KR200413246Y1 - Estimating System of Danger Rate for a Tunnel Fire - Google Patents

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KR200413246Y1 KR2020060002500U KR20060002500U KR200413246Y1 KR 200413246 Y1 KR200413246 Y1 KR 200413246Y1 KR 2020060002500 U KR2020060002500 U KR 2020060002500U KR 20060002500 U KR20060002500 U KR 20060002500U KR 200413246 Y1 KR200413246 Y1 KR 200413246Y1
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Abstract

본 고안은 터널 위험도의 예측시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널 화재발생 시나리오 및 이에 따른 사고발생율을 추정하기 위한 단계; 화재발생시 터널내 차량의 정체길이 및 차량수를 분석하는 단계; 차량내 대피자의 대피시간을 측정하는 단계; 터널내 온도 및 유해가스 농도를 측정하는 단계; 및 FED(fractional effective dose) 측정 단계를 포함하는, 터널화재 위험도의 예측시스템에 관한 것이다. 본 고안의 터널화재 위험도의 예측시스템을 사용하면 다양한 터널의 위험도를 정량적으로 평가할 수 있으므로, 안전한 터널구축을 위한 공사 내지는 완공된 터널의 보완하는 활용될 수 있다.The present invention relates to a tunnel risk prediction system, and more particularly, a step for estimating a tunnel fire occurrence scenario and an accident occurrence rate; Analyzing the congestion length and the number of vehicles in the tunnel during a fire; Measuring the evacuation time of the evacuator in the vehicle; Measuring temperature and harmful gas concentration in the tunnel; And a fractional effective dose (FED) measurement step. By using the tunnel fire risk prediction system of the present invention, the risk of various tunnels can be quantitatively evaluated, and thus can be used to supplement the construction or completed tunnels for safe tunnel construction.

터널 위험도, 터널화재, FED Tunnel Risk, Tunnel Fire, FED

Description

터널화재 위험도의 예측시스템{Estimating System of Danger Rate for a Tunnel Fire}Estimating System of Danger Rate for a Tunnel Fire

도 1은 화재발생 시나리오에 대한 개략도이고, 1 is a schematic diagram of a fire occurrence scenario;

도 2는 터널화재시 대피시간을 구분하는 설정점을 나타낸 것이고, Figure 2 shows a set point for classifying the evacuation time in tunnel fire,

도 3a 도 3b는 차량에서 대기시간(도 3a) 및 결정시간 분포(도 3b)를 나타낸 터널대피 특성별 확률분포를 나타낸 그래프이고, 3A and 3B are graphs showing probability distributions according to tunnel evacuation characteristics showing waiting time ( FIG. 3A ) and determination time distribution ( FIG. 3B ) in a vehicle .

도 4는 차로수 및 피난연락갱 설치간격에 따른 대피시간을 비교한 그래프이고, 4 is a graph comparing the evacuation time according to the number of lanes and the interval between the evacuation gang installation,

도 5는 인원수에 따른 대피시간을 비교한 그래프이고, 5 is a graph comparing the evacuation time according to the number of people,

도 6은 차량배치에 따른 대피시간 검토를 위한 모델터널을 나타낸 것이고, 6 shows a model tunnel for evacuation time review according to the vehicle arrangement,

도 7은 유해물질 위험도 평가모델이고, 7 is a hazardous substance risk assessment model,

도 8은 교통사고 모델이고, 8 is a traffic accident model,

도 9는 터널기본 제원 입력화면이고, 9 is a tunnel basic specification input screen,

도 10은 가시속도와 보행속의 관계를 나타낸 그래프이고, 10 is a graph showing the relationship between visible speed and walking speed,

도 11은 simulex와 본 고안을 비교한 대피시간 그래프이고 11 is a evacuation time graph comparing the present invention with simulex

도 12a도 12b는 피난연락갱 간격 250 m(도 12a) 및 피난연락갱 간격 500 m(도 12b)인 경우의 시간대별 대피인원을 비교한 그래프이고, 12A and 12B are graphs comparing evacuation personnel by time in the case of an evacuation contact interval 250 m ( FIG. 12A ) and an evacuation contact interval 500 m ( FIG. 12B ),

도 13은 위험도 평가모델에 의한 대피시간 및 FED 평가를 나타낸 그래프이고, 13 is a graph showing evacuation time and FED evaluation by the risk assessment model,

도 14는 본 고안의 일실시예에 따른 개략적인 시스템 구성도이다. 14 is a schematic system configuration diagram according to an embodiment of the present invention.

본 고안은 터널 위험도의 예측시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널 화재발생 시나리오 및 이에 따른 사고발생율을 추정하여 터널에 대한 사고발생율을 예측하는 단계; 화재발생시 터널내 차량의 정체길이 및 차량수를 분석하는 단계; 차량내 대피자의 대피시간을 측정하는 단계; 터널내 온도 및 유해가스 농도를 측정하는 단계; 및 FED(fractional effective dose) 측정 단계를 포함하는, 터널화재 위험도의 예측시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a tunnel risk prediction system, and more particularly, estimating an accident occurrence rate for a tunnel by estimating a tunnel fire occurrence scenario and an accident occurrence rate; Analyzing the congestion length and the number of vehicles in the tunnel during a fire; Measuring the evacuation time of the evacuator in the vehicle; Measuring temperature and harmful gas concentration in the tunnel; And a fractional effective dose (FED) measurement step.

도로터널에서의 재해발생은 시설물의 훼손이나 이용차량의 통행불가로 인한 재산상의 피해뿐 아니라 인명에 대한 치명적인 결과를 가져오므로 발생원인을 최소화시키고 피치 못할 재해의 발생에 대비하여 신속하고 체계적인 방재대책의 마련이 필요하다. 국내 및 국외 도로터널의 방재 대책에 대한 연구는 근래에 이르러 활성화되고 있으며 외국에서는 몽블랑 터널이나 영불해저터널 등 일련의 대형 사고의 발생으로 체계적인 대응책의 수립이 필수적이라는 인식을 갖게 하였으며, 최근 국내에서도 2003년 2월 18일 대구지하철 화재참사와 연이어 6월 6일 홍지문 터널의 화재사고로 효과적인 방재대책에 대한 인식을 새롭게 하고 있다.Accidents in road tunnels can cause fatal consequences for human life as well as damage to property due to damage to facilities or the inability to use vehicles, so that the causes of accidents can be minimized and preventive measures can be taken promptly and systematically. It is necessary to prepare. Research on disaster prevention measures in domestic and foreign road tunnels has been actively promoted in recent years, and it has been recognized that the establishment of systematic countermeasures is essential in Korea due to the occurrence of a series of large-scale accidents such as the Mont Blanc tunnel and the Youngbul Submarine Tunnel. The fire accident at the Hongjimun Tunnel on June 6, following the Daegu subway fire disaster on February 18, 2015, has renewed the awareness of effective disaster prevention measures.

터널의 재해는 발생원인의 근본적인 제거가 가장 효과적인 방재대책이나 불행하게도 재해가 발생하게 되면 재해 상황의 정확한 판단으로 이용객의 신속한 대피를 유도하고, 인명구조와 화재진압 및 주변지역의 확산 방지가 필요하다. 또한 대응시설의 설치와 함께 효율적인 운영체계의 구성도 중요하며, 각 상황별로 세부적인 시나리오의 구성과 체계적인 대응 시스템의 개발로 터널별 특성에 맞는 종합 방재 매뉴얼의 작성과 전반적인 훈련이 필요하다. 이러한 일련의 대책은 보다 안전한 도로 터널 환경을 유지시킬 것이며 도로계획, 설계 및 유지관리 업무에 효과적으로 사용될 수 있다.Disasters in tunnels are the most effective countermeasures against which the cause of occurrence is most effective, but unfortunately, when a disaster occurs, it is necessary to prompt evacuation of users by accurate judgment of the disaster situation, and to save lives, extinguish fire and prevent the spread of surrounding areas. . In addition, the construction of an efficient operating system is important along with the installation of response facilities, and the preparation of comprehensive disaster prevention manuals suitable for the characteristics of tunnels and the overall training are required by constructing detailed scenarios and developing systematic response systems for each situation. This series of measures will maintain a safer road tunnel environment and can be effectively used for road planning, design and maintenance work.

도로터널에 대한 위험도 평가는 최근에 터널의 위험성에 대한 정량적인 평가를 위해 도입되기 시작하였으며, 국내의 경우에도 배후령 터널, 거제침메터널 등을 설계하면서 외국의 용역사를 통해서 수행한 바 있다. 그러나, 터널 위험도에 대한 평가는 현재까지 구체적으로 확립된 기준은 없으며, 소수의 통계 데이터에 의존하고 있는 실정이며, 대표적인 평가모델로 OECD(경제협력개발기구)와 PIARC(세계도로협회; permanent international association road congress)에 의해서 개발된 평가모델(QRAM; Quantitative Risk Assessment Model)이 있으나 이는 터널을 통과하는 위험물 수송차량에 국한하고 있으며, 아직까지 국내에 도입된 바는 없다.The risk assessment for road tunnels has recently been introduced to quantitatively evaluate the risks of tunnels. In Korea, the design of the backing tunnel and Geoje needle tunnel was carried out through foreign service. However, the evaluation of tunnel risks has not been specifically established until now, and it depends on a small number of statistical data. Representative evaluation models are the OECD (International Organization for Economic Cooperation and Development) and PIARC (permanent international association). There is a quantitative risk assessment model (QRAM) developed by road congress, but it is limited to vehicles carrying dangerous goods through tunnels.

이에, 본 고안자들은 도로터널의 길이 및 피난연락갱 설치간격과 화재규모(차종별화재강도) 등을 기초자료로 하여 터널내 대피자의 대피시간, 유해가스농도 등을 검토하고 대피자가 유해가스에 노출되는 정도를 FED값으로 정량화하여 다양한 위험요소에 따른 위험도를 평가함으로서 터널화재시 사상자수를 포함한 터널의 위험도를 예측할 수 있는 방법을 개발함으로써 본 고안을 완성하였다.Therefore, the inventors reviewed evacuation time and harmful gas concentrations of evacuated evacuators in tunnels based on the length of road tunnels, evacuation contact gang installation intervals, and fire size (fire intensity). The present invention was completed by developing a method to predict the risk of tunnels including casualties in tunnel fires by evaluating the risk according to various risk factors by quantifying the degree to FED.

본 고안의 목적은 터널내 화재시 유해가스 및 열환경에 의해서 대피자가 받는 영향을 FED 값으로 정량적으로 평가 표시함으로써 터널의 위험도를 예측하여 안전한 터널공사 및 위험에 대한 대처 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a safe tunnel construction and safe countermeasure by predicting the risk of tunnel by quantitatively evaluating and displaying the impact of evacuated by toxic gas and thermal environment in case of fire in tunnel.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 터널 화재발생 시나리오 및 이에 따른 사고발생율을 추정하기 위한 데이터를 얻는 단계; 화재발생시 터널내 차량의 정체길이 및 차량수를 분석하는 단계; 차량내 대피자의 대피시간을 측정하는 단계; 터널내 온도 및 유해가스 농도를 측정하는 단계; 및 FED(fractional effective dose) 측정 단계를 포함하는, 터널화재 위험도의 예측시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of obtaining a data for estimating the tunnel fire occurrence scenario and the accident occurrence rate; Analyzing the congestion length and the number of vehicles in the tunnel during a fire; Measuring the evacuation time of the evacuator in the vehicle; Measuring temperature and harmful gas concentration in the tunnel; And it provides a tunnel fire risk prediction system comprising a step of measuring a fractional effective dose (FED).

이하, 본 고안을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 고안의 터널화재 위험도의 예측시스템에 있어서, 상기 터널 화재발생에 대한 시나리오는 승용차의 화재발생 시나리오 및, 버스 및 화물 차량의 화재발생 시나리오로 구성되고, 상기 승용차의 화재발생 시나리오는 승용차 1대에 대한 최대화재 강도를 5 MW로, 사고의 40%를 경미한 화재로 설정하며, 승용차 2대 이상의 차량으로 확산되는 화재강도를 10 MW로 하며, 인접차량으로 화재가 확대될 가능성을 2%로 설정되며, 상기 버스 및 화물 차량의 화재발생 시나리오는 화물차량과 버스의 화재중 87%는 20 MW급, 11%는 30 MW급, 2%는 50 MW 이상급으로 설정하며, 20, 30 MW의 화재에 대해서 화재성장율 및 총발생열량을 0.1 ㎾/s2, 41 GJ과 54 GJ로, 50 MW 급 이상의 화재에 대해서는 화재성장율 및 총발생열량을 0.215 ㎾/s2, 65 GJ로 설정하는 것이 바람직하다.In the tunnel fire risk prediction system of the present invention, the scenario for the tunnel fire occurrence is composed of a fire occurrence scenario of a passenger car and a fire occurrence scenario of a bus and a cargo vehicle, and the fire occurrence scenario of the passenger car is performed on one passenger car. The maximum intensity of the fire is set to 5 MW, 40% of accidents are set to minor fires, the fire intensity spreading to two or more cars is set to 10 MW, and the probability of expanding the fire to adjacent vehicles is set to 2%. In the fire scenario of the bus and freight vehicle, 87% of freight and bus fires are set at 20 MW, 11% at 30 MW, and 2% at 50 MW or higher. It is desirable to set the fire growth rate and total heat generation amount to 0.1 ㎾ / s 2 , 41 GJ and 54 GJ, and for fires of 50 MW or higher, the fire growth rate and total heat generation amount to 0.215 ㎾ / s 2 and 65 GJ.

또한, 본 고안의 터널화재 위험도의 예측시스템에 있어서, 상기 사고발생율은 30~40건/1억 Vehㆍ㎞로 설정하는 것이 바람직하다.Further, in the tunnel fire risk prediction system of the present invention, it is preferable that the accident occurrence rate is set to 30-40 cases / 100 million Veh · km.

또한, 본 고안의 터널화재 위험도의 예측시스템에 있어서, 상기 차량의 정체길이 및 차량수의 분석은 교통특성을 정체시(congest traffic flow)와 정상시(normal traffic flow)로 구분하여 설정하며, 터널 구간을 화재지점을 기준으로 5개의 구간(zone 1: 터널폐쇄후 화재후방에 차량이 존재하지 않는 구간, zone 2: 터널차단 이전에 도착한 차량이 사고를 인식하지 못하고 계속 진행하는 구간, zone 3: 차량이 정체된 구간, zone 4: 화재하류의 차량이 없는 구간, zone 5: 화재하류 의 차량이 계속 진행하는 구간)으로 구분하여 시간대별 차량수를 계산하며,In addition, in the tunnel fire risk prediction system of the present invention, the analysis of the traffic jam length and the number of vehicles is set by dividing the traffic characteristics into congest traffic flow (normal traffic flow) and normal traffic flow (tunnel) Zones are divided into five zones based on the fire point (zone 1: zone where no vehicles exist behind the fire after the tunnel is closed, zone 2: zone where vehicles arriving before the tunnel are not aware of an accident and continue on, zone 3: Calculate the number of vehicles per time zone by dividing the vehicle into stagnant zones, zone 4: zones without fire downstream vehicles, zone 5: zones where vehicles downstream of fire continue, and

정체지점의 전파속도(speed of shock wave; Uw)는The speed of shock wave (U w ) at the point of congestion

Figure 112006006495183-utm00001
Figure 112006006495183-utm00001

여기서, q1 : 정체지점의 시간교통량(traffic flow rate), q2 : 도착 시간 교통량(pc/h), D0: 정체저점의 교통밀도(150 pc/㎞), D1 : 도착교통류의 교통밀도이고,Where q 1 : traffic flow rate at the point of congestion, q 2 : time of arrival traffic (pc / h), D 0 : traffic density at the point of congestion (150 pc / km), D 1 : traffic of arrival traffic Density,

차두간격은The car head spacing

Figure 112006006495183-utm00002
Figure 112006006495183-utm00002

여기서, Ni : I 차종의 차량수, PCUtotal : 총괄 승용차 환산계수, Φi : I 차종의 혼입율이고,Where N i : the number of vehicles in I, PCU total : Overall passenger car conversion factor, Φ i : Mixing ratio of I model,

평균차두간격(Dv)은Average head spacing (Dv)

Figure 112006006495183-utm00003
Figure 112006006495183-utm00003

여기서, CLi는 i 차종의 차량길이이고,Where CL i is the vehicle length of model i,

전방의 대피자와의 거리에 따른 보행속도는The walking speed according to the distance from the evacuator in front

Figure 112006006495183-utm00004
Figure 112006006495183-utm00004

Wspd = Vu, Dp>td W spd = V u , D p > t d

여기서, Vu는 방해물이 없는 경우에 보행속도로 Vu = 1.4 ㎧, Dp는 앞사람과의 거리, TD : 1.6 m, b : body depth이고,Where V u is the walking speed in the absence of obstructions, V u = 1.4 ㎧, D p is the distance to the person in front of it, T D : 1.6 m, b: body depth,

밀도에 의한 보행속도는Walking speed by density

Figure 112006006495183-utm00005
Figure 112006006495183-utm00005

Wspd = 0.85kW spd = 0.85k

여기서, a = 0.266 ㎡/person, DH : 밀도, k는 상수로 경사로(ramp)나 회랑(corridor), 출입구(doorway)의 경우에는 1.4 ㎧인 것이 바람직하다.Here, a = 0.266 m 2 / person, D H : density, k is preferably constant in the case of ramps, corridors, doorways.

