KR102124067B1 - 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서에서 감지된 연기나 화염에 따른 연기확산과 피난로를 실시간 예측하여 재실자에게 피난로를 안내함으로써 신속한 피난을 통하여 인명피해를 줄일 수 있고, 또한, 화재 발생시 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 획득하여 피난로를 실시간 결정하여 안내할 수 있으며, 또한, 화염 및 연기확산 경로의 예측을 통하여 화재시 신속하고 정확한 의사결정을 할 수 있으며, 소방활동에 도움이 되는 정보를 제공할 수 있는, 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템 및 그 방법이 제공된다.

Description

사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템 및 그 방법 {SYSTEM FOR PREDICTING SMOKE SPREADING AND EVACUATION ROUTE USING INTERNET OF THING (IoT) SENSORS, AMD METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 연기확산과 피난로 예측 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서에서 감지된 연기나 화염에 따른 연기확산과 피난로(피난경로)를 실시간 예측하여 재실자에게 피난로를 안내하는, 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

최근 초고층건물과 주상복합시설 등이 증가하면서 건물 내부에서 외부로 대피하는 피난로가 복잡해지고 있으며, 피난시간도 증가하는 추세에 있다. 이에 대응하여 화재 발생시 재실자에게 피난로를 신속하고 정확하게 안내함으로써 인명피해를 대폭 줄일 수 있고, 또한 소방관의 구조 활동에 유용하게 이용될 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 초고층건물에 피난로 안내장치가 설치되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 초고층건물과 주상복합시설(10)의 경우, 현재 화재 발생시 건물 내부에서 외부로 나가는 대피경로 안내를 위해 피난로 안내장치(20)가 설치되는데, 이러한 피난로 안내장치(20)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 피난구와 통로의 유도등(21) 및 유도 표지(22) 및 피난 유도선(23) 등을 통해 이루어지고 있다. 하지만, 이러한 피난로 안내장치(20)는 연기와 화염 등에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 전혀 고려하지 못하는 문제점이 있다. 따라서 화재 발생시 진행 상황 예측 및 의사결정 지원 시스템이 반드시 필요한 실정이다.

한편, 관련기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2009-3938호에는 "센서 네트워크와 모바일 단말을 이용한 피난 장치 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 종래의 기술에 따른 센서 네트워크와 모바일 단말을 이용한 지능형 피난 장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 센서 네트워크와 모바일 단말을 이용한 지능형 피난 장치는, 건물 또는 일정 영역에 위치하여 재난발생 위치를 검출하는 센서들(30); 이러한 센서들(30)을 네트워크화하는 센서 네트워크(400); 건물 구조 및 일정 영역을 기반으로 재난발생 위치에 따라 미리 계산된 재난확산정보 데이터베이스(DB)를 포함하고, 정보 DB에 따라 결정된 비상구 대피전략을 결정하여 비상구 대피전략에 의거 대피 지시사항을 건물 또는 일정 영역의 개개인의 모바일 단말로 전송하는 재난 대응 시스템(50); 및 재난 대응 시스템으로부터의 대피 지시 사항을 건물 또는 일정 영역의 개개인의 모바일 단말로 전송하는 인터넷/이동통신망 등의 네트워크를 포함한다.

구체적으로, 재난 대응 시스템(50)은 센서 네트워크(40)로부터의 센싱된 신호를 받는 센서 수신기(51); 센서 수신기(51)로부터의 신호에 따라서 구역별 상태정보를 저장하는 상태정보 저장부(52); 센서 수신기(51)로부터 수신된 신호에 따라 재난정보를 저장하는 재난정보 저장부(53); 건물 또는 영역의 세부 구조정보를 저장하는 구조정보 저장부(54); 상태정보 저장부(52), 재난정보 저장부(53) 및 구조정보 저장부(54)로부터의 신호에 따라 재난확산 예측모델 기반의 대책 수립을 세우는 대책 수립 시스템(55); 및 대책 수립 시스템(55)으로부터 수신된 대피 지시사항을 각 개인의 모바일 단말기로 송신하는 유선/무선 송신기(56)를 포함한다.

상태정보 저장부(52)는 구역별 인원수를 저장하는 구역별 인원수 저장부(52a), 구역별 유무선 단말기를 저장하는 구역별 유무선 단말기 저장부(52b) 및 구역별 온도/습도/연기 정보를 저장하는 구역별 온도/습도/연기 정보 저장부(52c)를 포함한다.

재난정보 저장부(53)는 대피소를 저장하는 대피소 저장부(53a), 위험 구역을 저장하는 위험구역 저장부(53b), 대피경로를 저장하는 대피경로 저장부(53c) 및 소방시설을 저장하는 소방시설 저장부(53d)를 포함한다.

대책 수립 시스템(55)은 상태정보 저장부(52), 재난정보 저장부(53), 및 구조정보 저장부(54)로부터의 신호에 따라서 재난확산 예측모델 기반의 대책 수립을 세우는 재난 대책 데이터베이스(55a)와 재난예측 시뮬레이터(55b)를 포함한다. 이때, 재난 대책 데이터베이스(55a)와 재난예측 시뮬레이터(55b)는 상호 데이터 및 처리 결과를 공유한다.

이에 따라, 종래의 기술에 따른 센서 네트워크와 모바일 단말을 이용한 지능형 피난 장치에 따르면, 건물 또는 일정 영역에서 재난사고가 발생할 때, 개개인의 모바일 단말에 대피 지시사항을 보낼 수 있어, 재난으로부터 신속 대피를 유도할 뿐만 아니라 안전하게 탈출할 수 있게 한다.

