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SUMMARY

요약문

목차

제1장 서론 20

1.1. 연구의 목적 20

1.2. 연구의 목표와 내용 20

1.2.1. 연구의 목표 20

1.2.2. 연구의 내용 20

1.3. 연구의 방법과 구성 22

1.3.1. 연구의 방법 22

1.3.2. 연구의 구성과 흐름도 24

제2장 지하대피시설의 화생방 방호를 위한 시설 기준 도출 27

2.1. 화생방 테러 특징 27

2.1.1. 유해화학물질 테러 27

2.1.2. 생물학 물질 32

2.1.3. 방사능 물질 35

2.1.4. 핵무기 36

2.1.5. 화생방 무기의 효과 비교 39

2.2. 비통풍성 민간대피시설에 필수적인 물리적 조건 정립 40

2.2.1. 비통풍성 민간대피시설의 국외 기준 및 국내 현황 40

2.2.2. 비통풍성 민간대피시설의 인당 필요구비면적 산정기준 43

2.2.3. 국내외 기준을 통한 화생방 민간대피시설 기준 46

2.3. 기존 시설물에 대한 비통풍성 민간대피시설 설계절차 정립 47

2.3.1. 화생방 간이 대피시설 구축 단계별 내용 47

2.3.2. 각 단계별 세부내용 48

2.4. 민간대피시설 기밀성 확보를 위한 요구사항 정립 52

2.4.1. 각 방호시설물별 설치조건 사항 52

2.4.2. 지하공간 및 대피시설, 대피공간 산정 59

제3장 화생방 방호시설별 성능평가를 통한 방호수준 설정 61

3.1. 기밀문 61

3.1.1. 주요내용 61

3.1.2. 기밀문 주요구조재료 62

3.1.3. 기밀문 설계시 유념해야할 사항 62

3.2. 가스차단밸브 63

3.2.1. 주요내용 63

3.3. 기밀차단시트 65

3.3.1. 주요내용 65

3.3.2. 주요 사항 66

3.4. 기밀차단셔터 67

3.5. 에어커튼 70

3.6. 송풍기(Blower) 71

3.7. 가스차단 접속관(Gas Tight Wall Sleeve) 72

3.7.1. 주요내용 72

3.7.2. 구조 72

3.7.3. 주요 구성요소 및 재질 73

3.8. 기밀슬라이딩도어 74

3.9. 가스차단커버 75

3.10. 기타 부대시설 76

3.10.1. 전력설비 76

제4장 화생방 비통풍성 방호시설의 운영매뉴얼 79

4.1. 화생방 민간대피시설 운영체계 필요성 79

4.2. 미국의 비상사태 운영시 고려사항 79

4.2.1. 국가 비상사태 대응 체계 79

4.2.2. 미정부의 화생방(CBRE) 대응 팀 85

4.2.3. 비상사태 대응 체계 86

4.3. 비통풍성 방호시설의 운영매뉴얼 93

4.3.1. 비통풍성 방호시설에 화생방 보호성능 93

4.3.2. 비통풍성 방호시설 운영매뉴얼 개요 107

4.3.3. 위기전개 수준별 조치계획 109

4.4. 화생방 방호시설별 유지관리기준 116

4.4.1. 기밀문 117

4.4.2. 기밀 차단셔터 [지하철역사 각 앨리베이터] 117

4.4.3. 기밀 차단시트 [지하철역사 외부 기계환기구] 118

4.4.4. 흡기 및 배기용 방폭밸브[위생용 포함] 118

4.4.5. 가스차단접속관 119

4.4.6. 역류방지 및 방폭밸브 120

제5장 신금호역사 및 정릉주차장 Test Bed 구축사례 121

5.1. 신금호 역사 121

5.1.1. 공사개요 121

5.1.2. 설치 위치별 방호시설공사 사진 상세 122

5.2. 정릉주차장 133

5.2.1. 공사개요 133

5.2.2. 설치 위치별 방호시설 공사 사진 상세 134

제6장 신금호 역사 및 정릉주차장 시뮬레이션 139

6.1. 화생방 공격시 확산개념 및 대피유도 시뮬레이션 가정 139

