 요령을 체계화할 필요가 있다.

본 발명의 실시예는, 건물의 거동정보와 열화에 의한 표면온도를 포함하는 재난전조정보를 기반으로 건물붕괴 위험단계를 분류하는 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예는, 건물의 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법에 있어서, 상기 재난전조정보를 수신하는 과정; 수신한 재난전조정보를 분석하여 상기 위험등급을 결정하는 과정; 및 결정된 위험등급에 따라 행동지침을 실행하는 과정를 포함하는 것을 특징으로 하는 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예의 다른 측면에 의하면, 건물의 재난전조정보를 수신하는 수신부; 상기 수신부가 수신한 재난전조정보를 분석하여 위험등급을 결정하는 분석부; 및 결정된 위험등급에 따라 행동지침을 실행하는 재난대응부를 포함하되, 상기 위험등급은 상기 건물의 기둥 및 보를 포함하는 구조물 중 적어도 하나에 설치되는 적어도 하나의 센서로부터 생성되는 상기 재난전조정보에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 건물의 연쇄붕괴 전조의 메커니즘에 의한 위험등급을 분류하고 위험등급별로 행동지침을 규정화함으로써, 붕괴재난 발생시에 거주자 및 외부 구조자 등의 생명과 안전을 보장할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치에서 기울기센서 및 온도센서의 설치위치를 도시하는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치의 위험등급 분류방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치에서 기울기센서의 설치위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치에서 기둥, 보 및 접합부 각각의 기울기 계측방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치에서 구조부재의 안정성 평가를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치(100)를 나타낸 도면이다. 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치(100)는 수신부(110), 통신부(120), 계측데이터베이스(130), 오프라인 분석부(140), 실시간분석부(150), 재난대응부(160), 대응매뉴얼 데이터베이스(162), 수동대응 입력장치(164) 및 디스플레이부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.

수신부(110)는 재난전조정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 수신부(110)는 기울기센서(Tilting Sensor), 온도센서(Surface Temperature Sensor), 가속도센서(Accelerometer) 및 GPS(Global Positioning System) 수신기를 포함하는 센서로부터 생성되는 재난전조정보를 수신하도록 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 기울기센서는 건물의 외곽기둥에 설치하고, 온도센서는 외곽기둥과 연결되는 보에 설치한다. 센서를 설치하는 위치에 대해서는 도 2에서 상세하게 설명한다.

통신부(120)는 재난전조정보를 분석, 저장하기 위해 재난전조정보를 계측데이터베이스(140) 및 실시간분석부(150)로 전송하도록 구성될 수 있다. 통신부(120)는 유무선통신을 이용하여 각 센서에서 수집한 재난전조정보를 전송할 수 있다. 하지만 건물에 설치되는 모든 센서를 케이블(Cable)로 연결하는 것은 건물 사정에 따라 어려울 수 있어 각 센서를 블루투스(Bluetooth), Zigbee, 무선랜(Wireless Lan)를 부착하여 중간 데이터 수집장치까지는 무선으로 연결하고 중간 데이터 수집장치에서 분석 및 저장 시스템까지는 유선으로 연결하는 것이 바람직하다. 그러나 센서에서 분석 및 저장 시스템까지 연결은 이에 한정되지 않고, 유선인터넷, 이동통신, 모뎀 등 다양한 형태의 통신방법을 이용할 수 있다.

계측데이터베이스(130)는 통신부(120)로부터 전달받은 재난전보정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 계측데이터베이스(130)는 각 센서에서 생성한 건물의 거동정보 및 열화에 의한 표면온도 정보를 포함하는 재난전조정보를 일정한 포맷에 맞추어 저장한다. 여기서 일정한 포맷은 각 센서에 대한 식별자(Identification), 센서의 종류, 센서로부터 전달받은 정보, 시간정보 등을 포함할 수 있다.

오프라인 분석부(140)는 계측데이터베이스(130)에 저장된 각 센서의 데이터를 시간대별 분석하고, 데이터의 트렌드(Trend) 등을 분석하도록 구성될 수 있다.

실시간분석부(150)는 통신부(120)로부터 전달받은 재난전조정보를 실시간으로 분석하여 위험을 인지하도록 구성될 수 있다. 실시간분석부(150)는 각 센서로부터 전달받은 재난전조정보를 분석한다. 실시간분석부(150)는 기울기센서로부터 수신한 건물의 거동정보와 온도센서로부터 수신한 건물의 표면온도를 기반으로 건물의 위험정도를 관심, 주의, 경계, 심각 등을 포함하는 단계로 분류하도록 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

재난대응부(160)는 실시간분석부(150)에서 분석한 위험등급 분류에 따라 대응매뉴얼 데이터베이스(162)에서 위험등급에 해당하는 매뉴얼을 검색하고 검색된 정보를 제공할 수 있고, 대응정보를 관리자가 직접 지시할 수 있도록 수동대응 입력장치(164)를 통해 대응정보를 수신하도록 구성될 수 있다.

