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과제 요약서(초록)
목차
제1장 서론 11
제1절 연구의 필요성 11
1. 특수구조물 화재 시 소방대 대응기술의 미흡 11
2. 국내 소방대응 장비의 기술개발 미흡으로 소방대 순직률 증가 13
3. 고압 분무수활용 강재커팅 기술의 비약적 발달에 따른 적용성 증대 14
제2절 연구의 목표 및 기대효과 15
1. 연구의 목표 15
2. 연구의 기대효과 16
제2장 특수구조물의 현황 및 화재사례 18
제1절 국내 특수구조물의 현황 18
1. 국가 지정문화재 현황 18
제2절 국내 특수구조물의 화재사례 20
1. 냉동 및 냉장, 저온물류창고 화재사례 22
2. 전통목구조 관련 화재사례 23
제3절 소방관 공사상자 조사 25
1. 2007년도 소방관 공사상자 통계 분석결과 26
2. 최근 5년간 소방관 공사상자 통계 분석결과 27
제3장 가상화재시뮬레이션 온도분포에 의한 목조구조물 적심부 착화가능성 도출 34
제1절 유류사용 방화화재의 화염규모 및 온도성상 분석 34
제2절 목조구조물의 유류사용 시나리오 설정에 따른 화재시뮬레이션 온도성상 분석 35
1. 대상목조건축물 공간구조 및 가연물 현황분석 36
2. 화재시뮬레이션에 의한 목조한옥구조의 온도성상 분석 42
3. 온도성상 시뮬레이션 결과 분석 42
4. 목조건축물 가상화재 시뮬레이션 결론 50
제4장 지붕 적심부 훈소 진압을 위한 고압수관통살수시스템 개발 52
제1절 관통살수시스템 개발 배경 52
1. 특수구조물 화재성상의 특이성 측면 52
2. 특수구조물의 소방대 대응 측면 52
3. 전통문화재의 보존을 위한 안전예방 시스템의 첨단 선진화 구축 추세 53
제2절 해외 관통살수시스템 기술적 검토 54
1. 고압수를 이용한 관통살수/ 천공기술의 개발 현황 54
제3절 관통살수시스템 개발 55
1. 시스템 개발의 목표 56
2. 시스템 구성 개발 56
제4절 성능실험 60
1. 목조건축물 지붕 적심부 관통실험 60
2. 관통실험 결과 분석 63
제5장 결론 64
〈표 1〉 국가지정문화재 현황 19
〈표 2〉 최근 20년간 특수구조물 대형화재사례 현황(등가사망자: 10인 이상 또는 재산피해 10억 이상) 21
〈표 3〉 폭열성 가연재(우레탄폼 단열내장재) 관련 특수구조물의 주요화재사고 현황 22
〈표 4〉 최근 10년간 물류창고 화재사례 현황 22
〈표 5〉 특수구조물 중 목조전통건축 문화재 화재사례 현황 24
〈표 6〉 목조구조물 중 지붕 적심부 훈소에 의한 전소화재사례 현황 25
〈표 7〉 2007년도 소방관 업무유형별 공사상자 현황 26
〈표 8〉 2007년도 소방관 원인별 공사상자 현황 26
〈표 9〉 2007년도 소방관 원인별 사고부상자 현창 27
〈표 10〉 2007년도 소방관 질병원인별 공사상자 현황 27
〈표 11〉 최근 5년간 소방관 공사상자 비교 28
〈표 12〉 최근 5년간 소방공무원수 대비 공사상자 발생률 비교 28
〈표 13〉 최근 3년간 소방관 지역별 공사상자 발생률 비교 29
〈표 14〉 최근 5년간 소방관 업무유형별 순직자 현황 30
〈표 15〉 최근 5년간 소방관 업무유형별 공상자 현황 30
〈표 16〉 최근 5년간 소방관 계급별 공사상자 현황 31
〈표 17〉 최근 5년간 소방관 연령별 공사상자 현황 31
〈표 18〉 최근 5년간 소방관 근무 연수별 공사상자 현황 31
〈표 19〉 최근 5년간 소방관 부상정도별 공상자 현황 32
〈표 20〉 최근 5년간 소방관 사고원인별 공사상자 현황 32
〈표 21〉 구획내 일반화재와 유류착화화재의 최고온도 및 도달시간 비교 35
〈표 22〉 일반화재와 유류착화 화재의 화염장(長) 및 연기하강속도 비교 35