6.2. 화생방 민간대피시설 대피유도 시뮬레이션 140

6.2.1. CBR 테러 상황에 의한 시나리오 설정 140

6.2.2. 신금호역사 대피유도 모델링 결과 141

6.2.3. 정릉주차장 대피유도 모델링 결과 148

6.3. 화생방 민간대피시설 화생방가스 확산 모델링 시뮬레이션 153

6.3.1. STAR-CCM+ CFD SOFTWARE SOLUTION 소개 153

6.3.2. 개요 및 해석목적 153

6.3.3. 사린가스의 성질 및 특징 153

6.3.4. CBR 확산 시뮬레이션 수행을 위한 기본 시나리오 154

6.3.5. 3D 모델링 159

6.3.6. 3D 메쉬(MESH) 작업 160

6.3.7. 경계조건 161

6.3.8. 해석결과 162

제7장 신금호역사 및 정릉주차장 기밀실험결과 및 경제성검토 결과 165

7.1. 신금호역사 기밀실험 165

7.1.1. 실험의 목적 165

7.1.2. 실험 순서 166

7.1.3. 실험 보완사항 168

7.1.4. 실험 결과 168

7.2. 정릉주차장 기밀실험 170

7.2.1. 실험의 목적 170

7.2.2. 실험 순서 171

7.2.3. 실험 보완사항 173

7.2.4. 실험 결과 173

7.3. 테스트 베드를 통한 경제성 검토 결과 174

7.3.1. 화생방 민간대피 대상시설의 비통풍성 기술적용시 예비타당성 검토 결과 174

7.3.2. 신금호역사 Test Bed 적용 기술 구축단가 현황 176

7.3.3. 신금호역사 비통풍성 민간대피시설 비용 및 대피인원당 구축비용 177

7.3.4. 정릉주차장 비통풍성 민간대피시설 비용 및 대피인원당 구축비용 177

7.3.5. 수용인원대비 구축비용기반의 선정 타당성 분석 178

7.3.6. 운영상 요구조건 178

제8장 결론 179

8.1. 화생방 민간대피시설의 과학적인 연구결과 179

8.1.1. 화생방 민간대피시설 설계기준 179

8.1.2. 화생방 민간대피시설 시뮬레이션 179

8.1.3. 화생방 민간대피시설 운영매뉴얼 179

8.2. 화생방 민간대피시설 테스트베드를 통한 연구결과 180

8.2.1. 신금호역사 180

8.2.2. 정릉주차장 180

8.3. 향후방향 181

참고문헌 182

표 1.1. 독성 화학작용제 성상 23

표 2.1. 북한의 생산가능 작용제 생산 현황 28

표 2.2. 화학 작용제별 독성효과 비교 31

표 2.3. 화학 작용제 코드별 독성효과 비교 31

표 2.4. 북한의 예상 보유 생물학 무기 33

표 2.5. 생물학 작용제의 치사율 및 잠복일 35

표 2.6. 화생방 무기효능 비교표 40

표 2.7. 국외 (미국 FEMA) 화생방 민간대피시설 방호등급 분류(번역) 41

표 2.8. O₂/CO₂ 소비량 기반의 생존시간(6시간) 고려한 비통풍성 화생방 대피시설의 인당 필요점유체적/면적 산정기준 43

표 2.9. 국내외 민간대피시설 1인당 면적 및 수용인원 45

표 2.10. 화학, 생물학적 작용제 및 방사성 물질의 크기 및 특징 45

표 2.11. 비통풍성 화생방 대피 가능 시설의 기타 표준방호시스템 46

표 2.12. 화생방 민간대피시설 단계별 구축 프로세스 47

표 2.13. 화생방 간이대피시설 구축 타당성 검토 48

표 2.14. 화생방 간이대피시설을 위한 지하철역사 선정 및 관계기관 협의 49

표 2.15. 화생방 간이대피시설 구축을 위한 시뮬레이션 실시 50

표 2.16. 화생방 간이대피시설 구축을 위한 방호시설 설계 실시 50

표 2.17. 화생방 간이대피시설 구축 공사 실시 51

표 2.18. 화생방 간이대피시설 방호성능 Test 실시 51

