KR102256239B1 - Deep learning-based system for predicting 3d thermal diffusivity into concrete structures after fire, and method for the same - Google Patents
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Abstract
화재현장에서 코어링 채취한 화재손상 콘크리트 구조물 샘플로부터 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 화재피해온도를 예측하고 화재온도곡선을 산출함으로써, 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로를 정확하게 예측하고 화염이동경로를 용이하게 추적 재현할 수 있고, 또한, 화재현장으로부터 화재손상 콘크리트 구조물 샘플을 직접 코어링 채취하고, 열중량분석(TGA), 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석 및 기타 화학분석을 병행함으로써, 화학적 및 물리적 실험을 통해 고온노출온도와의 상관관계를 정확하게 규명할 수 있으며, 또한, 딥러닝(Deep Learning) 분석 툴을 이용하여 심층신경망(DNN) 모델을 적용함으로써 화재손상 콘크리트 구조물에 대한 화재피해온도의 예측률을 높일 수 있는, 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템 및 그 방법이 제공된다.By predicting the fire damage temperature by damage depth of the fire damaged concrete structure from the sample of fire damaged concrete structure collected from the fire site and calculating the fire temperature curve, the heat diffusion path of the fire damaged concrete structure is accurately predicted and the flame moving path is easy. In addition, it is possible to trace and reproduce the fire site directly from the fire site by coring-collecting samples of fire-damaged concrete structures, and performing thermogravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis, and other chemical analysis in parallel. Through an experiment, the correlation with high temperature exposure temperature can be accurately identified, and by applying a deep neural network (DNN) model using a deep learning analysis tool, the predicted rate of fire damage temperature for fire damaged concrete structures A system and method for predicting a heat diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure that can increase the value are provided.
Description
본 발명은 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 화재피해온도(Fire Damaged Temperatures)를 예측하고 화재온도곡선(Fire Heating Curves)을 산출하여 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로(3D Thermal Diffusivity)를 예측하는, 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the prediction of the heat diffusion path of a fire damaged concrete structure, and more specifically, by predicting the Fire Damaged Temperatures by damage depth of the fire damaged concrete structure and calculating the fire heating curves. The present invention relates to a deep learning-based system for predicting thermal diffusion paths of fire damaged concrete structures and a method for predicting 3D Thermal Diffusivity of damaged concrete structures.
일반적으로, 콘크리트 구조물이 화재 등과 같은 고온에 장시간 노출될 경우, 시멘트 경화체 및 골재는 각각 다른 팽창 및 수축 거동을 함으로써 균열이 발생하거나 조직 구성 수화물(Hydration products)의 화학적 해리에 의하여 조직이 약화됨으로써 공극구조의 변화와 물리적 성질 등이 크게 저하되고, 단부의 구속 등에 의해 발생한 열응력에 의해 콘크리트에 거대 균열이 발생되고, 심각한 경우에는 구조물이 붕괴될 수 있다.In general, when a concrete structure is exposed to high temperatures such as fire for a long time, the cement hardened body and aggregate undergo different expansion and contraction behaviors, causing cracks or weakening of the structure due to chemical dissociation of hydration products. Changes in the structure and physical properties are greatly degraded, and a huge crack occurs in the concrete due to thermal stress generated by the confinement of the end, and in serious cases, the structure may collapse.
구체적으로, 시멘트 경화체는 잉여수(Free water) 이외에 다량의 화학적 결합수(Chemically-bonded water)를 가지고 있는데, 경화체가 100℃ 이상에 노출될 경우에는 먼저 모세관 공극에 존재하는 잉여수가 증발하면서 1300배 이상 부피팽창이 일어난다.Specifically, the cement hardened body has a large amount of chemically-bonded water in addition to the free water. When the hardened body is exposed to 100℃ or higher, the excess water present in the capillary pores is evaporated by 1300 times. Abnormal volume expansion occurs.
또한, 가열온도가 더 올라가 180℃ 정도가 되면, 시멘트 경화체는 화학적으로 결합되어 있는 화학적 결합수의 일부가 증발하기 시작하는데, 약 250~350℃에서는 시멘트 경화체의 강도발현에 핵심 수화물인 칼슘실리케이트 수화생성물의 함유수분을 약 20% 잃게 되고, 400~700℃가 되면 함유 수분이 대부분 상실된다. 또한, 이와 유사한 온도범위에서 콘크리트 중의 유리 알칼리성분인 수산화칼슘(Ca(OH)2)도 생석회와 물로 열 분해되어 화학적 피해를 입고 다소 큰 공극이 증가하고, 강성을 잃게 됨으로써 구조적으로 매우 위험해진다. 이후, 콘크리트는 약 1200℃ 이상에서 장시간 가열하면 표면에서 점차 용융한다.In addition, when the heating temperature is further increased to about 180℃, some of the chemically bonded water in the cement hardened body begins to evaporate. At about 250~350℃, calcium silicate hydration, a key hydrate for the strength development of the hardened cement body, begins to evaporate. About 20% of the moisture contained in the product is lost, and most of the moisture contained is lost when it reaches 400 to 700℃. In addition, in a similar temperature range, calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ), which is a free alkali component in concrete, is also thermally decomposed into quicklime and water, causing chemical damage, increasing somewhat large voids, and losing rigidity, which becomes structurally very dangerous. Thereafter, the concrete gradually melts on the surface when heated at about 1200°C or higher for a long time.
도 1은 화재시 온도 상승에 따라 콘크리트 구조물의 압축강도가 저하되는 것을 예시하는 도면이다.1 is a diagram illustrating that the compressive strength of a concrete structure decreases with an increase in temperature during a fire.
도 1에 도시된 바와 같이, 콘크리트 구조물은 가열온도의 상승에 따라 콘크리트 중의 시멘트 수화물이 화학적으로 분해되고, 고온에 노출될수록 시멘트 페이스트는 수축하지만 골재는 팽창하는 상반된 거동을 나타낸다. 이것은 주로 시멘트 페이스트와 골재의 품질 특성에 따른 열팽창계수의 차이에서 기인하는 내부 파괴가 콘크리트의 역학적 성질에 영향을 주기 때문이다. 더욱이 콘크리트 모세관 공극에 존재하는 잉여수 등이 수분 팽창하는 결과, 내부응력이 점차 증대되어 내부 조직이 파괴되기 때문에 강도 및 탄성 등의 역학적 성질이 저하한다.As shown in FIG. 1, in the concrete structure, cement hydrates in the concrete are chemically decomposed as the heating temperature increases, and the cement paste shrinks but the aggregate expands as it is exposed to high temperatures. This is mainly because the internal fracture caused by the difference in the coefficient of thermal expansion according to the quality characteristics of cement paste and aggregate affects the mechanical properties of concrete. Moreover, as a result of moisture expansion of excess water existing in the pores of the concrete capillary, internal stress gradually increases and the internal structure is destroyed, so mechanical properties such as strength and elasticity are deteriorated.
이때, 그 저하정도는 사용재료의 종류, 배합, 재령 등에 의해 다르고, 도 1에 도시된 바와 같은 경향을 나타낸다. 즉, 강도 저하는 300℃까지는 거의 없지만, 500℃를 초과하면 50% 이하로 된다. 또한, 약 700℃에서는 상온 압축강도의 약 60~80%까지 저하될 수 있다. 이에 따라 콘크리트가 화재에 의해 고열을 받게 되면 압축강도는 크게 저하하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 탄성계수도 가열에 의해 저하하여 500℃에서 거의 절반으로 되는 것을 확인할 수 있는데, 이것은 콘크리트가 고열을 받게 되면 탄성적인 성질을 상실하면서 점차 소성으로 변화되기 때문이다.At this time, the degree of reduction varies depending on the type, formulation, age, etc. of the materials used, and exhibits a tendency as shown in FIG. 1. That is, there is little decrease in strength up to 300°C, but it becomes 50% or less when it exceeds 500°C. In addition, at about 700° C., it may be reduced to about 60 to 80% of the compressive strength at room temperature. Accordingly, it can be seen that when the concrete is subjected to high heat by fire, the compressive strength is greatly reduced. In addition, it can be seen that the modulus of elasticity decreases by heating and becomes almost half at 500°C. This is because when the concrete is subjected to high heat, it loses its elastic properties and gradually changes to plasticity.
이러한 콘크리트 구조물은 화재 발생시 미세조직의 변화에 의해 성능이 저하되는데, 이러한 미세조직의 변화는, 예를 들면, 질소의 비등점(-195.8℃)에서 질소를 흡착시켜 세공구조를 측정하는 가스 흡착법을 이용하거나 수은 압입에 의한 포로시메터 분석을 실시하면 세공 분포나 세공구조 특성 등으로 파악할 수 있다.The performance of these concrete structures is degraded due to the change in the microstructure in the event of a fire. Such microstructure changes, for example, use a gas adsorption method that measures the pore structure by adsorbing nitrogen at the boiling point of nitrogen (-195.8℃). Or, by performing a porosimeter analysis by mercury intrusion, it can be grasped by pore distribution or pore structure characteristics.
이러한 콘크리트 구조물에서의 화재 메커니즘을 바탕으로 화재피해를 입은 콘크리트 구조물의 재사용 여부 및 피해 등급을 결정하기 위해서 콘크리트 구조물의 성능저하를 정확히 진단할 필요가 있다.Based on the fire mechanism in such concrete structures, it is necessary to accurately diagnose the deterioration of the concrete structure in order to determine whether or not to reuse the fire damaged concrete structure and to determine the damage class.
한편, 전술한 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1554165호에는 "화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명예측 시스템 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.On the other hand, as a prior art for solving the above-described problem, Korean Patent No. 10-1554165 discloses an invention entitled "Survival Life Prediction System and Method for Fire Damaged Concrete Structure", which is referred to in the present specification. To form part of the present invention.