또한, 본 고안의 터널화재 위험도의 예측시스템에 있어서, 상기 차량내 대피자의 대피시간의 측정은 화재 발생후 차량에서 대기하는 대기시간(time in car or leave the car)과 차량에서 하차하여 대피를 결정하는 시간(hesitation time), 대피를 시작하여 안전장소로 이동하는 대피시간(walking time)으로 설정하는 것이 바람직하며, 상기 차량내 대피자의 대피시간의 측정은 경고 방송후에 차량을 버리는 사람은 81.6%이며 통계분포는 GEV(-0.22, 19.81, 33.08)(GEV 함수 :

Figure 112006006495183-utm00006
)이고 비율/확률분포식은 28 0.28+(1-0.28)GEV(-0.44, 13, 8.42)를 따르며, 나머지 사람중 51%는 80~130초 전에 차량을 버리는 사람으로 통계분포는 Norm(41.6, 17.1)을(Norm 함수:
Figure 112006006495183-utm00007
), 49%는 80~130초 이후에 차량을 버리는 사람으로 통계분포는 Gumb(28.8, 155)(Gumb 함수 :
Figure 112006006495183-utm00008
)이며, 이들의 비율/확률분포식은 8 0.08+(1-0.08)Norm(151, 8)를 따르는 것이 보다 바람직하다.In addition, in the tunnel fire risk prediction system of the present invention, the evacuation time of the evacuation of the evacuator in the vehicle is measured in the waiting time (car in the car or leave the car) after the fire and get off the evacuation It is desirable to set the hesitation time, the walking time to start evacuation and move to a safe place.The evacuation time of the evacuator in the vehicle is 81.6. % And the statistical distribution is GEV (-0.22, 19.81, 33.08) (GEV function:
Figure 112006006495183-utm00006
), And the ratio / probability distribution follows 28 0.28+ (1-0.28) GEV (-0.44, 13, 8.42), with 51% of the people dropping cars before 80-130 seconds, with a statistical distribution of Norm (41.6, (Norm function: 17.1)
Figure 112006006495183-utm00007
49% are those who dump their vehicles after 80 ~ 130 seconds, and the statistic distribution is Gumb (28.8, 155) (Gumb function:
Figure 112006006495183-utm00008
It is more preferable that the ratio / probability distribution formula follows 8 0.08 + (1-0.08) Norms (151, 8).

또한, 본 고안의 터널화재 위험도의 예측시스템에 있어서, 상기 차량내 대피자의 대피시간의 측정은 차로수(편도 2,3,4 차로)로 이루어지고, 상기 2, 3, 4차로의 경우 각각 1.14 s/m, 1.23 s/m, 1.548 s/m로 설정하는 것이 바람직하고, 추가적으로 어린이를 포함하여 이루어지고, 성인의 보행속도는 1~1.2 ㎧, 어린이의 보행속도는 0.7 ㎧로 적용하는 것이 바람직하다.In addition, in the tunnel fire risk prediction system of the present invention, the evacuation time of the evacuation of the in-vehicle evacuator is made of the number of lanes (one-way, two-way, three-way), respectively in the case of the 2, 3, 4 lanes It is desirable to set 1.14 s / m, 1.23 s / m, and 1.548 s / m, and additionally include children, and the walking speed of adults is 1 ~ 1.2 ㎧ and the walking speed of children is 0.7 ㎧. desirable.

또한, 본 고안의 터널화재 위험도의 예측시스템에 있어서, 상기 터널내 온도의 측정은 터널화재시 열평형식은In addition, in the tunnel fire risk prediction system of the present invention, the measurement of the temperature in the tunnel is the thermal equilibrium type at the time of tunnel fire

Figure 112006006495183-utm00009
Figure 112006006495183-utm00009

으로, t초 후 화재하류 x m 지점에서 온도는After t seconds, the temperature at the point x m downstream of the fire is

Figure 112006006495183-utm00010
Figure 112006006495183-utm00010

여기서, τ=t-(x/u), h=0.02~0.04 ㎾/㎡ㆍKWhere τ = t- (x / u) and h = 0.02 to 0.04 mW / m 2 · K

Figure 112006006495183-utm00011
이고,
Figure 112006006495183-utm00011
ego,

방사열유속(radiation heat flux)은Radiation heat flux

Figure 112006006495183-utm00012
Figure 112006006495183-utm00012

여기서,here,

q'' = 방사열유속 (㎾/㎡)q '' = radiant heat flux (㎾ / ㎡)

Fs = 불꽃 표면으로부터 방사된 연소열 분획(fraction of the combustion heat radiated from the flame surface) = 0.3F s = fraction of the combustion heat radiated from the flame surface = 0.3

m = 연소율(burning rate)(㎏/s) = 0.055 ㎏/(s.㎡)m = burning rate (kg / s) = 0.055 kg / (s.m 2)

ΔHc = 가솔린의 발열량 = 43.7 MJ/㎏ΔH c = calorific value of gasoline = 43.7 MJ / kg

x = 화재로부터의 거리 (m)인 것을 측정하는 것이 바람직하다.It is preferable to measure that x = distance (m) from fire.

또한, 본 고안의 터널화재 위험도의 예측시스템에 있어서, 상기 유해가스 농도는Further, in the tunnel fire risk prediction system of the present invention, the harmful gas concentration is

Figure 112006006495183-utm00013
으로,
Figure 112006006495183-utm00013
to,

산소저감율은Oxygen reduction rate

Figure 112006006495183-utm00014
로 측정하며,
Figure 112006006495183-utm00014
Measured by

추가적으로 가시도 및 가시거리는Additional visibility and visibility

소광계수(extinction coefficient; K)를Extinction coefficient (K)

Figure 112006006495183-utm00015
Figure 112006006495183-utm00015

Figure 112006006495183-utm00016
Figure 112006006495183-utm00016

여기서, OD : 광학밀도(optical density(log10(Io/I), Io : 광원의 세기, I : 수신부 광원의 세기)이며Where OD: optical density (log 10 (I o / I), I o : Intensity of light source, I: intensity of receiver light source)

식 13에

Figure 112006006495183-utm00017
를 대입하여In Equation 13
Figure 112006006495183-utm00017
By substituting

Figure 112006006495183-utm00018
이고,
Figure 112006006495183-utm00018
ego,

이때 가시거리 V와 가시도(K)의 관계는In this case, the relationship between the visible distance V and the visibility (K)

Figure 112006006495183-utm00019
Figure 112006006495183-utm00019
in

가시거리(V,m)는Viewing distance (V, m)

Figure 112006006495183-utm00020
Figure 112006006495183-utm00020

여기서, Dmass는 총광학밀도(mass optical density)인 것이 바람직하다.Here, D mass is preferably mass optical density.

또한, 본 고안의 터널화재 위험도의 예측시스템에 있어서, 상기 FED(fractional effective dose)는 t 시간 동안 인간이 호흡한 유해가스의 누적량(ppmㆍt)를 특정한 영향(incapacitation or death)을 미치는 Ct 값으로 나눈값이며,In addition, in the tunnel fire risk prediction system of the present invention, the FED (fractional effective dose) is a Ct value that has a specific effect (incapacitation or death) of the cumulative amount of harmful gas (ppm · t) that the human breathed for t hours Divided by

이때, CO가스는At this time, the CO gas is

Figure 112006006495183-utm00021
,
Figure 112006006495183-utm00021
,

CO 가스의 흡입이 인체에 미치는 영향은 위험도지수, FI(FID : frctonal incapacitating dose)는The effect of inhalation of CO gas on the human body is the risk index, F I (FID: frctonal incapacitating dose).

Figure 112006006495183-utm00022
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여기서, FICO : 의식불명에 이르게 하는 위험도 지수, D : 의식불명에 이르는 COHb 농도(%)로 30%이고,Where F ICO : risk index leading to unconsciousness, D: COHb concentration (%) leading to unconsciousness, 30%,

산소의 저감율은The reduction rate of oxygen

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여기서, %O2 : 산소의 농도(%)이고,Where% O 2 is the concentration of oxygen (%),

이산화탄소는CO2

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으로,
Figure 112006006495183-utm00024
to,

이산화탄소에 의한 위험도 지수는CO2 risk index

Figure 112006006495183-utm00025
Figure 112006006495183-utm00025
in

HCN(hydrogen cyanide)는Hydrogen cyanide (HCN)

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Figure 112006006495183-utm00026

Figure 112006006495183-utm00027
80<ppmHCN<180 ppm이고,
Figure 112006006495183-utm00027
80 <ppmHCN <180 ppm,

열환경중 온도에 대한 FED는FED for temperature in thermal environment

Figure 112006006495183-utm00028
으로
Figure 112006006495183-utm00028
to

복사열에 대한 FED는FED for radiant heat

Figure 112006006495183-utm00029
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열환경 및 유해가스환경에 대한 FED 평가는FED evaluation of thermal and noxious gas environment

Figure 112006006495183-utm00030
인 것이 바람직하다.
Figure 112006006495183-utm00030
Is preferably.

이하, 본 고안을 각 단계별로 보다 자세히 검토한다.Hereinafter, the present invention will be examined in more detail at each step.

제 1단계 : 화재발생 시나리오를 검토하는 단계Step 1: review the fire scenario

먼저, 국내에서 발생한 터널 및 도로에서 차량사고 발생율을 조사한다(표 1 참조). 그 결과, 도로터널에서의 사고건수는 일반도로의 사고건수에 약 0.1~0.2% 정도를 차지하고 있으며, 터널에서의 사고 중 화재사고의 비율은 2000년 이후 3.65(2000), 2.74(2001), 4.63(2002), 2.43%(2003)으로 최대 4.63%이며, 평균3.36%로 나타난다. 따라서, 본 고안은 최대 4.63%를 적용하여 터널에서 일반사고에 대한 화재사고 발생율을 5%로 적용하여 측정한다.First, investigate the incidence of vehicle accidents in tunnels and roads in Korea (see Table 1). As a result, the number of accidents in road tunnels accounted for about 0.1 ~ 0.2% of the accidents on general roads, and the rate of fire accidents in tunnels since 2000 was 3.65 (2000), 2.74 (2001), 4.63. (2002), 2.43% (2003), up to 4.63%, with an average of 3.36%. Therefore, the present invention measures up to 4.63% by applying a fire accident rate of 5% to the general accident in the tunnel.

일반적으로 사고발생율은 주행거리(1억 Vehㆍ㎞)를 기준으로 하여 나타내며, 터널에서 사고발생율은 감소요인을 고려하는 경우, 2002년과 2003년의 통계결과를 근거로 할때 30~40건/1억 Vehㆍ㎞로 나타난다(표 2 참조). 또한, 감소요인을 고려 하지 않는 경우에 2002년과 2003년의 일반사고 발생율은 각각 74, 76건/1억 Vehㆍ㎞로 나타난다. 이를 근거로 터널내 화재사고 발생율을 추정한 결과, 감소요인을 고려하지 않은 경우에는 각 2002, 2003년 각각 2.5와 2.6건/1억 Vehㆍ㎞이다.Generally, the accident rate is based on the driving distance (100 million Veh · km), and the accident rate in the tunnel is 30 ~ 40 cases / years based on the results of 2002 and 2003 when considering the factors of decrease. It is represented by 100 million Veh · km (see Table 2). In addition, the general accident rate in 2002 and 2003 is 74, 76 cases / 100 million Veh · km, respectively. As a result of estimating the incidence of fire accidents in tunnels, the reduction factor is 2.5 and 2.6 cases / 100 million Veh · km in 2002 and 2003, respectively.

터널 화재발생에 대한 시나리오는 기본적으로 승용차 화재와 화물차의 화재로 구분하여 화재강도를 선정하고, 승용차 화재의 경우에는 2대 이상이 관련되는 경우를 고려한다. 화물차의 화재는 일반적으로 알려진 30 MW 이하의 화재와 그 이상의 화재로 구분한다. 또한 화재 당시의 교통 특성이 대피자의 대피에 지대한 영향을 미치기 때문에 제연팬의 운전이 인명안전에 상반되는 결과를 초래할 가능성이 크기 때문에 화재시 터널내 차량의 주행속도 등을 고려하여 지체시와 정상운행시로 고려하여 시나리오를 설정한다.In the scenario of tunnel fire occurrence, fire intensity is selected by dividing into a fire of a passenger car and a fire of a truck basically. In case of a fire of a car, two or more vehicles are considered. Lorry fires are generally classified into fires of 30 MW or less and fires of greater than or equal to that. In addition, since the traffic characteristics at the time of fire have a great influence on evacuation of evacuators, the operation of the ventilation fan is likely to result in contradictory life safety. Set the scenario considering the operation.

이중 승용차의 화재발생 시나리오에 있어서, 승용차의 화재강도는 일반적으로 2.5~5 MW 정도로 하며, PIARC 95 보고서에는 CETU(Large PC), EUREKA 테스트 결과 등을 인용하여 5 MW로 권장하고 있으며, 전체 총발열량은 6 GJ 정도, 화재지속 시간은 20~40분, 화재성장 속도는(growth rate)는 0.012 ㎾/s2 정도로 제시하고 있다. 따라서, 본 고안에서는 승용차 1대에 대한 최대화재 강도를 5 MW로 설정한다. 또한, 승용차의 화재시 2대 이상의 차량으로 화재가 확산되는 경우에 화재강도를 10 MW로 한다. 이로부터 인접차량으로 화재가 확대되는 비율이 각각 1.5%와 1.6%로 인접차량으로 화재가 확대되는 비율은 승용차에 의한 화재중 2% 미만으로 평가 한다. 따라서, 본 고안에서는 터널에서 승용차 화재가 발생하는 경우, 인접차량으로 화재가 확대될 가능성을 2%로 설정한다.In the fire scenario of a passenger car, the fire intensity of a passenger car is generally about 2.5 ~ 5 MW, and the PIARC 95 report recommends 5 MW by quoting CETU (Large PC), EUREKA test results, etc. Is about 6 GJ, the fire duration is 20 to 40 minutes, and the fire growth rate is about 0.012 ㎾ / s 2 . Therefore, in the present invention, the maximum material strength for one passenger car is set to 5 MW. In the case of a fire of a passenger car, the fire intensity is 10 MW when the fire spreads to two or more vehicles. From this, the rate of expansion of fire to adjacent vehicles is 1.5% and 1.6%, respectively, and the rate of expansion of fire to adjacent vehicles is estimated to be less than 2% of fires by passenger cars. Therefore, in the present invention, when a passenger car fire occurs in the tunnel, the probability of the fire spreading to the adjacent vehicle is set to 2%.

버스 및 화물차량(HGV)의 화재발생 시나리오는 화물차량의 화재강도는 적재화물이나 유류의 유출여부 등에 따라 많은 영향을 받으나, 본 고안은 화물차량의 화재 사고발생율에 근거하여 화물차량과 버스의 화재중 87%는 20 MW급, 11%는 30 MW급, 2%는 매우 심각한 화재로 고려하여 50 MW 이상급으로 고려하여 시나리오를 설정한다(표 4 참조). 또한, 50 MW 급 이상의 화재에 대해서는 최근 Runehammer 터널에서 실시된 실험결과(2003)을 인용하여 화재성장율을 0.215 ㎾/s2, 총발생열량을 65 GJ로 적용한다.In the fire scenario of bus and freight vehicle (HGV), the fire intensity of the freight vehicle is greatly affected by the leakage of cargo or oil, but the present invention is based on the fire accident rate of the freight vehicle and the bus. 87% of the fires are considered to be 20 MW, 11% are 30 MW, and 2% are considered to be very serious fires. In addition, the fire growth rate of 0.215 ㎾ / s 2 and the total heat generation amount of 65 GJ are applied to a fire of 50 MW or more, citing the results of a recent experiment conducted in the Runehammer tunnel (2003).

제 2단계 : 교통정체를 분석하는 단계Second step: analyzing traffic jam

화재발생 시나리오는 종류환기방식을 적용하는 일방통행 터널이나 대면통행 터널에서는 화재시 환기팬의 가동은 터널내 풍속을 증가시켜 화재하류에 위치해 있는 대피자를 연기가 덮칠 가능성이 증대하게 되며, 이로 인한 인명 피해를 가증할 우려가 있다. 따라서, 화재발생 시나리오에서는 교통특성을 정체시(congest traffic flow)와 정상시(normal traffic flow)로 구분하여 설정한다. 정체시간에 대한 평가방법이나 이론은 특별한 내용이 알려진 바 없으므로, 본 고안에서는 거제터널 설계시 COWI사에서 적용한 방법을 적용한다(도 1 참조).In a fire scenario, in a one-way or face-to-face tunnel, the operation of the ventilation fan during a fire increases the wind speed in the tunnel, increasing the likelihood that smoke will escape from the evacuation located downstream. There is a risk of increasing human life. Therefore, in a fire occurrence scenario, traffic characteristics are divided into congest traffic flow and normal traffic flow. Since the evaluation method or theory about the dead time is not known in particular, the present invention applies the method applied by the COWI company when designing the Geoje tunnel (see Fig. 1).

터널화재로 인한 터널내 차량의 정체길이 및 터널내 차량수 분석을 위한 모 델은 터널내 차량수 계산모듈에서는 화재시 터널에서의 교통특성에 따라서 화재지점을 기준으로 5개의 구간(zone 1: 터널폐쇄후 화재후방에 차량이 존재하지 않는 구간, zone 2: 터널차단 이전에 도착한 차량이 사고를 인식하지 못하고 계속 진행하는 구간, zone 3: 차량이 정체된 구간, zone 4: 화재하류의 차량이 없는 구간, zone 5: 화재하류의 차량이 계속 진행하는 구간)으로 구분하여 시간대별 차량수를 계산한다(도 6 참조). 정체구간의 전파속도(speed of shock wave)는 Yang에 의해 제시된 DICM(dynamic incident control model)을 적용하여 구하며, 터널내 차량의 진입은 한국도로공사기준에 준하여 3분 후에 차단되는 조건으로 계산한다.The model for analyzing the congestion length and the number of vehicles in a tunnel due to tunnel fire is based on the number of vehicles in the tunnel. Zone where there is no vehicle behind the fire after closing, zone 2: Vehicle which arrives before the tunnel block without recognizing the accident, zone 3: Vehicle congestion, zone 4: Vehicle without fire downstream Section, zone 5: a section in which the vehicle downstream of the fire continues to calculate the number of vehicles per time zone (see FIG. 6). The speed of shock wave is calculated by applying the dynamic incident control model (DICM) proposed by Yang, and the entrance of the vehicle in the tunnel is calculated under the condition that it is blocked after 3 minutes according to the Korea Highway Corporation standard.