디스플레이부(170)는 수신부(110)가 수신한 정보, 실시간분석부(150)에서 분석한 정보 및 재난대응부(160)에서 제공하는 정보를 표시하도록 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치(100)에서 기울기센서 및 온도센서의 설치위치를 도시하는 예시도이다.

건물에 재난정보수집을 위한 센서를 설치할 위치는 재난전조정보의 수집의 효율성 및 정확한 위험 예측을 하는 데 있어 매우 중요한 요소이다. 재난전조정보의 수집 효율을 극대화하면서 정확하게 위험을 예측할 수 있는 위치에 센서를 설치할 필요가 있다.

건물이 각종 재난에 의해 초과하중이 발생하는 경우, 구조붕괴의 재난전조가 가장 먼저 나타나는 곳은 건물의 외곽기둥이다. 외곽기둥에서 구조붕괴의 징후인 건물의 거동정보를 수집하기 위해 외곽기둥의 안쪽 표면에만 기울기센서를 설치한다면 설치할 센서의 수를 줄일 수 있으면서도 정확하게 재난의 발생단계를 예측할 수 있다.

또한, 건물에 화재가 발생하여 열화로 인한 건물붕괴와 같은 재난이 발생하게 되는 경우에, 화재의 의한 열기는 산소를 필요로 하므로 건물의 외부로 이동하면서 천장으로 상승한다. 이로 인해 도 2의 예시와 같이 외곽기둥과 보가 만나는 위치에서 온도가 가장 높다. 따라서, 외곽기둥과 보가 결합하는 위치의 보의 온도를 측정한다면 가장 효과적이고 정확하게 재난전조정보를 수집할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치(100)의 위험등급 분류방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치(100)에서 기울기센서의 설치위치를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치(100)에서 기둥, 보 및 접합부 각각의 기울기 계측방법을 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치(100)에서 구조부재의 안정성 평가를 나타내는 도면이다.

이하, 도 3 내지 6을 함께 참조하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법은 재난전조정보를 수신하는 과정(S310), 수신한 재난전조정보를 분석하여 위험등급을 결정하는 과정(S320) 및 결정된 위험등급에 따라 행동지침을 실행하는 과정(S330)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법을 설명함에 있어서 도 3에 예시된 순서도에 의거하여 설명하지만 각 과정이 수행되는 순서는 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법은 수신부(100)를 통해 재난전조정보를 수신하는 과정(S310)으로부터 시작된다. 여기서 재난전조정보는 건물의 기둥 및 보를 포함하는 구조물의 기울기, 온도, 위치, 가속도, 압력, 진동 및 충격량 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이후, 수신한 재난전조정보를 분석하여 위험등급을 결정한다(S320). 위험등급은 재난전조정보의 종류에 따라 미리 정해놓은 기준에 의하여 각기 다른 방법으로 결정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 위험등급은 건물의 거동정보를 기반으로 결정될 수 있다. 건물의 거동정보로는 기울기센서에 의해 수집되는 기울기를 이용할 수 있다.

기울기를 기반으로 위험등급을 결정하기 위해서는 미리 정해놓은 기준이 필요하다. 이 기준에는 위험등급별로 각각 정해지는 기준기울기가 포함될 수 있고, 이 기준에는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 기둥의 기울기(θ)를 해당 기둥의 길이(h)로 나눈 비율(θ/h)(이하, "기울기비"라 칭하기로 한다.)에 대한 위험등급별 기준(이하 "기준기울기비"라 칭함)이 포함될 수도 있다. 또한, 이 기준에는 기울기센서가 설치된 모든 기둥의 개수 대비 위험등급별로 정해지는 기준기울기 또는 기준기울기비에 부합하는 기둥의 개수를 나타내는 비율(이하 "기준기둥개수비"라 칭함)이 포함될 수 있다.

위험등급은 평상시, 사용한계상태, 부재손상상태 및 붕괴위험상태를 포함하는 4개의 등급으로 구분할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 평상시(Observation Step; OB)는 위험이 없다고 간주해도 무방한 상태이고, 사용한계상태(Intermediate Occupancy; IO)는 구조부재의 경미한 손상이 있어 사용점검이 필요한 상태이다. 부재손상상태(Life Safety; LS)는 구조부재의 심각한 손상으로 거주자의 대피가 수반되어야 하는 상태이며, 붕괴위험상태(Collapse Prevention; CP)는 구조부재의 붕괴위험으로 외부 구조자도 대피하여야 하는 상태를 지칭하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

만약, 붕괴위험상태(CP)에 대한 기준기둥개수비가 "1/3"이라고 할 경우, 건물의 전체 기둥 중에서 기울기센서가 설치된 기둥의 개수가 30개이고, 설치된 센서로부터 수집된 기울기 또는 기울기비(θ/h)가 위험등급별로 정해지는 기준기울기 또는 기준기울기비에 부합하는 기둥의 개수가 10개를 초과할 경우 위험등급이 붕괴위험상태(CP)로 결정될 수 있다. 여기서, 예로 든 기준기둥개수비의 수치는 설명의 편의를 위한 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같은 기준에 근거하여 측정된 기울기(θ)를 기반으로 기 설정된 기준기울기, 기준기울기비 및 기준기둥개수비에 따라 위험등급이 결정될 수 있다.