표 2.19. 화생방 간이대피시설 완료에 따른 시민홍보 51

표 2.20. 비통풍성 화생방 대피 가능 시설의 표준방호시스템 52

표 2.21. 화생방 민간대피시설 구축에 적용된 방호시설물의 계획 및 공사의 기준 53

표 3.1. 기밀문의 구조재료, 개폐방식 및 성능 요약표 63

표 3.2. 가스차단밸브 기준 65

표 4.1. 미국 국토안보부의 국가 비상사태 대응 관리 80

표 4.2. 비상사태 단계별 비상사태 사례 및 지속시간 81

표 4.3. 고층빌딩에 대한 소방관의 장비착용에 따른 대응시간 90

표 4.4. 세가지 일반적 종류의 유해물질 방호시설 비교 95

표 4.5. 위기관리에 따른 업무수행 프로세스 108

표 4.6. 위기관리에 따른 주의조치(대응1단계) 프로세스 111

표 4.7. 부서별 임무 및 역할 111

표 4.8. 지하철 역사 화생방 상황 발생시 대피시설 작동 순서 및 경보방송 112

표 4.9. 부서별 임무 및 역할 113

표 4.10. 위기관리에 따른 심각조치(대응3단계) 프로세스 114

표 4.11. 위기관리에 따른 심각조치(대응3단계) 순서 115

표 4.12. 화생방 방호시설의 주요 부재/부위에 대한 적정 수선주기 및 수선율표 116

표 4.13. 화생방 방호시설의 기밀문에 대한 점검표 117

표 4.14. 화생방 방호시설의 기밀차단셔터에 대한 점검표 117

표 4.15. 화생방 방호시설의 기밀차단시트에 대한 점검표 118

표 4.16. 화생방 방호시설의 흡기 및 배기용 방폭밸브에 대한 점검표 118

표 4.17. 화생방 방호시설의 흡기 및 배기용 방폭밸브에 대한 점검기준 및 조치 119

표 4.18. 화생방 방호시설의 가스차단접속관에 대한 점검표 119

표 4.19. 화생방 방호시설의 가스차단접속관에 대한 점검기준 및 조치 120

표 4.20. 화생방 방호시설의 역류방지 및 방폭밸브에 대한 점검기준 및 조치 120

표 5.1. 신금호역사 방호시설 위치 및 수준 122

표 5.2. 정릉주차장 방호시설 위치 및 수준 133

표 6.1. 신경작용제의 독성효과 158

표 7.1. 신금호역사 기밀시험결과 168

표 7.2. 정릉주차장 기밀시험결과 173

표 7.3. 화생방 민간대피대상시설 대피소 면적 및 수용인원에 따른 점유면적 174

표 7.4. 신금호역사 테스트배드 적용기술 구축단가 176

표 7.5. 신금호역사 비통풍성 민간대피시설 비용 및 대피인원당 구축비용 177

표 7.6. 정릉주차장 비통풍성 민간대피시설 비용 및 대피인원당 구축비용 177

그림 2.1. 화생방 무기별 효과 비교 40

그림 2.2. 국외(미국 FEMA) 화생방 민간대피시설 방호등급 분류(본문) 41

그림 2.3. 시간변화에 따른 폐쇄공간의 CO₂농도 및 O₂영향 43

그림 3.1. 기밀문 61

그림 3.2. 전동식 가스차단 밸브 64

그림 3.3. 기밀차단시트 66

그림 3.4. 기밀차단셔터 설치 모습 67

그림 3.5. 차량진출입로 방호시설 개념도 68

그림 3.6. 기밀차단셔터 세부도 69

그림 3.7. 기밀차단셔터 하단부 차단 상세 69

그림 3.8. 기밀차단셔터 차단 개념도 70

그림 3.9. 에어커튼 개념도 및 상세도 70

그림 3.10. 송풍기 71

그림 3.11. 가스차단접속관 72

그림 3.12. 기밀슬라이딩 도어 74

그림 3.13. 가스차단커버 75

그림 5.1. 신금호역사 방호시설 위치도 121

그림 5.2. 2번출구 가설설치 및 공사문구 부착 122

그림 5.3. 2번출구 벽체철거 현황 123

그림 5.4. 2번출구 기밀문 설치 현황 124

그림 5.5. 2번출구 기밀문 건축 마감 현황 125