대피시뮬레이션 모델은 교토정체 모델에서 구한 정체지역(zone 3)에 터널내 화재전 주행속도 및 차종별 혼입율를 고려하여 차종별 차량수 및 차두간격을 계산하고 차량을 배치한다. 또한 차량의 배치에 다라서 차종별 승차인원에 따른 대피자를 배치하고 각각의 대피자에 대한 차량하차시간 및 결정시간을 고려하여 대피전 지체시간을 설정하고 대피가 시작되면 대피자의 보행속도를 계산하여 대피시뮬레이션을 수행한다. 차두간격은 현재 한도공기준에 준하여 정체시 차량밀도(Do)로부터 차종별 승용차 환산계수 및 차종별 혼입율을 고려하여 정체차량수를 구한다.The evacuation simulation model calculates the number of vehicles and the head spacing and arranges the vehicles in the congestion zone (zone 3) obtained from the Kyoto congestion model, taking into account the pre-fire speed in the tunnel and the mixing ratio by vehicle type. In addition, depending on the layout of the vehicle, the evacuation according to the number of passengers by vehicle type is arranged, and the delay time before evacuation is set in consideration of the vehicle disembarkation time and the decision time for each evacuator, and the evacuation speed of the evacuation is calculated when evacuation is started. Evacuate the simulation. The vehicle head spacing is obtained from the vehicle density (Do) at the time of congestion based on the current limit and considering the vehicle conversion factor for each vehicle and the mixing ratio for each vehicle.

정체지역에 차량의 배치는 정체길이에 대해서 차종별 정체차량수를 구한 후에 무작위적으로 배치한다. 최대인원을 산정하기 위해서 차종별 최대 탑승인원을 고려한다(도 8 참조).Arrangement of vehicles in the congestion area is done randomly after finding the number of congestion vehicles by vehicle type for the congestion length. In order to calculate the maximum number of people, the maximum number of passengers by vehicle type is considered (see FIG. 8).

대피시뮬레이션 모델에서는 시간 경과에 따라서 대피자를 피난연락갱이나 터널의 입출구부로 이동시키며, 대피자의 대피속도(walking speed)는 전방의 대피자와의 거리와 밀도에 의해서 계산한다. 전술한 두가지 방법으로 구한 보행속도중 작은값을 대피자의 보행속도로 하며, 터널내 연기농도를 고려하는 경우에는 연기농도를 가시거리로 환산하여 PIARC 95 보고서에 제시되어 있는 도 9의 가시거리에 따른 대피속도를 적용한다.In the evacuation simulation model, evacuees are moved to the entrance and exit of the evacuation gang or tunnel over time, and the evacuation walking speed is calculated by the distance and density of the evacuator in front. The smaller of the walking speeds obtained by the above two methods is the walking speed of the evacuator, and when considering the smoke concentration in the tunnel, the smoke concentration is converted into the visible distance, and the distance shown in FIG. 9 shown in the PIARC 95 report is calculated. Apply the evacuation speed accordingly.

피난연락갱 간격에 따른 simulex에 의한 계산 결과와 본 고안에서 계산되는 대피시간을 비교한다(표 8 및 도 10 참조). 상기 표 8 및 도 10에서 알 수 있는 바와 같이 대피시간의 오차는 최대 6.6% 정도로 나타난다.Comparing the evacuation time calculated in the present invention with the calculation result by simulex according to the evacuation contact interval (see Table 8 and Figure 10). As can be seen in Table 8 and FIG. 10, the error of the evacuation time is about 6.6% at maximum.

또한, 피난연락갱 간격이 250, 500 m인 경우에 시간에 따른 누적 대피인원은 중간과정에서 최대오차가 160명 정도 발생하고 있으나 거의 유사한 경향을 보이고 있다(도 11 참조).In addition, when the evacuation liaison interval is 250, 500 m, the cumulative evacuation personnel with time has a maximum error of about 160 people in the intermediate process, but shows a similar tendency (see FIG. 11).

제 3단계 : 대피시간을 측정하는 단계Step 3: Measure Evacuation Time

터널에서 화재 또는 비상시 대피시간은 일반적으로 화재감지 시간과 대피를 준비하기 위한 시간, 대피시간으로 구분하고 있으며, 본 고안에서는 화재 발생후 차량에서 대기하는 대기시간(time in car or leave the car)과 차량에서 하차하여 대피를 결정하는 시간(hesitation time), 대피를 시작하여 안전장소로 이동하는 대피시간(walking time)으로 구분한다(도 2 참조).In a tunnel, evacuation time in case of fire or emergency is generally divided into fire detection time, time to prepare for evacuation and evacuation time.In this design, the waiting time in a vehicle after a fire occurs (time in car or leave the car) and It is divided into a time for determining evacuation by getting off the vehicle, and a walking time for starting evacuation and moving to a safe place (see FIG. 2).

터널화재시 대피시간에 대한 연구는 많은 인원을 동원하여야 하며, 실질적인 데이터를 얻기가 곤란하다는 점에서 전무하다. 따라서, 대부분의 위험도평가나 대피 시뮬레이션을 수행하는 경우, 일반적으로 화재 후 감지시간 및 결정시간을 1~2분 정도로 가정하고 있으나, 본 고안에서는 터널화재시 대피에 소요되는 시간은 차량안에서 대기하는 시간과 결정시간, 대피시간으로 구분되며, 대피자의 행동특성은 경고방송 전에 대피를 수행하는 사람과 경고방송 이후에 대피를 수행하는 대피자로 대별되며, 경고방송 전에 대피하는 대피자는 80~130초 전에 차량을 하자하는 사람과 이후에 하차하는 그룹으로 나누어지는 것으로 구분하며, 다수의 반복 실험을 통하여 각각의 그룹에 대한 비율 및 확률분포를 확인한다(표 5 참조).Evaluating evacuation time in tunnel fires requires a large number of personnel and no practical data is available. Therefore, when performing most risk assessment or evacuation simulation, the detection time and decision time after fire are generally assumed to be about 1 ~ 2 minutes. However, in this design, the time required for evacuation during tunnel fire is the waiting time in the vehicle. The evacuation time is divided into those who evacuate before the warning broadcast and evacuators who evacuate after the warning broadcast. The vehicle is divided into a group of people who let the vehicle go and a group that gets off later, and the ratio and probability distribution for each group are confirmed through a number of repeated experiments (see Table 5).

그 결과, 경고방송 전에 차량에서 하자하는 대피자의 비율은 18.4% 정도이며, 이중 8% 정도가 지체없이 대피를 시작하며, 81.6% 정도가 대피를 알리는 경고방송 후에 차량에서 탈출하며, 이중 28% 만이 결정시간 없이 대피를 한다. 또한, 각 그룹별 확률분포를 기초로 하여 시간에 따른 행동특성별 확률분포를 구한다(도 2 참조).As a result, about 18.4% of the evacuees fail in the vehicle before the warning broadcast, 8% of them start evacuating without delay, and 81.6% escape the vehicle after the warning broadcast. Only evacuate without decision time. In addition, based on the probability distribution for each group, a probability distribution for each behavioral characteristic is obtained over time (see FIG. 2).

대피특성 검토를 위해서 국내 도입되어 건축 및 터널 설계분야에서 대피특성을 파악하기 위한 프로그램으로 널리 사용되고 있는 Simulex 프로그램을 사용하여 차로수 및 피난연락갱 설치간격에 따른 대피시간을 검토한다.For evaluating evacuation characteristics, evacuation time according to lane number and evacuation contact gang installation interval is reviewed using Simulex program which is introduced in Korea and widely used as program for evaluating evacuation characteristics in construction and tunnel design field.

구체적으로, 차로수(편도 2,3,4 차로) 및 피난연락갱의 간격(200, 250, 300, 350, 500, 750 m)에 따른 대피시간을 검토한다(도 3 참조). 피난연락갱 간격이 증가하면 이에 비례해서 대피시간이 선형적으로 증가하는 경향을 보이며, 단위거리당 대피시간은 피난연락갱 거리가 증가하면 약간 증가하는 경향을 보이고 있으나, 평균 1.14 s/m(2차로), 1.23 s/m(3차로), 1.548 s/m(4차로)로 나타나고 있어, 4차로의 경우 대피시간이 급격하게 증가한다. 또한, 차로수가 증가하면 피난연락갱 설치간격이 350 m 이하인 경우에는 2차로와 거의 동일한 대피시간을 보이고 있으나, 설치간격이 400 m 이상인 경우에는 터널 폭에 영향을 받아서 대피시간이 상당히 증가하는 경향을 보인다. 따라서, 4차로의 경우 2차로의 기준을 적용하는 것은 타당하지 않다고 판단된다.Specifically, evacuation time according to the lane number (one way 2, 3, 4 lanes) and the interval (200, 250, 300, 350, 500, 750 m) of the evacuation contact shaft is examined (see FIG. 3). Evacuation time tends to increase linearly with increasing evacuation liaison interval, and evacuation time per unit distance tends to increase slightly with increasing evacuation liaison distance, but average 1.14 s / m (2 Lanes), 1.23 s / m (three lanes), 1.548 s / m (four lanes), and the evacuation time increases dramatically in the fourth lane. In addition, when the number of lanes increases, evacuation time is almost the same as the second lane when the distance between the evacuation gang installation is less than 350 m.However, when the interval is more than 400 m, the evacuation time is significantly increased due to the tunnel width. see. Therefore, in the case of the fourth lane, it is not appropriate to apply the second lane standard.

터널내 대피인원수가 대피시간에 미치는 영향을 검토하기 위해서 피난연락갱 설치간격이 250 m인 2차선 터널에서 대피자수를 변수로 하여 대피시간을 검토한다(도 4 참조). 그 결과, 차로수가 3차로인 경우가 2차로 보다 대피시간이 짧게 나타나고 있으며, 인원수에 따른 대피시간의 변화는 거의 차이가 없는 것으로 나타난다(표 6 참조). 즉, 2차로의 경우에는 터널내 대피인원을 704명에서 1125명으로 증가하여도 대피시간은 276.2초에서 292.4초로 약 6%정도 증가하는 것으로 나타나고 있으며, 4차로의 경우에는 인원수가 1414명에서 2254명으로 59% 증가하면 약 20%정도 증가하는 것으로 나타난다. 따라서, 터널내 대피시간을 피난연락갱 설치간격에 크게 영향을 받으며, 대피인원수에는 큰 영향을 받지 않는 것으로 판단된다.In order to examine the effect of evacuation personnel in the tunnel on evacuation time, evacuation time is examined using the number of evacuators as a variable in a two-lane tunnel with an installation distance of 250 m. As a result, the evacuation time was shorter in the case of three lanes than in the second lane, and the change in evacuation time according to the number of people showed little difference (see Table 6). In other words, in case of the second lane, the evacuation time increased by about 6% from 276.2 seconds to 292.4 seconds even though the evacuation personnel in the tunnel increased from 704 to 1125 people. Increasing the number of people by 59% increases about 20%. Therefore, evacuation time in the tunnel is greatly influenced by the interval between the evacuation gang installation and it is judged that it is not affected by the evacuation population.

차량의 배치 및 대피자의 특성에 따른 대피시간을 검토하기 위해서 터널 모델에 대해서 탑승인원이 가장 많은 버스의 배치를 달리하는 경우와 대피자중 어린이를 고려하는 경우에 대한 대피시간을 검토한다(도 5 참조). 그 결과, 어린이를 제외한 경우가 대피시간이 가장 짧게 나타나고 있으며, 이를 기준으로 할 때 어린 이를 포함하는 대피시간에 대한 시뮬레이션에서는 대피시간이 40~53%까지 증가하는 것으로 나타난다(표 7 참조). 이는 성인의 보행속도를 1~1.2 ㎧ 정하고, 어린이의 보행속도를 0.7 ㎧로 적용하기 때문이다. 또한, 버스의 정차위치가 대피시간에 미치는 영향은 10% 이하(100초)로 나타나고 있으며, 2분 정도의 차이가 발생하난 차량의 정차위치가 대피시간에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 판단된다. In order to examine the evacuation time according to the arrangement of vehicles and evacuation characteristics, the evacuation time for the case where the number of buses with the largest number of passengers differs for the tunnel model and the children considering the evacuation are considered (Fig. 5). As a result, the evacuation time was the shortest in the case of excluding children, and based on this, the evacuation time was increased by 40 to 53% in the simulation of evacuation time including young children (see Table 7). This is because the walking speed of adults is set at 1 ~ 1.2 ㎧ and the walking speed of children is applied at 0.7 ㎧. In addition, the effect of the stop position of the bus on the evacuation time is shown to be less than 10% (100 seconds), and the impact of the stop position of the vehicle on the evacuation time is not significant.

이상의 검토에서 터널내 대피시간은 피난연락갱의 거리가 동일한 경우에는 대피인원에는 크게 영향을 받지 않으며, 차로수에 대한 영향은 4차로 이상의 터널에서 크게 나타나고 있어, 4차로 터널에서 현재 도로터널 방재시설 설치지침의 250 m 간격의 적용은 무리가 있는 것으로 판단된다. 또한, 차량의 정체 위치에 따라서 대피시간이 영향을 받고 있으며, 어린이의 유무가 대피시간에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.In the above review, evacuation time in the tunnel is not significantly affected by evacuation personnel when the distance of evacuation contact is the same, and the influence on the number of lanes is largely shown in tunnels of more than four lanes. The application of the 250 m spacing in the installation instructions is considered to be unreasonable. In addition, evacuation time is affected by the location of the vehicle, and it is determined that the presence of children has the greatest effect on the evacuation time.

제 4단계 : 터널내 열환경 및 유해가스 농도를 측정하는 단계4th step: measuring heat environment and harmful gas concentration in tunnel

위험도 평가모델은 터널내 화재시 온도 및 유독가스가 대피자에게 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위하여 대피자에 대한 FED(fractional effective dose) 값을 구하기 위함이다. 위험도 평가모델은 event tree 기법에 의한 화재시나리오를 작성하고, 각각에 대한 화재사고 발생율을 계산하는 화재시나리오 모델, 화재시 터널내 정체차량의 배치 및 대피자의 배치를 위한 traffic que 모델, 시간에 따른 대대피자의 위치를 계산하기 위한 대피시뮬레이션 모델, 화재시 터널내 온도 및 유해가스 농도를 계산하기 위한 모델 및 대피자의 유해가스의 노출정도를 정량적인 값(FED)으로 계산하기 위한 FED 계산모델로 구성된다(도 6 참조).The risk assessment model is to obtain the FED (fractional effective dose) value for the evacuator in order to quantitatively evaluate the effects of temperature and toxic gases on the evacuator in a tunnel fire. The risk assessment model is based on the event tree technique, which prepares fire scenarios, calculates fire incidence rates for each event, traffic queuing model for the placement of traffic jams and evacuation, Evacuation simulation model for calculating the evacuee's location, model for calculating the temperature and harmful gas concentration in the tunnel in the fire, and FED calculation model for calculating the exposure level of the evacuator's harmful gas in quantitative value (FED) Configured (see FIG. 6).

화재에 따른 터널내 온도 및 유해가스농도 계산모듈에서는 터널내 대피자의 위치에 따른 온도 및 유해가스농도를 계산하기 위한 모듈로 본 고안에서는 두가지 방법으로 평가하도록 구성한다. 첫째 방법은 온도, 복사열 및 유해가스농도(CO, CO2, 매연, 가시거리)를 Ingason이 제시하는 계산식에 의해서 계산하는 간략계산 방법이며, 두 번째 방법은 CFD 시뮬레이션을 수행하여 계산 결과를 MDB 파일로 생성하여 계산하는 방법이다.In the tunnel temperature and noxious gas concentration calculation module according to the fire, the module for calculating the temperature and noxious gas concentration according to the evacuator's location in the tunnel is configured to evaluate in two ways. The first method is a simple calculation method that calculates temperature, radiant heat and noxious gas concentrations (CO, CO 2 , soot, visible distance) by Ingason's formula. The second method performs CFD simulation to calculate the MDB file. To generate and calculate.

열환경 및 유해가스가 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위한 방법으로 FED(fractional effective dose)를 평가하는 방법을 이용한다.The FED (fractional effective dose) is used to quantitatively evaluate the effects of the thermal environment and harmful gases.

FED는 인간이 열환경이나 유해가스에 노출되어 나타나는 영향을 정량화하여 평가하기 위한 것으로 t 시간 동안 인간이 호흡한 유해가스의 누적량(ppmㆍt)를 특정한 영향(incapacitation or death)을 미치는 Ct 값으로 나눈값이다. 일반적으로 치명적인 영향을 미치는 정도를 L(CT)50을 기준으로 한다. 터널화재시 유해가스 및 열환경이 인간에 미치는 영향을 검토하기 위하여 FED 방법을 적용한다.FED is for quantifying and evaluating the effects of human exposure to thermal environment or harmful gas. The FED is the Ct value that affects the cumulative amount of harmful gas (ppm · t) that humans breathe in t hours as an incapacitation or death. Divided by In general, lethal effects are based on L (CT) 50 . The FED method is applied to examine the effects of harmful gases and thermal environment on humans in tunnel fires.

FED의 특징은 대피자의 피난지역을 자동으로 설정하거나 임의조정할 수 있고, 초기 차량위치 및 대피자의 위치를 자동 결정할 수 있으며, 대피속도(보행속도) 계산의 선택적(전방대피자의 밀도, 전방대피자와 거리고려)으로 수행할 수 있고, 연기농도에 다른 가시도 계산을 계산을 통해 연기농도가 대피속에 미치는 영향을 받영할 수 있다. 아울러, 화재시 차량내 대기시간 및 대피 결정시간까지의 지 체시간을 선택적으로 적용할 수 있으며, 온도 및 유해가스 농도에 대한 계산식에 의한 계산이 가능하고 온도 및 유해가스 농도에 대한 DB 작성 및 DB 적용이 가능하다.The characteristics of the FED can automatically set or arbitrate evacuation areas for evacuees, automatically determine the initial vehicle position and evacuation location, and select the evacuation speed (walking speed) calculation (density of front evacuation, forward). Evacuation and distance consideration), and the calculation of different visibility of smoke concentration can be used to influence the smoke concentration. In addition, delay time until waiting time and evacuation decision time can be selectively applied in case of fire, and calculation by temperature and harmful gas concentration is possible, and DB and temperature DB for temperature and harmful gas concentration are available. Application is possible.