또한, 위험등급은 열화에 의한 표면온도를 기반으로 결정될 수 있다. 즉, 부재의 한계온도에 따라 정해지는 임계값에 근거하여 4개의 등급으로 위험등급을 규정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

먼저 제1등급은 제일 낮은 위험등급으로서 표면온도의 변화가 발생하기 시작하는 경우에 해당되고, 제2등급은 화재로 인한 경보시를 말하며 약 70℃에 도달한 경우에 해당된다. 제3등급은 플래시 오버(Flash Over) 발생시를 말하며 온도로는 약 450℃에 이르는 경우에 해당된다. 제4등급은 부재의 항복온도(460℃~540℃)에 도달하여 붕괴가 시작되는 경우에 해당된다.

이후, 결정된 위험등급에 따라 행동지침을 실행한다(S330). 행동지침은 관심, 주의, 경계 및 심각을 포함하는 4개의 단계로 구성할 수 있다. 관심단계는 평상시에 해당하며 종합방재실에서 정보를 지속적으로 수집한다. 주의단계는 이상 징후를 인지한 단계로 해당 기술자에게 상황을 통보하도록 지시하고 초기 소화팀에게 피해공간 금지라인을 형성하도록 지시한다. 경계단계는 구조요원을 현장에 투입시키고 거주자의 피난을 유도한다. 심각단계는 방재실을 철수하고 상황을 인계하는 단계을 지칭하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

표 1은 전술한 행동지침과 위험등급의 대응관계를 정리한 것이다.

행동지침	기울기율 거동정보 기반	강재 표면온도 기반	비고
관심	평상시, OB	제1등급, 온도변화발생	-
주의	사용한계상태, IO	제2등급, 화재 발생	-
경계	부재손상상태, LS	제3등급, 플래시오버 발생 후 상태	-
심각	붕괴위험상태, CP	제4등급, 붕괴위험상태	-

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 재난전조정보 위험등급 분류장치
110: 수신부 150: 실시간분석부
160: 재난대응부

Claims (11)

1. 건물의 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법에 있어서,
   상기 건물의 외곽기둥 중 적어도 하나에 설치되는 적어도 하나의 센서에 의해 측정되는 기울기를 수신하는 과정;
   측정된 기둥의 기울기와 상기 측정된 기둥의 길이의 비율(이하, '기울기비'라 함)을 산출하고, 기울기가 측정된 상기 건물의 외곽기둥의 개수와 산출된 기울기비가 기설정된 기준기울기비에 부합하는 외곽기둥의 개수의 비율(이하, '기둥개수비'라 함)을 산출하여, 산출된 기둥개수비와 기설정된 기준기둥개수비와의 비교에 의해 상기 위험등급을 결정하는 과정; 및
   결정된 위험등급에 따라 행동지침을 실행하는 과정
   를 포함하고,
   상기 기준기울기비는, 기설정된 위험등급분류기준에 따라 상기 위험등급별로 하나 이상 정해지는 것을 특징으로 하는 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 재난전조정보는, 상기 건물에 설치되는 적어도 하나의 센서에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 재난전조정보는, 상기 센서에 의해 생성되는 기울기, 온도 및 압력을 포함하는 물리량 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 위험등급은, 상기 건물의 기둥 및 보를 포함하는 구조물 중 적어도 하나에 설치되는 적어도 하나의 센서에 의해 생성되는 온도에 대한 정보를 포함하여 결정되는 것을 특징으로 하는 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 위험등급은, 상기 온도와 기설정된 적어도 하나의 기준 온도와의 비교에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류방법.
10. 건물의 외곽기둥 중 적어도 하나에 설치되는 적어도 하나의 센서에 의해 측정되는 기울기를 수신하는 수신부;
    측정된 기둥의 기울기와 상기 측정된 기둥의 길이의 비율(이하, '기울기비'라 함)을 산출하고, 기울기가 측정된 상기 건물의 외곽기둥의 개수와 산출된 기울기비가 기설정된 기준기울기비에 부합하는 외곽기둥의 개수의 비율(이하, '기둥개수비'라 함)을 산출하여, 산출된 기둥개수비와 기설정된 기준기둥개수비와의 비교에 의해 위험등급을 결정하는 분석부; 및
    결정된 위험등급에 따라 행동지침을 실행하는 재난대응부
    를 포함하고,
    상기 기준기울기비는, 기설정된 위험등급분류기준에 따라 상기 위험등급별로 하나 이상 정해지는 것을 특징으로 하는 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 재난전조정보는, 상기 센서에 의해 생성되는 기울기, 온도 및 압력을 포함하는 물리량 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 재난전조정보를 이용한 위험등급 분류장치.

Images