〈표 23〉 경복궁 광화문 건축개요 36
〈표 24〉 유류착화 목재벽체부 가상연소 시나리오 설정안 41
〈표 25〉 가상화재시뮬레이션을 이용한 착화 후 60초경의 실내 온도분포 현황 43
〈표 26〉 가상화재시뮬레이션을 이용한 착화 후 120초경의 실내 온도분포 현황 44
〈표 27〉 가상화재시뮬레이션을 이용한 착화 후 180초경의 실내 온도분포 현황 45
〈표 28〉 가상화재시뮬레이션을 이용한 착화 후 240초경의 실내 온도분포 현황 46
〈표 29〉 가상화재시뮬레이션을 이용한 착화 후 300초경의 실내 온도분포 현황 47
〈표 30〉 가상화재시뮬레이션을 이용한 착화 후 360초경의 실내 온도분포 현황 48
〈표 31〉 가상화재시뮬레이션을 이용한 착화 후 420초경의 실내 온도분포 현황 49
〈표 32〉 가상화재 시나리오 시뮬레이션 결과 분석 50
〈표 33〉 관통살수시스템 실험(콘크리트 시료) 60
〈표 34〉 관통살수시스템 실험체(전통목조구조물 지붕 적심부) 61
〈표 35〉 전통목조구조물 지붕 적심부 관통살수 실험 62
〈표 37〉 관통살수시스템 실험 결과 63
〈그림 1〉 숭례문 지붕 화재시 열기둥 삽화도 12
〈그림 2〉 숭례문 지붕 적심부 구조현황 12
〈그림 3〉 목조건축물 적심부 훈소 진화를 위한 기존장비의 대응현황 13
〈그림 4〉 다굴절 브레이커부착 분무수방출 장비의 화재대응현황 15
〈그림 5〉 최근 5년간 목조문화재의 화재발생 건수 그래프 23
〈그림 6〉 2007년도 목조문화재의 화재원인 분석현황 그래프 24
〈그림 7〉 2007년도 소방관 업무유형별 공사상자 현황 그래프 26
〈그림 8〉 2007년도 소방관 사고부상자 원인별 현황 그래프 27
〈그림 9〉 최근 5년간 소방공무원수 대비 공사상자 발생률 비교 그래프 28
〈그림 10〉 최근 3년간 소방관 공사상자 지역별 발생률 비교 그래프 30
〈그림 11〉 유류착화화재(방화)와 일반화재(실화)시의 온도분포 비교 34
〈그림 12〉 목조건축물(경복궁 광화문) 외관 및 정면구조 37
〈그림 13〉 목조건축물(경복궁 광화문) 평면구조 38
〈그림 14〉 목조건축물(경복궁 광화문) 단면구조 39
〈그림 15〉 가상화재상황 화원설정1 (휘발유 연소모델) 41
〈그림 16〉 가상화재상황 화원설정2 (목재 연소모델) 41
〈그림 17〉 스웨덴 CCS Cobra사의 시스템 핵심 적용기술 54
〈그림 18〉 스웨덴 CCS Cobra사의 시스템 적용 개념 55
〈그림 19〉 관통살수시스템의 개통 개념도 57
〈그림 20〉 관통살수시스템의 장비 기본 외형 57
〈그림 21〉 관통살수시스템 연마제 혼합장치의 개통 58
〈그림 22〉 관통살수시스템의 수동 건바디 58
〈그림 23〉 관통살수시스템의 고압펌프 59
초록보기 더보기
1. 기술개발목표
- 특수구조물의 화재유형 및 내부 온도성상 분석
- 특수구조물의 화재시나리오별 시뮬레이션수행에 따른 화재성상 연구
- 특수구조물의 외부 벽체의 구조 및 재질 분석에 따른 분무수관통 컷팅메카니즘 분석 도출
- 분무수 관통시스템의 실내화재 성상변화 분석을 통한 성능최적화 방안 도출
- 특수구조물에 화재대응에 효과적인 분무수관통시스템의 살수부 모형제작
2. 기술개발의 목적 및 중요성
- 본 연구는 특수구조물 중 전통한옥목조구조물의 지붕 적심부에 적용 가능한 소방대 전용 관통살수시스템 개발이 목적임
- 따라서, 전통한옥구조의 정확한 이해가 필요하며 화재 시 동반되는 온도성상 분석이 무엇보다 요구된다. 하지만 숭례문과 같은 실제규모의 누각구조를 직접 착화 연소할 수 없으므로 가상화재 시나리오를 통한 시뮬레이션 기법을 적용해 숭례문과 비슷한 규모인 경복궁 광화문의 온도성상을 분석하려 한다.