터널 위험도 평가를 위해서 150 m 터널 양방향으로 차량이 정체된 상황에서 화재가 발생하는 경우, 본 고안에서는 대피시간과 FED 값이 0.3 이상이 되는 대피자수에 대한 분석을 수행한다.For the risk assessment of the tunnel, if a fire occurs in a traffic congestion situation in a 150 m tunnel in both directions, this design analyzes the evacuation time and the number of evacuation whose FED value is more than 0.3.

계산조건은 터널연장은 1500 m, 극심한 정체로 차량이 터널 전체에 정체된 상황, 화재 강도는 각각 20, 50 MW, 대피인원은 약 2,369명, 대피시간에 차량을 버리는 시간과 대피를 결정하는 시간을 고려, 경고방송 화재후 120s 이다.Calculation conditions are 1500 m in tunnel length, and the traffic is congested throughout the tunnel, the fire intensity is 20 and 50 MW, the evacuation personnel is about 2,369, and the time to decide when to evacuate and evacuate the vehicle at evacuation time. Consider, the warning broadcast is 120s after the fire.

화재강도가 20 MW인 경우, 피난연락갱 간격이 250 m인 경우에는 민감한 사람이 영향을 받는 것으로 알려진 FED=0.3 이상이 되는 대피자는 없는 것으로 계산되나, 피난연락갱 간격이 300, 375, 500 m로 증가함에 따라 3.8, 31.8, 160명으로 급격하게 증가한다. 또한, 화재강도가 50 MW인 경우에는 피난연락갱 설치간격이 250 m인 경우에도 FED=0.3을 초과하는 대피자가 발생하고 있으며, 이 경우 피난연락갱 설치거리에 따라서 각각 53.2, 102.5, 141.8, 273.5명으로 증가하고 있다.If the fire intensity is 20 MW, the evacuation liaison interval is 250 m, but no evacuation of FED = 0.3 or more is known to affect the sensitive person, but the evacuation liaison interval is 300, 375, 500 m. As the number increases to 3.8, 31.8, 160 will increase rapidly. In addition, if the fire intensity is 50 MW, evacuation exceeding FED = 0.3 occurs even when the evacuation contact gang installation interval is 250 m.In this case, 53.2, 102.5, 141.8, 273.5 depending on the installation distance of the evacuation contact gang, respectively. Increasing in number.

대피시간의 검토에서 피난연락갱 간격이 250 m인 경우, 대피시간은 각각 636(20 MW), 778(50 MW)로 화재강도가 증가하면 연기에 의한 보행속도가 저하하여 대피시간이 증가하고 있으며, 앞에서 설명한 순수한 대피시간 276 s보다 약 2.8배 증가하는 것으로 나타난다.In evaluating the evacuation time, if the evacuation contact interval is 250 m, evacuation time is 636 (20 MW) and 778 (50 MW), respectively, and as the fire intensity increases, the walking speed due to smoke decreases and the evacuation time increases. As a result, it appears to be about a 2.8-fold increase over the 276 s pure evacuation time described earlier.

이상의 검토에서 피난연락갱 간격이 250 m인 경우, 화재강도를 20 MW로 고려 하는 경우에는 FED 값이 0.3을 초과하는 대피자수는 3.8명으로 전체의 0.16%에 불과하지만 화재강도를 50 MW로 고려하는 경우에는 53.2명으로 급격하게 증가함을 확인하였다. 이와 같이 FED 값이 0.3을 초과하는 대피자수가 급격하게 증가하는 원인은 유해가스 농도의 증가뿐만 아니라 가시거리의 저하로 보행속도가 감소하여 터널에 채류하는 시간이 증가하기 때문이다.In case of evacuation contact interval of 250 m, fire intensity is considered as 20 MW. In case of considering fire intensity as 20 MW, evacuation number exceeding 0.3 is 3.8 persons, which is only 0.16% of the total, but considering fire intensity as 50 MW In the case of the case, the increase was 53.2. The reason for the rapid increase in the number of evacuees whose FED value exceeds 0.3 is because the walking speed decreases due to the decrease in the visible distance as well as the increase in the concentration of harmful gases, which increases the time to stay in the tunnel.

20 MW의 화재강도에서는 피난연락갱 간격이 증가하면 기하급수적으로 예상되는 사상자수가 증가하나, 50 MW로 하는 경우에는 거의 비례적으로 증가하는 경향을 보이고 있다. 또한, 대피시간은 가시거리에 영향을 많이 받기 때문에 화재강도에 영향을 받으며, 지체시간을 고려하면 가시거리와 지체시간을 고려하지 않은 simulex에 의한 대피시간 보다 최대 1.8배까지 증가하는 것으로 나타나고 있다. 따라서, 터널내 대피시간 산정을 위해서 지체시간에 대한 검토와 가시거리 저하에 따른 보행속도의 감소영향을 반드시 고려하여야 할 것으로 판단된다.At 20 MW fire intensity, the number of casualties expected to increase exponentially increases as the evacuation liaison interval increases, but increases proportionally with 50 MW. In addition, the evacuation time is affected by the fire intensity because it is affected by the visible distance, and considering the delay time, the evacuation time increases up to 1.8 times than the evacuation time by simulex without considering the visible distance and delay time. Therefore, it is necessary to consider the delay time and the effect of the decrease of walking speed due to the decrease of the visible distance for evaluating the evacuation time in the tunnel.

이하, 본 고안을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples.

단, 하기 실시예는 본 고안을 예시하는 것일 뿐 본 고안의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely to illustrate the present invention is not limited to the contents of the present invention.

< 실시예 1 > 사고빈도에 대한 분석Example 1 Analysis on Accident Frequency

< 1-1 > 사고발생건수<1-1> Incidents

터널 및 도로에서 차량사고 발생율에 대한 국내 조사결과는 다음과 같다(표 1; 도로안전관리공단, 경찰청 DB수록자료)The results of domestic investigations on the incidence of vehicle accidents in tunnels and roads are as follows (Table 1; Data from DB on Road Safety Management Authority, National Police Agency DB)

일반사고 및 터널사고 발생율Incident rate of general accidents and tunnel accidents 구분division 년도year 20002000 20012001 20022002 20032003 20042004 일반도로General road 발생건수(A)Number of occurrences (A) 290,481290,481 260,579260,579 230,953230,953 240,832240,832 220,755220,755 사망Dead 10,23610,236 8,0978,097 7,2247,224 7,2127,212 6,5636,563 부상injury 426,984426,984 386,539386,539 348,184348,184 376,503376,503 346,987346,987 터널tunnel 일반사고General accident 발생건수(B)Number of occurrences (B) 301301 292292 259259 453453 -- 사망Dead 1313 99 88 2525 -- 부상injury 593593 578578 545545 949949 -- 화재사고Fire accident 발생건수(C)Occurrence (C) 1111 88 1212 1111 -- 사망Dead 44 1One 22 -- 부상injury 22 4848 -- 발생건수Occurrence B/AB / A 0.10%0.10% 0.11%0.11% 0.11%0.11% 0.19%0.19% -- C/BC / B 3.65%3.65% 2.74%2.74% 4.63%4.63% 2.43%2.43% -- 연간 총주행거리(10억 ㎞)Annual total driving distance (1 billion km) 290290 300300 310.8310.8 317317 324324 일반도로 사고중 터널에 대한 감소요인을 적용하는 경우In case of applying reduction factor for tunnel during general road accident 터널내사고 건수The number of accidents in tunnel 137,252137,252 123,124123,124 125,357125,357 96,78096,780 104,307104,307 감소율Reduction rate 52.75%52.75% 52.75%52.75% 45.7%45.7% 59.8%59.8% 52.75%52.75% 일반사고 발생율(건/1억대㎞)General accident rate (case / 100 million km) 4747 4141 4040 3030 3232 터널화재사고 발생율Tunnel Fire Accident Rate 1.71.7 1.11.1 1.91.9 0.70.7 0.80.8 3.36% 적용3.36% applied 1.61.6 1.41.4 1.41.4 1.01.0 1.11.1 감소요인을 고려하지 않는 경우When not considering reduction factors 일반사고 발생율(건/1억대㎞)General accident rate (case / 100 million km) 100100 8787 7474 7676 6868 터널화재사고 발생율Tunnel Fire Accident Rate 3.43.4 2.92.9 2.52.5 2.62.6 2.32.3

주 1 : 2002에서 2003년으로의 증가율을 고려한 추정치임Note 1: Estimates considering growth rate from 2002 to 2003

주 2 : 2003, 2002년의 감소율을 평균하여 적용한 결과임Note 2: Result of average reduction rate of 2003 and 2002

주 3 : 주 1, 주 2의 추정결과를 적용한 추정치임.Note 3: Estimates based on estimation results from Note 1 and Note 2.

상기 표에 따르면, 도로터널에서의 사고건수는 일반도로의 사고건수에 약 0.1~0.2% 정도를 차지하고 있으며, 터널에서의 사고 중 화재사고의 비율은 2000년 이후 3.65(2000), 2.74(2001), 4.63(2002), 2.43%(2003)으로 최대 4.63%이며, 평균3.36%로 나타나고 있다. 이와 같은 경향은 67건의 터널사고 중 6건이 화재사고(약 9%)인 노르웨이의 통계자료나, Gundni가 Hvalfjordur 터널에 대한 아일랜드의 사고통계자료를 기초로 하여 위험도 분석 적용한 5% 보다 작은 결과이다.According to the table above, the number of accidents in road tunnels accounted for about 0.1 ~ 0.2% of the number of accidents on general roads, and the rate of fire accidents in tunnels since 2000 was 3.65 (2000) and 2.74 (2001). , 4.63 (2002), 2.43% (2003), up to 4.63%, with an average of 3.36%. This trend is smaller than the 5% risk analysis based on the Norwegian statistical data on fire accidents (approximately 9%) out of 67 tunnel accidents, or based on Irish accident statistics on Hvalfjordur tunnels.

본 고안에서는 최대 4.63%를 적용하여 터널에서 일반사고에 대한 화재사고 발생율을 5%로 적용하여 측정하였다.In this design, a maximum of 4.63% was applied and the rate of fire accidents related to general accidents in tunnels was 5%.

< 1-2 > 사고발생율<1-2> Incidence Rate

일반적으로 사고발생율은 주행거리(1억 Vehㆍ㎞)를 기준으로 하여 나타내고 있으며, 상기 표 1은 국내의 2002, 2003년 자료와 이로부터 추정한 사고발생율을 나타낸 것이다. 상기 표에는 일반도로의 사고중 터널에 대한 감소요인을 적용하는 경우에는 차대 사람이나, 주정차시 사고 등 터널에서는 발생할 수 없는 사고유형을 제외한 경우이다.In general, the occurrence rate of the accident is shown based on the driving distance (100 million Veh · km), and Table 1 shows the domestic and 2002 accident data and the estimated accident rate. The above table excludes accident types that cannot occur in tunnels, such as subordinates, or parking stops, when the reduction factors for tunnels are applied during general road accidents.

터널에서 사고발생율은 감소요인을 고려하는 경우, 2002년과 2003년의 통계결과를 근거로 할때 30~40건/1억 Vehㆍ㎞로 나타내고 있으며, 이는 0~50건/1억 Vehㆍ㎞로 제시하고 있는 PIARC 95의 통계자료의 범위 안에 있는 수치로 판단된다(표 2).In the case of the reduction factor, the accident rate in the tunnel is 30-40 cases / 100 million Veh · km based on the 2002 and 2003 statistical results, which is 0-50 cases / 100 million Veh · km. It is considered to be a number within the range of the statistical data of PIARC 95 presented in Table 2).

프랑스 터널에서의 사고발생율(1995, PIARC)(건/1억대㎞)Incident rate in French tunnels (1995, PIARC) (100 million km) 구분division 물적손해만 발생 사고Only property damage occurred 사상자 사고Casualty thinking 부상자Injured 사망자dead 도시터널Urban Tunnel 40~15040-150 10~5010-50 10~5010-50 0~30-3 일방통행 자동차 터널One-way car tunnel 30~8030-80 0~150-15 0~150-15 0~10 ~ 1 쌍방통행 지방터널Two-way Regional Tunnel 20~10020-100 0~200-20 0~200-20 0~20 ~ 2

또한, 감소요인을 고려하지 않는 경우에 2002년과 2003년의 일반사고 발생율은 각각 74, 76건/1억 Vehㆍ㎞로 나타나고 있다.In addition, the general accident rate in 2002 and 2003 is 74, 76 cases / 100 million Veh · km, respectively.

이를 근거로 터널내 화재사고 발생율을 추정한 결과, 감소요인을 고려하지 않은 경우에는 각 2002, 2003년 각각 2.5와 2.6건/1억 Vehㆍ㎞이다.As a result of estimating the incidence of fire accidents in tunnels, the reduction factor is 2.5 and 2.6 cases / 100 million Veh · km in 2002 and 2003, respectively.

이를 국내의 화물차와 승용차의 총주행거리비 및 하기 표 3에 제시한 승용차와 화물차의 사고발생율을 고려하여 승용차와 화물차에 대한 사고 발생율을 구하면 각각 1.29, 4.5건/1억 Vehㆍ㎞로 계산된다. 이는 95년 PIARC에 제시된 프랑스 터널에서의 사고 발생율(승용차: 2건/1억 Vehㆍ㎞, 화물차: 9.2건/1억 Vehㆍ㎞) 보다는 다소 작은 값으로 이내 국내 자동차 사고건수의 감소율을 볼 때 프랑스 통계치가 다소 높게 설정되어 있는 것으로 판단된다.Considering the total driving distance ratio of domestic trucks and passenger cars and the accident rates of passenger cars and vans shown in Table 3 below, the accident rates of passenger cars and vans are calculated to be 1.29 and 4.5 billion / million Veh · km, respectively. . This is somewhat smaller than the accident rate in the French Tunnel presented in PIARC in 1995 (cars: 2/100 million Veh · km, and trucks: 9.2 / 100 million Veh · km). We think France's statistics are somewhat high.

화물차와 승용차에 대한 사고발생율(건/1억 Vehㆍ㎞)Accident rate for vans and passenger cars (100 million Veh · km) 출처source passenger car(PC)passenger car (PC) HGVHGV HGV/PCHGV / PC Elb 터널Elb tunnel 6.36.3 24.624.6 3.903.90 프랑스France 22 9.29.2 4.604.60 ref 1ref 1 4.534.53 9.29.2 2.032.03 평균Average 3.513.51

< 실시예 2 > 터널 화재발생 시나리오Example 2 Tunnel Fire Scenario

터널 화재발생에 대한 시나리오는 기본적으로 승용차 화재와 화물차의 화재로 구분하여 화재강도를 선정하고, 승용차 화재의 경우에는 2대 이상이 관련되는 경우를 고려하였다.In the scenario of tunnel fire occurrence, the fire intensity was selected by dividing it into a passenger car fire and a truck fire, and the case of two or more car fires was considered.

화물차의 화재는 일반적으로 알려진 30 MW 이하의 화재와 그 이상의 화재로 구분하였다. 또한 화재 당시의 교통 특성이 대피자의 대피에 지대한 영향을 미치기 때문에 제연팬의 운전이 인명안전에 상반되는 결과를 초래할 가능성이 크기 때문에 화재시 터널내 차량의 주행속도 등을 고려하여 지체시와 정상운행시로 고려하여 시나리오를 설정하였다.Lorry fires were classified into fires of 30 MW or less and more commonly known. In addition, since the traffic characteristics at the time of fire have a great influence on evacuation of evacuators, the operation of the ventilation fan is likely to result in contradictory life safety. The scenario was set considering the operation.

< 2-1 > 승용차의 화재발생 시나리오<2-1> Fire Scenarios for Passenger Cars

승용차의 화재강도는 일반적으로 2.5~5 MW 정도로 하고 있으며, PIARC 95 보고서에는 CETU(Large PC), EUREKA 테스트 결과 등을 인용하여 5 MW로 권장하고 있으며, 전체 총발열량은 6 GJ 정도, 화재지속 시간은 20~40분, 화재성장 속도는(growth rate)는 0.012 ㎾/s2 정도로 제시하고 있다. 따라서, 본 고안에서는 승용차 1대에 대한 최대화재 강도를 5 MW로 하였다.The fire intensity of passenger cars is generally about 2.5 ~ 5 MW, and the PIARC 95 report recommends 5 MW by citing CETU (Large PC) and EUREKA test results, and the total total calorific value is about 6 GJ. Is 20-40 minutes, and the growth rate is about 0.012 ㎾ / s 2 . Therefore, in the present invention, the maximum material strength for one passenger car was 5 MW.

승용차의 화재중 소화기로 진화가 가능한 비율은 PIARC 보고서에서는 80~90%, 일본수도공단 자료에 의하면 53% 정도로 제시되어 있는 자료를 근거로 하여, 본 시나리오에서는 40%를 경미한 화재사고로 설정하였으며, 이는 Hvalfjordur 터널에 대해 Gundni가 위험도 평가시 적용한 수치와 동일한 비율이다.The rate of extinguishing a fire extinguisher as a fire extinguisher in a passenger car was set at 80 to 90% in the PIARC report and 53% according to the Japan Water Corporation. In this scenario, 40% is set to a minor fire accident. This is the same ratio that Gundni applied in the risk assessment for the Hvalfjordur tunnel.

또한, 승용차의 화재시 2대 이상의 차량으로 화재가 확산되는 경우에 화재강도를 10 MW로 하였다. 노르웨이의 경우, 터널내 차량충돌 사고 67건 중(9%)이 화재사고로 이중 1건만이 연속적으로 화재로 발전하는 것으로 보고하고 있으며, 독일의 Elb 터널에서는 16년 간 63건의 화재중 1건이 인접차량으로 확대된 것으로 보고하고 있다. 이로부터 인접차량으로 화재가 확대되는 비율이 각각 1.5%와 1.6%로 인접차량으로 화재가 확대되는 비율은 승용차에 의한 화재중 2% 미만으로 평가할 수 있다. 따라서, 본 고안에서는 터널에서 승용차 화재가 발생하는 경우, 인접차량으로 화재가 확대될 가능성을 2%로 설정하였다.In the case of a fire of a passenger car, when the fire spreads to two or more vehicles, the fire intensity was set at 10 MW. In Norway, only 67 cases (9%) of car collisions in tunnels are reported to occur continuously due to fire accidents.In the Elb tunnel in Germany, one of 63 fires in 16 years is adjacent. It is reported to have been expanded by vehicle. From this, the rate of expansion of fire to adjacent vehicles is 1.5% and 1.6%, respectively, and the rate of expansion of fire to adjacent vehicles can be estimated as less than 2% of fires by passenger cars. Therefore, in the present invention, when a passenger car fire occurs in the tunnel, the probability of the fire spreading to an adjacent vehicle is set to 2%.