도 2는 종래의 기술에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명예측 시스템의 구성도이고, 도 3은 화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명예측 방법의 동작흐름도이다.2 is a block diagram of a system for predicting the remaining life of a fire damaged concrete structure according to the prior art, and FIG. 3 is an operation flow diagram of a method for predicting the remaining life of a fire damaged concrete structure.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명 예측 시스템은, 크게, 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(10), 콘크리트 구조물 잔존수명 예측부(20), 표준화 DB(30) 및 화재손상 콘크리트 구조물 진단장치(40)를 포함하고, 여기서, 콘크리트 구조물 잔존수명 예측부(20)는 화학 분석부(21), 데이터 분석부(22) 및 화재피해 진단 및 잔존수명 평가부(23)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a system for predicting the remaining life of a fire damaged concrete structure according to the prior art is largely a sample of fire damaged
화재손상 콘크리트 구조물 샘플(10)은 화재피해를 입은 콘크리트 구조물로부터, 예를 들면, 이동용 코어 드릴을 사용하여 콘크리트 구조물의 목표 지점까지 드릴링을 실시하여 채취되어 정밀 가공된다. 이때, 샘플(10)의 크기는 다양한 샘플 크기가 가능하며, 직경 10㎜ x 길이 40㎜인 것이 바람직하다. 또한, 채취한 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(10)을 다양한 절삭기 등을 이용하여 정밀 절단한다. 예를 들면, 채취한 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(10)은 다양한 절단 크기가 가능하지만, 10㎜씩 절단하여 깊이별로 총 4개 샘플을 준비할 수 있다.The fire-damaged
콘크리트 구조물 잔존수명 예측부(20)는 화학 분석용 시료로 가공된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(10)에 대해 화학 분석을 실시하여 샘플 데이터를 획득하고, 샘플 데이터를 표준화 DB(30)에 기저장된 데이터와 비교하여 화재피해온도, 공극구조 및 중성화깊이를 각각 예측함으로써 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(10)에 대한 화재피해를 진단하고, 잔존수명을 평가할 수 있다.The concrete structure residual
구체적으로, 콘크리트 구조물 잔존수명 예측부(20)의 화학 분석부(21)는 화학 분석용 시료로 가공된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(10)에 대해 화학 분석을 실시하여 샘플 데이터를 획득한다.Specifically, the
콘크리트 구조물 잔존수명 예측부(20)의 데이터 분석부(22)는 화학 분석부(21)에 의해 획득된 샘플 데이터를 표준화 DB(30)에 기저장된 데이터와 비교하여 화재피해온도, 공극구조 및 중성화깊이를 각각 예측한다. 여기서, 데이터 분석부(22)는 화재피해온도 예측부(22a), 공극구조 예측부(22b) 및 중성화깊이 예측부(22c)를 포함할 수 있다.The
구체적으로, 데이터 분석부(22)의 화재피해온도 예측부(22a)는 화학 분석부(21)에 의해 획득된 샘플 데이터를 표준화 DB(30)의 피해온도 DB(31)에 기저장된 데이터와 비교하여 화재피해온도를 예측하고, 또한, 데이터 분석부(22)의 공극구조 예측부(22b)는 표준화 DB(30)의 온도별 공극구조 DB(32)에 기저장된 데이터와 비교하여 온도별 공극구조를 예측하며, 또한, 데이터 분석부(22)의 중성화깊이 예측부(22c)는 표준화 DB(30)의 공극구조별 중성화깊이 DB(33)에 기저장된 데이터와 비교하여 중성화깊이를 예측한다.Specifically, the fire damage
콘크리트 구조물 잔존수명 예측부(20)의 화재피해 진단 및 잔존수명 평가부(23)는 데이터 분석부(22)에 의해 분석된 화재피해온도, 공극구조 및 중성화깊이에 따라 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(10)의 화재피해를 진단하고, 잔존수명을 평가한다.The fire damage diagnosis and residual
표준화 DB(Standardized Database: 30)는 화재손상 콘크리트 구조물 진단장치(40)를 이용한 정밀 실험을 통해 확보한 실험 데이터를 표준화하여 저장하고 있고, 화학 분석부(21)에 의해 획득된 샘플 데이터에 대한 비교데이터로 활용된다. Standardized DB (Standardized Database: 30) standardizes and stores the experimental data obtained through precision experiments using the fire damaged concrete
구체적으로, 표준화 DB(30)는 피해온도 DB(31), 온도별 공극구조 DB(32) 및 공극구조별 중성화깊이 DB(33)를 포함한다.Specifically, the standardized DB 30 includes a
표준화 DB(30)의 피해온도 DB(31)는 화재손상 콘크리트 구조물의 XRD 분석 등 다양한 화학분석에 의해 화재피해온도에 따른 실시간 화학특성 변화 데이터를 저장한다. 또한, 온도별 공극구조 DB(32)는 화재손상 콘크리트 구조물의 BET 분석, 포로시메터 분석 등 공극량 분석장치에 의해 화재피해온도에 따른 공극구조특성 변화 데이터를 저장한다. 또한, 공극구조별 중성화깊이 DB(33)는 화재손상 콘크리트 구조물의 촉진 중성화 분석에 의해 공극구조 변화에 따른 중성화깊이 데이터를 저장한다.The
화재손상 콘크리트 구조물 진단장치(40)는 XRD 등 다양한 화학분석, BET(Brunauer-Emmett- Teller) 등 다양한 공극분석 및 촉진 중성화(Carbonation) 분석 시험을 위해서 콘크리트 구조물 시험체의 가열온도가 상승할 때마다 해당 노출온도와 노출시간별 샘플의 특성변화를 측정하여, 각각의 데이터를 저장함으로써 표준화 DB(30)로 구축할 수 있다. The fire damaged concrete
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명 예측 방법은, 먼저, 화재손상 콘크리트 구조물로부터 샘플(10)을 채취하고, 샘플(10)을 정밀하게 절단 가공하고(S10), 이후, 정밀하게 절단 가공된 샘플(10)에 대한 화학 분석(XRD)을 실시한다(S20). 이후, 화학 분석된 데이터를 최초의 입력 데이터로 활용하게 된다.3, the method for predicting the remaining life of a fire damaged concrete structure according to the prior art is, first, a
다음으로, 화학분석을 실시한 샘플 데이터를 기구축된 표준화 DB(30)와 비교한다(S30). 이때, 표준화 DB(30)는 화재손상 콘크리트 구조물 진단장치(40)를 이용한 정밀 실험을 통해 확보한 실험 데이터를 표준화하여 저장한다.Next, the sample data subjected to the chemical analysis is compared with the standardized DB 30 (S30). At this time, the standardization DB 30 standardizes and stores the experimental data obtained through a precision experiment using the fire damaged concrete
다음으로, 샘플 데이터에 대응하는 화재피해온도, 공극구조 및 중성화깊이를 예측하고(S40), 이후, 콘크리트 구조물의 화재피해를 진단하고 잔존수명을 평가한다(S50).Next, the fire damage temperature, void structure, and neutralization depth corresponding to the sample data are predicted (S40), and then, the fire damage of the concrete structure is diagnosed and the remaining life is evaluated (S50).
종래의 기술에 따르면, 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 화학 분석을 실시하여 샘플 데이터를 획득하고, 표준화 DB에 기저장된 데이터와 비교하여 화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명을 신속하게 예측할 수 있다. 또한, 화재손상 콘크리트 구조물의 올바른 보수 및 보강이 이루어질 수 있도록 화재손상 콘크리트 구조물에 대한 화재피해 수준을 정확하게 과학적으로 평가할 수 있다.According to the prior art, it is possible to obtain sample data by performing a chemical analysis of a fire damaged concrete structure sample, and to quickly predict the remaining life of a fire damaged concrete structure by comparing it with data previously stored in a standardized DB. In addition, it is possible to accurately and scientifically evaluate the level of fire damage to fire damaged concrete structures so that correct repair and reinforcement of fire damaged concrete structures can be made.
종래의 기술에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명예측 시스템 및 그 방법의 경우, 데이터 분석부(22)의 화재피해온도 예측부(22a)는 화학 분석부(21)에 의해 획득된 샘플 데이터를 표준화 DB(30)의 피해온도 DB(31)에 기저장된 데이터와 비교하여 화재피해온도를 예측하게 되는데, 실험을 통해 고온에 노출된 콘크리트의 노출온도별 화학성분 변화만을 고려하기 때문에 화재피해온도를 정확하게 예측하기 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 화재피해온도의 예측률이 떨어진다는 문제점이 있다.In the case of the system and method for predicting the remaining life of fire damaged concrete structures according to the prior art, the fire damage
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 화재현장에서 코어링 채취한 화재손상 콘크리트 구조물 샘플로부터 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 화재피해온도를 예측하고 화재온도곡선을 산출함으로써, 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로를 예측하고 화염이동경로를 추적 재현할 수 있는, 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention for solving the above-described problem is by predicting the fire damage temperature by damage depth of the fire damaged concrete structure from the fire damaged concrete structure sample collected by coring at the fire site and calculating the fire temperature curve, It is to provide a deep learning-based thermal diffusion path prediction system and method for fire damaged concrete structures that can predict the heat diffusion path of fire damaged concrete structures and trace and reproduce the flame movement path.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 딥러닝(Deep Learning) 분석 툴을 이용하여 분석함으로써 화재손상 콘크리트 구조물에 대한 화재피해온도의 예측률을 높일 수 있는, 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is a deep learning-based thermal diffusion path of a fire damaged concrete structure, which can increase the predictive rate of the fire damage temperature for a fire damaged concrete structure by analyzing it using a deep learning analysis tool. It is to provide a prediction system and method thereof.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템은, 화재현장에서 코어링 채취되어 절단 가공된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플을 물리적 및 화학적 분석을 수행하는 샘플 분석부; 딥러닝 분석을 위해 상기 샘플 분석부의 분석결과에 심층 신경망 모델을 적용한 후, 기구축된 표준화 디렉터리와 비교하여 최적의 분석결과를 도출하는 딥러닝 분석 툴; 상기 딥러닝 분석 툴의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 특정 위치에서의 화재피해온도를 예측하는 화재피해온도 예측부; 상기 딥러닝 분석 툴의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원에 해당하는 화염의 크기에 따라 화재온도곡선을 산출하는 화재온도곡선 산출부; 및 상기 예측된 화재피해온도 및 산출된 화재온도곡선에 따라 상기 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 시간경과에 따른 열확산경로를 예측하는 열확산경로 예측부를 포함하되, 상기 열확산경로 예측부는 화재현장에서 채취한 미지의 화재손상 콘크리트 구조물 샘플에 대한 화재 당시의 화재피해온도 예측에 대응하여 시간경과에 따른 열확산경로를 규명하는 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above-described technical problem, the deep learning-based heat diffusion path prediction system of a fire damaged concrete structure according to the present invention physical and chemical analysis of a sample of a fire damaged concrete structure obtained by coring at a fire site and cut and processed. A sample analysis unit that performs; A deep learning analysis tool that applies a deep neural network model to the analysis result of the sample analysis unit for deep learning analysis and then compares it with a standardized directory to derive an optimal analysis result; A fire damage temperature prediction unit for predicting a fire damage temperature at a specific location for each damage depth of the fire damaged concrete structure according to the deep neural network model analysis of the deep learning analysis tool; A fire temperature curve calculating unit for calculating a fire temperature curve according to the size of the flame corresponding to the initial heat source outside the fire damaged concrete structure according to the deep neural network model analysis of the deep learning analysis tool; And a heat diffusion path prediction unit for predicting a heat diffusion path according to the passage of time outside the fire damaged concrete structure according to the predicted fire damage temperature and the calculated fire temperature curve, wherein the heat diffusion path prediction unit It is characterized in that the heat diffusion path over time is identified in response to the prediction of the fire damage temperature at the time of fire for the fire damaged concrete structure sample.
본 발명에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템은, 상기 예측된 화재피해온도 및 산출된 화재온도곡선에 따라 화재현장의 화재발생지로부터 화염의 이동경로를 시간의 함수로 추적 및 재현하는 화염이동경로 추적 재현부를 추가로 포함할 수 있다.The deep learning-based heat diffusion path prediction system of a fire damaged concrete structure according to the present invention tracks the movement path of the flame from the fire place of the fire site as a function of time according to the predicted fire damage temperature and the calculated fire temperature curve, and It may further include a reproducing unit for reproducing the flame movement path tracking.
여기서, 상기 샘플 분석부는, 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 질량감소율을 측정하는 열중량 분석(TGA)을 수행하는 열중량 분석부; 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 화재피해온도에 따라 특정 파장넘버에서 나타나는 피크의 최대값 및 해당 부위의 면적을 분석하는 퓨리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석부; 및 분석 목적에 따라 화학분석장비를 병행하여 화학적 분석을 진행하는 화학 분석부를 포함할 수 있다.Here, the sample analysis unit may include a thermogravimetric analysis unit configured to perform thermogravimetric analysis (TGA) measuring a mass reduction rate of the fire damaged concrete structure sample; Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis unit for analyzing the maximum value of the peak appearing at a specific wavelength number and the area of the corresponding part according to the fire damage temperature of the fire damaged concrete structure sample; And a chemical analysis unit that performs chemical analysis in parallel with the chemical analysis equipment according to the analysis purpose.
여기서, 상기 열중량 분석부에서 화재피해온도가 높을수록 전체 질량감소율이 작게 나타나고, 상기 푸리에변환 적외선 분광 분석부에서 전체적으로 화재피해온도가 높을수록 피크의 최대값과 그 부위의 면적이 작아지는 것을 특징으로 한다.Here, the higher the fire damage temperature in the thermogravimetric analysis unit, the smaller the total mass reduction rate is, and the higher the overall fire damage temperature in the Fourier transform infrared spectroscopy unit, the maximum peak value and the area of the area decrease. It is done.
여기서, 상기 샘플 분석부의 분석결과는 일부만을 차용하거나 값을 변형시킬 수 있고, 환경적 영향요인으로부터 분석결과가 영향을 받지 않도록 노이즈 제거 과정을 거치는 것이 바람직하다.Here, the analysis result of the sample analysis unit may be partially borrowed or a value may be changed, and it is preferable to undergo a noise removal process so that the analysis result is not affected by environmental influence factors.
여기서, 상기 표준화 디렉터리는 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 질량감소율을 나타내는 열중량 분석(TGA) 결과, 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 화학성분 변화를 나타내는 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석결과 및 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 기타 분석결과를 포함시켜 구축된 것을 특징으로 한다.Here, the standardization directory is the result of thermogravimetric analysis (TGA) showing the mass reduction rate by exposure temperature of the sample of fire damaged concrete structure collected by coring at the fire site, by exposure temperature of the sample of fire damaged concrete structure collected by coring at the fire site. It is characterized by including the results of Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis showing chemical composition changes and other analysis results of samples of fire damaged concrete structures collected by coring at the fire site.