하지만, 종래의 기술에 따른 센서 네트워크와 모바일 단말을 이용한 지능형 피난 장치의 경우, 연기와 화염 등에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 전혀 고려하지 못하는 문제점이 있다.

한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1156288호에는 "위급상황을 위한 피난 시뮬레이션 장치 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.

도 3a는 종래의 기술에 따른 위급상황을 위한 피난 시뮬레이션 장치의 구성도이고, 도 3b는 종래의 기술에 따른 위급상황을 위한 피난 시뮬레이션 방법을 나타내는 동작흐름도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 위급상황을 위한 피난 시뮬레이션 장치는, 공간 모델링 수행부(61), 화재 연산 처리부(62), 피난 시뮬레이션 엔진(63)을 포함하며, 이때, 피난 시뮬레이션 엔진(63)은 최단경로 탐지부(63a), 군집현상 분석부(63b) 및 필드 연동부(63c)를 포함한다.

공간 모델링 수행부(61)는 도면파일로부터 건물의 구조정보를 생성하고, 생성된 건물의 구조정보를 기초로 건물을 셀-기반으로 모델링하여 2D 혹은 3D로 시각화한다. 즉, 건물의 구조정보가 있는 도면파일을 정보화하여 그 결과로 시뮬레이션 화면에 건물이 2D 및 3D 형태로 표시될 수 있도록 한다.

화재 연산 처리부(62)는 외부의 화재 시뮬레이션 엔진(64)을 통해 화재 시뮬레이션 결과 데이터를 수신하고, 수신된 화재 시뮬레이션 결과 데이터 중 피난에 영향을 주는 일부 데이터를 추출 및 가공한 후 피난 시뮬레이션 엔진(63)으로 제공한다.

이를 위하여, 화재 연산 처리부(62)는 외부 프로그램으로 구현된 화재 시뮬레이션 엔진(64)이 생성하는 화재 시뮬레이션 결과 데이터를 저장 및 관리한다. 또한, 화재 연산 처리부(62)는 화재 시뮬레이션 엔진(200)에서 연산된 결과인 출력파일을 피난 시뮬레이션 엔진(63)에 적용해서 사용할 수 있도록 처리한다.

예를 들면, 화재 시뮬레이션 엔진(64)의 시뮬레이션 수행 결과 출력파일이 숫자 형태로 생성되면, 화재 연산 처리부(62)는 이를 자체 프로그램 데이터베이스에 저장한다. 이후, 피난 시뮬레이션 시에 화재 연산 처리부(62)는 저장된 출력파일로부터 연기, 온도, 가시거리 등 피난과 연관이 있는 데이터를 추출하여 피난공간의 변화를 컬러 스펙트럼의 형태로 시뮬레이션 화면에 반영함으로써 프로그램 사용자가 해당 데이터를 쉽게 식별할 수 있다.

이와 같이, 화재 연산 처리부(62)는 화재 시뮬레이션 엔진(64)으로부터 생성된 출력파일을 피난 시뮬레이션 과정에 반영될 수 있는 유의미 데이터로 가공하여 피난 시뮬레이션 엔진(63)에 전달하는 역할을 한다.

화재 시뮬레이션 엔진(64)은 화재현장을 재현하기 위한 것으로, 화재를 정의하기 위한 화재 기반정보를 기초로 화재 시뮬레이션을 수행하여 화재 시뮬레이션 결과 데이터를 생성한다. 여기서, 화재 기반정보는 건물과 관련한 구조 파라미터와 재질 파라미터, 화재모델 파라미터 등이 있다. 예를 들면, 화재 시뮬레이션 엔진(64)은 화염이나 연기와 같이 화재에 의해 유도되는 유체흐름에 대해 해석하는 전산유체역학 모델을 이용해 화재현장을 구현할 수 있다.

또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 위급상황을 위한 피난 시뮬레이션 방법은, 먼저, 공간 모델링 수행부(61)는 도면파일을 이용해 건물의 구조정보를 생성하고, 생성된 건물의 구조정보를 기초로 건물의 셀 기반 모델링 및 시각화를 수행하여 화면으로 제공한다(S10). 예를 들면, 공간 모델링 수행부(61)는 건물의 구조정보가 저장된 도면파일로부터 평면도 및 단면도를 추출하고, 단층에서 시뮬레이션이 가능하도록 하기 위하여 추출된 평면도를 기초로 단층 모델링을 수행한다. 아울러, 추출된 단면도를 기초로 층과 층 사이를 연결하여 다층 시뮬레이션이 가능하도록 다층 모델링을 수행한다.

다음으로, 화재 연산 처리부(62)는 화재 시뮬레이션 엔진(64)이 생성하는 출력파일인 화재 시뮬레이션 결과 데이터를 저장 및 관리하며, 이를 피난 시뮬레이션 엔진(63)에 적용해서 사용할 수 있도록 처리한다. 즉, 화재 연산 처리부(62)는 외부의 화재 시뮬레이션 엔진(64)을 통해 화재 시뮬레이션 결과 데이터를 수신한다(S20).

다음으로, 수신된 화재 시뮬레이션 결과 데이터 중 피난에 영향을 주는 산소, 온도, 혼합분율, 가시성, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 데이터를 추출 및 가공하여 피난 시뮬레이션 엔진(63)으로 전달한다(S30).