그림 5.6. 2번출구 기밀문 도장작업 현황 125

그림 5.7. 2번출구 기밀문 설치완료 126

그림 5.8. 1번출구 가설설치 현황 126

그림 5.9. 1번출구 벽체 철거 현황 127

그림 5.10. 1번출구 기밀문 설치 현황 127

그림 5.11. 1번출구 건축마감 현황 128

그림 5.12. 1번출구 기밀문 도장작업 현황 128

그림 5.13. 1번출구 기밀문 설치완료 129

그림 5.14. 차단기밀셔터 지장물 이설 전후 현황 129

그림 5.15. 차단기밀셔터 층별 전기배선 공사 130

그림 5.16. 차단기밀셔터 설치완료 131

그림 5.17. 외부 기계환기구 차단기밀시트 설치 전 현장 132

그림 5.18. 프레임 설치 현황 132

그림 5.19. 시트 설치 현황 132

그림 5.20. 정릉주차장 방호시설 위치도 133

그림 5.21. 공사안내문 부착 현황 134

그림 5.22. 비상출입 계단부 벽체 철거 현황 135

그림 5.23. 기밀문 설치 현황 135

그림 5.24. 건축마감 현황 136

그림 5.25. 기밀문 시공완료 136

그림 5.26. 전기 배선공사 및 시설물 설치 137

그림 5.27. 설치 완료 138

그림 6.1. 화생방 공격시 확산 개념도 139

그림 6.2. 신금호역사의 3D모델링 전체도면 142

그림 6.3. 신금호역사 시뮬레이션 결과 147

그림 6.4. 정릉주차장 3D모델링 전체도면 148

그림 6.5. 정릉주차장 시뮬레이션 결과 152

그림 6.6. 사린가스의 구조식 154

그림 6.7. 북한 다연발 로켓포 155

그림 6.8. 북한 장사정포 156

그림 6.9. 경계조건 및 해석결과 분석 157

그림 6.10. 사린가스 확산특성을 반영한 해석결과 158

그림 6.11. 역사 외부 대기와 내부 공간 모델링 도면 159

그림 6.12. 역사 내부 공간 모델링 도면 160

그림 6.13. 사린가스가 그리드메쉬를 통해서 확산되는 개념 160

그림 6.14. 역사입구 계단 가스살포에 대한 경계조건 도면 161

그림 6.15. 역사입구 계단 사린가스 살포에 대한 120초간의 이동경로 및 해석결과 162

그림 6.16. 역사입구 계단 사린가스 살포에 대한 600초간의 이동경로 및 해석결과 163

그림 7.1. 신금호역사 설치 평면도 165

그림 7.2. 기밀문 누기 발생 테스트 실험 방법 166

그림 7.3. 차단기밀셔터 테스트 실험 방법 167

그림 7.4. 정릉주차장 설치 평면도 170

그림 7.5. 정릉주차장 기밀문 누기 발생 테스트 실험 방법 171

그림 7.6. 정릉주차장 차단기밀셔터 및 에어커튼 기밀테스트실험 방법 172

I. 연구제목

화생방용 간이 민간대피시설의 방호능력 시험 및 표준모델 개발

II. 연구목적

남북한이 대치하고 있는 한반도에서 남한에 비해 북한의 화생방전 능력이 세계 3위를 차지할 정도로 뛰어나기 때문에 화생방테러가 발생하면 군인은 어느 정도 대비가 되어 있으나 민간인의 대피시설이 전무하기 때문에 인명피해가 대량으로 발생할 가능성이 크다.

「화생방 대피시설 기준 및 활용방안('09.5~12월)」 연구결과, 2~3등급 대피가능시설로 구축할 수 있는 지하보도, 지하철승강장, 지하도주차장 등의 시설은 화생방 방어가능한 밀폐·기밀 등의 비통풍성 기능보강을 통해 화생방방호 대피시설로 활용 가능하다는 연구결과가 도출된 바, 그 시설을 대상으로 화생 방호에 대한 안전성이 크고 비용이 적게 들 수 있는 민간 간이대피시설에 대한 표준모델 정립이 필요하다. 현재 전국적으로 11개소에 불과한 관공서에 구축된 지하대피시설의 기능보강이 필요하다.