여기서, 상기 딥러닝분석 툴은, 상기 열중량 분석부의 단독 분석결과를 입력 데이터로 하여 화재손상 콘크리트 구조물 내측의 손상깊이별 화재피해온도와 화재손상 콘크리트 구조물 외측 열원에 해당되는 부분의 화재온도곡선을 산출하기 위한 최종 출력을 도출하는 제1 심층신경망 모델; 제1 심층신경망 모델의 상관값이 적정 수준 이하인 경우, 상기 열중량 분석부의 분석결과, 상기 퓨리에변환 적외선 분광 분석부의 분석결과 및 상기 화학분석부의 분석결과를 입력 데이터로 하여 명확하게 나타나는 특징에 대해 가중치를 두어 재분석하여, 화재손상 콘크리트 구조물 내측의 손상깊이별 화재피해온도와 화재손상 콘크리트 구조물 외측 열원에 해당되는 부분의 화재온도곡선을 산출하기 위한 최종 출력을 도출하는 제2 심층신경망 모델; 및 상기 제1 심층신경망 모델의 분석결과 또는 제2 심층신경망 모델의 분석결과를 상기 기구축된 표준화 디렉터리와 비교하는 데이터 비교 분석부를 포함할 수 있다.Here, the deep learning analysis tool uses the result of the single analysis of the thermogravimetric analysis unit as input data, and calculates the fire damage temperature by the damage depth inside the fire damaged concrete structure and the fire temperature curve of the part corresponding to the heat source outside the fire damaged concrete structure. A first deep neural network model for deriving a final output for calculation; When the correlation value of the first deep neural network model is less than an appropriate level, the analysis result of the thermogravimetric analysis unit, the analysis result of the Fourier transform infrared spectral analysis unit, and the analysis result of the chemical analysis unit are used as input data, and weights for features that are clearly shown are used. A second deep neural network model for deriving a final output for calculating the fire damage temperature by damage depth inside the fire damaged concrete structure and the fire temperature curve of the part corresponding to the heat source outside the fire damaged concrete structure by reanalyzing it; And a data comparison and analysis unit comparing the analysis result of the first deep neural network model or the analysis result of the second deep neural network model with the established standardization directory.
여기서, 상기 제2 심층신경망 모델에서 상기 특징은 특정 온도에서 명확하게 나타나는 결과값일 수 있다.Here, in the second deep neural network model, the feature may be a result value clearly displayed at a specific temperature.
여기서, 상기 화재온도곡선 산출부는 1세트 단위로 분석한 각각의 데이터인 화재손상 콘크리트 구조물 외측 표면에서 얻은 결과값과 내측 영역에서 얻은 결과값을 비교 분석하여 시간의 함수로 나타내고, 주변부에서 코어링된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 결과와 비교 분석함으로써, 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원에 해당하는 화염의 크기에 따라 화재온도곡선을 산출하되, 상기 화재온도곡선은 시간에 따른 수열온도의 크기와 노출시간의 값으로 주어지는 것을 특징으로 한다.Here, the fire temperature curve calculation unit compares and analyzes the result value obtained from the outer surface of the fire damaged concrete structure and the result value obtained from the inner area, which is each data analyzed in units of one set, and expresses it as a function of time. By comparing and analyzing the results of the fire damaged concrete structure sample, the fire temperature curve is calculated according to the size of the flame corresponding to the initial heat source outside the fire damaged concrete structure, but the fire temperature curve is the size of the heat receiving temperature and the exposure time according to time. Characterized in that it is given as a value of.
여기서, 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플은 화재손상 콘크리트 구조물의 벽, 기둥 또는 슬래브의 건축부재를 대상으로 코어링을 실시하여 채취하되, 코어링 직경은 30㎜ 이하로 하고, 코어링 깊이는 적어도 40㎜ 이상 주철근 위치까지 실시하는 것을 특징으로 한다.Here, the fire damaged concrete structure sample is collected by coring the building member of the wall, column or slab of the fire damaged concrete structure, but the coring diameter is 30 mm or less, and the coring depth is at least 40 mm. It is characterized in that it is carried out to the position of the main reinforcement.
여기서, 상기 코어링 채취 화재손상 콘크리트 구조물 샘플은 10㎜ 간격으로 정밀 절단되며, 하나의 위치에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플은 적어도 4개 이상의 절단된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플을 1세트로 정의하고, 모든 분석은 1세트 단위로 실시하되, 해당하는 값이 기구축된 표준화 DB와 모두 일치하거나 가장 유사한 값을 찾아서 출력을 도출할 수 있다.Here, the coring sample of fire damaged concrete structure is precisely cut at intervals of 10 mm, and the sample of fire damaged concrete structure collected by coring at one location is defined as one set of at least 4 cut fire damaged concrete structure samples. And, all analyzes are performed in units of one set, but the output can be derived by finding the value that corresponds to all or the most similar values with the standardized DB that has been established.
여기서, 상기 1세트 단위 분석은 하나의 위치에서 코어링한 샘플을 10㎜ 간격으로 절단하여 최소한 4개 이상을 분석함으로써, 각각의 구간별 결과값 비교시 열의 확산속도를 시간의 함수로 나타낼 수 있다.Here, in the one-set analysis, by cutting at least four samples coring from one location at 10 mm intervals and analyzing at least four, the diffusion rate of heat can be expressed as a function of time when comparing the result values for each section. .
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법은, a) 화재현장에서 화재손상 콘크리트 구조물 샘플을 코어링 채취 및 절단 가공하는 단계; b) 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플에 대한 물리적 및 화학적 분석을 실시하는 단계; c) 딥러닝 분석 툴의 심층신경망 모델을 선정하는 단계; d) 샘플 분석결과를 상기 심층신경망 모델에 입력하고, 최종 출력을 기구축된 표준화 디렉터리와 비교 분석하는 단계; e) 상기 딥러닝 분석 툴의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 특정 위치에서의 화재피해온도를 예측하는 단계; f) 상기 딥러닝 분석 툴의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원에 해당하는 화염의 크기에 따라 화재온도곡선을 산출하는 단계; 및 g) 상기 예측된 화재피해온도 및 산출된 화재온도곡선에 따라 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로를 예측하고, 화재현장의 화재발생지로부터 화염의 이동경로를 시간의 함수로 추적 및 재현하는 단계를 포함하되, 상기 g) 단계에서 화재현장에서 채취한 미지의 화재손상 콘크리트 구조물 샘플에 대한 화재 당시의 화재피해온도 예측에 대응하여 시간경과에 따른 열확산경로를 규명하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, as another means for achieving the above-described technical problem, the method for predicting the heat diffusion path of the deep learning-based fire damaged concrete structure according to the present invention includes: a) coring sampling and cutting a fire damaged concrete structure sample at a fire site. The step of doing; b) performing physical and chemical analysis on the fire damaged concrete structure sample; c) selecting a deep neural network model of a deep learning analysis tool; d) inputting the sample analysis result to the deep neural network model, and comparing and analyzing the final output with the standardized directory; e) predicting the fire damage temperature at a specific location for each damage depth of the fire damaged concrete structure according to the deep neural network model analysis of the deep learning analysis tool; f) calculating a fire temperature curve according to the size of the flame corresponding to the initial heat source outside the fire damaged concrete structure according to the deep neural network model analysis of the deep learning analysis tool; And g) predicting the heat diffusion path of the fire damaged concrete structure according to the predicted fire damage temperature and the calculated fire temperature curve, and tracking and reproducing the movement path of the flame from the fire site of the fire site as a function of time. However, in response to the prediction of the fire damage temperature at the time of the fire for the unknown fire damaged concrete structure sample collected at the fire site in step g), the heat diffusion path over time is identified.
본 발명에 따르면, 화재현장에서 코어링 채취한 화재손상 콘크리트 구조물 샘플로부터 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 화재피해온도를 예측하고 화재온도곡선을 산출함으로써, 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로를 정확하게 예측하고 화염이동경로를 용이하게 추적 재현할 수 있다.According to the present invention, the heat diffusion path of the fire damaged concrete structure is accurately predicted by predicting the fire damage temperature by damage depth of the fire damaged concrete structure and calculating the fire temperature curve from the fire damaged concrete structure sample collected at the fire site. The flame movement path can be easily traced and reproduced.
본 발명에 따르면, 화재현장으로부터 화재손상 콘크리트 구조물 샘플을 직접 코어링 채취하고, 열중량분석(TGA), 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석 및 기타 화학분석을 병행함으로써, 화학적 및 물리적 실험을 통해 고온노출온도와의 상관관계를 정확하게 규명할 수 있다.According to the present invention, coring samples of fire damaged concrete structures are directly collected from the fire site, and thermogravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis, and other chemical analysis are performed in parallel, so that high temperature through chemical and physical experiments. Correlation with exposure temperature can be accurately identified.
본 발명에 따르면, 딥러닝(Deep Learning) 분석 툴을 이용하여 심층신경망(DNN) 모델을 적용함으로써 화재손상 콘크리트 구조물에 대한 화재피해온도의 예측률을 높일 수 있다.According to the present invention, by applying a deep neural network (DNN) model using a deep learning analysis tool, it is possible to increase a predictive rate of a fire damage temperature for a fire damaged concrete structure.
도 1은 화재시 온도 상승에 따라 콘크리트 구조물의 압축강도가 저하되는 것을 예시하는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명 예측 시스템의 구성도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 화재손상 콘크리트 구조물의 잔존수명 예측 방법의 동작흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템에서 표준화 디렉터리 구축을 위한 열중량분석(TGA) 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 열중량분석(TGA) 결과에 따라 화재피해온도가 높을수록 전체 질량감소율이 감소하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 표준화 디렉터리 구축 데이터와 실측온도와의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템에서 표준화 디렉터리 구축을 위한 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석결과로서 화재피해온도에 따라 특정 파장넘버에서 나타나는 피크(peak)의 최대값이 달라지거나 그 해당부위의 면적이 다르게 나타나는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템에 적용되는 심층신경망(DNN) 모델을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 적용가능한 심층신경망(DNN) 알고리즘을 탐색하여 예측력이 높은 DNN 모델을 선정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템에서 제1 심층신경망(DNN) 모델 분석을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템에서 제2 심층신경망(DNN) 모델 분석을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법의 동작흐름도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법의 구체적인 동작흐름도이다.1 is a diagram illustrating that the compressive strength of a concrete structure decreases with an increase in temperature during a fire.
2 is a block diagram of a system for predicting the remaining life of a fire damaged concrete structure according to the prior art.
3 is an operation flow diagram of a method for predicting the remaining life of a fire damaged concrete structure according to the prior art.
4 is a block diagram of a system for predicting a heat diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing the results of thermogravimetric analysis (TGA) for establishing a standardized directory in the deep learning-based heat diffusion path prediction system of a fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing that the overall mass reduction rate decreases as the fire damage temperature increases according to the results of thermogravimetric analysis (TGA).
7 is a diagram showing a correlation between standardized directory construction data and measured temperature.
8 is a Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis result for establishing a standardized directory in a deep learning-based thermal diffusion path prediction system of a fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing that the maximum value of (peak) is different or the area of the corresponding part is different.
9 is a diagram schematically illustrating a deep neural network (DNN) model applied to a system for predicting a thermal diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating selection of a DNN model with high predictive power by searching for an applicable deep neural network (DNN) algorithm.
11 is a diagram illustrating a first deep neural network (DNN) model analysis in a system for predicting a thermal diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a second deep neural network (DNN) model analysis in a system for predicting a thermal diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention.
13 is an operation flow diagram of a method for predicting a heat diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention.
14 is a detailed operation flow diagram of a method for predicting a heat diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
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.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "... unit" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software, or a combination of hardware and software.
이하, 도 4 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템을 설명하고, 또한, 도 13 및 도 14를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a system for predicting a heat diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 12, and an embodiment of the present invention with reference to FIGS. 13 and 14 A deep learning-based method for predicting the heat diffusion path of fire damaged concrete structures according to the following will be described.
[딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)][Deep learning-based heat diffusion path prediction system for fire damaged concrete structures (100)]
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템의 구성도이다.4 is a block diagram of a system for predicting a heat diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)은, 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110), 샘플 분석부(120), 표준화 디렉터리(130), 딥러닝 분석 툴(150), 화재피해온도 예측부(160), 화재온도곡선 산출부(170), 열확산경로 예측부(180) 및 화염이동경로 추적 재현부(190)를 포함한다.4, a deep learning-based thermal diffusion
화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은 화재손상 콘크리트 구조물의 벽, 기둥 또는 슬래브의 건축부재를 대상으로 코어링(Coring)을 실시하여 채취하되, 코어링 직경은 30㎜ 이하로 하고, 코어링 깊이는 적어도 40㎜ 이상 주철근 위치까지 실시한다. 이때, 화재손상 콘크리트 구조물에 피해가 가지 않도록 최소한의 직경으로 코어링을 통해 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)을 채취하는 것이 바람직하다.The fire damaged
또한, 상기 코어링 채취 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은 10㎜ 간격으로 정밀 절단되며, 하나의 위치에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은 적어도 4개 이상의 절단된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)을 1세트(set)로 정의하고, 모든 분석은 1세트 단위로 실시하되, 해당하는 값이 모두 일치하거나 가장 유사한 값을 찾아서 출력(output)을 도출할 수 있다. 이에 따라, 상기 1세트(set) 단위 분석은 하나의 위치에서 코어링한 샘플을 10㎜ 간격으로 절단하여 최소한 4개 이상을 분석함으로써, 각각의 구간별 결과값 비교시 열의 확산속도를 시간의 함수로 나타낼 수 있다.In addition, the coring-collected fire-damaged
이때, 코어링 채취한 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은, 후술하는 바와 같이, 화학분석, 질량감소율 등 다양한 화학적 및 물리적 실험을 통해 고온노출온도와의 상관관계를 규명하여 특정 온도에서 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110) 내부의 화학성분과 물리적 특징이 어떻게 변화하는지 정리한 후, 데이터를 찾는 과정 중에 특정 값을 비교하면서 쉽게 찾을 수 있는데, 이때 기저장된 데이터 모음을 표준화 디렉터리(130)로 정의한다. At this time, the coring-collected fire damaged
샘플 분석부(120)는 화재현장에서 코어링 채취되어 절단 가공된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)을 물리적 및 화학적 분석을 수행한다.The
보다 구체적으로, 상기 샘플 분석부(120)는, 열중량 분석부(Thermogravimetric Analysis: TGA)(121), 퓨리에변환 적외선 분광(Fourier Transform Infrared: FTIR) 분석부(122) 및 화학분석부(123)를 포함한다.More specifically, the
상기 샘플 분석부(120)의 열중량 분석부(121)는 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 질량감소율을 측정한다. 또한, 상기 샘플 분석부(120)의 퓨리에변환 적외선 분광 분석부(122)는 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 화재피해온도에 따라 특정 파장넘버에서 나타나는 피크(peak)의 최대값 및 해당 부위의 면적을 분석한다. 또한, 상기 샘플 분석부(120)의 화학분석부(123)는 분석 목적에 따라 화학분석장비를 병행하여 화학적 분석을 진행한다.The
여기서, 상기 열중량 분석부(121)에서 화재피해온도가 높을수록 전체 질량감소율이 작게 나타나고, 상기 푸리에변환 적외선 분광 분석부(122)에서 전체적으로 화재피해온도가 높을수록 피크(peak)의 최대값과 그 부위의 면적이 작아진다.Here, the higher the fire damage temperature in the
또한, 상기 샘플 분석부(120)의 분석결과는 일부만을 차용하거나 값을 변형시킬 수 있고, 환경적 영향요인으로부터 분석결과가 영향을 받지 않도록 노이즈 제거 과정을 거치는 것이 바람직하다.In addition, the analysis result of the
표준화 디렉터리(130)는 특정 고온에 노출된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)에 대한 열중량 분석(Thermo-Gravimetric Analysis: TGA) 결과와 해당 화재손상 콘크리트 구조물 샘플 위치에서의 실측온도 결과를 포함한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)에서, 상기 표준화 디렉터리(130)는, 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 질량감소율을 나타내는 열중량 분석(TGA) 결과, 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 화학성분 변화를 나타내는 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석결과 및 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 기타 화학적ㅇ물리적 분석결과를 포함시켜 구축된다.The
딥러닝 분석 툴(150)은 딥러닝(Deep Learning) 분석을 위해 상기 샘플 분석부(120)의 분석결과에 심층 신경망(Deep Neural Network: DNN) 모델을 적용한 후, 기구축된 표준화 디렉터리(Standard Directory: 130)와 비교하여 최적의 분석결과를 도출한다. 다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)의 경우, 심층신경망(DNN) 분석을 통해 열중량 분석(TGA) 결과와 실측 온도와의 상관성을 분석하고 이에 대한 알고리즘을 규명한다.The deep
예를 들면, 화재현장의 콘크리트 구조물로부터 코어링 채취된 손상깊이별 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)을 열중량 분석(TGA)하여 표준화 디렉터리(130)에 포함시킨 후, 그 결과를 딥러닝(Deep-learning) 분석 툴(150)에 입력하여 DNN 알고리즘에 따라 매칭함으로써 화재피해 온도값을 예측하고, 또한, DNN 알고리즘에 따라 화재현장의 화재손상 콘크리트 구조물의 화재온도곡선을 산출한다. 즉, 화재손상 콘크리트 구조물의 화재피해온도를 정확하게 예측하고, 화재현장 화재발생지로부터 열과 화염의 이동경로를 시간의 함수로 나타낼 수 있다. 또한, 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석 및 기타장비를 이용한 화학분석결과도 열중량 분석(TGA)과 마찬가지로 동일하게 표준화 디렉터리(130)에 포함시킴으로써, 딥러닝 분석시 예측률을 높이기 위한 통계 데이터로 활용된다.For example, a fire damaged
구체적으로, 상기 딥러닝분석 툴(150)은, 제1 심층신경망(DNN) 모델(151), 제2 심층신경망 모델(153) 및 데이터 비교 분석부(152)를 포함한다.Specifically, the deep
상기 딥러닝분석 툴(150)의 제1 심층신경망(DNN) 모델(151)은 상기 열중량 분석부(121)의 단독 분석결과를 입력 데이터로 하여 화재손상 콘크리트 구조물 내측의 손상깊이별 화재피해온도와 화재손상 콘크리트 구조물 외측 열원에 해당되는 부분의 화재온도곡선을 산출하기 위한 최종 출력(output)을 도출한다.The first deep neural network (DNN)
상기 딥러닝분석 툴(150)의 제2 심층신경망 모델(153)은 상기 제1 심층신경망 모델(151)의 상관값이 적정 수준 이하인 경우, 상기 열중량 분석부(121)의 분석결과, 상기 퓨리에변환 적외선 분광 분석부(122)의 분석결과 및 상기 화학분석부(123)의 분석결과를 입력 데이터로 하여 명확하게 나타나는 특징(Feature)에 대해 가중치를 두어 재분석하여, 화재손상 콘크리트 구조물 내측의 손상깊이별 화재피해온도와 화재손상 콘크리트 구조물 외측 열원에 해당되는 부분의 화재온도곡선을 산출하기 위한 최종 출력(output)을 도출한다. 여기서, 상기 제2 심층신경망 모델(153)에서 상기 특징은 특정 온도에서 명확하게 나타나는 결과값일 수 있다.When the second deep
상기 딥러닝분석 툴(150)의 데이터 비교 분석부(152)는 상기 제1 심층신경망 모델(151)의 분석결과 또는 제2 심층신경망 모델(153)의 분석결과를 상기 기구축된 표준화 디렉터리(130)와 비교한다.The data comparison and
화재피해온도 예측부(160)는 상기 딥러닝 분석 툴(150)의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 특정 위치에서의 화재피해온도를 예측한다.The fire damage
화재온도곡선 산출부(170)는 상기 딥러닝 분석 툴(150)의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원(Heat source)에 해당하는 화염의 크기에 따라 콘크리트 외측 표면에 흡수된 열의 정보를 화재온도곡선으로 산출한다. 구체적으로, 상기 화재온도곡선 산출부(170)는 1세트 단위로 분석한 각각의 데이터인 화재손상 콘크리트 구조물 외측 표면에서 얻은 결과값과 내측 영역에서 얻은 결과값을 비교 분석하여 시간(T)의 함수로 나타내고, 주변부에서 코어링된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 결과와 비교 분석함으로써, 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원(Heat source)에 해당하는 화염의 크기에 따라 화재온도곡선을 산출하되, 상기 화재온도곡선은 시간에 따른 수열온도의 크기와 이때의 노출시간 값으로 주어진다. 예를 들면, X축은 노출시간이고, Y축은 수열온도를 나타낸다.The fire temperature
열확산경로 예측부(180)는 상기 예측된 화재피해온도 및 산출된 화재온도곡선에 따라 상기 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 시간경과에 따른 열확산경로를 예측한다. 이에 따라, 상기 열확산경로 예측부(180)는 화재현장에서 채취한 미지의 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)에 대한 화재 당시의 화재피해온도 예측에 대응하여 시간경과에 따른 열확산경로를 규명할 수 있다.The heat diffusion
화염이동경로 추적 재현부(190)는 상기 예측된 화재피해온도 및 산출된 화재온도곡선 그리고 열확산 경로 예측 결과에 따라 화재현장의 화재발생지로부터 화염의 이동경로를 추적 및 재현할 수 있다.The flame movement path tracking reproducing
결국, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템은, 1) 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 질량감소율을 나타내는 열중량 분석(TGA) 결과, 2) 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 화학성분 변화를 나타내는 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석결과 및 3) 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 기타 분석결과를 포함시켜 표준화 디렉터리(Standard Directory)를 구축한다.In the end, the deep learning-based thermal diffusion path prediction system of a fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention includes: 1) Thermogravimetric analysis showing the mass reduction rate by exposure temperature of the fire damaged concrete structure sample coring from the fire site ( TGA) results, 2) Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis results showing the chemical composition change by exposure temperature of fire damaged concrete structure samples coring collected at the fire site, and 3) fire damaged concrete structures coring collected at the fire site Establish a standard directory by including the results of other analysis of the sample.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템은, 화재현장에서 채취한 화재손상 콘크리트 구조물 샘플을 물리적 및 화학적 분석 이후, 딥러닝(Deep Learning) 기반으로 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 화재피해온도를 예측하고 화재온도곡선을 산출함으로써 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로를 정확하게 예측하고 화염이동경로를 용이하게 추적 재현할 수 있다.Accordingly, the deep learning-based heat diffusion path prediction system of a fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention is based on deep learning after physical and chemical analysis of samples of fire damaged concrete structures collected at the fire site. By predicting the fire damage temperature by damage depth of the fire damaged concrete structure and calculating the fire temperature curve, the heat diffusion path of the fire damaged concrete structure can be accurately predicted and the flame movement path can be easily traced and reproduced.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템에서 표준화 디렉터리 구축을 위한 열중량분석(TGA) 결과를 나타내는 도면이고, 도 6은 열중량분석(TGA) 결과에 따라 화재피해온도가 높을수록 전체 질량감소율이 감소하는 것을 나타내는 도면이며, 도 7은 표준화 디렉터리 구축 데이터와 실측온도와의 상관관계를 나타내는 도면이다.On the other hand, FIG. 5 is a diagram showing the results of thermogravimetric analysis (TGA) for establishing a standardized directory in the deep learning-based thermal diffusion path prediction system of a fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a thermogravimetric analysis ( TGA) is a diagram showing the decrease in the total mass reduction rate as the fire damage temperature increases according to the result, and FIG. 7 is a diagram showing the correlation between the standardized directory construction data and the measured temperature.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)의 경우, 열중량 분석(TGA)을 통해 표준화 디렉터리(130)를 구축하게 된다.5, in the case of the deep learning-based heat diffusion
구체적으로, 기존의 열중량 분석(TGA)은, 도 5의 적색선으로 도시된 바와 같이, DTA(Differential Thermo Analysis: DTA)에 따라 특정 위치, 즉, 특정 온도에서 질량 감소가 급격히 일어나는 것을 확인할 수 있는데, 이것은 특정한 화학성분이 분해됨에 따라 나타나는 결과에 해당되는 것을 확인함으로써 어떤 성분이 얼마나 해당 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)에 들어 있는지 분석할 수 있다. 또한, 도 5의 흑색선으로 도시된 바와 같이, TG(Thermo Gravimetric: TG)에 따라 전체적으로 질량이 어떻게 감소되고 있는지 확인할 수 있다.Specifically, in the conventional thermogravimetric analysis (TGA), as shown by the red line in FIG. 5, it can be confirmed that the mass decrease occurs rapidly at a specific location, that is, a specific temperature according to DTA (Differential Thermo Analysis: DTA). , It is possible to analyze which components are contained in the fire damaged
본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)의 경우, 도 5의 흑색선(TG)의 결과값을 활용하는데, 특정 화재피해온도에 노출된 콘크리트 구조물 샘플(110)은 이미 질량 감소가 일어났기 때문에 일정 구간에서 질량 감소가 일어나지 않는 특징을 나타내며, 이에 따라, 화재피해온도가 높을수록 전체 질량감소율이 작게 나타나는 것을 알 수 있다.In the case of the deep learning-based heat diffusion
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 열중량분석(TGA) 결과에 따라 화재피해온도가 높을수록 전체 질량감소율이 감소하며, 다음의 수학식 1과 같이 열중량분석(TGA) 상대적 가중치(Relative Weight)로 나타낼 수 있다.In addition, as shown in Figure 6, according to the result of thermogravimetric analysis (TGA), as the fire damage temperature increases, the total mass reduction rate decreases, and as shown in
여기서, 는 특정 도에서의 질량을 나타내고, 는 시험이 종료된 이후 최종 잔류된 샘플의 질량을 나타낸다.here, Denotes the mass in a specific degree, Denotes the mass of the final remaining sample after the end of the test.