다음으로, 피난 시뮬레이션 엔진(63)은 피난자들의 행동특성을 반영한 피난자들의 속성정보를 기초로 피난자들의 대피경로를 찾고, 피난 진행 상태를 예측하는 피난 시뮬레이션을 수행함으로써 피난 시뮬레이션 결과 데이터를 생성한다(S40).

다음으로, 전술한 바와 같이 생성된 화재/피난 시뮬레이션 결과 데이터는 시각화된 건물의 맵 화면상에서 동시에 또는 개별적으로 표시한다(S50). 예를 들면, 프로그램 사용자는 원하는 경우, 화재상황과 피난상황을 동시에 표시하여 파악함으로써 보다 정확하고 안전성 높은 최적의 대피경로 및 피난 진행 상황을 선택하여 저장할 수 있다.

종래의 기술에 따른 위급상황을 위한 피난 시뮬레이션 장치 및 방법에 따르면, 건물의 정보를 포함한 도면파일을 기초로 사고 발생 전에 위험을 미리 평가 및 대처함으로써 해당 건물의 안전성을 높일 수 있고, 또한, 피난시의 최단경로와 피난모습을 보다 정확히 예측할 수 있다.

하지만, 종래의 기술에 따른 위급상황을 위한 피난 시뮬레이션 장치 및 방법의 경우에도, 전술한 바와 같이, 연기와 화염 등에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 전혀 고려하지 못하는 문제점이 있다.

한편, 또 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1796385호에는 "화재 발생 시 최적경로 제공 시스템 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다.

도 4a는 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 4b는 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템을 이용하여 최적경로를 추정하는 예를 설명하기 위한 예시도이다.

도 4a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템(70)은 화재정보 수집부(71), 비용함수 연산부(72) 및 최적경로 추정부(73)를 포함하며, 화재정보 및 환경정보를 이용하여 화재 발생에 따른 비용함수를 연산하고, 건물 맵 정보의 이동경로 노드에서의 연산된 비용함수의 결과에 기초하여 최적경로를 추정한다. 이때, 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템(70)은 화재경보 제공 서버(80)와 연동한다.

화재정보 수집부(71)는 화재 발생에 따른 화재정보 및 건물에 대한 환경정보를 수집한다. 이때, 화재정보 수집부(71)는 건물 내 포함된 복수의 센서들로부터 센싱 정보를 수신하고, 상기 수신된 센싱 정보에 기초하여 화재 발생에 따른 발생 위치, 유형 및 지속 시간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 화재정보를 수집할 수 있다. 예를 들면, 건물 내 포함된 복수의 센서들은 열 센서, 이산화탄소 측정 센서, 일산화탄소 측정 센서 및 가스검출 센서 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 복수개로 구성될 수 있다. 이에 따라, 화재정보 수집부(71)는 상기 복수의 센서들로부터 수신되는 센싱 정보 및 정보의 양에 기초하여 화재 발생에 따른 발생 위치, 유형 및 지속 시간 중 적어도 어느 하나에 대한 복수의 화재정보를 수집할 수 있다.

환경정보는 건물에 대한 환경정보를 포함할 수 있다. 예를 들면, 환경정보는 건물의 층, 방의 개수, 구조, 층 또는 방의 용도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 또한, 건물이 아닌 야외에 대한 환경정보를 포함할 수도 있다.

또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템에 의해 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템을 이용하여 최적경로를 추정할 수 있으며, 예를 들면, A의 최적경로 및 B의 최적경로는 사용자의 위치(92)를 기준으로 가장 가까운 탈출구(93, 94)로의 경로를 포함할 수 있으나, 가장 가까운 탈출구(93, 94)는 화재 발생위치(91)와 근접하므로 안전한 경로는 아니다. 그러므로 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템(70)은 추정된 A, B 및 C의 최적경로 중 가장 안전하고 최단거리인 C 최적경로, 즉, 다른 층 또는 다른 방으로의 이동을 통해 C-2의 경로를 따라 탈출구(95)로 탈출하는 경로를 사용자에게 제공한다.

즉, 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템(70)은 산출된 비용함수 결과에 기초하여 비용함수 결과의 최소값만을 이용하여 최적경로를 제공하는 것이 아닌, 화재의 발생위치(91), 사용자의 위치(92) 및 탈출구 정보(93, 94, 95)를 모두 이용하여 가장 안전하고 최단거리를 사용자에게 제공함으로써, 사용자는 빠르고 정확한 탈출을 시도할 수 있다.

하지만, 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템(70)의 경우에도, 단지 화재의 발생위치(91), 사용자의 위치(92) 및 탈출구 정보(93, 94, 95)를 이용할 뿐이며, 전술한 바와 같이, 연기와 화염 등에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 전혀 고려하지 못하는 문제점이 있다. 예를 들면, 초고층건물의 경우 방화문을 설치하여 화재의 확산을 방지하고 있는데, 이러한 방화문이 닫혀서 피난로가 폐쇄된 경우에 대처할 수 없다는 문제점이 있다.

