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SUMMARY

목차

제1장 기획연구 개요 17

1.1. 기획연구의 배경 및 목적 17

1.1.1. 연구 배경 17

1.1.2. 연구 목적 19

1.1.3. 추진 필요성 19

1.1.4. 국내 타 기관 훈련 시뮬레이터 현황 21

1.2. 기획연구의 범위와 방법 23

1.2.1. 기획연구 내용 및 범위 23

1.2.2. 기획연구 방법 25

제2장 소방훈련실감기술 개요 27

2.1. 기술의 정의 27

2.2. 분야별 기술의 범위 30

2.2.1. 인터랙티브 시뮬레이션 30

2.2.2. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감기술 31

2.2.3. 유해가스 발생 예측기술 32

2.2.4. 건축구조 붕괴해석 및 모델링 33

2.2.5. 화재진행 해석 및 모델링 35

2.3. 기술분류체계도 37

2.3.1. 분야별 기술분류체계도 38

제3장 소방훈련실감기술 동향분석 43

3.1. 화재 현황 및 최근 국내외 화재 사례 43

3.1.1. 기본 화재 현황 43

3.1.2. 피해액별 화재 현황 47

3.1.3. 장소별 화재 현황 49

3.1.4. 발화요인별 화재 현황 56

3.1.5. 최근 국내외 화재 사례 69

3.1.6. 화재 현황 및 최근 사례에 대한 종합 분석 70

3.2. 제도 및 정책 동향 71

3.2.1. 소방공무원 훈련 효과 증대 및 훈련 환경 개선을 위한 제도적인 기본 방향 71

3.2.2. 소방공무원 훈련 효과 증대 및 훈련 환경 개선을 위한 정책 수립 현황 74

3.2.3. 제도 및 정책 동향에 대한 종합 분석 76

3.3. 국내외 기술개발 동향 78

3.3.1. 기술 및 제품 동향 78

3.3.2. 연구개발 동향 87

3.3.3. 국내 연구역량 분석 112

3.3.4. 기술개발 동향에 대한 종합 분석 115

제4장 소방훈련실감기술 분야 특허분석 118

4.1. 소방훈련실감기술 특허정보 분석기준 118

4.1.1. 분석대상 연도 및 국가 118

4.1.2. 분석범위 118

4.1.3. 기술분류 119

4.2. 소방훈련실감기술 전체 특허동향 120

4.2.1. 국가별 특허동향 120

4.2.2. 기술분야별 특허동향 121

4.2.3. 출원인별 특허동향 122

4.3. 소방훈련실감기술 세부 핵심기술별 특허동향 123

4.3.1. 인터랙티브 시뮬레이션 관련 연도별 특허 출원동향 123

4.3.2. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감기술 관련 연도별 특허 출원동향 139