도 6에서 하나의 선에 해당하는 값에 해당하는 최종 질량감소율을 '점(Dot)'으로 표현한 후, 온도와의 상관성을 나타내면, 도 7에 도시된 바와 같이 표준화 디렉터리 구축 데이터와 실측온도와의 상관관계 결과를 나타내는데, 이러한 결과값을 모아놓은 것을 표준화 디렉터리라고 정의한다.In FIG. 6, the final mass reduction rate corresponding to a value corresponding to one line is expressed as a'dot', and then the correlation with temperature is shown. It shows the correlation results, and the collection of these results is defined as a standardized directory.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템에서 표준화 디렉터리 구축을 위한 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석결과로서 화재피해온도에 따라 특정 파장넘버에서 나타나는 피크(peak)의 최대값이 달라지거나 그 해당부위의 면적이 다르게 나타나는 것을 나타내는 도면이다.Meanwhile, FIG. 8 is a Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis result for establishing a standardized directory in the deep learning-based thermal diffusion path prediction system of a fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing that the maximum value of the peak that appears is different or that the area of the corresponding area is different.
본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)의 경우, 푸리에변환 적외선 분광(Fourier Transform Infrared: FTIR) 분석을 통해 표준화 디렉터리를 구축할 수 있다.In the case of the deep learning-based heat diffusion
구체적으로, 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석은 시멘트와 고로슬래그를 각각 분석한 후 비교하여 나타낸 것으로, 기존에는 특정 파장넘버에서 피크(peak)를 나타내는 물질을 정의한 후, 그 값이 크고 작음에 따라 혼합되어 있는 물질을 구별할 수 있다.Specifically, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis is a comparison of cement and blast furnace slag, respectively, and conventionally, after defining a material that exhibits a peak at a specific wavelength number, the value is large and small. It is possible to distinguish mixed substances.
본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)의 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 화재피해온도에 따라 특정 파장넘버에서 나타나는 피크(peak)의 최대값이 달라지거나 그 해당 부위의 면적이 다르게 나타난다. 이때, 전체적으로 화재피해온도가 높을수록 피크(peak)의 최대값과 그 부위의 면적이 작아지는 것을 알 수 있다.In the case of the deep learning-based heat diffusion
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)의 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 특정 파장넘버에서 나타나는 피크(peak)를 6개 정도로 정한 후, 그때의 값을 순차적으로 나열하는데, 이때, 하나의 그래프를 6개 정도의 숫자로 표현한 후 온도와의 상관성을 나타내어 모아놓은 것을 표준화 디렉터리라고 정의한다. 예를 들면, 600도 노출 샘플의 메인 피크(peak) 값은 각각 p1 = 1.54, p2 = 1.20, p3 = 1.02, p4 = 1.23, p5 = 1.64, p6 = 1.52가 된다.For example, in the case of the deep learning-based heat diffusion
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템에 적용되는 심층신경망(DNN) 모델을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 10은 적용가능한 심층신경망(DNN) 알고리즘을 탐색하여 예측력이 높은 DNN 모델을 선정하는 것을 나타내는 도면이다.On the other hand, FIG. 9 is a diagram schematically showing a deep neural network (DNN) model applied to a system for predicting a thermal diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a diagram schematically showing an applicable deep neural network (DNN). ) A diagram showing selecting a DNN model with high predictive power by searching an algorithm.
본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)의 경우, 심층신경망(Deep Neural Network: DNN) 분석 툴(Tool)을 이용하며, 상기 DNN 모델 구축을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.In the case of the deep learning-based heat diffusion
먼저, 심층신경망(Deep Neural Network: DNN)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 입력층(input layer)과 출력층(output layer) 사이에 다중의 은닉층(hidden layer)을 포함하는 인공 신경망(ANN: Artificial Neural Network)으로서, 이러한 심층신경망(DNN)은 기계학습(Machine learning) 중 한 방법에 해당되며, 다중의 은닉층을 포함함으로써 다양한 비선형적 관계를 학습할 수 있다. First, a deep neural network (DNN) is an artificial neural network (ANN) including multiple hidden layers between an input layer and an output layer, as shown in FIG. 9. Artificial Neural Network), such a deep neural network (DNN) corresponds to one of machine learning, and it can learn various nonlinear relationships by including multiple hidden layers.
일반적으로, 이러한 심층신경망(DNN) 분석은 학습데이터를 기반으로 어떤 특성을 예측하는 함수식을 도출한다. 예를 들면, Hooke's law F = kx에서 k값 도출할 수 있다.In general, this deep neural network (DNN) analysis derives a functional equation that predicts certain characteristics based on learning data. For example, we can derive the k value from Hooke's law F = kx.
전술한 표준화 디렉터리는 오직 심층신경망(DNN) 분석을 위해 TGA와 FTIR 분석결과 중에서 정해진 특징(feature)만을 선택해서 구축하였다. 다시 말하면, 표준화 디렉터리는 특정 구간 또는 특정 값을 대표값으로 선택한 후 숫자화하여 정리한 디렉터리로서, 예를 들면, 표준화 디렉터리에서 오직 특정 값만을 추출하여 정리한 것이다.The above-described standardization directory was constructed by selecting only specified features from TGA and FTIR analysis results for only deep neural network (DNN) analysis. In other words, the standardization directory is a directory organized by selecting a specific section or a specific value as a representative value and then numerically organizing it. For example, only specific values are extracted from the standardized directory and organized.
본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)의 경우, 적용가능한 심층신경망(DNN) 알고리즘을 탐색하여 결과를 분석한 후, 예측력이 높은 심층신경망(DNN) 모델을 선정하여 최적화하는 과정을 거침으로써 최적화된 심층신경망(DNN) 모델을 완성하게 된다.In the case of the deep learning-based heat diffusion
이와 같이 완성된 DNN 모델은 소프트웨어 형태로 구현되고, 도 10에서 파선으로 나타낸 바와 같이, 현장에서 채취한 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)과 기구축된 표준화 디렉터리 샘플을 매칭하여 가장 유사한 값을 찾는다.The completed DNN model is implemented in the form of software, and as shown by the broken line in FIG. 10, the most similar value is found by matching the fire damaged
한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템에서 제1 심층신경망(DNN) 모델 분석을 나타내는 도면이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템에서 제2 심층신경망(DNN) 모델 분석을 나타내는 도면이다. On the other hand, FIG. 11 is a diagram showing an analysis of a first deep neural network (DNN) model in a system for predicting a thermal diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a diagram showing an analysis of a first deep neural network (DNN) model according to an embodiment of the present invention. A diagram showing the analysis of a second deep neural network (DNN) model in a deep learning-based heat diffusion path prediction system for fire damaged concrete structures.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)에서, 인공신경망(DNN) 모델은 제1 DNN 모델 분석 및 제2 DNN 모델 분석의 2가지 방법을 혼용해서 진행하되, 제1 DNN 모델 분석의 결과값이 적정 수준 이상인 경우 분석을 종료한다. 하지만, 그 상관값이 적정 수준 미만인 경우 제2 DNN 모델 분석을 추가로 진행함으로써 최종 결과값의 정확성을 향상시킬 수 있다.More specifically, in the deep learning-based heat diffusion
먼저, 제1 DNN 모델 분석의 경우, 도 11에 도시된 바와 같이, 전술한 열중량 분석(TGA) 단독 분석결과를 입력 데이터로 활용하여 최종적으로 결과값인 콘크리트 구조물 내측의 화재피해온도 및 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 열원에 해당되는 화재온도곡선을 각각 산출한다.First, in the case of the first DNN model analysis, as shown in FIG. 11, by using the above-described thermogravimetric analysis (TGA) alone analysis result as input data, the final result is the fire damage temperature and fire damage inside the concrete structure. Each fire temperature curve corresponding to the heat source outside the concrete structure is calculated.
또한, 제1 DNN 모델 분석결과 상관성이 낮을 때에는 재분석을 실시하는데, 제2 DNN 모델 분석의 경우, 도 12의 a)에 도시된 바와 같이, 열중량 분석(TGA)결과와 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석결과 및 기타 분석결과 값에 대하여 명확하게 나타나는 특징(feature)에 대해서 가중치를 두어 다시 분석하는 방법에 해당된다. 즉, 특정온도에서 명확하게 나타나는 결과값에 가중치를 두어 분석한다.In addition, when the correlation of the first DNN model analysis result is low, re-analysis is performed. In the case of the second DNN model analysis, as shown in Fig. 12a), the thermogravimetric analysis (TGA) result and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) ) This is a method of re-analyzing by placing weights on features that clearly appear in the analysis result and other analysis result values. In other words, the results are analyzed by placing weights on the results that are clearly displayed at a specific temperature.
또한, 도 12의 b)에 도시된 바와 같이, 분석장비별 특정 온도구간 예측률이 높은 결과값에 가중치를 부여한다. 예를 들면, FTIR 100도 이하 온도에서의 분석결과값의 예측률이 높으므로 100도 이하는 FTIR 분석결과값에 가중치를 주고, 100도 이상에서는 TGA 결과값에 가중치를 부여하여 종합적으로 분석한 후 최종 출력을 도출할 수 있다.In addition, as shown in b) of FIG. 12, a weight is given to a result value having a high prediction rate for a specific temperature section for each analysis device. For example, since the prediction rate of the analysis results at temperatures below 100 degrees FTIR is high, weights are given to the results of the FTIR analysis at temperatures below 100 degrees, and weights are given to the results of the TGA at temperatures above 100 degrees. You can derive the output.
이때, 출력은 전술한 제1 DNN 모델 분석과 같이 콘크리트 구조물 내측의 깊이별 화재피해온도와 콘크리트 구조물의 외측 열원에 해당되는 부분의 화재온도곡선을 각각 산출함으로써, 열확산경로 및 화염이동경로의 예측률을 크게 높일 수 있다.At this time, the output is calculated by calculating the fire damage temperature for each depth inside the concrete structure and the fire temperature curve of the part corresponding to the outer heat source of the concrete structure, as in the above-described first DNN model analysis, so that the prediction rates of the heat diffusion path and the flame movement path are calculated. It can be greatly increased.