다시 말하면, 초고층건물과 주상복합시설에서 화재 발생시, 피난로를 효과적으로 안내하기 위해서는 폐쇄된 피난로를 정확하게 파악하여 피난로를 결정 및 안내해주어야 한다. 이를 위해서 실시간으로 파악한 폐쇄 피난로 정보뿐만 아니라, 향후 연기와 화염의 확산을 예측하여 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 및 그에 따른 피난로 예측이 필요한 실정이다. 하지만. 이러한 미래 피난로 예측은 실시간 감지 및 공학적인 해석이 필요한 사항으로 해결하기 용이하지 않고 정확하게 예측하기 어렵다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-1796385호(출원일: 2016년 6월 14일), 발명의 명칭: "화재 발생 시 최적경로 제공 시스템 및 그 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1156288호(출원일: 2010년 4월 13일), 발명의 명칭: "위급상황을 위한 피난 시뮬레이션 장치 및 그 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1471643호(출원일: 2012년 12월 4일), 발명의 명칭: "3차원 공간 기반의 화재 피난 시뮬레이션 시스템 및 시뮬레이션 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1753349호(출원일: 2015년 3월 19일), 발명의 명칭: "사물인식 센서와 연동되는 스마트 디바이스의 물리좌표 연산을 활용한 사용자 위치 추정 방법 및 이를 이용한 시설물 내에서의 비상대피경로 안내 및 정보전달 시스템" 대한민국 공개특허번호 제2009-3938호(공개일: 2009년 1월 12일), 발명의 명칭: "센서 네트워크와 모바일 단말을 이용한 피난 장치 및 그 방법"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서에서 감지된 연기나 화염에 따른 연기확산과 피난로를 실시간 예측하여 재실자에게 피난로를 안내할 수 있는, 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 화재 발생시 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 획득하여 피난로를 실시간 결정하여 안내할 수 있는, 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템은, 초고층건물 또는 대형복합시설의 화재 발생시 연기확산과 피난로 예측 시스템에 있어서, 초고층건물 또는 대형복합시설에 구획별 다수 설치되어 연기 또는 화염을 감지하는 사물인터넷(IoT) 센서; 상기 다수의 사물인터넷 센서로부터 연기 및 화염 감지신호를 수집 분석하고, 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 획득하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하며, 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하는 통제실 단말; 및 상기 통제실 단말에서 결정된 실시간 피난로를 상기 초고층건물 또는 대형복합시설의 구획별 재실자에게 실시간 안내하는 피난로 안내장치를 포함하되, 상기 통제실 단말은, 상기 사물인터넷 센서로부터 연기 및 화염 감지 데이터를 실시간 수집하여 처리하는 데이터 수집 및 처리부; 초고층건물 또는 대형복합시설의 BIM 정보 및 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터를 저장하는 데이터베이스; 화재 발생시 초고층건물 또는 대형복합시설의 BIM 정보와 연계하여 폐쇄 피난로를 설정하는 폐쇄 피난로 설정부; 상기 데이터베이스에 저장된 초고층건물 또는 대형복합시설의 BIM 정보를 추출하는 BIM 정보 추출부; 화재 발생시 시간 경과에 대응하여 상기 BIM 정보와 상기 감지된 데이터를 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하고, 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 가까운 미래의 연기 및 화염 확산경로를 예측하는 연기 및 화염 확산경로 예측부; FDS 모델 또는 Zone 모델을 이용하여 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터를 추출하는 시나리오-기반 확산결과 데이터 추출부; 가까운 미래에 시간 경과에 따라 폐쇄될 후속 폐쇄 피난로를 실시간 결정하는 후속 폐쇄 피난로 결정부; 및 시간 경과에 따라 폐쇄될 피난로를 고려하여 실시간 피난로를 결정하는 피난로 결정부를 포함하며; 상기 통제실 단말은 사물인터넷 통신 네트워크를 통해 상기 사물인터넷 센서로부터 연기 및 화염 감지신호를 수집 분석하고, 연기와 화염에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 고려하여 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 통제실 단말은 빠른 해석이 가능한 네트워크 모델을 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하고, FDS(Fire Dynamics Simulator) 모델이나 Zone 모델을 이용한 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 연기 및 화염 확산경로를 결정함으로써 시간 경과에 따른 최적의 피난로를 실시간 결정할 수 있다.

삭제

여기서, 상기 폐쇄 피난로 설정부는 상기 데이터 수집 및 처리부에 의해 특정 연기 농도 또는 특정 온도 이상으로 결정된 구획을 폐쇄 피난로라고 간주할 수 있다.

여기서, 상기 연기 및 화염 확산경로 예측부는 네트워크 모델을 이용하여 빠른 해석을 수행할 수 있다.

삭제

삭제

여기서, 상기 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터는 실시간으로 계산한 결과가 아니고, 재난 발생 이전에 확보된 데이터로서, 건축물 BIM 정보 및 화재위험도 평가결과를 이용할 수 있다.

여기서, 상기 사물인터넷 센서는 연기 감지기, 압력계, 온도센서, 피난구 개폐 감지부 및 소방설비의 정상 작동 여부를 감지하는 센서를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.