< 2-2 > 버스 및 화물차량(HGV)의 화재발생 시나리오<2-2> Fire Scenario of Bus and Freight Vehicle (HGV)

화물차에 의한 화재사고시 최대화재 강도는 PIARC 95 보고서에 의하면, 15~130 MW로 제시되어 있으며, 프랑스, NFPA의 기준에서도 일반버스의 화재강도는약 20 MW로 하고 있다. 또한 Ingason은 EUREKA 터널의 화재실험 등을 인용하여 2001의 연구에서 버스의 화재강도를 29~34 MW로 발표하고 있으며, 2004년에는 30 MW로 제시하고 있다.In the case of fire accidents caused by vans, the maximum strength of steel is 15 ~ 130 MW according to the PIARC 95 report, and the fire intensity of general buses is about 20 MW according to French and NFPA standards. Ingason also quotes a fire test in the EUREKA tunnel, and in 2001, published the fire intensity of the bus at 29-34 MW and in 2004 it was 30 MW.

따라서, 화물차량의 화재강도는 적재화물이나 유류의 유출여부 등에 따라 많은 영향을 받으나, 본 고안에서는 하기 표 4에 제시된 화물차량의 화재 사고발생율에 근거하여 화물차량과 버스의 화재중 87%는 20 MW급, 11%는 30 MW급, 2%는 매우 심각한 화재로 고려하여 50 MW 이상급으로 고려하여 시나리오를 설정하였다.Therefore, the fire intensity of the freight vehicle is greatly affected by whether the cargo or oil spills, but in this design, 87% of the fire of the freight vehicle and the bus is based on the fire accident rate of the freight vehicle shown in Table 4 below. 20 MW, 11% were considered 30 MW, and 2% were considered to be very serious fires.

Ingason의 연구에 버스의 화재시 화재성장율을 NFPA의 분류에 의하면 초고속(ultra fast)에 속하며, 화재성장율을 0.1 ㎾/s2로 제시하고 있다. 또한, 총발생열량은 일반버스(public bus)의 경우 PIARC 99 보고서에는 41 GJ, Ingason(2004)는 54 GJ로 제시하고 있다. 따라서, 본 고안에서는 20, 30 MW의 화재에 대해서 화재성장율 및 총발생열량을 0.1 ㎾/s2, 41 GJ과 54 GJ로 설정하였다.Ingason's study suggests that the rate of fire growth in the event of a bus fire is ultra fast, according to NFPA's classification, and the fire growth rate is 0.1 ㎾ / s 2 . The total calories generated is 41 GJ in the PIARC 99 report for public buses and 54 GJ for Ingason (2004). Therefore, the fire growth rate and total calorific value were set to 0.1 mW / s 2 , 41 GJ and 54 GJ for 20 and 30 MW of fire.

차종별 사고발생율(1995년 PIARC 보고서)Accident rate by vehicle type (1995 PIARC report) 화재의 분류Classification of fire 100×106 veh×㎞ 당 화재발생수Number of fires per 100 × 10 6 veh × km 승용차car 의미있는 화재Meaningful fire 1~21 ~ 2 위험한 물품이 없는 화물자동차Lorry free of dangerous goods 의미있는 화재Meaningful fire 88 터널에 손상을 미친 화재Fire damaged in tunnel 1One 매우 심각한 화재Very serious fire 0.1~0.3(평가)0.1 to 0.3 (evaluation) 위험한 물품이 포함된 화물자동차Lorry with dangerous goods 의미있는 화재Meaningful fire 2(평가)2 (evaluation) 위험한 물품이 관여된 화재A fire involving dangerous goods 0.3(평가)0.3 (evaluation)

또한, 50 MW 급 이상의 화재에 대해서는 최근 Runehammer 터널에서 실시된 실험결과(2003)을 인용하여 화재성장율을 0.215 ㎾/s2, 총발생열량을 65 GJ로 적용하였다.In addition, a fire growth rate of 0.215 ㎾ / s 2 and total heat generation of 65 GJ were applied to fires of 50 MW or more, citing the results of a recent experiment conducted in the Runehammer tunnel (2003).

< 2-3 > 정체빈도의 적용<2-3> Application of Stagnation Frequency

본 고안의 화재발생 시나리오는 종류환기방식을 적용하는 일방통행 터널이나 대면통행 터널에서는 화재시 환기팬의 가동은 터널내 풍속을 증가시켜 화재하류에 위치해 있는 대피자를 연기가 덮칠 가능성이 증대하게 되며, 이로 인한 인명 피해를 가증할 우려가 있다. 따라서, 화재발생 시나리오에서는 교통특성을 정체시(congest traffic flow)와 정상시(normal traffic flow)로 구분하여 설정하였다.In the fire scenario of the present invention, the operation of the ventilation fan during a fire in a one-way tunnel or a face-to-face tunnel using the type ventilation system increases the wind speed in the tunnel, which increases the likelihood of the smoke being evacuated from the downstream fire. As a result, there is a risk of increasing the risk of human life. Therefore, in the fire occurrence scenario, traffic characteristics are divided into congest traffic flow and normal traffic flow.

정체시간에 대한 평가방법이나 이론은 특별한 내용이 알려진 바 없으므로, 본 고안에서는 거제터널 설계시 COWI사에서 적용한 방법을 적용하였다(도 1).Since the evaluation method or theory for the stagnation time is not known in particular, the present invention was applied to the method applied by the COWI company when designing Geoje tunnel (Fig. 1).

< 실시예 3 > 대피특성Example 3 Evacuation Characteristics

터널에서 화재 또는 비상시 대피시간은 일반적으로 화재감지 시간과 대피를 준비하기 위한 시간, 대피시간으로 구분하고 있으며, 본 고안에서는 화재 발생후 차량에서 대기하는 대기시간(time in car or leave the car)과 차량에서 하차하여 대피를 결정하는 시간(hesitation time), 대피를 시작하여 안전장소로 이동하는 대피시간(walking time)으로 구분하였다(도 2).In a tunnel, evacuation time in case of fire or emergency is generally divided into fire detection time, time to prepare for evacuation and evacuation time.In this design, the waiting time in a vehicle after a fire occurs (time in car or leave the car) and Time to determine the evacuation to get off the vehicle (hesitation time), starting from the evacuation to the safety time (walking time) to move to a safe place (Fig. 2).

터널화재시 대피시간에 대한 연구는 많은 인원을 동원하여야 하며, 실질적인 데이터를 얻기가 곤란하다는 점에서 전무하다. 따라서, 대부분의 위험도평가나 대피 시뮬레이션을 수행하는 경우, 일반적으로 화재 후 감지시간 및 결정시간을 1~2분 정도로 가정하고 있다.Evaluating evacuation time in tunnel fires requires a large number of personnel and no practical data is available. Therefore, when performing most risk assessments or evacuation simulations, it is generally assumed that the detection time and the determination time after the fire are about 1 to 2 minutes.

대피시간에 대한 가장 광범위한 연구로 Anders Noren에 의해서 수행된 Modelling Crowd Evacuation from Road and Train Tunnels - Data and design For faster evacuation이 있으며, 본 고안은 터널에 실제로 대피자를 동원하여 차량의 대기시간, 결정시간을 포함하는 대피시간에 대한 연구를 수행하였다.The most extensive study on evacuation time includes Modeling Crowd Evacuation from Road and Train Tunnels-Data and design For faster evacuation conducted by Anders Noren. A study on evacuation time including

< 3-1 > 대피특성의 검토<3-1> Examination of Evacuation Characteristics

본 고안에서는 대피시간에 대한 검토를 하기와 같이 수행하였다(표 5).In the present invention, the evacuation time was reviewed as follows (Table 5).

대피특성 및 확률분포Evacuation Characteristics and Probability Distributions 그룹group 차량 대기시간Vehicle waiting time 결정시간Decision time 비율(%)ratio(%) 행동양상Behavior 통계분포Statistical distribution 비율/확률분포식Probability / Probability Distribution Formula 1One 18.418.4 5151 80~130초 전에 차량을 버리는 사람Who dumps the vehicle 80-130 seconds ago Norm(41.6, 17.1)Norm (41.6, 17.1) 8 0.08+(1-0.08)Norm(151, 8)8 0.08+ (1-0.08) Norm (151, 8) 22 4949 80~130초 이후에 차량을 버리는 사람Abandon the vehicle after 80 to 130 seconds Gumb(28.8, 155)Gumb (28.8, 155) 33 81.681.6 경고 방송후에 차량을 버리는 사람Person who throws away vehicle after warning broadcast GEV(-0.22, 19.81, 33.08)GEV (-0.22, 19.81, 33.08) 28 0.28+(1-0.28)GEV(-0.44, 13, 8.42)28 0.28+ (1-0.28) GEV (-0.44, 13, 8.42)

주) Norm 함수는 누적정규분포로 다음과 같다.Note) Norm function is cumulative normal distribution as follows.

Figure 112006006495183-utm00031
Figure 112006006495183-utm00031

Gumb는 Gumbel 분포를 의미하며, 다음식과 같다.Gumb means Gumbel distribution, and is as follows.

Figure 112006006495183-utm00032
Figure 112006006495183-utm00032

GeV는 General Extreme Value 분포를 의미하며, 다음식과 같다.GeV means General Extreme Value distribution, and is as follows.

Figure 112006006495183-utm00033
Figure 112006006495183-utm00033

본 고안에서는 터널화재시 대피에 소요되는 시간은 차량안에서 대기하는 시간과 결정시간, 대피시간으로 구분되며, 대피자의 행동특성은 경고방송 전에 대피를 수행하는 사람과 경고방송 이후에 대피를 수행하는 대피자로 대별되며, 경고방송 전에 대피하는 대피자는 80~130초 전에 차량을 하자하는 사람과 이후에 하차하는 그룹으로 나누어지는 것으로 구분하였으며, 다수의 반복 실험을 통하여 각각의 그룹에 대한 비율 및 확률분포를 확인하였다(표 5).In this design, the time required for evacuation during tunnel fire is divided into waiting time, decision time and evacuation time in the vehicle.The behavioral characteristics of the evacuator are those who perform evacuation before warning broadcasting and evacuation after warning broadcasting. The evacuees, who are evacuated before the warning broadcast, are divided into those who let the vehicle go before 80 ~ 130 seconds and the group that gets off later.The ratio and probability distribution for each group through a number of repeated experiments. It was confirmed (Table 5).

상기 표에서 경고방송 전에 차량에서 하자하는 대피자의 비율은 18.4% 정도이며, 이중 8% 정도가 지체없이 대피를 시작하며, 81.6% 정도가 대피를 알리는 경고방송 후에 차량에서 탈출하며, 이중 28% 만이 결정시간 없이 대피를 하는 것으로 분석하였다. 또한, 각 그룹별 확률분포는 상기 표에 나타난 바와 같으며, 이를 기초로 하여 시간에 따른 행동특성별 확률분포는 도 2와 같다.In the table above, 18.4% of the evacuees fail in the vehicle before the warning broadcast, 8% of them start evacuating without delay, and 81.6% escape the vehicle after the warning broadcast. Only evacuation was made without decision time. In addition, the probability distribution for each group is as shown in the above table, and based on this, the probability distribution for each behavioral characteristic is as shown in FIG. 2.

< 3-2 > 피난연락갱 설치간격 및 차로수별 대피시간 검토<3-2> Review of Evacuation Contact Gang Installation Intervals and Evacuation Times by Lane Number

대피특성 검토를 위해서 국내 도입되어 건축 및 터널 설계분야에서 대피특성을 파악하기 위한 프로그램으로 널리 사용되고 있는 Simulex 프로그램을 사용하여 차로수 및 피난연락갱 설치간격에 따른 대피시간을 검토하였다.For evaluating evacuation characteristics, evacuation time according to lane number and evacuation liaison interval was reviewed using Simulex program, which was introduced in Korea and widely used as a program for evaluating evacuation characteristics in construction and tunnel design.

차로수(편도 2,3,4 차로) 및 피난연락갱의 간격(200, 250, 300, 350, 500, 750 m)에 따른 대피시간을 검토하였다(도 3).Evacuation time was examined according to the number of lanes (one way 2, 3, 4 lanes) and the intervals (200, 250, 300, 350, 500, 750 m) of the evacuation liaison (Fig. 3).

피난연락갱 간격이 증가하면 이에 비례해서 대피시간이 선형적으로 증가하는 경향을 보이고 있으며, 단위거리당 대피시간은 피난연락갱 거리가 증가하면 약간 증가하는 경향을 보이고 있으나, 평균 1.14 s/m(2차로), 1.23 s/m(3차로), 1.548 s/m(4차로)로 나타나고 있어, 4차로의 경우 대피시간이 급격하게 증가하고 있음을 알 수 있다.The evacuation time tends to increase linearly with increasing evacuation liaison intervals, and the evacuation time per unit distance tends to increase slightly as the evacuation liaison distance increases, but on average 1.14 s / m ( 2nd lane), 1.23 s / m (3rd lane) and 1.548 s / m (4th lane), indicating that evacuation time is rapidly increasing in the fourth lane.

또한, 차로수가 증가하면 피난연락갱 설치간격이 350 m 이하인 경우에는 2차로와 거의 동일한 대피시간을 보이고 있으나, 설치간격이 400 m 이상인 경우에는 터널 폭에 영향을 받아서 대피시간이 상당히 증가하는 경향을 보이고 있다. 따라서, 4차로의 경우 2차로의 기준을 적용하는 것은 타당하지 않다고 판단된다.In addition, when the number of lanes increases, evacuation time is almost the same as the second lane when the distance between the evacuation gang installation is less than 350 m.However, when the interval is more than 400 m, the evacuation time is significantly increased due to the tunnel width. It is showing. Therefore, in the case of the fourth lane, it is not appropriate to apply the second lane standard.

도 4는 터널내 대피인원수가 대피시간에 미치는 영향을 검토하기 위해서 피난연락갱 설치간격이 250 m인 2차선 터널에서 대피자수를 변수로 하여 대피시간을 검토한 결과이다.4 is a result of evaluating evacuation time using the number of evacuation in a two-lane tunnel with a 250 m interval between evacuation contact gang installation to examine the effect of evacuation personnel in the tunnel on the evacuation time.

상기 도 4에서 차로수가 3차로인 경우가 2차로 보다 대피시간이 짧게 나타나고 있으며, 인원수에 따른 대피시간의 변화는 거의 차이가 없는 것으로 나타나고 있다(표 6). 즉, 2차로의 경우에는 터널내 대피인원을 704명에서 1125명으로 가하여도 대피시간은 276.2초에서 292.4초로 약 6%정도 증가하는 것으로 나타나고 있으며, 4차로의 경우에는 인원수가 1414명에서 2254명으로 59% 증가하면 약 20%정도 증가하는 것으로 나타나고 있다.In FIG. 4, the evacuation time is shorter than that of the second lane when the number of lanes is three, and the change in evacuation time according to the number of people is almost insignificant (Table 6). In other words, in the second lane, the evacuation time increased by about 6% from 276.2 seconds to 292.4 seconds even when the evacuation personnel in the tunnel were 704 to 1125.In the fourth lane, the number of people evacuated from 1414 to 2254. As a result, an increase of 59% is expected to increase by about 20%.

대피인원에 따른 대피시간 비교Comparison of Evacuation Time by Evacuation Personnel 2차선2 lane 3차선Three lanes 4차선4 lane 대피인원Evacuation 대피시간Evacuation Time 대피인원Evacuation 대피시간Evacuation Time 대피인원Evacuation 대피시간Evacuation Time 704704 276.2276.2 10621062 273.0273.0 14141414 287.1287.1 907907 284.8284.8 13471347 281.0281.0 18221822 294.9294.9 11251125 292.4292.4 16721672 290.0290.0 22542254 344.2344.2

따라서, 터널내 대피시간을 피난연락갱 설치간격에 크게 영향을 받으며, 대피인원수에는 큰 영향을 받지 않는 것으로 판단된다.Therefore, evacuation time in the tunnel is greatly influenced by the interval between the evacuation gang installation and it is judged that it is not affected by the evacuation population.

< 3-3 > 차량배치 및 대피자 특성에 따른 대피시간 검토<3-3> Evacuation Time Review by Vehicle Arrangement and Evacuation Characteristics

차량의 배치 및 대피자의 특성에 따른 대피시간을 검토하기 위해서 도 5에 제시한 터널 모델에 대해서 탑승인원이 가장 많은 버스의 배치를 달리하는 경우와 대피자중 어린이를 고려하는 경우에 대한 대피시간을 검토하였다.Evaluate the evacuation time for the case where the bus occupies the largest number of passengers and the children among the evacuators are considered for the tunnel model shown in FIG. Was reviewed.

시뮬레이션 결과, 어린이를 제외한 경우가 대피시간이 가장 짧게 나타나고 있으며, 이를 기준으로 할 때 어린이를 포함하는 대피시간에 대한 시뮬레이션에서는 대피시간이 40~53%까지 증가하는 것으로 나타나고 있다(표 7). 이는 성인의 보행속도를 1~1.2 ㎧ 정하고, 어린이의 보행속도를 0.7 ㎧로 적용하기 때문이다.As a result of the simulation, evacuation time was the shortest in the case of excluding children, and based on this, the evacuation time was increased by 40 ~ 53% in the simulation of evacuation time including children (Table 7). This is because the walking speed of adults is set at 1 ~ 1.2 ㎧ and the walking speed of children is applied at 0.7 ㎧.