결국, 제1 DNN 모델 분석과 제2 DNN 모델 분석의 결과값은 화재손상 콘크리트 구조물 내측의 화재피해온도로서, 즉, 화재현장에서 코어링된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)을 분석한 후, 이를 입력(input) 데이터로 DNN 모델이 적용된 소프트웨어에 입력한 후, 매칭 알고리즘에 의해 가중치가 부여된 행렬을 통과하면 최종적으로 코어링된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110) 위치에서의 화재피해온도 예측과 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 화재온도곡선을 산출할 수 있다. 이는 상기 화재손상 콘크리트 구조물의 피해규모 및 손상도 평가와 복구방안 제시 등에 활용될 수 있다.In the end, the result of the first DNN model analysis and the second DNN model analysis is the fire damage temperature inside the fire damaged concrete structure, that is, after analyzing the fire damaged
한편, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)에서, 열확산경로의 예측 및 화염이동경로의 추적 재현하는 방법은 다음과 같다.Meanwhile, in the deep learning-based heat diffusion
기존의 분석 방법은 열원(Heat Source)을 대략적인 경험치로 판단하여 먼저 값을 정한 후 화염의 이동경로를 추적하는데, 이때, 예측률이 30% 미만이고 모든 화재현장에 다양하게 적용될 수 있는 시뮬레이션 분석 툴은 존재하지 않는 실정이다. 또한, 콘크리트 열피해를 예측하는 시스템은 국내뿐만 아니라 국외에도 관련기술이 보고된바 없다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)은 화재현장에서 온도 피해 정보를 유일하게 가지고 있는 콘크리트를 분석하여 역으로(Back calculation) 높은 예측률을 가지고 열원(Heat source)을 추적할 수 있다.The existing analysis method judges the heat source as an approximate experience value, determines the value first, and then tracks the movement path of the flame. In this case, the prediction rate is less than 30% and a simulation analysis tool that can be applied in various ways to all fire sites. Does not exist. In addition, no related technology has been reported not only in Korea but also in foreign countries as a system for predicting heat damage to concrete. On the other hand, the deep learning-based heat diffusion
본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템(100)은 모든 화재현장의 화재손상 콘크리트 구조물로부터 직접 샘플을 채취하기 때문에 기존의 문헌에 존재하는 특정 값을 이용하지 않는다. 또한, 시뮬레이션 구현시 외부 값을 이용해서 진행하는 것이 아니라, 내측 샘플로부터 시작해서 외측으로 이동하는 역방향 계산(back calculation) 방법을 사용한다. 예를 들면, 시멘트 페이스트의 분자와 원자단위로 분석한 결과값을 토대로 진행함에 따라 다양한 환경적 영향요인이 사라짐으로써 예측률이 높아질 수 있다.The deep learning-based thermal diffusion
특히, DNN 모델 분석시 표준화 디렉터리(130)에 구축된 데이터를 1개씩 매칭시키지 않고, 해당 위치에서 코어링 채취하여 절단한 샘플을 최소한 4개로 묶어서 1세트(set) 단위로 매칭하는데, 해당하는 값이 모두 일치하거나 가장 유사한 값을 찾아서 출력(output)을 도출한다.In particular, when analyzing the DNN model, the data constructed in the
이러한 1세트(set) 단위의 분석은 하나의 위치에서 코어링된 콘크리트 구조물 샘플(110)을 10㎜ 간격으로 절단하여 최소한 4개 이상을 분석하기 때문에 각각의 구간별 결과값을 비교할 경우, 열의 확산속도를 시간의 함수로 나타내어 열확산경로를 정확하게 예측할 수 있다. 또한, 이러한 열피해의 근원지에 해당하는 콘크리트 구조물 외측 열원의 크기에 따라 최대온도와 노출시간을 계산할 수 있고, 이를 통해 화재온도곡선을 도출할 수 있다.Since this one-set analysis analyzes at least four or more by cutting the cored
한편, 전술한 표준화 디렉터리(130)도 1세트(set) 단위로 결과값이 저장되어 있고, 이때, 열원(heat source)에 해당되는 화재온도곡선도 함께 저장되어 있기 때문에 표준화 디렉터리(130)에 저장된 데이터를 화재현장에서 코어링 채취한 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 분석결과와 매칭함으로써, 화재피해온도곡선을 용이하게 산출할 수 있다.Meanwhile, the above-described
이러한 화재온도곡선 산출은 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 열확산경로를 정확하게 예측하는데 활용될 수 있고, 화염이동경로를 추적 재현하는데 사용됨으로써 최종 결과의 예측률을 획기적으로 높일 수 있다.This fire temperature curve calculation can be used to accurately predict the heat diffusion path outside the fire damaged concrete structure, and can be used to trace and reproduce the flame movement path, thereby significantly increasing the prediction rate of the final result.
[딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법][Deep learning-based method for predicting the heat diffusion path of fire damaged concrete structures]
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법의 동작흐름도이다.13 is an operation flow diagram of a method for predicting a heat diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법은, 먼저, 화재현장에서 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)을 코어링 채취 및 절단 가공한다(S110).Referring to FIG. 13, a method for predicting a heat diffusion path of a fire damaged concrete structure based on deep learning according to an embodiment of the present invention includes, first, coring collecting and cutting a fire damaged
다음으로, 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)에 대한 물리적 및 화학적 분석을 실시한다(S120). 구체적으로, 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 질량감소율을 측정하는 열중량 분석(Thermo-Gravimetric Analysis: TGA)을 수행하고, 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 화재피해온도에 따라 특정 파장넘버에서 나타나는 피크(peak)의 최대값 및 해당 부위의 면적을 분석하는 퓨리에변환 적외선 분광(Fourier Transform Infrared: FTIR) 분석을 수행하며, 분석 목적에 따라 화학분석장비를 병행하여 화학적 분석을 진행하게 된다.Next, physical and chemical analysis of the fire damaged
다음으로, 딥러닝 분석 툴(150)의 심층신경망(DNN) 모델(151, 152)을 선정한다(S130).Next, deep neural network (DNN)
다음으로, 샘플 분석결과를 상기 심층신경망 모델(151, 152)에 입력하고, 최종 출력을 기구축된 표준화 디렉터리(130)와 비교 분석 분석한다(S140). 이때, 상기 표준화 디렉터리(130)는 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 질량감소율을 나타내는 열중량 분석(TGA) 결과, 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 화학성분 변화를 나타내는 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석결과 및 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 기타 분석결과를 포함시켜 구축된다.Next, the sample analysis result is input to the deep
구체적으로, 상기 열중량 분석부(121)의 단독 분석결과를 입력 데이터로 하여 화재손상 콘크리트 구조물 내측의 손상깊이별 화재피해온도와 화재손상 콘크리트 구조물 외측 열원에 해당되는 부분의 화재온도곡선을 산출하기 위한 최종 출력(output)을 도출하도록 제1 심층신경망(DNN) 모델(151)을 선정하고, 다음으로, 상기 제1 심층신경망(DNN) 모델(151)의 상관값이 적정 수준 이하인 경우, 상기 열중량 분석부(121)의 분석결과, 상기 퓨리에변환 적외선 분광 분석부(122)의 분석결과 및 상기 화학분석부(123)의 분석결과를 입력 데이터로 하여 명확하게 나타나는 특징(Feature)에 대해 가중치를 두어 재분석하여, 화재손상 콘크리트 구조물 내측의 손상깊이별 화재피해온도와 화재손상 콘크리트 구조물 외측 열원에 해당되는 부분의 화재온도곡선을 산출하기 위한 최종 출력(output)을 도출하도록 제2 심층신경망 모델(153)을 선정하며, 이후, 상기 제1 심층신경망 모델(151)의 분석결과 또는 제2 심층신경망 모델(153)의 분석결과를 상기 기구축된 표준화 디렉터리(130)와 비교하게 된다.Specifically, calculating the fire damage temperature by the damage depth inside the fire damaged concrete structure and the fire temperature curve of the part corresponding to the heat source outside the fire damaged concrete structure by using the result of the single analysis by the
다음으로, 상기 딥러닝 분석 툴(150)의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 특정 위치에서의 화재피해온도를 예측한다(S150).Next, according to the deep neural network model analysis of the deep
다음으로, 상기 딥러닝 분석 툴(150)의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원(Heat source)에 해당하는 화염의 크기에 따라 화재온도곡선을 산출한다(S160). 구체적으로, 상기 1세트 단위로 분석한 각각의 데이터인 화재손상 콘크리트 구조물 외측 표면에서 얻은 결과값과 내측 영역에서 얻은 결과값을 비교 분석하여 시간(T)의 함수로 나타내고, 주변부에서 코어링된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 결과와 비교 분석함으로써, 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원(Heat source)에 해당하는 화염의 크기에 따라 화재온도곡선을 산출하되, 상기 화재온도곡선은 시간에 따른 수열온도의 크기와 노출시간의 값으로 주어진다.Next, according to the deep neural network model analysis of the deep
다음으로, 상기 예측된 화재피해온도 및 산출된 화재온도곡선에 따라 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로를 예측하고, 화재현장의 화재발생지로부터 화염의 이동경로를 시간의 함수로 추적 및 재현한다(S170).Next, the heat diffusion path of the fire damaged concrete structure is predicted according to the predicted fire damage temperature and the calculated fire temperature curve, and the movement path of the flame from the fire site of the fire site is traced and reproduced as a function of time (S170). .
이에 따라, 화재현장에서 채취한 미지의 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)에 대한 화재 당시의 화재피해온도 예측에 대응하여 시간경과에 따른 열확산경로를 규명할 수 있다.Accordingly, in response to the prediction of the fire damage temperature at the time of the fire for the unknown fire damaged
구체적으로, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법의 구체적인 동작흐름도이다.Specifically, FIG. 14 is a detailed operation flow diagram of a method for predicting a heat diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법은, 먼저, 화재손상 콘크리트 구조물의 벽, 기둥, 슬래브 등 다양한 건축부재를 대상으로 화재현장조사를 실시한다(S201).Referring to FIG. 14, the method for predicting the heat diffusion path of a deep learning-based fire damaged concrete structure according to an embodiment of the present invention includes, first, a fire site survey on various building members such as walls, columns, and slabs of a fire damaged concrete structure. Is carried out (S201).
다음으로, 각각의 건축부재에서 적어도 5개의 위치에서 코어링(Coring)을 실시하여 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)을 채취한다(S202). 이때, 각각의 위치에서 코어링 직경은 30㎜ 이하로 하고, 코어링 깊이는 적어도 40㎜ 이상 주철근 위치까지 실시하는 것이 바람직하다. Next, a fire damaged
다음으로, 코어링을 통해 채취한 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은 샘플 병에 넣은 후 24시간 이내에 정밀 분석을 실시하게 된다(S203).Next, the fire damaged
다음으로, 정밀 분석을 위한 전처리 단계로서, 상기 코어링 채취 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)을 10㎜ 간격으로 정밀 절단한다(S204). 이때, 하나의 위치에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은 적어도 4개 이상의 절단된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)을 1세트(set)로 정의하고, 모든 분석은 1세트 단위로 실시한다. 또한, 모든 절단된 샘플은 샘플분석장비의 요구사항에 따라 추가 절단을 하거나 분쇄 또는 기타 방법을 통해 최적 상태의 분석용 샘플로 준비한 후, 진공팩으로 밀봉하여 준비를 마친다.Next, as a pretreatment step for precise analysis, the coring collection fire damaged
다음으로, 상기 밀봉된 분석용 샘플을 상기 진공팩에서 꺼낸 후 30분 이내에 분석용 샘플에 대한 물리적 및 화학적 분석을 수행한다(S205). 구체적으로, 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 분석은 열중량 분석(Thermo-Gravimetric Analysis: TGA) 및 푸리에변환 적외선 분광(Fourier Transform Infrared: FTIR) 분석을 주로 이용하며, 분석 목적에 따라 다양한 화학분석장비를 병행하여 화학적 분석을 진행할 수 있고, 이때, 실험결과의 일부만을 차용하거나 값을 변형시킬 수 있고, 다양한 환경적 영향요인으로부터 실험결과가 영향을 받지 않도록 노이즈 제거 과정을 거치는 것이 바람직하다.Next, physical and chemical analysis is performed on the sample for analysis within 30 minutes after taking the sealed sample for analysis out of the vacuum pack (S205). Specifically, the analysis of the fire damaged
다음으로, 딥러닝 분석 툴(150)의 심층신경망(Deep neural network: DNN) 모델(151, 152)을 선정한다(S206).Next, deep neural network (DNN)
다음으로, 각각의 샘플 분석결과를 상기 심층신경망 모델(151, 152)에 입력하고, 상기 심층신경망(DNN) 모델의 매칭 알고리즘을 적용하여 최종 출력을 기구축한 표준화 디렉터리(또는 표준화 DB)의 데이터와 비교 분석한다(S207).Next, data in a standardized directory (or standardized DB) in which each sample analysis result is input to the deep neural network models (151, 152), and the final output is established by applying the matching algorithm of the deep neural network (DNN) model. Compare and analyze with (S207).
다음으로, 상기 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물의 해당 위치에서의 화재피해온도를 예측할 수 있다(S208).Next, according to the deep neural network model analysis, the fire damage temperature at the corresponding location of the fire damaged concrete structure may be predicted (S208).