여기서, 상기 피난로 안내장치는 피난구와 통로의 유도등 및 유도 표지 및 피난 유도선을 포함할 수 있다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 방법은, a) 초고층건물 또는 대형복합시설에 구획별 설치된 다수의 사물인터넷 센서가 연기 또는 화염을 감지하는 단계; b) 상기 초고층건물 또는 대형복합시설에 대한 빌딩정보모델(BIM) 정보를 추출하는 단계; c) 통제실 단말이 상기 사물인터넷 센서에서 감지된 데이터를 분석하여 상기 BIM 정보와 연계된 폐쇄 피난로를 설정하는 단계; d) 상기 통제실 단말이 상기 BIM 정보와 연계하여 네트워크 모델을 이용한 연기 및 화염 확산경로를 예측하는 단계; e) 상기 통제실 단말이 화재 시나리오-기반 확산결과 데이터를 추출 및 비교하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하는 단계; 및 f) 상기 통제실 단말이 상기 예측된 연기 및 화염 확산경로에 따른 후속 폐쇄 피난로를 결정하는 단계; 및 g) 상기 통제실 단말이 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하고, 피난로 안내장치를 통해 재실자에게 안내하는 단계를 포함하되, 상기 통제실 단말은 사물인터넷 통신 네트워크를 통해 상기 다수의 사물인터넷 센서로부터 연기 및 화염 감지신호를 수집 분석하고, 연기와 화염에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 고려하여 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하며; 상기 d) 단계에서 통제실 단말은 빠른 해석이 가능한 네트워크 모델을 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하고; 상기 e) 단계에서 통제실 단말은 FDS 모델이나 Zone 모델을 이용한 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 연기 및 화염 확산경로를 결정함으로써 시간 경과에 따른 최적의 피난로를 실시간 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서에서 감지된 연기나 화염에 따른 연기확산과 피난로를 실시간 예측하여 재실자에게 피난로를 안내함으로써, 신속한 피난을 통하여 인명피해를 줄일 수 있다.

본 발명에 따르면, 화재 발생시 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 획득하여 피난로를 실시간 결정하여 안내할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다양한 사물인터넷 센서를 통해 신속 정확하게 연기 및 화염을 감지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 화염 및 연기확산 경로의 예측을 통하여 화재시 신속하고 정확한 의사결정을 할 수 있으며, 소방활동에 도움이 되는 정보를 제공할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 초고층건물에 피난로 안내장치가 설치되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 센서 네트워크와 모바일 단말을 이용한 지능형 피난 장치의 구성도이다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 위급상황을 위한 피난 시뮬레이션 장치의 구성도이고, 도 3b는 종래의 기술에 따른 위급상황을 위한 피난 시뮬레이션 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 4a는 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 4b는 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템을 이용하여 최적경로를 추정하는 예를 설명하기 위한 예시도이다
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템이 초고층건물에 적용되는 것을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템의 구성도이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템에서 사물인터넷 센서를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템에서 피난로 결정을 예시하는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 방법의 동작흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

[사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템(100)]

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템이 초고층건물에 적용되는 것을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템(100)은 사물인터넷(IoT) 센서(110), 통제실 단말(120) 및 피난로 안내장치(130)를 포함하며, 초고층건물 또는 대형복합시설(200) 등에 설치된다.

본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템(100)은 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서(110)에서 감지된 연기나 화염에 따라 상기 통제실 단말(120)이 연기확산과 피난로를 실시간 예측하며, 피난로 안내장치(130)가 재실자에게 피난로를 안내함으로써 신속한 피난을 통하여 인명피해를 줄일 수 있다.

이때, 다양한 사물인터넷 센서(110)를 통해 신속 정확하게 연기 및 화염을 감지할 수 있고, 상기 통제실 단말(120)은 화재 발생시 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 후속 폐쇄 피난로를 결정한 후 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하여 재실자에게 안내할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템의 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템(100)은, 사물인터넷(IoT) 센서(110), 통제실 단말(120) 및 피난로 안내장치(130)를 포함하고, 상기 통제실 단말(120)은 데이터 수집 및 처리부(121), 데이터베이스(122), 폐쇄 피난로 설정부(123), BIM 정보 추출부(124), 연기 및 화염 확산경로 예측부(125), 시나리오-기반 확산결과 데이터 추출부(126), 후속 폐쇄 피난로 결정부(127) 및 피난로 결정부(128)를 포함한다.

사물인터넷(IoT) 센서(110)는 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 화재 발생시 연기 및 화염을 신속 정확하게 감지할 수 있도록 다양한 형태로 설치되며, 사물인터넷 통신 네트워크를 통해 감지 데이터를 통제실 단말(120)로 전송한다. 여기서, 사물인터넷(Internet of Things: IoT)이란 통신가능한 모든 사물을 네트워크에 연결하여 상호 통신을 수행한다는 개념을 의미한다. 시스템적으로 인지할 수 있는 모든 객체는 Things 또는 Objects로 분류하며, 여기에는 RFID를 포함한 근거리 및 원거리 통신 기능을 탑재하고, 센서 등 데이터 생산 및 이용이 가능한 사물(또는 센서노드) 또는 사람이 이에 포함될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템(100)에서 사물인터넷(IoT) 센서(110)는, 후술하는 도 7a에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 계측센서, 전원공급장치 및 IoT 네트워크 통신장치로 구성되며, 각각의 사물인터넷(IoT) 센서(110a~110n)는 고유식별번호가 부여되고, 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 각 층(200-1~200-n)에 구획별로 다수개 설치된다.

통제실 단말(120)은 통제실 내의 관리자가 소지한 관리자 단말로서, 상기 다수의 사물인터넷 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지신호를 유선 또는 무선으로 수집 분석하고, 이때, 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 획득하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하며, 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정한다.

구체적으로, 상기 통제실 단말(120)은 빠른 해석이 가능한 네트워크 모델 등을 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하고, FDS(Fire Dynamics Simulator) 모델 또는 Zone 모델 등을 이용한 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 연기 및 화염 확산경로를 결정함으로써 시간 경과에 따른 최적의 피난로를 실시간 결정할 수 있다.