4.3.3. 유해가스 발생 예측기술 관련 연도별 특허 출원동향 147

4.3.4. 건축구조 붕괴해석 및 모델링 관련 연도별 특허 출원동향 155

4.3.5. 화재진행 해석 및 모델링 관련 연도별 특허 출원동향 156

제5장 소방훈련실감기술개발사업 발전비전 161

5.1. 소방훈련실감기술 관련 산업·기술의 환경변화와 미래사회의 모습 161

5.1.1. 2020년 미래사회의 모습 161

5.1.2. 산업·기술의 환경변화 163

5.2. 소방훈련실감기술개발사업 비전 167

5.2.1. SWOT 분석 167

5.2.2. 사업추진 전략 172

5.2.3. 2020년 소방훈련실감기술개발사업 비전 175

제6장 소방훈련실감기술개발사업 기획 177

6.1. 과제도출 및 타당성분석 177

6.1.1. 전략적 목표설정 177

6.1.2. 과제 도출 185

6.1.3. 타당성 분석 190

6.2. 국가연구개발사업 기획내용 195

6.2.1. 연구개발개요 195

6.2.2. 연구개발목표 201

6.2.3. 연구내용 225

6.2.4. 핵심기술/기반기술 232

6.2.5. 기술 및 제품개발 경로 237

6.2.6. 기술/제품 개발 및 시장점유 가능성 247

6.2.7. 추진전략 249

6.2.8. 사업운영·관리체계 252

6.2.9. 소요자원 규모 253

6.2.10. 기대성과 256

6.2.11. 활용방안 263

참고문헌 265

부록 9

부록 1. 기술분야별 세부동향 267

1.1. 인터랙티브 시뮬레이션 267

1.2. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감기술 282

1.3. 유해가스 발생 예측기술 293

1.4. 건축구조 붕괴해석 및 모델링 303

1.5. 화재진행 해석 및 모델링 310

부록 2. 타 기관 시뮬레이터 조사 314

2.1. 타 기관 훈련시뮬레이터 현황 개괄 314

2.2. 육군 훈련시뮬레이터 현황 315

2.3. 해군 훈련시뮬레이터 현황 320

2.4. 공군 훈련시뮬레이터 현황 334

부록 3. 소방훈련실감기술 도출과제 RFP 343

부록 4. 보고서 요약 378

표 1.1. 소방방재청 재난안전관리기술개발(R&D) 사업성과 19

표 1.2. 국내 타 기관 훈련 시뮬레이터 현황 22

표 2.1. 인터랙티브 시뮬레이션 분야 기술분류 38

표 2.2. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감기술 분야 기술분류 39

표 2.3. 유해가스 발생 예측기술 분야 기술분류 40

표 2.4. 건축구조 붕괴해석 및 모델링 분야 기술분류 41

표 2.5. 화재진행 해석 및 모델링 분야 기술분류 42

표 3.1. 발화요인별 재산피해액 48

표 3.2. 소화기구 사용여부별 화재현황 49

표 3.3. 화재원인별 지하층 화재발생건수 49

표 3.4. 다중이용업소 화재현황 50

표 3.5. 신종자유업 화재현황 50

표 3.6. 건물구조별 화재현황 51

표 3.7. 위험물시설종류별 화재현황 52

표 3.8. 화재원인별 중요화재 발생건수 53

표 3.9. 화재원인별 특별화재 발생건수 54

표 3.10. 산업시설의 주요발화지점별 화재현황 55

표 3.11. 생활서비스시설의 주요발화지점별 화재현황 55

표 3.12. 판매, 업무시설의 주요발화지점별 화재현황 55

표 3.13. 연소확대 범위별 화재현황 57

표 3.14. 최초착화물별 화재현황 58

표 3.15. 발화 관련 기기별 화재현황 62

표 3.16. 일본 소방공무원 교육 및 훈련 관련 시스템 체계 75

표 3.17. 인터랙티브 시뮬레이션 기술수준 비교 112

표 3.18. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감기술 기술수준 비교 112

표 3.19. 유해가스 발생 예측기술 기술수준 비교 113

표 3.20. 건축구조 붕괴해석 및 모델링 기술수준 비교 114

표 3.21. 화재진행 해석 및 모델링 기술수준 비교 114

표 3.22. 국내 타 연구기관의 연구개발 내용 및 결과 요약 115

표 3.23. 국외 연구기관의 연구개발 내용 및 결과 요약 117

표 4.1. 기술분류별 주요국 출원(등록) 건수 119

표 4.2. 기술 대분류별 주요국 출원(등록) 건수 121

표 5.1. 소방훈련실감기술개발사업 SWOT 분석 167

표 6.1. 인터랙티브 시뮬레이션 분야 단·중·장기 단위 및 중과제 185

표 6.2. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감기술 분야 단·중·장기 단위 및 중과제 186