현행 건축법이나 소방법, 지하공공 보도시설의 결정 구조 및 설치기준에 관한 규칙은 지하시설에서 재난의 유형별 피해 확산방지를 전문적으로 다루고 있다고 말하기 어려우며, 소방방재청의 재난관리안전에 관한 법 또한 인적재난 보다는 자연재난에 초점이 맞추어져 있어 설계자들이 화생방 등 테러 또는 전시에 필요한 시설을 설계단계에서 반영하기가 거의 불가능하므로 유사시에 민간거주자를 지하대피시설에 피난할 경우 화생방 등의 유해가스 공격에는 보호할 수 없는 실정이다.

현행 개별적으로 수립되어 있는 전반적인 내용을 지하시설에서는 기본계획 단계에서부터 재난관리의 배려를 충분히 고려하되 일반적인 재난관리가 아닌 준전시 또는 테러시의 화생방공격에 방어할 수 있도록 방호시설이 Overall Disaster Protection Package(종합적 재난관리; ODPP)의 한 일환으로 구축되어야만 진정한 역할을 할 수 있다.

화학, 생물, 방사능 작용제의 경우 그 특성상 어느정도의 차폐가 이루어지지 않은 경우 시간의 경과에 따라 대량 인명피해가 초래할 수 있다고 판단되기 때문에 시설의 밀폐기술을 개발하는 것이 효과적인 화생방 방호방법으로 중요하다.

따라서 지하 대피시설의 공기밀폐에 의한 화생방 방호능력의 실증 검증을 통한 화생방 민간대피시설 표준모델 개발 및 간이 시범시설 구축하여 현재 구축되고 있는 도시지하공간시설을 대상으로 화학, 생물, 방사능에 대한 방호가 가능하도록 기능 보강하여, 민간 화생방 대피시설로 활용하는데 목적을 둔다.

III. 연구내용

본 연구는 기존 지하시설 중 지하철역사와 공영지하주차장을 대상으로 화생 자방 재난발생시 인근 주민 또는 통행자를 대피시킬 수 있는 비통풍성 화생방 방호시설을 저비용으로 구축하는데 필요한 기법을 개발하고 그 안전성을 화학가스 시뮬레이션 및 피난 유도 시뮬레이션을 통해 확인하고 개발된 공기 밀폐 기술에 대한 기밀성을 실증검증하여 화생방 방호 시범시설의 구축을 위해 필요한 화학, 생물, 방사능에 대한 방호가 일정 시간동안 가능하기 위한 연구이다. 다음과 같은 세부내용을 연구하였다.

ㅇ 기존(밀폐 전) 지하대피 시설별(지하철승강장 등) 화생방 방호능력에 대한 시뮬레이션 분석연구

ㅇ 대피가능 시설별(지하철승강장 등) 화생방 기능보강을 위한 표준모델 및 유지 관리 매뉴얼 개발

ㅇ 기능보강 표준모델에 의한 화생방 방호 간이대피 시범시설의 건립 통한 테스트베드 구축

ㅇ 화생방 방호 간이대피 시범시설의 밀폐기능 확인을 위한 화생방 방호기능 성능시험

IV. 주요연구성과

본 연구에서는 북한에 의해 국지적으로 화생방 테러 또는 재난이 발생시 피해지역 내에 있는 민간인을 안전하게 대피하기 위한 간이 화생방방호시설을 구축하기 위한 중요핵심기술을 개발하였으며, 그 기술을 응용하여 신금호지하철역사와 정릉4동 공영주차장에 시범 Test-Bed를 구축하였다. 또한 화생방 방호시설이 구비되지 않은 상태에서 신금호역사를 대상으로 사린가스폭탄이 투여될 경우를 감안하여 확산 시뮬레이션을 수행하였다. 주요연구의 성과는 다음과 같다.

ㆍ 저비용 고효율 기밀문 개발

ㆍ 전동기밀차단셔터 개발

ㆍ 수동식 기밀차단시트 개발

ㆍ 전동 에어차단셔터 개발

ㆍ 사린가스 지하역사 확산 시뮬레이션 모델링 구축

ㆍ 신금호역사 및 지하공영주차장에 대피유도 3차원 3D 시뮬레이션 구축

ㆍ 신금호역사 간이 민간대피시설 시범 Test-bed 준공

ㆍ 지하공영주차장 간이 민간대피시설 시범 Test-bed 준공

ㆍ 화생방 간이대피시설 운영 메뉴얼