여기서, 화재현상을 수치적으로 모사하기 위한 Zone 모델과 Field 모델을 비롯한 다양한 전산화재해석 기법이 개발되었고, 실제 방화설계 및 응용연구 분야에서 적용범위가 확대되고 있다. 여기서, Field 모델은 전산유체학적(CFD) 해석 기법 및 물리적 해석모델의 발전과 함께 컴퓨터 용량의 급속한 발달에 따라 화재현상에 대한 이해의 폭을 넓히는데 기여하고 있다. 현재 화재거동을 해석하는 Field 모델 중 FDS(Fire Dynamics Simulator)는 기본적인 열유동 및 물질전달 해석뿐만 아니라 다양한 화재모델을 적용한 유용한 도구로 알려져 있다. 또한, 상기 Zone 모델은 하나의 밀폐구역을 뜨거운 층과 차가운 층으로 나누어 같은 층 내의 조건들은 그 층 전체를 같다고 가정하여 해석하는 화재성상 예측방법을 말한다.

즉, 상기 통제실 단말(120)은 사물인터넷 통신 네트워크를 통해 상기 다수의 사물인터넷 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지신호를 수집 분석하고, 연기와 화염에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 고려하여 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정할 수 있다.

구체적으로, 상기 통제실 단말(120)의 데이터 수집 및 처리부(121)는 다양한 사물인터넷(IoT) 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지 데이터를 실시간 수집하여 처리한다.

상기 통제실 단말(120)의 데이터베이스(122)는 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 BIM 정보 및 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터 등을 저장한다.

상기 통제실 단말(120)의 폐쇄 피난로 설정부(123)는 화재 발생시 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 BIM 정보와 연계하여 폐쇄 피난로를 설정한다. 이때, 상기 폐쇄 피난로 설정부(123)는 상기 데이터 수집 및 처리부(121)에 의해 특정 연기 농도 또는 특정 온도 이상으로 결정된 구획을 폐쇄 피난로라고 간주할 수 있다.

상기 통제실 단말(120)의 BIM 정보 추출부(124)는 상기 데이터베이스(122)에 저장된 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 BIM 정보를 추출한다. 이때, 상기 BIM 정보 추출부(124)는 화재가 발생한 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 해당 층에 대한 BIM 정보를 우선적으로 추출한다.

상기 통제실 단말(120)의 연기 및 화염 확산경로 예측부(125)는 화재 발생시 시간 경과에 대응하여 상기 BIM 정보와 상기 감지된 데이터를 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하고, 또한, 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 가까운 미래의 연기 및 화염 확산경로를 예측한다.

이때, 상기 연기 및 화염 확산경로 예측부(125)는 실시간 대응이 가능하도록 네트워크 모델 등을 이용한 빠른 해석을 수행한다. 여기서, 네트워크 모델이란 전기회로와 같이 단순한 방법으로 열과 연기의 이동을 계산하는 방법으로서, 정확도는 떨어지지만 계산속도가 빠른 장점이 있다. 또한, 상기 연기 및 화염 확산경로 예측부(125)는 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 확산경로를 예측한다.

또한, 상기 연기 및 화염 확산경로 예측부(125)는 3차원 공간정보와 열방출율 등 건축물 변경사항이나 감지된 데이터 등을 이용하여 공학적 계산을 수행한다. 이에 따라, 상기 연기 및 화염 확산경로 예측부(125)는 공학적인 계산 결과로 얻은 가까운 미래의 연기 및 화염 확산경로를 예측함으로써 최적의 확산경로를 예측할 수 있고, 또한, 기존의 유사한 화재사고 사례를 참조하여 예측할 수도 있다.

상기 통제실 단말(120)의 시나리오-기반 확산결과 데이터 추출부(126)는 FDS 모델 또는, Zone 모델 등을 이용하여 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터를 추출한다. 여기서, 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터는 실시간으로 계산한 결과가 아니고, 재난 발생 이전에 확보된 데이터로서, 건축물 BIM 정보 및 화재위험도 평가결과 등 빅데이터를 이용할 수 있다.

상기 통제실 단말(120)의 후속 폐쇄 피난로 결정부(127)는 가까운 미래에 시간 경과에 따라 폐쇄될 후속 폐쇄 피난로를 실시간 결정한다. 이때, 상기 후속 폐쇄 피난로 결정부(127)는 전술한 바와 같이 상기 데이터 수집 및 처리부(121)에 의해 특정 연기 농도 혹은 온도 이상인 구획을 후속 폐쇄 피난로로 간주한다.

상기 통제실 단말(120)의 피난로 결정부(128)는 시간 경과에 따라 폐쇄될 피난로를 고려하여 실시간 피난로를 결정한다.

피난로 안내장치(130)는 상기 통제실 단말(120)에서 결정된 피난로를 재실자에게 안내하며, 예를 들면, 상기 피난로 안내장치(130)는 피난구와 통로의 유도등 및 유도 표지 및 피난 유도선 등을 포함할 수 있고, 또한, 재실자가 스마트폰 등을 구비할 경우, 차량 경로안내 내비게이션 시스템을 적용하여 피난로를 안내할 수도 있다.

한편, 도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템에서 사물인터넷 센서를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템에서 사물인터넷 센서(110a~110n)는, IoT 네트워크 통신장치를 이용하여 IoT 통신네트워크와 연결되어 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 각 층(200-1~200-n)에 구획별로 각각 다수개 설치되며, 또한, 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에서 이격되어 설치되어 있는 통제실 단말(120)로 전송된다. 또한, 도 7b에 도시된 바와 같이, 사물인터넷 센서(110)는, 예를 들면, 상기 사물인터넷(IoT) 센서(110)는 연기 감지기(111), 압력계(112), 온도센서(113), 피난구 개폐 감지부(114) 등을 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 사물인터넷(IoT) 센서(110)는 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 방화문(210)이 설치된 경우, 상기 방화문(210)의 개폐 여부를 감지할 수도 있다. 또한, 상기 사물인터넷(IoT) 센서(110)로서, 제연설비 등 소방설비의 정상 작동 여부를 감지하는 센서((115)를 포함할 수 있다.