표 6.3. 유해가스 발생 예측기술 분야 단·중·장기 단위 및 중과제 187

표 6.4. 건축구조 붕괴해석 및 모델링 분야 단·중·장기 단위 및 중과제 188

표 6.5. 화재진행 해석 및 모델링 분야 단·중·장기 단위 및 중과제 189

표 6.6. 인터랙티브 시뮬레이션 분야 타당성 분석 190

표 6.7. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감분야 타당성 분석 191

표 6.8. 유해가스 발생 예측기술분야 타당성 분석 192

표 6.9. 건축구조 붕괴해석 및 모델링 분야 타당성 분석 193

표 6.10. 화재진행 해석 및 모델링분야 타당성 분석 194

표 6.11. 인터랙티브 시뮬레이션 분야 과제별 연구목표 204

표 6.12. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감분야 과제별 연구목표 208

표 6.13. 유해가스 발생 예측 분야 과제별 연구목표 215

표 6.14. 건축구조 붕괴해석 및 모델링 분야 과제별 연구목표 221

표 6.15. 화재진행 해석 및 모델링 분야 과제별 연구목표 224

표 6.16. 인터랙티브 시뮬레이션분야 핵심기술/기반기술 232

표 6.17. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감분야 핵심기술/기반기술 233

표 6.18. 유해가스 발생 예측분야 핵심기술/기반기술 234

표 6.19. 건축구조 붕괴해석 및 모델링분야 핵심기술/기반기술 235

표 6.20. 화재진행 해석 및 모델링분야 핵심기술/기반기술 236

표 6.21. 인터랙티브 시뮬레이션분야 과제별 도출 연구성과 237

표 6.22. 햅틱기반 휴먼인터페이스분야 과제별 도출 연구성과 239

표 6.23. 유해 가스 발생 예측분야 과제별 도출 연구성과 241

표 6.24. 건축구조 붕괴해석 및 모델링 분야 과제별 도출 연구성과 243

표 6.25. 화재진행 해석 및 모델링 분야 과제별 도출 연구성과 245

표 6.26. 인터랙티브 시뮬레이션분야 제품개발 및 시장점유 가능성 247

표 6.27. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감분야 제품개발 및 시장점유 가능성 247