차량배치방법에 따른 대피시간 비교Evacuation Time Comparison According to Vehicle Arrangement 총 대피인원 구성Total evacuation staff composition 계산조건Calculation Condition 대피시간Evacuation Time 최소간에 대한 시간 비율Ratio of time to minimum 성인adult 어린이child 총인원Total number of people 12881288 336336 16201620 버스를 터널 전체에 균일하게 배치하는 경우Evenly placed buses throughout the tunnel 16:52 (1012s)16:52 (1012s) 4545 12881288 336336 16201620 대형버스를 화재지점(피난연락갱 B)에 집중 배치하는 경우When large buses are arranged at the fire site (evacuation contact B) 16:08 (968s)16:08 (968s) 38.338.3 12881288 336336 16201620 대형버스를 터널의 중간부 피난연락갱 A에 집중 배치하는 경우When large buses are concentrated in the evacuation center A of the tunnel 17:55 (1075s)17:55 (1075 s) 53.653.6 12881288 336336 16201620 터널내 모든 차량은 차간 간격을 2 m로 하여 화재지점부터 집중배치한 경우All vehicles in the tunnel are arranged from the fire point with a distance of 2 m between them. 16:55 (1015s)16:55 (1015s) 4545 88408840 00 884884 버스를 전체에 균일하게 배치하고 어린이를 제외한 경우If the bus is arranged evenly throughout, excluding children 11:40 (700s)11:40 (700s) --

또한, 버스의 정차위치가 대피시간에 미치는 영향은 10% 이하(100초)로 나타나고 있으며, 2분 정도의 차이가 발생하난 차량의 정차위치가 대피시간에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 판단된다. In addition, the effect of the stop position of the bus on the evacuation time is shown to be less than 10% (100 seconds), and the impact of the stop position of the vehicle on the evacuation time is not significant.

이상의 검토에서 터널내 대피시간은 피난연락갱의 거리가 동일한 경우에는 대피인원에는 크게 영향을 받지 않으며, 차로수에 대한 영향은 4차로 이상의 터널에서 크게 나타나고 있어, 4차로 터널에서 현재 도로터널 방재시설 설치지침의 250 m 간격의 적용은 무리가 있는 것으로 판단된다. 또한, 차량의 정체 위치에 따라서 대피시간이 영향을 받고 있으며, 어린이의 유무가 대피시간에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.In the above review, evacuation time in the tunnel is not significantly affected by evacuation personnel when the distance of evacuation contact is the same, and the influence on the number of lanes is largely shown in tunnels of more than four lanes. The application of the 250 m spacing in the installation instructions is considered to be unreasonable. In addition, evacuation time is affected by the location of the vehicle, and it is determined that the presence of children has the greatest effect on the evacuation time.

< 실시예 4 > 위험도 평가Example 4 Risk Assessment

< 4-1 > 위험도 평가모델<4-1> Risk Assessment Model

위험도 평가모델은 터널내 화재시 온도 및 유독가스가 대피자에게 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위하여 대피자에 대한 FED(fractional effective dose) 값을 구하기 위함이다. 위험도 평가모델은 도 6에 제시한 바와 같이, event tree 기법에 의한 화재시나리오를 작성하고, 각각에 대한 화재사고 발생율을 계산하는 화재시나리오 모델, 화재시 터널내 정체차량의 배치 및 대피자의 배치를 위한 traffic que 모델, 시간에 따른 대대피자의 위치를 계산하기 위한 대피시뮬레이션 모델, 화재시 터널내 온도 및 유해가스 농도를 계산하기 위한 모델 및 대피자의 유해가스의 노출정도를 정량적인 값(FED)으로 계산하기 위한 FED 계산모델로 구성된다.The risk assessment model is to obtain the FED (fractional effective dose) value for the evacuator in order to quantitatively evaluate the effects of temperature and toxic gases on the evacuator in a tunnel fire. As shown in FIG. 6, the risk assessment model includes a fire scenario model for generating a fire scenario by an event tree technique, a fire scenario model for calculating a fire accident rate for each, a placement of a congested vehicle in a tunnel and an evacuation arrangement. Traffic que model for evacuation, evacuation simulation model for calculating the location of evacuation victims over time, model for calculating temperature and noxious gas concentration in the tunnel in case of fire, and quantitative value (FED) It is composed of FED calculation model to calculate

< 4-2 > 화재발생 시나리오 모델<4-2> Fire Scenario Model

화재발생 시나리오 및 이에 따른 사고발생율에 대한 검토는 실시예 2에서 제시한 바와 같다. A review of the fire occurrence scenario and the accident occurrence rate is as shown in Example 2.

< 4-3 > 교통정체 모델<4-3> Traffic jam model

터널화재로 인한 터널내 차량의 정체길이 및 터널내 차량수 분석을 위한 모델이다. 터널내 차량수 계산모듈에서는 화재시 터널에서의 교통특성에 따라서 화재지점을 기준으로 5개의 구간(zone 1: 터널폐쇄후 화재후방에 차량이 존재하지 않는 구간, zone 2: 터널차단 이전에 도착한 차량이 사고를 인식하지 못하고 계속 진행하는 구간, zone 3: 차량이 정체된 구간, zone 4: 화재하류의 차량이 없는 구간, zone 5: 화재하류의 차량이 계속 진행하는 구간)으로 구분하여 시간대별 차량수를 계산한다(도 6). 정체구간의 전파속도(speed of shock wave)는 Yang에 의해 제시된 DICM(dynamic incident control model)을 적용하여 구하였으며, 터널내 차량의 진입은 한국도로공사기준에 준하여 3분 후에 차단되는 조건으로 계산하였다.It is a model for analyzing traffic jam length and number of vehicles in tunnel due to tunnel fire. The number of vehicles in the tunnel calculation module is based on the traffic characteristics in the tunnel in case of fire. Zones that continue without recognizing this accident, zone 3: sections where the vehicle is congested, zone 4: sections where there are no cars downstream of the fire, and zone 5: sections where the cars downstream of the fire continue. The number is calculated (FIG. 6). The speed of shock wave was calculated by applying the dynamic incident control model (DICM) proposed by Yang, and the entry of vehicles in the tunnel was calculated under the condition that the vehicle was blocked after 3 minutes according to the Korea Highway Corporation standard. .

정체지점의 전파속도(speed of shock wave; Uw)는 하기 식 1로 구한다.The speed of shock wave (U w ) of the stagnation point is obtained by the following equation.

Figure 112006006495183-utm00034
Figure 112006006495183-utm00034

여기서, q1 : 정체지점의 시간교통량(traffic flow rate), q2 : 도착 시간 교통량(pc/h), D0: 정체저점의 교통밀도(150 pc/㎞), D1 : 도착교통류의 교통밀도이다.Where q 1 : traffic flow rate at the point of congestion, q 2 : time of arrival traffic (pc / h), D 0 : traffic density at the point of congestion (150 pc / km), D 1 : traffic of arrival traffic Density.

< 4-4 > 대피시뮬레이션 모델<4-4> Evacuation Simulation Model

대피시뮬레이션 모델은 교토정체 모델에서 구한 정체지역(zone 3)에 터널내 화재전 주행속도 및 차종별 혼입율를 고려하여 차종별 차량수 및 차두간격을 계산하고 차량을 배치한다. 또한 차량의 배치에 다라서 차종별 승차인원에 따른 대피자를 배치하고 각각의 대피자에 대한 차량하차시간 및 결정시간을 고려하여 대피전 지체시간을 설정하고 대피가 시작되면 대피자의 보행속도를 계산하여 대피시뮬레이션을 수행하였다.The evacuation simulation model calculates the number of vehicles and the head spacing and arranges the vehicles in the congestion zone (zone 3) obtained from the Kyoto congestion model, taking into account the pre-fire speed in the tunnel and the mixing ratio by vehicle type. In addition, depending on the layout of the vehicle, the evacuation according to the number of passengers by vehicle type is arranged, and the delay time before evacuation is set in consideration of the vehicle disembarkation time and decision time for each evacuator, and when the evacuation is started, the evacuation speed Evacuation simulations were performed.

본 고안에서 차두간격은 현재 한도공기준에 준하여 정체시 차량밀도(Do)로부터 차종별 승용차 환산계수 및 차종별 혼입율을 고려하여 정체차량수를 하기 식 2로 구하였다.In the present design, the vehicle head spacing was calculated by Equation 2 from the vehicle density (Do) at the time of congestion in consideration of the conversion factor of each vehicle and the mixing ratio of each vehicle.

Figure 112006006495183-utm00035
Figure 112006006495183-utm00035

여기서, Ni : I 차종의 차량수, PCUtotal : 총괄 승용차 환산계수, Φi : I 차종의 혼입율이다.Where N i : the number of vehicles in I, PCU total : Overall passenger car conversion factor, Φ i : I is the mixing ratio of I model.

평균차두간격(Dv)의 계산은 하기 식 3으로 구한다.The average head gap (Dv) is calculated by the following equation.

Figure 112006006495183-utm00036
Figure 112006006495183-utm00036

여기서, CLi는 i 차종의 차량길이이다.Here, CL i is the vehicle length of model i.

정체지역에 차량의 배치는 정체길이에 대해서 차종별 정체차량수를 구한 후에 무작위적으로 배치한다.Arrangement of vehicles in the congestion area is done randomly after finding the number of congestion vehicles by vehicle type for the congestion length.

차종별 승차인원은 도 8의 입력화면에 나타낸 바와 같으며, 본 고안에서는 최대인원을 산정하기 위해서 차종별 최대 탑승인원을 고려하였다.The number of passengers by vehicle type is as shown in the input screen of FIG. 8, and in the present invention, the maximum number of passengers by vehicle type is considered to calculate the maximum number of persons.

대피시뮬레이션 모델에서는 시간 경과에 따라서 대피자를 피난연락갱이나 터널의 입출구부로 이동시키며, 대피자의 대피속도(walking speed)는 전방의 대피자와의 거리와 밀도에 의해서 계산한다. 전방의 대피자와의 거리에 따른 보행속도는 하기 식 4로 계산하며, 밀도에 의한 보행속도는 SPFE에 제시된 하기 식 5로 계산하였다. 본 고안에서는 전술한 두가지 방법으로 구한 보행속도중 작은값을 대피자의 보행속도로 하며, 터널내 연기농도를 고려하는 경우에는 연기농도를 가시거리로 환산하여 PIARC 95 보고서에 제시되어 있는 도 9의 가시거리에 따른 대피속도를 적용하도록 하였다.In the evacuation simulation model, evacuees are moved to the entrance and exit of the evacuation gang or tunnel over time, and the evacuation walking speed is calculated by the distance and density of the evacuator in front. The walking speed according to the distance to the evacuator in front was calculated by Equation 4 below, and the walking speed by density was calculated by Equation 5 given in SPFE. In the present invention, the smaller of the walking speeds obtained by the above two methods is the walking speed of the evacuator, and when considering the smoke concentration in the tunnel, the smoke concentration is converted into a visible distance, which is shown in the PIARC 95 report of FIG. 9. Evacuation speed was applied according to the visible distance.

Figure 112006006495183-utm00037
Figure 112006006495183-utm00037

Wspd = Vu, Dp>td W spd = V u , D p > t d

여기서, Vu는 방해물이 없는 경우에 보행속도로 Vu = 1.4 ㎧, Dp는 앞사람과의 거리, TD : 1.6 m, b : body depth이다.Where V u is the walking speed V u = 1.4 ㎧ in the absence of obstructions, D p is the distance to the person in front of it, T D : 1.6 m, b: body depth.

Figure 112006006495183-utm00038
Figure 112006006495183-utm00038

Wspd = 0.85kW spd = 0.85k

여기서, a = 0.266 ㎡/person, DH : 밀도, k는 상수로 경사로(ramp)나 회랑(corridor), 출입구(doorway)의 경우에는 1.4 ㎧이다.Where a = 0.266 m 2 / person, D H : density, k is 1.4 kPa in the case of ramp, corridor, doorway as a constant.

대피시뮬레이션의 모듈의 계산 결과를 simulex의 계산 결과와 비교, 검토하였다.The calculation results of the evacuation module were compared with the simulation results of simulex.

피난연락갱 간격에 따른 simulex에 의한 계산 결과와 본 고안에서 계산되는 대피시간을 비교하였다(표 8 및 도 10). 상기 표 8 및 도 10에서 알 수 있는 바와 같이 대피시간의 오차는 최대 6.6% 정도로 나타나고 있다.The results of evaluating the evacuation time calculated by the simulex according to the evacuation contact interval and the evacuation time calculated in the present invention were compared (Table 8 and FIG. 10). As can be seen in Table 8 and FIG. 10, the error of evacuation time is shown to be up to about 6.6%.

simulex와 대피모델에 의한 대피시간 비교Evacuation time comparison by simulex and evacuation model 피난연락갱 간격Evacuation contact gap simulexsimulex 본 고안This invention 명/시간Persons / hour 시간비Time ratio 대피인원Evacuation 대피시간Evacuation Time 대피인원Evacuation 대피시간Evacuation Time 본 고안This invention simulexsimulex (s-p)/s(s-p) / s 200200 880880 241.0241.0 881881 225225 3.9163.916 3.6513.651 6.6%6.6% 250250 11251125 292.7292.7 11491149 311311 3.6953.695 3.8443.844 -6.3%-6.3% 300300 13351335 344.8344.8 13361336 349349 3.8283.828 3.8723.872 -1.2%-1.2% 350350 15611561 396.7396.7 15291529 395395 3.8713.871 3.9353.935 0.4%0.4% 400400 17911791 449.0449.0 17831783 474474 3.7623.762 3.9893.989 -5.6%-5.6% 500500 21972197 557.4557.4 21692169 577577 3.7593.759 3.9423.942 -3.5%-3.5% 750750 32883288 817.8817.8 32863286 855855 3.8433.843 4.0214.021 -4.5%-4.5%

또한, 도 11은 피난연락갱 간격이 250, 500 m인 경우에 시간에 따른 누적 대피인원을 나타낸 것으로 중간과정에서 최대오차가 160명 정도 발생하고 있으나 거의 유사한 경향을 보이고 있음을 알 수 있다.In addition, FIG. 11 shows the cumulative evacuation personnel with time when the evacuation contact interval is 250, 500 m. The maximum error occurs in the middle process, but it can be seen that the trend is almost similar.

< 4-5 > 터널내 열환경 및 유해가스농도 계산 모듈<4-5> Thermal Environment and Hazardous Gas Concentration Calculation Module in Tunnel

화재에 따른 터널내 온도 및 유해가스농도 계산모듈에서는 터널내 대피자의 위치에 따른 온도 및 유해가스농도를 계산하기 위한 모듈로 본 고안에서는 두가지 방법으로 평가하도록 구성하였다. 첫째 방법은 온도, 복사열 및 유해가스농도(CO, CO2, 매연, 가시거리)를 Ingason이 제시하는 계산식에 의해서 계산하는 간략계산 방법이며, 두 번째 방법은 CFD 시뮬레이션을 수행하여 계산 결과를 MDB 파일로 생성하여 계산하는 방법이다.In the tunnel temperature and noxious gas concentration calculation module according to the fire, the module for calculating the temperature and noxious gas concentration according to the evacuator's location in the tunnel is designed to evaluate in two ways. The first method is a simple calculation method that calculates temperature, radiant heat and noxious gas concentrations (CO, CO 2 , soot, visible distance) by Ingason's formula. The second method performs CFD simulation to calculate the MDB file. To generate and calculate.

Ingason이 제시하는 터널내 열 및 유해가스에 대한 평가식은 다음과 같다.Ingason's formula for evaluating heat and harmful gases in tunnels is as follows.

-온도-Temperature

터널화재시 열평형식은 하기 식 6으로 표현된다.The thermal equilibrium type in tunnel fire is represented by the following equation.

Figure 112006006495183-utm00039
Figure 112006006495183-utm00039

또한 t초 후 화재하류 x m 지점에서 온도는 하기 식 7로 계산된다.In addition, after t seconds, the temperature at the fire downstream x m point is calculated by the following equation (7).

Figure 112006006495183-utm00040
Figure 112006006495183-utm00040

여기서, τ=t-(x/u), h=0.02~0.04 ㎾/㎡ㆍKWhere τ = t- (x / u) and h = 0.02 to 0.04 mW / m 2 · K

Figure 112006006495183-utm00041
이다.
Figure 112006006495183-utm00041
to be.

- 방사열유속(radiation heat flux)-Radiation heat flux

Figure 112006006495183-utm00042
Figure 112006006495183-utm00042

여기서,here,

q'' = 방사열유속 (㎾/㎡)q '' = radiant heat flux (㎾ / ㎡)

Fs = 불꽃 표면으로부터 방사된 연소열 분획(fraction of the combustion heat radiated from the flame surface) = 0.3F s = fraction of the combustion heat radiated from the flame surface = 0.3

m = 연소율(burning rate)(㎏/s) = 0.055 ㎏/(s.㎡)m = burning rate (kg / s) = 0.055 kg / (s.m 2)

ΔHc = 가솔린의 발열량 = 43.7 MJ/㎏ΔH c = calorific value of gasoline = 43.7 MJ / kg

x = 화재로부터의 거리 (m)x = distance from fire (m)

이다.to be.

-유해가스 농도Hazardous Gas Concentration

유해가스(i)의 농도는 하기 식 10과 산소저감율은 식 11로 계산한다.The concentration of the noxious gas (i) is calculated by the following equation 10 and the oxygen reduction rate by the equation (11).

Figure 112006006495183-utm00043
Figure 112006006495183-utm00043

Figure 112006006495183-utm00044
Figure 112006006495183-utm00044

-가시도 및 가시거리Visibility and visibility

터널내 화재로 인한 소광계수(extinction coefficient; K)는 하기 식 12 및 식 13으로 표현된다.The extinction coefficient (K) due to the fire in the tunnel is represented by the following equations (12) and (13).

Figure 112006006495183-utm00045
Figure 112006006495183-utm00045

Figure 112006006495183-utm00046
Figure 112006006495183-utm00046

여기서, OD : 광학밀도(optical density(log10(Io/I), Io : 광원의 세기, I : 수신부 광원의 세기)이다.Where OD: optical density (log 10 (I o / I), I o : Intensity of light source, I: intensity of receiver light source).