다음으로, 1세트 단위로 분석한 각각의 데이터, 즉, 화재손상 콘크리트 구조물 외측 표면에서 얻은 결과값과 내측 영역에서 얻은 결과값을 비교 분석하여 시간(T)의 함수로 나타내고, 주변부에서 코어링된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 결과와 비교 분석함으로써, 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원(Heat source)에 해당하는 화염의 크기에 따라 화재온도곡선을 산출한다(S209). 이때, 상기 화재온도곡선은 시간에 따른 수열온도의 크기와 노출시간의 값으로 주어진다.Next, each data analyzed in units of one set, i.e., the result obtained from the outer surface of the fire damaged concrete structure and the result obtained from the inner area, are compared and analyzed and expressed as a function of time (T). By comparing and analyzing the results of the fire damaged
다음으로, 상기 화재피해온도 및 화재온도곡선에 따라 상기 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 열확산경로 및 화염이동경로를 시간의 함수로 추적 및 재현한다(S210).Next, according to the fire damage temperature and fire temperature curve, the heat diffusion path and the flame movement path outside the fire damaged concrete structure are tracked and reproduced as a function of time (S210).
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 화재현장에서 코어링 채취한 화재손상 콘크리트 구조물 샘플로부터 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 화재피해온도를 예측하고 화재온도곡선을 산출함으로써, 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로를 정확하게 예측하고 화염이동경로를 용이하게 추적 재현할 수 있고, 또한, 화재현장으로부터 화재손상 콘크리트 구조물 샘플을 직접 코어링 채취하고, 열중량분석(TGA), 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석 및 기타 화학분석을 병행함으로써, 화학적 및 물리적 실험을 통해 고온노출온도와의 상관관계를 정확하게 규명할 수 있으며, 또한, 딥러닝(Deep Learning) 분석 툴을 이용하여 심층신경망(DNN) 모델을 적용함으로써 화재손상 콘크리트 구조물에 대한 화재피해온도의 예측률을 높일 수 있다.After all, according to an embodiment of the present invention, the heat diffusion of the fire damaged concrete structure by predicting the fire damage temperature by damage depth of the fire damaged concrete structure and calculating the fire temperature curve from the fire damaged concrete structure sample collected at the fire site The path can be accurately predicted and the flame moving path can be easily traced and reproduced.In addition, coring samples of fire damaged concrete structures from the fire site are directly collected, thermogravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis, and By performing other chemical analysis in parallel, it is possible to accurately identify the correlation with high temperature exposure temperature through chemical and physical experiments, and by applying a deep neural network (DNN) model using a deep learning analysis tool. It is possible to increase the predicted rate of fire damage temperature for damaged concrete structures.
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.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
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.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
110: 화재손상 콘크리트 구조물 샘플
120: 샘플 분석부
130: 표준화 디렉터리(Standard Directory)
150: 딥러닝 분석 툴(Tool)
160: 화재피해온도 예측부
170: 화재온도곡선 산출부
180: 열확산경로 예측부
190: 화염이동경로 추적 재현부
121: 열중량분석부(TGA)
122: 퓨리에변환 적외선 분광 분석부(FTIR)
123: 화학분석부
151: 제1 심층신경망(DNN) 모델
152: 데이터 비교 분석부
153: 제2 심층신경망 모델110: Fire damaged concrete structure sample
120: sample analysis unit
130: Standard Directory
150: Deep Learning Analysis Tool
160: Fire damage temperature prediction unit
170: fire temperature curve calculation unit
180: heat diffusion path prediction unit
190: flame movement path tracking reproduction unit
121: thermogravimetric analysis unit (TGA)
122: Fourier transform infrared spectral analysis unit (FTIR)
123: Chemical Analysis Department
151: first deep neural network (DNN) model
152: data comparison and analysis unit
153: the second deep neural network model
Claims (20)
딥러닝(Deep Learning) 분석을 위해 상기 샘플 분석부(120)의 분석결과에 심층 신경망(Deep Neural Network: DNN) 모델을 적용한 후, 기구축된 표준화 디렉터리(Standard Directory: 130)와 비교하여 최적의 분석결과를 도출하는 딥러닝 분석 툴(150);
상기 딥러닝 분석 툴(150)의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 특정 위치에서의 화재피해온도를 예측하는 화재피해온도 예측부(160);
상기 딥러닝 분석 툴(150)의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원(Heat source)에 해당하는 화염의 크기에 따라 화재온도곡선을 산출하는 화재온도곡선 산출부(170); 및
상기 예측된 화재피해온도 및 산출된 화재온도곡선에 따라 상기 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 시간경과에 따른 열확산경로를 예측하는 열확산경로 예측부(180)를 포함하되,
상기 열확산경로 예측부(180)는 화재현장에서 채취한 미지의 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)에 대한 화재 당시의 화재피해온도 예측에 대응하여 시간경과에 따른 열확산경로를 규명하는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.A sample analysis unit 120 for performing physical and chemical analysis of the fire damaged concrete structure sample 110 which is coring collected at the fire site and cut and processed;
For deep learning analysis, after applying a deep neural network (DNN) model to the analysis result of the sample analysis unit 120, the optimum A deep learning analysis tool 150 for deriving an analysis result;
A fire damage temperature prediction unit 160 for predicting a fire damage temperature at a specific location for each damage depth of the fire damaged concrete structure according to the deep neural network model analysis of the deep learning analysis tool 150;
A fire temperature curve calculation unit 170 for calculating a fire temperature curve according to the size of the flame corresponding to the initial heat source outside the fire damaged concrete structure according to the deep neural network model analysis of the deep learning analysis tool 150; And
Including a heat diffusion path prediction unit 180 for predicting a heat diffusion path according to the passage of time outside the fire damaged concrete structure according to the predicted fire damage temperature and the calculated fire temperature curve,
The heat diffusion path prediction unit 180 is a dip, characterized in that to identify the heat diffusion path over time in response to the prediction of the fire damage temperature at the time of the fire for the unknown fire damaged concrete structure sample 110 collected at the fire site. A running-based fire-damaged concrete structure's thermal diffusion path prediction system.
상기 예측된 화재피해온도 및 산출된 화재온도곡선에 따라 화재현장의 화재발생지로부터 열의 이동경로를 시간의 함수로 추적 및 재현하는 열의 확산 및 화염이동경로 추적 재현부(190)를 추가로 포함하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.The method of claim 1,
Deep learning further includes a heat diffusion and flame movement path tracking reproduction unit 190 for tracking and reproducing the heat movement path as a function of time from the fire place of the fire site according to the predicted fire damage temperature and the calculated fire temperature curve -Based fire damage concrete structure heat diffusion path prediction system.
상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 질량감소율을 측정하는 열중량 분석(Thermo-Gravimetric Analysis: TGA)을 수행하는 열중량 분석부(121);
상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 화재피해온도에 따라 특정 파장넘버에서 나타나는 피크(peak)의 최대값 및 해당 부위의 면적을 분석하는 퓨리에변환 적외선 분광(Fourier Transform Infrared: FTIR) 분석부(122); 및
분석 목적에 따라 화학분석장비를 병행하여 화학적 분석을 진행하는 화학분석부(123)를 포함하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.The method of claim 1, wherein the sample analysis unit 120,
A thermogravimetric analysis unit 121 performing a thermogravimetric analysis (TGA) measuring the mass reduction rate of the fire damaged concrete structure sample 110;
Fourier Transform Infrared (FTIR) analysis unit 122 that analyzes the maximum value of the peak appearing at a specific wavelength number and the area of the corresponding part according to the fire damage temperature of the fire damaged concrete structure sample 110 ); And
A deep learning-based heat diffusion path prediction system for fire damaged concrete structures, including a chemical analysis unit 123 that performs chemical analysis in parallel with chemical analysis equipment according to the analysis purpose.
상기 열중량 분석부(121)에서 화재피해온도가 높을수록 전체 질량감소율이 작게 나타나고, 상기 푸리에변환 적외선 분광 분석부(122)에서 전체적으로 화재피해온도가 높을수록 피크(peak)의 최대값과 그 부위의 면적이 작아지는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.The method of claim 3,
The higher the fire damage temperature in the thermogravimetric analysis unit 121, the smaller the total mass reduction rate appears, and the higher the overall fire damage temperature in the Fourier transform infrared spectroscopy unit 122, the maximum value of the peak and the portion thereof. Deep learning-based heat diffusion path prediction system of a fire damaged concrete structure, characterized in that the area of is reduced.
상기 샘플 분석부(120)의 분석결과는 일부만을 차용하거나 값을 변형시킬 수 있고, 환경적 영향요인으로부터 분석결과가 영향을 받지 않도록 노이즈 제거 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.The method of claim 3,
Deep learning-based fire damage concrete, characterized in that the analysis result of the sample analysis unit 120 may be partially borrowed or the value may be changed, and a noise removal process is performed so that the analysis result is not affected by environmental influence factors. Structure's thermal diffusion path prediction system.
상기 표준화 디렉터리(130)는 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 질량감소율을 나타내는 열중량 분석(TGA) 결과, 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 화학성분 변화를 나타내는 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석결과 및 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 기타 분석결과를 포함시켜 구축된 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.The method of claim 3,
The standardization directory 130 is the result of thermogravimetric analysis (TGA) showing the mass reduction rate by exposure temperature of the fire damaged concrete structure samples coring collected at the fire site, the exposure temperature of the fire damaged concrete structure samples coring collected at the fire site. A deep learning-based fire-damaged concrete structure, characterized in that it was constructed by including the results of Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis showing the change in chemical composition of each and other analysis results of fire-damaged concrete structure samples coring from the fire site. Thermal diffusion path prediction system.
상기 열중량 분석부(121)의 단독 분석결과를 입력 데이터로 하여 화재손상 콘크리트 구조물 내측의 손상깊이별 화재피해온도와 화재손상 콘크리트 구조물 외측 열원에 해당되는 부분의 화재온도곡선을 산출하기 위한 최종 출력(output)을 도출하는 제1 심층신경망(DNN) 모델(151);
제1 심층신경망(DNN) 모델(151)의 상관값이 적정 수준 이하인 경우, 상기 열중량 분석부(121)의 분석결과, 상기 퓨리에변환 적외선 분광 분석부(122)의 분석결과 및 상기 화학분석부(123)의 분석결과를 입력 데이터로 하여 명확하게 나타나는 특징(Feature)에 대해 가중치를 두어 재분석하여, 화재손상 콘크리트 구조물 내측의 손상깊이별 화재피해온도와 화재손상 콘크리트 구조물 외측 열원에 해당되는 부분의 화재온도곡선을 산출하기 위한 최종 출력(output)을 도출하는 제2 심층신경망 모델(153); 및
상기 제1 심층신경망 모델(151)의 분석결과 또는 제2 심층신경망 모델(153)의 분석결과를 상기 기구축된 표준화 디렉터리(130)와 비교하는 데이터 비교 분석부(152)를 포함하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.The method of claim 3, wherein the deep learning analysis tool 150,
Final output for calculating the fire damage temperature by the damage depth inside the fire damaged concrete structure and the fire temperature curve of the part corresponding to the heat source outside the fire damaged concrete structure using the result of the single analysis of the thermogravimetric analysis unit 121 as input data a first deep neural network (DNN) model 151 to derive (output);
When the correlation value of the first deep neural network (DNN) model 151 is below an appropriate level, the analysis result of the thermogravimetric analysis unit 121, the analysis result of the Fourier transform infrared spectral analysis unit 122, and the chemical analysis unit Using the analysis result in (123) as input data, weighted and reanalyzed for clearly indicated features, the fire damage temperature and the heat source outside the fire damaged concrete structure by damage depth were re-analyzed. A second deep neural network model 153 for deriving a final output for calculating a fire temperature curve; And
Deep learning including a data comparison and analysis unit 152 that compares the analysis result of the first deep neural network model 151 or the analysis result of the second deep neural network model 153 with the established standardization directory 130 A system for predicting the heat diffusion path of the base fire damaged concrete structure.
상기 제2 심층신경망 모델(153)에서 상기 특징은 특정 온도에서 명확하게 나타나는 결과값인 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.The method of claim 7,
In the second deep neural network model (153), the characteristic is a result value clearly displayed at a specific temperature. A system for predicting a heat diffusion path of a fire damaged concrete structure based on deep learning.