표 6.28. 유해가스 발생예측분야 제품개발 및 시장점유 가능성 247

표 6.29. 건축구조 붕괴해석 및 모델링분야 제품개발 및 시장점유 가능성 248

표 6.30. 화재진행 해석 및 모델링분야 제품개발 및 시장점유 가능성 248

표 6.31. 인터랙티브 시뮬레이션분야 소요예산 253

표 6.32. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감분야 소요예산 253

표 6.33. 유해가스 발생예측분야 소요예산 254

표 6.34. 건축구조 붕괴해석 및 모델링분야 소요예산 254

표 6.35. 화재진행 해석 및 모델링분야 소요예산 255

그림 1.1. 화재 진압·구조 활동 중 소방관 부상 및 순직자 (괄호안) 17

그림 1.2. 기획연구 추진 조직도 25

그림 2.1. 소방훈련실감기술 기술분류체계도 37

그림 3.1. 장소별 화재 발생 수 (건) 43

그림 3.2. 화재 발생 장소별 사망자 (수) 44

그림 3.3. 화재 발생 장소별 인명피해 (건) 44

그림 3.4. 화재 발생 장소별 부상 (건) 45

그림 3.5. 화재 발생 장소별 재산 피해액 (백원) 45

그림 3.6. 화재 발생 장소별 재산 피해 (건) 46

그림 3.7. 발화요인에 대한 재산피해 누적액 (원) 47

그림 3.8. 발화요인별 화재현황 (원) 56

그림 3.9. 발화요인에 대한 발화열원별 주요 화재건수 68

그림 3.10. 발화열원에 대한 화재건수 68

그림 3.11. 지하철 내부 화염의 시간에 따른 발달 성상 파악 85

그림 3.12. 도시 내 일반주택 화재시, 화염의 시간에 따른 발달 성상 파악 86

그림 3.13. World Trade Center의 911 테러 화재 모델링 86

그림 3.14. 건물 내부 화재 특성 분석 시뮬레이션 연구 87

그림 3.15. 가상현실 기반 소방훈련 시스템 88

그림 3.16. 가상현실 기반 소방훈련 시스템 88

그림 3.17. 일본 다이세이건설사의 맨션 가상 체험룸 90

그림 3.18. 일본 후지타사의 'Fire Cube' 91

그림 3.19. 화물용 비행기의 짐칸에 대한 전산유체역학모델 91

그림 3.20. 일본 포럼에이트사의 '빌딩 EXODUS/SMARTFIRE' 92

그림 3.21. 미군의 LVC체계의 발전방향 93

그림 3.22. 가상걸음장치 94

그림 3.23. 'Exoskeleton 형태의 마스터-슬레이브 원격제어 시스템' 95

그림 3.24. 고려대학교의 'KU-HAM' 95

그림 3.25. 미국 Sarcos Research사의 'The SARCOS TREADPORT' 96

그림 3.26. 일본 ATR Lab의 'ATR Locomotion interface' 97

그림 3.27. 이탈리아, PERCRO Scuola Superiore의 'L-EXOS' 97

그림 3.28. 미국 Sensable사의 'PHANTOMTM' 98

그림 3.29. 미국 Rutgers University의 'MEMICA Exoskeleton' 98

그림 3.30. 미국 University of California Berkeley의 'Berkeley Lower Extremity Exoskeleton' 99