한편, 도 8a 내지 도 8c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템에서 피난로 결정을 예시하는 평면도이다.

도 8a는 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에서 화재가 발생하지 않은 상태로, 재실자의 현위치로부터 피난구까지의 화재 시나리오에 기반한 피난로를 예시하며, 이때, 사물인터넷 센서(110) 중 연기 감지기, 압력계 또는 온도계에 의해 연기 또는 화염 발생 여부를 감지하며, 또한, 피난구 개폐센서(114)에 의해 피난구의 개폐가 감지된다. 예를 들면, 재실자의 현위치로부터 피난구까지 3가지 피난로가 설정될 수 있는 것을 나타낸다.

도 8b는 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에서 화재 발생시, 연기 및 화염 확산방향을 나타내며, 이때, 사물인터넷 센서(110)의 일부는 연기 및 화염을 감지하게 되며, 연기 및 화염 확산방향을 예측하고, 이에 대응하여 피난로 폐쇄가 설정될 수 있다.

도 8c는 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에서 화재 발생시, 연기 및 화염 확산방향에 따라 가까운 미래에 폐쇄될 후속 피난로를 결정하고, 시간 경과에 따른 최종적인 피난로를 결정하는 것을 나타내며, 이때, 방화문(210)에 의해 피난로가 폐쇄될 수도 있으며, 재실자의 현위치를 고려하여 피난로를 실시간 예측하여 제공하는 것을 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따르면, 초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서(110)에서 감지된 연기나 화염에 따라 연기확산과 피난로를 실시간 예측하여 재실자에게 피난로를 안내함으로써, 신속한 피난을 통하여 인명피해를 줄일 수 있다.

[사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 방법]

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 방법의 동작흐름도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 방법은, 먼저, 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 설치된 사물인터넷 센서(110)가 연기 또는 화염을 감지한다(S110).

다음으로, 통제실 단말(120)이 상기 사물인터넷 센서(110)로부터 연기 또는 화염 감지신호를 수신하여 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 대한 빌딩정보모델(BIM) 정보를 추출한다(S120).

다음으로, 상기 통제실 단말(120)이 상기 사물인터넷 센서(110)에서 감지된 데이터를 분석하여 상기 BIM 정보와 연계된 폐쇄 피난로를 설정한다(S130). 이때, 특정 연기 농도 또는 특정 온도 이상으로 결정된 구획을 폐쇄 피난로라고 간주할 수 있다.

다음으로, 상기 통제실 단말(120)이 상기 BIM 정보와 연계하여 네트워크 모델을 이용한 연기 및 화염 확산경로를 예측한다(S140). 이때, 상기 통제실 단말(120)이 빠른 해석이 가능한 네트워크 모델을 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 예측한다.

다음으로, 상기 통제실 단말(120)이 화재 시나리오-기반 확산결과 데이터를 추출 및 비교하여 연기 및 화염 확산경로를 예측한다(S150). 여기서, 상기 통제실 단말(120)은 FDS 모델이나 Zone 모델을 이용한 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 연기 및 화염 확산경로를 결정함으로써 시간 경과에 따른 최적의 피난로를 실시간 결정한다. 이때, 상기 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터는 실시간으로 계산한 결과가 아니고, 재난 발생 이전에 확보된 데이터로서, 건축물 BIM 정보 및 화재위험도 평가결과를 이용할 수 있다.

다음으로, 상기 통제실 단말(120)이 상기 예측된 연기 및 화염 확산경로에 따른 후속 폐쇄 피난로를 결정한다(S160).

다음으로, 상기 통제실 단말(120)이 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하고, 피난로 안내장치(130)를 통해 재실자에게 안내한다(S170).

따라서 상기 통제실 단말(120)은 사물인터넷 통신 네트워크를 통해 상기 다수의 사물인터넷 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지신호를 수집 분석하고, 연기와 화염에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 고려하여 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정할 수 있다.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서에서 감지된 연기나 화염에 따라 연기확산과 피난로를 실시간 예측하여 재실자에게 피난로를 안내함으로써, 신속한 피난을 통하여 인명피해를 줄일 수 있다. 또한, 화재 발생시 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 획득하여 피난로를 실시간 결정하여 안내할 수 있다. 또한, 화염 및 연기확산 경로의 예측을 통하여 화재시 신속하고 정확한 의사결정을 할 수 있으며, 소방활동에도 도움이 되는 정보를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템은 화재 재난뿐만 아니라 지진, 침수, 붕괴 등을 비롯한 다른 재난 상황에도 적용할 수 있다. 다른 재난 상황에서는 연기와 온도 데이터뿐만 아니라, 구조 안정성, 지진 감지, 수위계 등 다른 데이터도 활용할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 연기확산 및 피난로 예측 시스템
200: 초고층건물 또는 대형복합시설
110: 사물인터넷(IoT) 센서 120: 통제실 단말
130: 피난로 안내장치 210: 방화문
111: 연기 감지기 112: 압력계
113: 온도센서 114: 피난구 개폐 감지부
121: 데이터 수집 및 처리부 122: 데이터베이스(DB)
123: 폐쇄 피난로 설정부 124: BIM 정보 추출부
125: 연기 및 화염 확산경로 예측부
126: 시나리오-기반 확산결과 데이터 추출부
127: 후속 폐쇄 피난로 결정부
128: 피난로 결정부