식 13에

Figure 112006006495183-utm00047
를 대입하면 하기 식 14로 계산된다.In Equation 13
Figure 112006006495183-utm00047
Substituting into is calculated by the following equation (14).

Figure 112006006495183-utm00048
Figure 112006006495183-utm00048

가시거리 V와 가시도(K)의 관계는 일반적으로 하기 식 15로 표시되며, 2는 일반적인 화재에 적용되는 상수이다.The relationship between the visible distance V and the visibility K is generally represented by the following equation (15), and 2 is a constant applied to a general fire.

Figure 112006006495183-utm00049
Figure 112006006495183-utm00049

위 식에서 가시거리(V,m)는 하기 식 16으로 계산한다.In the above formula, the visible distance (V, m) is calculated by the following formula (16).

Figure 112006006495183-utm00050
Figure 112006006495183-utm00050

여기서, Dmass는 총광학밀도(mass optical density)로 Ingoson은 표 9와 같이 제시하였다.Here, D mass is the mass optical density, and Ingoson is shown in Table 9.

총광학밀도Total optical density type of vehicletype of vehicle mass optical density, Dmass(㎡/㎏)mass optical density, D mass (㎡ / ㎏) roadroad car(steel)car (steel) 381381 car(plastic)car (plastic) 330330 busbus 203203 trucktruck 76-10276-102 subway(steel)subway (steel) 407407 subway(aluminium)subway (aluminium) 331331 railrail IC-typeIC-type 153153 ICE-typeICE-type 127-229127-229 two joined half Vehtwo joined half Veh 127-178127-178

< 4-6 > FED 계산 모듈<4-6> FED calculation module

열환경 및 유해가스가 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위한 방법으로 FED(fractional effective dose)를 평가하는 방법을 이용하였다.As a method for quantitatively evaluating the effects of the thermal environment and harmful gases, a method of evaluating the fractional effective dose (FED) was used.

FED는 인간이 열환경이나 유해가스에 노출되어 나타나는 영향을 정량화하여 평가하기 위한 것으로 t 시간 동안 인간이 호흡한 유해가스의 누적량(ppmㆍt)를 특정한 영향(incapacitation or death)을 미치는 Ct 값으로 나눈값이다. 일반적으로 치명적인 영향을 미치는 정도를 L(CT)50을 기준으로 하고 있다.FED is for quantifying and evaluating the effects of human exposure to thermal environment or harmful gas. The FED is the Ct value that affects the cumulative amount of harmful gas (ppm · t) that humans breathe in t hours as an incapacitation or death. Divided by In general, lethal effects are based on L (CT) 50 .

본 고안에서 터널화재시 유해가스 및 열환경이 인간에 미치는 영향을 검토하기 위하여 FED 방법을 적용하였다.In this design, FED method is applied to examine the effects of harmful gases and thermal environment on humans in tunnel fires.

FED 계산을 위한 모델은 PURSER's 모델, N-GAS 모델, 미국 FAA의 모델 등이 있으며, 본 고안자들은 FED 값을 FAA 모델 보다 높게 평가하며, 또한 도로터널 위험도 평가에 일반적으로 적용하고 있는 PURSER's 모델을 적용하였으며, 환경 및 가시거리에 대한 모델을 추가로 적용하였다.Models for FED calculation include PURSER's model, N-GAS model, and US FAA model, and our inventors evaluate FED value higher than FAA model and also apply PURSER's model, which is generally applied to road tunnel risk assessment. The model for environment and visibility was further applied.

PURSER's 모델의 특징 및 본 고안에 적용한 내용을 기술하면 다음과 같다.The characteristics of the PURSER's model and the contents applied to the present invention are described as follows.

- CO와 HCN을 대상물질로 함, 본 고안에서는 터널화재시 HCN에 대한 연구자료가 부족하여 이를 적용하지는 않았다.-CO and HCN are the target materials. In this design, the research data on HCN were not applied due to the lack of tunnel fire.

- CO2는 호흡량을 증가시켜 CO와 HCN의 호흡을 가중한다.-CO 2 increases the volume of respiration, which increases the respiration of CO and HCN.

- 산소 저감에 의한 영향은 유해가스에 의한 영향과 복합적으로 일어난다.-The effects of oxygen reduction occur in combination with the effects of harmful gases.

- CO2의 호흡에 의한 영향은 유해가스에 의한 영향과는 무관하다.-The effects of CO 2 breathing are independent of the effects of hazardous gases.

- 본 고안에서는 FAA의 위험도 평가모델에서 적용한 바와 같이 유해가스의 온도, 복사열에 의한 영향을 모두 가중하여 FED 값을 계산하였다.-In this design, the FED value was calculated by weighting all the effects of harmful gas temperature and radiant heat as applied in the FAA risk assessment model.

각 유해가스에 대한 FED 계산식 중 주요 계산식만을 기술하면 다음과 같다The following is the description of the main equations among the FED equations for each hazardous gas:

(1) CO가스(1) CO gas

CO는 호흡에 의해서 혈액중 헤모글로빈과 반응하여 COHb(carboxyhemoglobin)을 형성하며, CO 농도 및 노출시간에 따른 혈중 COHb의 농도(%)는 하기 식 17로 구한다.CO reacts with hemoglobin in the blood by respiration to form COHb (carboxyhemoglobin), and the concentration of COHb in blood according to the CO concentration and exposure time is calculated by the following equation (17).

Figure 112006006495183-utm00051
Figure 112006006495183-utm00051

CO 가스의 흡입이 인체에 미치는 영향은 위험도지수, FI(FID : frctonal incapacitating dose)는 하기 식 18로 구한다.The effect of inhalation of CO gas on the human body is the risk index, and F I (FID: frctonal incapacitating dose) is obtained by the following equation (18).

Figure 112006006495183-utm00052
Figure 112006006495183-utm00052

여기서, FICO : 의식불명에 이르게 하는 위험도 지수, D : 의식불명에 이르는 COHb 농도(%)로 본 고안에서는 30%로 하였다.Here, F ICO : risk index leading to unconsciousness, D: COHb concentration (%) from unconsciousness to 30% in the present invention.

(2) 산소의 저감율(2) reduction rate of oxygen

산소농도의 저감은 의식불명에 이르게 하는 위험인자의 하나로 산소농도 저감율이 10% 전후에 도달하면 의식불명에 이르게 되며, 9.6%가 한계치로 알려져 있다. 산소 저감에 다른 위험지수는 하기 식 19로 구한다.Reduction of oxygen concentration is one of the risk factors leading to unconsciousness. When oxygen reduction rate reaches around 10%, it becomes unconscious, and 9.6% is known as the limit value. Another risk index for reducing oxygen is calculated by the following equation (19).

Figure 112006006495183-utm00053
Figure 112006006495183-utm00053

여기서, %O2 : 산소의 농도(%)이다.Here,% O 2 : concentration of oxygen (%).

(3) 이산화탄소(3) carbon dioxide

이산화탄소는 독성 가스는 아니지만 농도가 높아질수록 호흡량을 증가시키는 원인이 되어 유독가스의 호흡량을 증가시키게 된다.Carbon dioxide is not a toxic gas, but as the concentration increases, it causes the respiratory volume to increase, thereby increasing the respiratory volume of the toxic gas.

일반적으로 이산화탄소의 농도가 3%일 때는 호흡량이 2배, 5%일 때는 3배 정도 증가하며, CO2 농도에 따른 호흡량 증가는 다음과 같이 구한다.In general, when the concentration of carbon dioxide is 3%, the respiratory volume is increased by 2 times, and when 5% is increased by about 3 times, the respiratory volume increase according to the CO 2 concentration is calculated as follows.

Figure 112006006495183-utm00054
Figure 112006006495183-utm00054

일반적으로 이산화탄소 농도가 10% 이상에서는 약 2분 안에 의식을 잃게 되며, 이산화탄소에 의한 위험도 지수는 하기 식 21이 된다.In general, when the carbon dioxide concentration is 10% or more, it becomes unconscious within about 2 minutes, and the risk index due to carbon dioxide is represented by Equation 21 below.

Figure 112006006495183-utm00055
Figure 112006006495183-utm00055

(4) HCN(hydrogen cyanide)(4) HCN (hydrogen cyanide)

HCN에 대한 위험도 지수는 하기 식 22로 계산한다.The risk index for HCN is calculated by the following equation.

Figure 112006006495183-utm00056
Figure 112006006495183-utm00056

Figure 112006006495183-utm00057
80<ppmHCN<180 ppm
Figure 112006006495183-utm00057
80 <ppmHCN <180 ppm

(5) 열환경(5) thermal environment

-온도에 대한 FED 계산FED calculation for temperature

Figure 112006006495183-utm00058
Figure 112006006495183-utm00058

- 복사열에 대한 FED 계산-FED calculation for radiant heat

Figure 112006006495183-utm00059
Figure 112006006495183-utm00059

전술한 열환경 및 유해가스환경에 대한 FED 평가는 Purser는 하기 식 25로 제시하고 있다.The FED evaluation for the above-mentioned thermal environment and noxious gas environment is presented by Purser below.

Figure 112006006495183-utm00060
Figure 112006006495183-utm00060

그러나, 미연방 항공우주국이 비행기 화재산고시 FED 평가 모델에서는 열환경인자(온도, 복사열) 및 유해가스에 대한 영향을 시간 개념을 도입하여 모두 합하여 FED를 평가하고 있다. 따라서, 본 고안에서도 인체에 미치는 각 인자의 영향을 모두 합하여 FED를 평가하였다. FED 평가식은 다음과 같이 적용하였다.However, the Federal Aeronautics and Space Administration is evaluating the FED in the FED evaluation model by evaluating the effects of thermal environment factors (temperature, radiant heat) and harmful gases on the FED evaluation model. Therefore, the present invention also evaluated the FED by adding up the effects of each factor on the human body. The FED evaluation formula was applied as follows.

Figure 112006006495183-utm00061
Figure 112006006495183-utm00061

< 4-7 > FED 계산예<4-7> FED calculation example

FED의 특징은 대피자의 피난지역을 자동으로 설정하거나 임의조정할 수 있고, 초기 차량위치 및 대피자의 위치를 자동 결정할 수 있으며, 대피속도(보행속도) 계산의 선택적(전방대피자의 밀도, 전방대피자와 거리고려)으로 수행할 수 있고, 연기농도에 다른 가시도 계산을 계산을 통해 연기농도가 대피속에 미치는 영향을 받영할 수 있다. 아울러, 화재시 차량내 대기시간 및 대피 결정시간까지의 지체시간을 선택적으로 적용할 수 있으며, 온도 및 유해가스 농도에 대한 계산식에 의한 계산이 가능하고 온도 및 유해가스 농도에 대한 DB 작성 및 DB 적용이 가능하다.The characteristics of the FED can automatically set or arbitrate evacuation areas for evacuees, automatically determine the initial vehicle position and evacuation location, and select the evacuation speed (walking speed) calculation (density of front evacuation, forward). Evacuation and distance consideration), and the calculation of different visibility of smoke concentration can be used to influence the smoke concentration. In addition, delay time until waiting time and evacuation determination time can be selectively applied in case of fire, calculation by temperature and harmful gas concentration is possible, calculation of DB and application of temperature and harmful gas concentration This is possible.

터널 위험도 평가를 위해서 150 m 터널 양방향으로 차량이 정체된 상황에서 화재가 발생하는 경우, 본 고안에서는 대피시간과 FED 값이 0.3 이상이 되는 대피자수에 대한 분석을 수행하였다.In order to evaluate the risk of the tunnel, when a fire occurs when the vehicle is congested in both directions of the 150 m tunnel, the evacuation time and the number of evacuation with the FED value of 0.3 or more were analyzed.

계산조건은 터널연장은 1500 m, 극심한 정체로 차량이 터널 전체에 정체된 상황, 화재 강도는 각각 20, 50 MW, 대피인원은 약 2,369명, 대피시간에 차량을 버리는 시간과 대피를 결정하는 시간을 고려, 경고방송 화재후 120s 이다.Calculation conditions are 1500 m in tunnel length, and the traffic is congested throughout the tunnel, the fire intensity is 20 and 50 MW, the evacuation personnel is about 2,369, and the time to decide when to evacuate and evacuate the vehicle at evacuation time. Consider, the warning broadcast is 120s after the fire.

화재강도가 20 MW인 경우, 피난연락갱 간격이 250 m인 경우에는 민감한 사람이 영향을 받는 것으로 알려진 FED=0.3 이상이 되는 대피자는 없는 것으로 계산되나, 피난연락갱 간격이 300, 375, 500 m로 증가함에 따라 3.8, 31.8, 160명으로 급격하게 증가한다. 또한, 화재강도가 50 MW인 경우에는 피난연락갱 설치간격이 250 m인 경우에도 FED=0.3을 초과하는 대피자가 발생하고 있으며, 이 경우 피난연락갱 설치거리에 따라서 각각 53.2, 102.5, 141.8, 273.5명으로 증가하고 있다.If the fire intensity is 20 MW, the evacuation liaison interval is 250 m, but no evacuation of FED = 0.3 or more is known to affect the sensitive person, but the evacuation liaison interval is 300, 375, 500 m. As the number increases to 3.8, 31.8, 160 will increase rapidly. In addition, if the fire intensity is 50 MW, evacuation exceeding FED = 0.3 occurs even when the evacuation contact gang installation interval is 250 m.In this case, 53.2, 102.5, 141.8, 273.5 depending on the installation distance of the evacuation contact gang, respectively. Increasing in number.

대피시간의 검토에서 피난연락갱 간격이 250 m인 경우, 대피시간은 각각 636(20 MW), 778(50 MW)로 화재강도가 증가하면 연기에 의한 보행속도가 저하하여 대피시간이 증가하고 있으며, 앞에서 설명한 순수한 대피시간 276 s보다 약 2.8배 증가하는 것으로 나타나고 있다.In evaluating the evacuation time, if the evacuation contact interval is 250 m, evacuation time is 636 (20 MW) and 778 (50 MW), respectively, and as the fire intensity increases, the walking speed due to smoke decreases and the evacuation time increases. As a result, it has been shown to be about 2.8 times greater than the 276 s pure evacuation time described earlier.

이상의 검토에서 피난연락갱 간격이 250 m인 경우, 화재강도를 20 MW로 고려하는 경우에는 FED 값이 0.3을 초과하는 대피자수는 3.8명으로 전체의 0.16%에 불과하지만 화재강도를 50 MW로 고려하는 경우에는 53.2명으로 급격하게 증가함을 확인하였다. 이와 같이 FED 값이 0.3을 초과하는 대피자수가 급격하게 증가하는 원인은 유해가스 농도의 증가뿐만 아니라 가시거리의 저하로 보행속도가 감소하여 터널에 채류하는 시간이 증가하기 때문이다.In case of evacuation contact interval of 250 m, fire intensity is considered to be 20 MW. In case of considering fire intensity as 20 MW, evacuation number exceeding 0.3 is 3.8 persons, which is only 0.16% of the total, but fire intensity is considered as 50 MW. In the case of the case, the increase was 53.2. The reason for the rapid increase in the number of evacuees whose FED value exceeds 0.3 is because the walking speed decreases due to the decrease in the visible distance as well as the increase in the concentration of harmful gases, which increases the time to stay in the tunnel.

20 MW의 화재강도에서는 피난연락갱 간격이 증가하면 기하급수적으로 예상되는 사상자수가 증가하나, 50 MW로 하는 경우에는 거의 비례적으로 증가하는 경향을 보이고 있다. 또한, 대피시간은 가시거리에 영향을 많이 받기 때문에 화재강도에 영향을 받으며, 지체시간을 고려하면 가시거리와 지체시간을 고려하지 않은 simulex에 의한 대피시간 보다 최대 1.8배까지 증가하는 것으로 나타나고 있다. 따라서, 터널내 대피시간 산정을 위해서 지체시간에 대한 검토와 가시거리 저하에 따른 보행속도의 감소영향을 반드시 고려하여야 할 것으로 판단된다.At 20 MW fire intensity, the number of casualties expected to increase exponentially increases as the evacuation liaison interval increases, but increases proportionally with 50 MW. In addition, the evacuation time is affected by the fire intensity because it is affected by the visible distance, and considering the delay time, the evacuation time increases up to 1.8 times than the evacuation time by simulex without considering the visible distance and delay time. Therefore, it is necessary to consider the delay time and the effect of the decrease of walking speed due to the decrease of the visible distance for evaluating the evacuation time in the tunnel.

한편 도 14는 본 고안의 일실시예에 따른 개략적인 시스템의 구성을 도시한다. 도시된 바와 같이 본 고안의 중앙제어부는 데이터 획득모듈; 과 정체길이 및 차량수 분석모듈;과 대피시간 측정모듈;과 온도 및 유해가스 측정모듈; 및 FED 측정모듈로 구성되며, 필요에 따라 감지부 및 입출력부를 더 포함하여 구성될 수 있다. 또한 상기 중앙제어부는 도시된 DB와 연동하여 측정된 데이터를 저장 및 호출할 수 있다.On the other hand, Figure 14 shows the configuration of a schematic system according to an embodiment of the present invention. As shown, the central control unit of the present invention is a data acquisition module; Traffic jam length and vehicle number analysis module; and evacuation time measurement module; and temperature and harmful gas measurement module; And an FED measurement module, and may further include a sensing unit and an input / output unit as necessary. In addition, the central control unit may store and recall data measured in conjunction with the illustrated DB.