- 정확한 시뮬레이션 위해 구조 실측 자료와 시나리오에 따른 화원 정보로 입력데이터를 구축하였으며 시간대별 온도 성상분포 결과를 분석해 소방대가 보다 효율적이고 안전하게 진화할 수 있는 토대를 마련하였다.
- 특수구조물(목조건축물) 화재 시 가연물, 구조, 용도, 특수설계의 다양성 측면에서 소방대 대응기술의 한계점이 노출됨
- 밀폐공간화재 진압은 백드래프트로 소방대의 진입불가상황이 초래되어 소방대가 구비하고 있는 기존 장비로는 진압 한계성 노출됨
- 특수구조물 화재진압 시 소방대응 측면에서의 사용자 안전이 요구되고 화재실 외부에서 관통살수를 통한 실내온도를 하강 시키는 기술의 중요성이 부각됨
- 이로 인해 매년 발생하는 목조문화재 화재 및 소방대 공사상자 발생률을 줄일 수 있을 것으로 예상함
3. 기술개발의 내용 및 범위
- 관통시스템 적용과 가능한 특수구조물 조사
- 해외 고압수를 적용한 관통살수시스템의 개발현황 분석
- 표준 가연물 입력 하에 따른 화재성상 시뮬레이션 분석
- 전통목조건축물(성곽, 사찰, 누각, 민가 등)의 지붕 적심부 훈소 진화방법 연구
- 특수구조물의 소방대 진입에 따른 영향 평가
- 초고압수를 이용한 구조물 재질(스틸, 콘크리트, 목조건축물 지붕 적심부)관통 및 커팅시스템 살수부 모형제작
ㆍ관통살수시스템의 구성에 따른 상세설계
ㆍ워터라인 및 연마제공급라인 설계
ㆍ수동 분사건 바디의 상세설계
ㆍ관통살수시스템의 살수부 모형제작
ㆍ시스템의 관통실험
4. 기술개발 결과
- 소방대의 특수구조물(목조문화재 지붕 적심부) 적용 가능한 고압수관통살수시스템 개발 완료
- 기존 고압컷팅 기술의 연마제혼합방식과 다른 방식으로 관통능력 극대화
- 살수 건바디에 근접센서를 적용해 시스템사용 시 소방대의 안전을 향상시킴
- 목조건축물 화재 시 동반되는 실내의 온도성상 및 화재유형 등을 전용 화재 시뮬레이션을 통해 분석
- 목조건축물 실제모형을 제작해 지붕 적심부 관통살수 실험
ㆍ강회다짐층 예비실험 결과: 180kgf/㎠ 압축강도 콘크리트 시료(각각 두번) 50, 100, 150mm 모두 60초 이내에 관통 완료
ㆍ지붕 적심부 실험체 실험 결과: 지붕면 각각의 위치에서 30~60초 이내에 관통 완료
5. 기대효과
- 기존해외 진압장비를 대체하여 국산화 기여에 의한 산업경제성 확보
- 사고 시 피해범위의 극소화에 따른 운영비 저감
- 화재보험 등 손해 보험료의 저감 가능
- 소방관의 순직률 저하에 의한 가시적 경제효과 극대 및 사기진작에 의한 간접적이 효과 기대
- 특수구조물(전통목조건축물 지붕 적심부) 화재에 탁월한 적용성 기대
- 밀폐공간의 온도를 저감시킨 후 진입함에 따라 소방관의 소방대응능력 개선 효과 기대
- 특수구조물별 가연물적재량 및 유형 분석표준화 기대
- 소방대 진입에 따른 온도변화 구축
- 전통목조건축물의 지붕 적심부 훈소 진화방안 강구 기대
- 관통부 재질별 관통시간 확보
- 고압 분무수의 관통성능 자료 구축가능
- 대응매뉴얼의 표준화에 따른 효과 증대
- 관할 소방서 대응능력의 증대
- 초고압수시스템의 살수부 국산화 달성
- 지역별/본부별 운영 계획에 활용
- 초고층 및 지하연계 특수구조물의 소방대 대응장비로 활용 가능하며 밀폐공간의 화재진압 시 온도상승으로 인한 백드래프트를 방지하기 위한 관통살수시스템의 역할은 충분히 효과적임
- 목조건축물 화재 시 현재까지의 소방대 장비로는 지붕 적심부로 전이된 화염의 소화가 불가능했으나 본 시스템 활용 시 강회다짐층의 관통살수로 적심부 소화 가능
- 선박화재, 일반화재의 워터미스트 적용가능
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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