Claims (15)

1. 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 화재 발생시 연기확산과 피난로 예측 시스템에 있어서,
   초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 구획별 다수 설치되어 연기 또는 화염을 감지하는 사물인터넷(IoT) 센서(110);
   상기 다수의 사물인터넷 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지신호를 수집 분석하고, 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 획득하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하며, 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하는 통제실 단말(120); 및
   상기 통제실 단말(120)에서 결정된 실시간 피난로를 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 구획별 재실자에게 실시간 안내하는 피난로 안내장치(130)를 포함하되,
   상기 통제실 단말(120)은, 상기 사물인터넷(IoT) 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지 데이터를 실시간 수집하여 처리하는 데이터 수집 및 처리부(121); 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 BIM 정보 및 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터를 저장하는 데이터베이스(122); 화재 발생시 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 폐쇄 피난로를 설정하는 폐쇄 피난로 설정부(123); 상기 데이터베이스(122)에 저장된 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 BIM 정보를 추출하는 BIM 정보 추출부(124); 화재 발생시 시간 경과에 대응하여 상기 BIM 정보와 상기 감지된 데이터를 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하고, 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 가까운 미래의 연기 및 화염 확산경로를 예측하는 연기 및 화염 확산경로 예측부(125); FDS 모델 또는 Zone 모델을 이용하여 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터를 추출하는 시나리오-기반 확산결과 데이터 추출부(126); 가까운 미래에 시간 경과에 따라 폐쇄될 후속 폐쇄 피난로를 실시간 결정하는 후속 폐쇄 피난로 결정부(127); 및 시간 경과에 따라 폐쇄될 피난로를 고려하여 실시간 피난로를 결정하는 피난로 결정부(128)를 포함하며; 상기 통제실 단말(120)은 사물인터넷 통신 네트워크를 통해 상기 사물인터넷 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지신호를 수집 분석하고, 연기와 화염에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 고려하여 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 통제실 단말(120)은 빠른 해석이 가능한 네트워크 모델을 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하고, FDS(Fire Dynamics Simulator) 모델이나 Zone 모델을 이용한 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 연기 및 화염 확산경로를 결정함으로써 시간 경과에 따른 최적의 피난로를 실시간 결정하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 폐쇄 피난로 설정부(123)는 상기 데이터 수집 및 처리부(121)에 의해 특정 연기 농도 또는 특정 온도 이상으로 결정된 구획을 폐쇄 피난로라고 간주하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 연기 및 화염 확산경로 예측부(125)는 네트워크 모델을 이용하여 빠른 해석을 수행하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터는 실시간으로 계산한 결과가 아니고, 재난 발생 이전에 확보된 데이터로서, 건축물 BIM 정보 및 화재위험도 평가결과를 이용하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 사물인터넷(IoT) 센서(110)는 연기 감지기(111), 압력계(112), 온도센서(113), 피난구 개폐 감지부(114) 및 소방설비의 정상 작동 여부를 감지하는 센서를 적어도 하나 이상 포함하는 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 피난로 안내장치(130)는 피난구와 통로의 유도등 및 유도 표지 및 피난 유도선을 포함하는 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 시스템.
11. a) 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 구획별 설치된 다수의 사물인터넷 센서(110)가 연기 또는 화염을 감지하는 단계;
    b) 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 대한 빌딩정보모델(BIM) 정보를 추출하는 단계;
    c) 통제실 단말(120)이 상기 사물인터넷 센서(110)에서 감지된 데이터를 분석하여 상기 BIM 정보와 연계된 폐쇄 피난로를 설정하는 단계;
    d) 상기 통제실 단말(120)이 상기 BIM 정보와 연계하여 네트워크 모델을 이용한 연기 및 화염 확산경로를 예측하는 단계;
    e) 상기 통제실 단말(120)이 화재 시나리오-기반 확산결과 데이터를 추출 및 비교하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하는 단계; 및
    f) 상기 통제실 단말(120)이 상기 예측된 연기 및 화염 확산경로에 따른 후속 폐쇄 피난로를 결정하는 단계; 및
    g) 상기 통제실 단말(120)이 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하고, 피난로 안내장치(130)를 통해 재실자에게 안내하는 단계를 포함하되,
    상기 통제실 단말(120)은 사물인터넷 통신 네트워크를 통해 상기 다수의 사물인터넷 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지신호를 수집 분석하고, 연기와 화염에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 고려하여 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하며; 상기 d) 단계에서 통제실 단말(120)은 빠른 해석이 가능한 네트워크 모델을 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하고; 상기 e) 단계에서 통제실 단말(120)은 FDS 모델이나 Zone 모델을 이용한 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 연기 및 화염 확산경로를 결정함으로써 시간 경과에 따른 최적의 피난로를 실시간 결정하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 c) 단계에서 특정 연기 농도 또는 특정 온도 이상으로 결정된 구획을 폐쇄 피난로라고 간주하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 방법.
13. 삭제
14. 삭제
15. 제11항에 있어서,
    상기 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터는 실시간으로 계산한 결과가 아니고, 재난 발생 이전에 확보된 데이터로서, 건축물 BIM 정보 및 화재위험도 평가결과를 이용하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 센서를 이용한 연기확산과 피난로 예측 방법.

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