상기 화재온도곡선 산출부(170)는 1세트 단위로 분석한 각각의 데이터인 화재손상 콘크리트 구조물 외측 표면에서 얻은 결과값과 내측 영역에서 얻은 결과값을 비교 분석하여 시간(T)의 함수로 나타내고, 주변부에서 코어링된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 결과와 비교 분석함으로써, 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원(Heat source)에 해당하는 화염의 크기에 따라 화재온도곡선을 산출하되, 상기 화재온도곡선은 시간에 따른 수열온도의 크기와 노출시간의 값으로 주어지는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.The method of claim 1,
The fire temperature curve calculation unit 170 compares and analyzes the result value obtained from the outer surface of the fire damaged concrete structure and the result value obtained from the inner area, which is each data analyzed in units of one set, and expresses it as a function of time (T), By comparing and analyzing the result of the fire damaged concrete structure sample 110 cored at the periphery, the fire temperature curve is calculated according to the size of the flame corresponding to the initial heat source outside the fire damaged concrete structure, but the fire temperature A deep learning-based heat diffusion path prediction system for fire damaged concrete structures, characterized in that the curve is given by the size of the water heat temperature and the value of the exposure time according to time.
상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은 화재손상 콘크리트 구조물의 벽, 기둥 또는 슬래브의 건축부재를 대상으로 코어링(Coring)을 실시하여 채취하되, 코어링 직경은 30㎜ 이하로 하고, 코어링 깊이는 적어도 40㎜ 이상 주철근 위치까지 실시하는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.The method of claim 1,
The fire damaged concrete structure sample 110 is collected by coring the building member of the wall, column or slab of the fire damaged concrete structure, but the coring diameter is 30 mm or less, and the coring depth The deep learning-based heat diffusion path prediction system of a fire damaged concrete structure, characterized in that to conduct at least 40㎜ or more to the position of the main reinforcement.
상기 코어링 채취 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은 10㎜ 간격으로 정밀 절단되며, 하나의 위치에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은 적어도 4개 이상의 절단된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)을 1세트(set)로 정의하고, 모든 분석은 1세트 단위로 실시하되, 해당하는 값이 기구축된 표준화 DB와 모두 일치하거나 가장 유사한 값을 찾아서 출력(output)을 도출하는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.The method of claim 10,
The coring-collected fire-damaged concrete structure sample 110 is precisely cut at intervals of 10 mm, and the fire-damaged concrete structure sample 110 coring-collected at one location includes at least four fire-damaged concrete structure samples ( 110) is defined as one set, and all analyzes are performed in units of one set, and the corresponding value matches all or the most similar values to the standardized DB and derives the output. Deep learning-based heat diffusion path prediction system for fire damaged concrete structures.
상기 1세트(set) 단위 분석은 하나의 위치에서 코어링한 샘플을 10㎜ 간격으로 절단하여 최소한 4개 이상을 분석함으로써, 각각의 구간별 결과값 비교시 열의 확산속도를 시간의 함수로 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 시스템.The method of claim 11,
The one-set analysis is performed by cutting at least four samples by cutting at 10 mm intervals at one location, so that the heat diffusion rate can be expressed as a function of time when comparing the result values for each section. Deep learning-based heat diffusion path prediction system of fire damaged concrete structures, characterized in that there is.
b) 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)에 대한 물리적 및 화학적 분석을 실시하는 단계;
c) 딥러닝 분석 툴(150)의 심층신경망(DNN) 모델(151, 152)을 선정하는 단계;
d) 샘플 분석결과를 상기 심층신경망 모델(151, 152)에 입력하고, 최종 출력을 기구축된 표준화 디렉터리(130)와 비교 분석하는 단계;
e) 상기 딥러닝 분석 툴(150)의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물의 손상깊이별 특정 위치에서의 화재피해온도를 예측하는 단계;
f) 상기 딥러닝 분석 툴(150)의 심층신경망 모델 분석에 따라 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원(Heat source)에 해당하는 화염의 크기에 따라 화재온도곡선을 산출하는 단계; 및
g) 상기 예측된 화재피해온도 및 산출된 화재온도곡선에 따라 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로를 예측하고, 화재현장의 화재발생지로부터 화염의 이동경로를 시간의 함수로 추적 및 재현하는 단계를 포함하되,
상기 g) 단계에서 화재현장에서 채취한 미지의 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)에 대한 화재 당시의 화재피해온도 예측에 대응하여 시간경과에 따른 열확산경로를 규명하는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법.a) coring sampling and cutting the fire damaged concrete structure sample 110 at the fire site;
b) performing physical and chemical analysis on the fire damaged concrete structure sample (110);
c) selecting a deep neural network (DNN) model 151, 152 of the deep learning analysis tool 150;
d) inputting the sample analysis result to the deep neural network models (151, 152), and comparing and analyzing the final output with the standardized directory (130);
e) predicting the fire damage temperature at a specific location for each damage depth of the fire damaged concrete structure according to the deep neural network model analysis of the deep learning analysis tool 150;
f) calculating a fire temperature curve according to the size of the flame corresponding to the initial heat source outside the fire damaged concrete structure according to the deep neural network model analysis of the deep learning analysis tool 150; And
g) predicting the heat diffusion path of the fire damaged concrete structure according to the predicted fire damage temperature and the calculated fire temperature curve, and tracking and reproducing the movement path of the flame from the fire site of the fire site as a function of time. ,
Deep learning-based fire, characterized in that the heat diffusion path over time is identified in response to the prediction of the fire damage temperature at the time of the fire for the unknown fire damaged concrete structure sample 110 collected at the fire site in step g). Method for predicting the thermal diffusion path of damaged concrete structures.
상기 a) 단계의 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은 화재손상 콘크리트 구조물의 벽, 기둥 또는 슬래브의 건축부재를 대상으로 코어링(Coring)을 실시하여 채취하되, 코어링 직경은 30㎜ 이하로 하고, 코어링 깊이는 적어도 40㎜ 이상 주철근 위치까지 실시하는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법.The method of claim 13,
The fire damaged concrete structure sample 110 of step a) is collected by coring the building member of the wall, column or slab of the fire damaged concrete structure, and the coring diameter is 30 mm or less. , Deep learning-based method for predicting heat diffusion paths of fire damaged concrete structures, characterized in that the coring depth is carried out to the position of the main reinforcement at least 40 mm or more.
상기 코어링 채취 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은 10㎜ 간격으로 정밀 절단되며, 하나의 위치에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)은 적어도 4개 이상의 절단된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)을 1세트(set)로 정의하고, 모든 분석은 1세트 단위로 실시하되, 해당하는 값이 기구축된 표준화 DB와 모두 일치하거나 가장 유사한 값을 찾아서 출력(output)을 도출하는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법.The method of claim 14,
The coring-collected fire-damaged concrete structure sample 110 is precisely cut at intervals of 10 mm, and the fire-damaged concrete structure sample 110 coring-collected at one location includes at least four fire-damaged concrete structure samples ( 110) is defined as one set, and all analyzes are performed in units of one set, and the corresponding value matches all or the most similar values to the standardized DB and derives the output. A deep learning-based method for predicting the heat diffusion path of fire damaged concrete structures.
상기 1세트(set) 단위 분석은 하나의 위치에서 코어링한 샘플을 10㎜ 간격으로 절단하여 최소한 4개 이상을 분석함으로써, 각각의 구간별 결과값 비교시 열의 확산속도를 시간의 함수로 나타내는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법.The method of claim 15,
The one set unit analysis is that the sample coring at one location is cut at 10 mm intervals and at least four are analyzed to represent the heat diffusion rate as a function of time when comparing the result values for each section. A deep learning-based method for predicting heat diffusion paths of fire damaged concrete structures.
b-1) 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 질량감소율을 측정하는 열중량 분석(Thermo-Gravimetric Analysis: TGA)을 수행하는 단계;
b-2) 상기 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 화재피해온도에 따라 특정 파장넘버에서 나타나는 피크(peak)의 최대값 및 해당 부위의 면적을 분석하는 퓨리에변환 적외선 분광(Fourier Transform Infrared: FTIR) 분석 단계; 및
b-3) 분석 목적에 따라 화학분석장비를 병행하여 화학적 분석을 진행하는 단계를 포함하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법.The method of claim 13, wherein step b),
b-1) performing Thermo-Gravimetric Analysis (TGA) for measuring the mass reduction rate of the fire damaged concrete structure sample 110;
b-2) Fourier Transform Infrared (FTIR) analyzing the maximum value of the peak appearing at a specific wavelength number and the area of the corresponding part according to the fire damage temperature of the fire damaged concrete structure sample 110 Analysis step; And
b-3) A deep learning-based method for predicting heat diffusion paths of fire damaged concrete structures, including the step of conducting chemical analysis in parallel with chemical analysis equipment according to the purpose of analysis.
상기 d) 단계의 표준화 디렉터리(130)는 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 질량감소율을 나타내는 열중량 분석(TGA) 결과, 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 노출온도별 화학성분 변화를 나타내는 푸리에변환 적외선 분광(FTIR) 분석결과 및 화재현장에서 코어링 채취된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플의 기타 분석결과를 포함시켜 구축된 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법.The method of claim 13,
The standardization directory 130 of step d) is a thermogravimetric analysis (TGA) showing the mass reduction rate by exposure temperature of the fire damaged concrete structure sample coring collected at the fire site, and the fire damaged concrete structure coring collected at the fire site. A deep learning-based fire characterized by including the results of Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis showing the change of chemical composition by exposure temperature of the sample and other analysis results of fire damaged concrete structure samples coring from the fire site. Method for predicting the thermal diffusion path of damaged concrete structures.
상기 f) 단계에서 1세트 단위로 분석한 각각의 데이터인 화재손상 콘크리트 구조물 외측 표면에서 얻은 결과값과 내측 영역에서 얻은 결과값을 비교 분석하여 시간(T)의 함수로 나타내고, 주변부에서 코어링된 화재손상 콘크리트 구조물 샘플(110)의 결과와 비교 분석함으로써, 화재손상 콘크리트 구조물 외측의 최초 열원(Heat source)에 해당하는 화염의 크기에 따라 화재온도곡선을 산출하되, 상기 화재온도곡선은 시간에 따른 수열온도의 크기와 노출시간의 값으로 주어지는 것을 특징으로 하는 딥러닝-기반 화재손상 콘크리트 구조물의 열확산경로 예측 방법.The method of claim 13,
The results obtained from the outer surface of the fire damaged concrete structure, which are each data analyzed in units of one set in the step f) above, are compared and analyzed with the results obtained from the inner area, and are expressed as a function of time (T), and cored from the periphery. By comparing and analyzing the results of the fire damaged concrete structure sample 110, the fire temperature curve is calculated according to the size of the flame corresponding to the initial heat source outside the fire damaged concrete structure, but the fire temperature curve is A deep learning-based method for predicting the heat diffusion path of a fire damaged concrete structure, characterized in that given by the size of the water heat temperature and the value of the exposure time.
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115457737B (en) * | 2022-08-11 | 2023-08-08 | 同济大学 | Real-time calculation method for displacement of key node of fire collapse early warning of single-layer factory building |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014006143A (en) | 2012-06-25 | 2014-01-16 | Daiwa House Industry Co Ltd | Method and system for diagnosing deterioration of building |
KR101554165B1 (en) | 2014-12-19 | 2015-09-21 | 한국건설기술연구원 | System for predicting residual service life of fire-damaged concrete structures, and method for the same |
JP2016065809A (en) | 2014-09-25 | 2016-04-28 | 前田建設工業株式会社 | Concrete structure inspection support device, inspection support method and program |
KR101745858B1 (en) | 2017-05-16 | 2017-06-12 | (주)제이알씨엠 | Fire management system having thermal fuse |
KR101792435B1 (en) | 2016-09-13 | 2017-11-20 | 이화여자대학교 산학협력단 | Damage evaluation method for fire damaged structure |
JP2017223546A (en) | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 日本電信電話株式会社 | Method for evaluating degradation in resin concrete |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101991825B1 (en) * | 2017-10-24 | 2019-06-24 | 대진대학교 산학협력단 | Estimation Method of Thermal Temperature of Concrete Structures Damaged by Fire |
KR101920886B1 (en) | 2018-06-19 | 2018-11-21 | 한국건설기술연구원 | Chemical healing method for mitigating subsequent damage of concrete building structure due to fire |
-
2019
- 2019-09-25 KR KR1020190118011A patent/KR102256239B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014006143A (en) | 2012-06-25 | 2014-01-16 | Daiwa House Industry Co Ltd | Method and system for diagnosing deterioration of building |
JP2016065809A (en) | 2014-09-25 | 2016-04-28 | 前田建設工業株式会社 | Concrete structure inspection support device, inspection support method and program |
KR101554165B1 (en) | 2014-12-19 | 2015-09-21 | 한국건설기술연구원 | System for predicting residual service life of fire-damaged concrete structures, and method for the same |
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