그림 3.31. 프랑스 ENSAM의 'PYROSOFT' 99

그림 3.32. 미국 Naval Research Lab.의 'VITRE' 100

그림 3.33. 미국 BullEx의 'BULLSEYE' 100

그림 3.34. 오감 가상현실 System 101

그림 3.35. 일본 Nintendo의 'Firefighter' 101

그림 3.36. N-DB 개발과정 102

그림 3.37. 극초단파 오염제거 시스템 105

그림 3.38. 유한요소해석결과 105

그림 3.39. 이방향 휨인장 시험결과(좌), CSL모델을 이용한 재료거동, 파괴양상 모사(우) 105

그림 3.40. 알루미늄판 파단시험 106

그림 3.41. XFEM을 이용한 파단진행 해석 106

그림 3.42. Gary R. Consolazio의 폭열발생 메커니즘 107

그림 3.43. 전산화재해석과 전산구조해석이 일체화된 화재손상해석프로그램 [NIST, 2007, 개발중] 108

그림 3.44. 구조물 모델과 화재의 복잡성에 따른 화재손상평가 방법 108

그림 3.45. 콘크리트의 습열거동(hygrothermal) 모사 109

그림 3.46. 풀 화염 모델링 (Pool Fire Modeling) (샌디아국립연구소) 110

그림 4.1. 소방훈련실감기술 한·미·일 출원동향 120

그림 4.2. 한·미·일 출원인별 특허동향 122

그림 4.3. 화재와 소방 효과의 시각화 및 고속처리 기술 한·미·일 출원동향 123

그림 4.4. 인터랙티브 시뮬레이션 엔진 기술 한·미·일 출원동향 124

그림 4.5. 가상현실 GUI와 시뮬레이터 UI 및 햅틱인터페이스와의 연동기술 한·미·일 출원동향 125

그림 4.6. 한국의 인터랙티브 시뮬레이션분야 특허동향 126

그림 4.7. 미국의 인터랙티브 시뮬레이션 분야 특허동향 127

그림 4.8. 일본의 인터랙티브 시뮬레이션 분야 특허 동향 128

그림 4.9. 인터랙티브 시뮬레이션분야 출원인 분포(한국) 129

그림 4.10. 연구주체 분포(한국) 129

그림 4.11. 인터랙티브 시뮬레이션분야 출원인 분포 (미국) 130

그림 4.12. 인터랙티브 시뮬레이션분야 출원인 분포 (일본) 130

그림 4.13. 햅틱인터페이스 H/W기술 분야 한·미·일 출원동향 139

그림 4.14. 햅틱인터페이스 S/W기술 분야 한·미·일 출원동향 140

그림 4.15. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감분야 특허동향(한국) 141

그림 4.16. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감분야 특허동향(미국) 142

그림 4.17. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감분야 특허동향(일본) 143

그림 4.18. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감분야 출원인 분포(한국) 144

그림 4.19. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감분야 출원인 분포(미국) 145

그림 4.20. 햅틱기반 휴먼인터페이스 실감분야 출원인 분포(일본) 146

그림 4.21. 유해가스 발생기술 분야 한·미·일 출원동향 147

그림 4.22. 유해가스 발생 예측분야 기술분야별 동향(한국) 148

그림 4.23. 유해가스 발생 예측분야 기술분야별 동향(미국) 149

그림 4.24. 유해가스 발생 예측분야 기술분야별 동향(일본) 150

그림 4.25. 유해가스 발생 예측분야 출원인 분포(한국) 151

그림 4.26. 유해가스 발생 예측분야 출원인 분포(미국) 152

그림 4.27. 유해가스 발생 예측분야 출원인 분포(일본) 153

그림 4.28. 화재진행 해석 및 모델링분야 한·미·일 출원동향 156

그림 4.29. 화재진행 해석 및 모델링분야 출원인 분포(한국) 157

그림 4.30. 화재진행 해석 및 모델링분야 출원인 분포(미국) 157

그림 4.31. 화재진행 해석 및 모델링분야 출원인 분포(일본) 158

그림 5.1. 2020년 소방훈련실감기술개발사업 비전 175

그림 6.1. 인터랙티브 시뮬레이션 분야 제품 개발 경로 238

그림 6.2. 햅틱기반 휴먼인터페이스분야 제품 개발 경로 240

그림 6.3. 유독가스 발생예측분야 제품 개발 경로 242

그림 6.4. 건축구조 붕괴해석 및 모델링 분야 제품 개발 경로 244

그림 6.5. 화재진행 해석 및 모델링 분야 제품 개발 경로 246

그림 6.6. 사업추진 체계도 252

I. 연구제목

실감기술기반 화재진압 훈련 시뮬레이터 테스트베드 구축 사업 기획연구

II. 연구목적

1. '실감기술기반 화재진압 훈련 시뮬레이터 테스트베드 구축 사업 (이하 소방훈련실감기술사업)'의 기획을 위하여, 관련 제도 및 정책, 기술 및 연구동향, 시장 및 산업동향, 특허동향에 대한 종합적인 분석 및 타당성 검토 후,

2. 본 사업의 기획보고서 및 RFP 도출을 기획연구의 최종목적으로 함.

III. 연구내용

1. 기획연구 및 기술 개요

가. 기획연구 필요성 및 목적

나. 기획연구 범위 및 방법

다. 소방훈련실감기술 정의 및 기술분류체계도

2. 소방훈련실감기술 동향 및 특허분석

가. 화재 현황 및 국내외 화재 사례

나. 제도 및 정책 동향

다. 국내외 기술개발 동향

다. 국내외 특허정보 분석

3. 소방훈련실감기술개발사업 비전 및 기획

가. 과제도출 및 타당성 분석

나. 국가연구개발사업 기획내용

다. 기술로드맵 (TRM)

4. 세부기술별 과제요청서 (RFP)

IV. 주요 연구성과

1. 소방훈련실감기술 기획연구 보고서 및 과제요청서 (RFP) 도출

2. 국내외 기관 (고려대, 한국건설기술연구원, KIST, 미국 산디아국립연구소, 홍콩 폴리테크닉대학, 벨라루스 소방방재청 등)과 연구협력