상기 데이터 획득모듈은 전술한 바와 같이 터널 화재발생 시나리오 및 이에 따른 사고발생율을 추정하기 위한 데이터를 획득하며, 상기 정체길이 및 차량수 분석모듈은 화재발생시 터널내 차량의 정체길이 및 차량수를 분석하며, 상기 대피시간 측정모듈은 차량내 대피자의 대피시간을 측정하며, 상기 온도 및 유해가스 측정모듈은 터널내 온도 및 유해가스 농도를 측정하며, 상기 FED 측정모듈은 FED(fractional effective dose)를 측정한다.The data acquisition module obtains data for estimating a tunnel fire occurrence scenario and an accident occurrence rate as described above, and the congestion length and vehicle number analyzing module analyzes the traffic jam length and the number of vehicles in the tunnel when a fire occurs. The evacuation time measuring module measures the evacuation time of the evacuator in the vehicle, the temperature and noxious gas measuring module measures the temperature and noxious gas concentration in the tunnel, and the FED measuring module measures the fractional effective dose (FED). do.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 고안의 터널화재 위험도의 예측시스템은 대피자의 피난지역, 초기 차량위치 및 대피자의 위치의 자동 결정, 대피속도의 계산, 연기농도가 대피속에 미치는 영향의 반영, 화재시 차량내 대기시간 및 대피 결정시간까지의 지체시간의 선택적 적용, 온도 및 유해가스 농도에 대한 계산식에 의한 계산, 온도 및 유해가스 농도에 대한 DB 작성 및 DB 적용이 가능하므로, 다양한 터널의 위험도를 평가하여 안전한 터널 공사 내지는 완공된 터널의 보완하는데 사용될 수 있다.As described above, the tunnel fire risk prediction system of the present invention is an automatic determination of evacuation area, initial vehicle position and evacuee position, calculation of evacuation speed, reflection of smoke concentration on evacuation speed, fire It is possible to apply the delay time to the waiting time and evacuation decision time in the vehicle, to calculate the temperature and harmful gas concentration, to create the DB and apply the temperature and harmful gas concentration, It can be used to evaluate and secure tunnel construction or to supplement a completed tunnel.

Claims (11)

중앙제어부와 이에 연동되는 감지부, 입출력부 및 DB로 구성되는 터널화재 예측시스템에 있어서,In the tunnel fire prediction system consisting of a central control unit, a sensing unit, an input-output unit and a DB linked thereto, 상기 중앙제어부는 터널 화재발생 시나리오 및 이에 따른 사고발생율을 추정하기 위한 데이터를 획득하는 데이터 획득모듈;과The central control unit includes a data acquisition module for acquiring data for estimating a tunnel fire occurrence scenario and an accident occurrence rate; 화재발생시 터널내 차량의 정체길이 및 차량수를 분석하는 정체길이 및 차량수 분석모듈;과Congestion length and vehicle number analysis module for analyzing the congestion length and the number of vehicles in the tunnel in the event of a fire; And 차량내 대피자의 대피시간을 측정하는 대피시간 측정모듈;과Evacuation time measuring module for measuring the evacuation time of the evacuator in the vehicle; And 터널내 온도 및 유해가스 농도를 측정하는 온도 및 유해가스 측정모듈;과Temperature and harmful gas measurement module for measuring the temperature and harmful gas concentration in the tunnel; And FED(fractional effective dose)를 측정하는 FED 측정모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터널화재 위험도의 예측시스템.Tunnel fire risk prediction system, characterized in that it comprises a FED measurement module for measuring the fractional effective dose (FED). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 터널 화재발생에 대한 시나리오는 승용차의 화재발생 시나리오 및, 버스 및 화물 차량의 화재발생 시나리오로 구성되고,The scenario for the tunnel fire occurrence is composed of a fire occurrence scenarios of passenger cars and fire occurrence scenarios of buses and freight vehicles, 상기 승용차의 화재발생 시나리오는 승용차 1대에 대한 최대화재 강도를 5 MW로, 사고의 40%를 경미한 화재로 설정하며, 승용차 2대 이상의 차량으로 확산되는 화재강도를 10 MW로 하며, 인접차량으로 화재가 확대될 가능성을 2%로 설정되 며,In the fire scenario of the passenger car, the maximum ash strength for one passenger car is set at 5 MW, and 40% of accidents are set at a minor fire, and the fire intensity spreading to two or more cars is set at 10 MW. The probability of fire escalation is set to 2%. 상기 버스 및 화물 차량의 화재발생 시나리오는 화물차량과 버스의 화재중 87%는 20 MW급, 11%는 30 MW급, 2%는 50 MW 이상급으로 설정하며, 20, 30 MW의 화재에 대해서 화재성장율 및 총발생열량을 0.1 ㎾/s2, 41 GJ과 54 GJ로, 50 MW 급 이상의 화재에 대해서는 화재성장율 및 총발생열량을 0.215 ㎾/s2, 65 GJ로 설정하는 것을 특징으로 하는 터널화재 위험도의 예측시스템.The fire scenarios of the buses and freight vehicles are set to 87 MW, 20 MW, 11% to 30 MW, 2% to 50 MW, and 20, 30 MW of fire. Tunnel fire characterized by setting the growth rate and total calorific value to 0.1 ㎾ / s 2 , 41 GJ and 54 GJ, and for fires of 50 MW or higher, the fire growth rate and total calorific value to 0.215 ㎾ / s 2 , 65 GJ Risk Prediction System. 제 1항에 있어서, 상기 사고발생율은 30~40건/1억 Vehㆍ㎞인 것을 특징으로 하는 터널화재 위험도의 예측시스템.The system of claim 1, wherein the accident occurrence rate is 30 to 40 cases / 100 million Veh · km. 제 1항에 있어서, 상기 차량의 정체길이 및 차량수의 분석은 교통특성을 정체시(congest traffic flow)와 정상시(normal traffic flow)로 구분하여 설정하며, 터널 구간을 화재지점을 기준으로 5개의 구간(zone 1: 터널폐쇄후 화재후방에 차량이 존재하지 않는 구간, zone 2: 터널차단 이전에 도착한 차량이 사고를 인식하지 못하고 계속 진행하는 구간, zone 3: 차량이 정체된 구간, zone 4: 화재하류의 차량이 없는 구간, zone 5: 화재하류의 차량이 계속 진행하는 구간)으로 구분하여 시간대별 차량수를 계산하며,The method of claim 1, wherein the traffic length and the number of vehicles are analyzed by setting traffic characteristics into congestion traffic and normal traffic flow. Zones (zone 1: section where no vehicle exists behind the fire after the tunnel is closed, zone 2: section where the vehicle arriving before the tunnel is not aware of the accident and continues to progress, zone 3: section where the vehicle is stalled, zone 4 : The number of vehicles per time zone is calculated by dividing into zones without vehicles downstream of fire, zone 5: zones where vehicles downstream of fire continue. 정체지점의 전파속도(speed of shock wave; Uw)는The speed of shock wave (U w ) at the point of congestion
Figure 112006006495183-utm00062
Figure 112006006495183-utm00062
여기서, q1 : 정체지점의 시간교통량(traffic flow rate), q2 : 도착 시간 교통량(pc/h), D0: 정체저점의 교통밀도(150 pc/㎞), D1 : 도착교통류의 교통밀도이고,Where q 1 : traffic flow rate at the point of congestion, q 2 : time of arrival traffic (pc / h), D 0 : traffic density at the point of congestion (150 pc / km), D 1 : traffic of arrival traffic Density, 차두간격은 The car head spacing
Figure 112006006495183-utm00063
Figure 112006006495183-utm00063
여기서, Ni : I 차종의 차량수, PCUtotal : 총괄 승용차 환산계수, Φi : I 차종의 혼입율이고,Where N i : the number of vehicles in I, PCU total : Overall passenger car conversion factor, Φ i : Mixing ratio of I model, 평균차두간격(Dv)은Average head spacing (Dv)
Figure 112006006495183-utm00064
Figure 112006006495183-utm00064
여기서, CLi는 i 차종의 차량길이이고,Where CL i is the vehicle length of model i, 전방의 대피자와의 거리에 따른 보행속도는The walking speed according to the distance from the evacuator in front
Figure 112006006495183-utm00065
Figure 112006006495183-utm00065
Wspd = Vu, Dp>td W spd = V u , D p > t d 여기서, Vu는 방해물이 없는 경우에 보행속도로 Vu = 1.4 ㎧, Dp는 앞사람과의 거리, TD : 1.6 m, b : body depth이고,Where V u is the walking speed in the absence of obstructions, V u = 1.4 ㎧, D p is the distance to the person in front of it, T D : 1.6 m, b: body depth, 밀도에 의한 보행속도는Walking speed by density
Figure 112006006495183-utm00066
Figure 112006006495183-utm00066
Wspd = 0.85kW spd = 0.85k 여기서, a = 0.266 ㎡/person, DH : 밀도, k는 상수로 경사로(ramp)나 회랑(corridor), 출입구(doorway)의 경우에는 1.4 ㎧인 것을 특징으로 하는 터널화재 위험도의 예측시스템.Where a = 0.266 m 2 / person, D H : Density, k is a constant constant fire hazard prediction system, characterized in that 1.4 에는 in the case of ramps, corridors, doorways.
제 1항에 있어서, 상기 차량내 대피자의 대피시간의 측정은 화재 발생후 차량에서 대기하는 대기시간(time in car or leave the car)과 차량에서 하차하여 대피를 결정하는 시간(hesitation time), 대피를 시작하여 안전장소로 이동하는 대피시간(walking time)으로 설정하는 것을 특징으로 하는 터널화재 위험도의 예측시스템.The method of claim 1, wherein the evacuation time of the evacuation of the in-vehicle evacuation is a time in car or leave the car waiting for the fire after the fire (hesitation time to determine the evacuation by getting off the vehicle, Prediction system of tunnel fire risk, characterized in that set to the walking time (starting evacuation and moving to a safe place). 제 5항에 있어서, 상기 차량내 대피자의 대피시간의 측정은 경고 방송후에 차량을 버리는 사람은 81.6%이며 통계분포는 GEV(-0.22, 19.81, 33.08)(GEV 함수 :
Figure 112006006495183-utm00067
)이고 비율/확률분포식은 28 0.28+(1-0.28)GEV(-0.44, 13, 8.42)를 따르며, 나머지 사람중 51%는 80~130초 전에 차량을 버리는 사람으로 통계분포는 Norm(41.6, 17.1)을(Norm 함수:
Figure 112006006495183-utm00068
), 49%는 80~130초 이후에 차량을 버리는 사람으로 통계분포는 Gumb(28.8, 155)(Gumb 함수 :
Figure 112006006495183-utm00069
)이며, 이들의 비율/확률분포식은 8 0.08+(1-0.08)Norm(151, 8)를 따르는 것을 특징으로 하는 터널화재 위험도의 예측시스템.
The method of claim 5, wherein the evacuation time of the evacuation of the in-vehicle evacuation is 81.6% of the people who discard the vehicle after the warning broadcast and the statistical distribution is GEV (-0.22, 19.81, 33.08) (GEV function:
Figure 112006006495183-utm00067
), And the ratio / probability distribution follows 28 0.28+ (1-0.28) GEV (-0.44, 13, 8.42), with 51% of the people dropping cars before 80-130 seconds, with a statistical distribution of Norm (41.6, (Norm function: 17.1)
Figure 112006006495183-utm00068
49% are those who dump their vehicles after 80 ~ 130 seconds, and the statistic distribution is Gumb (28.8, 155) (Gumb function:
Figure 112006006495183-utm00069
And their ratio / probability distribution follows 8 0.08 + (1-0.08) Norms (151, 8).
제 1항에 있어서, 상기 차량내 대피자의 대피시간의 측정은 차로수(편도 2,3,4 차로)로 이루어지고, 상기 2, 3, 4차로의 경우 각각 1.14 s/m, 1.23 s/m, 1.548 s/m인 것을 특징으로 하는 터널화재 위험도의 예측시스템.The method of claim 1, wherein the evacuation time of the evacuation of the in-vehicle evacuation is made by the number of lanes (one way 2, 3, 4 lanes), 1.14 s / m, 1.23 s / for each of the 2, 3, 4 lanes m, 1.548 s / m tunnel fire risk prediction system, characterized in that. 제 7항에 있어서, 상기 차량내 대피자의 대피시간의 측정은 추가적으로 어린이를 포함하여 이루어지고, 성인의 보행속도는 1~1.2 ㎧, 어린이의 보행속도는 0.7 ㎧로 적용하는 것을 특징으로 하는 터널화재 위험도의 예측시스템.The tunnel of claim 7, wherein the evacuation time of the evacuation of the in-vehicle is additionally included including a child, the walking speed of the adult is 1 ~ 1.2 ㎧, the child walking speed is applied to the tunnel of 0.7 ㎧ Fire hazard prediction system. 제 1항에 있어서, 상기 터널내 온도의 측정은The method of claim 1, wherein the measurement of the temperature in the tunnel 터널화재시 열평형식은The thermal equilibrium type in tunnel fires
Figure 112006006495183-utm00070
으로,
Figure 112006006495183-utm00070
to,
t초 후 화재하류 x m 지점에서 온도는After t seconds, the temperature at the point downstream of fire x m
Figure 112006006495183-utm00071
Figure 112006006495183-utm00071
여기서, τ=t-(x/u), h=0.02~0.04 ㎾/㎡ㆍKWhere τ = t- (x / u) and h = 0.02 to 0.04 mW / m 2 · K
Figure 112006006495183-utm00072
이고,
Figure 112006006495183-utm00072
ego,
방사열유속(radiation heat flux)은Radiation heat flux
Figure 112006006495183-utm00073
Figure 112006006495183-utm00073
여기서,here, q'' = 방사열유속 (㎾/㎡)q '' = radiant heat flux (㎾ / ㎡) Fs = 불꽃 표면으로부터 방사된 연소열 분획(fraction of the combustion heat radiated from the flame surface) = 0.3F s = fraction of the combustion heat radiated from the flame surface = 0.3 m = 연소율(burning rate)(㎏/s) = 0.055 ㎏/(s.㎡)m = burning rate (kg / s) = 0.055 kg / (s.m 2) ΔHc = 가솔린의 발열량 = 43.7 MJ/㎏ΔH c = calorific value of gasoline = 43.7 MJ / kg x = 화재로부터의 거리 (m)인 것을 측정하는 것을 특징으로 하는 터널화재 위험도의 예측시스템.x = tunnel fire risk prediction system, characterized in that it measures the distance from the fire (m).
제 1항에 있어서, 상기 유해가스 농도는The method of claim 1, wherein the harmful gas concentration is
Figure 112006006495183-utm00074
으로,
Figure 112006006495183-utm00074
to,
산소저감율은Oxygen reduction rate
Figure 112006006495183-utm00075
로 측정하며,
Figure 112006006495183-utm00075
Measured by
추가적으로 가시도 및 가시거리는Additional visibility and visibility 소광계수(extinction coefficient; K)를Extinction coefficient (K)
Figure 112006006495183-utm00076
Figure 112006006495183-utm00076
Figure 112006006495183-utm00077
Figure 112006006495183-utm00077
여기서, OD : 광학밀도(optical density(log10(Io/I), Io : 광원의 세기, I : 수신부 광원의 세기)이며Where OD is optical density (log 10 (I o / I), I o : intensity of light source, I: intensity of receiver light source) 식 13에
Figure 112006006495183-utm00078
를 대입하여
In Equation 13
Figure 112006006495183-utm00078
By substituting
Figure 112006006495183-utm00079
이고,
Figure 112006006495183-utm00079
ego,
이때 가시거리 V와 가시도(K)의 관계는In this case, the relationship between the visible distance V and the visibility (K)
Figure 112006006495183-utm00080
Figure 112006006495183-utm00080
in
가시거리(V,m)는Viewing distance (V, m)
Figure 112006006495183-utm00081
Figure 112006006495183-utm00081
여기서, Dmass는 총광학밀도(mass optical density)인 것을 특징으로 하는 터널화재 위험도의 예측시스템.Here, D mass is a tunnel fire risk prediction system, characterized in that the mass optical density (mass optical density).
제 1항에 있어서, 상기 FED(fractional effective dose)는 t 시간 동안 인간이 호흡한 유해가스의 누적량(ppmㆍt)를 특정한 영향(incapacitation or death)을 미치는 Ct 값으로 나눈값이며, The method of claim 1, wherein the fractional effective dose (FED) is a cumulative amount (ppm · t) of the harmful gas breathed by a human for t hours, divided by the Ct value having a specific effect (incapacitation or death), 이때, CO가스는At this time, the CO gas is
Figure 112006006495183-utm00082
,
Figure 112006006495183-utm00082
,
CO 가스의 흡입이 인체에 미치는 영향은 위험도지수, FI(FID : frctonal incapacitating dose)는The effect of inhalation of CO gas on the human body is the risk index, F I (FID: frctonal incapacitating dose).
Figure 112006006495183-utm00083
Figure 112006006495183-utm00083
여기서, FICO : 의식불명에 이르게 하는 위험도 지수, D : 의식불명에 이르는 COHb 농도(%)로 30%이고,Where F ICO : risk index leading to unconsciousness, D: COHb concentration (%) leading to unconsciousness, 30%, 산소의 저감율은The reduction rate of oxygen
Figure 112006006495183-utm00084
Figure 112006006495183-utm00084
여기서, %O2 : 산소의 농도(%)이고,Where% O 2 is the concentration of oxygen (%), 이산화탄소는CO2
Figure 112006006495183-utm00085
으로,
Figure 112006006495183-utm00085
to,
이산화탄소에 의한 위험도 지수는CO2 risk index
Figure 112006006495183-utm00086
Figure 112006006495183-utm00086
in
HCN(hydrogen cyanide)는Hydrogen cyanide (HCN)
Figure 112006006495183-utm00087
Figure 112006006495183-utm00087
Figure 112006006495183-utm00088
80<ppmHCN<180 ppm이고,
Figure 112006006495183-utm00088
80 <ppmHCN <180 ppm,
열환경중 온도에 대한 FED는FED for temperature in thermal environment
Figure 112006006495183-utm00089
으로
Figure 112006006495183-utm00089
to
복사열에 대한 FED는FED for radiant heat
Figure 112006006495183-utm00090
Figure 112006006495183-utm00090
열환경 및 유해가스환경에 대한 FED 평가는FED evaluation of thermal and noxious gas environment
Figure 112006006495183-utm00091
인 것을 특징으로 하는 터널화재 위험도의 예측시스템.
Figure 112006006495183-utm00091
Tunnel fire risk prediction system, characterized in that.
KR2020060002500U 2006-01-26 2006-01-26 Estimating System of Danger Rate for a Tunnel Fire KR200413246Y1 (en)

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