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VR 시뮬레이터 FDS Output 데이터 활용 방안에 대한 연구
노재현(Jae Hyeon Noh),남유현(Yu Hyun Nam),여용주(Yong Ju Yeo) 한국화재소방학회 2022 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.추계
Metaverse가 대두되면서 이와 관련된 분야들이 급속도로 팽창하고 있다. XR(eXtended Reality)은 소방분야에도 적용이 되고 있으며 피난, 소화, 교육 등에 많은 시뮬레이션이 개발되고 있다. 시뮬레이션 개발은 소방 전문지식이 없는 일반 프로그래머들이 진행하고 있어 소방전문가의 자문을 받아 개발하지만 화재 확산이나 연기 유동이 실제 화재와 매우 다르게 나타나고 있다. 이 문제를 해결하고자 FDS(Fire Dynamics Simulator)를 활용하여 실제 화재와 최대한 비슷하게 구현할 수 있는 방안을 찾고자 한다. XR 중 VR(Virtual Reality)에서 실화재와 가장 비슷한 구현을 하기 위해서 FDS Output 데이터 선정을 진행하였다. 데이터 측정을 위해 Device를 상하좌우 1.2m 간격으로 설치하였으며 데이터를 불러오는데 로딩을 최소화하기 위해 설정한 거리다. 첫 번째, 온도(Temperature)는 상온(20℃)을 기본으로 하여 설정하였다. 온도 데이터는 화재 확산의 척도를 사용할 데이터이기 때문에 중요한 데이터이다. 두 번째, 가시도(Visibillity)는 30m가 최대치로 설정되어있으며 연기로 인해 시야가 감소하도록 되어있다. 가시도 데이터는 연기의 유동을 파악할 수 있도록 설치한 데이터이다. 세 번째, 일산화탄소(CO)는 0 mol/mol로 설정되어있으며, 화재 발생 후 측정되는 데이터를 PPM으로 변환시켜 적용시킨다. 네 번째, 산소(O2)는 0.21 mol/mol로 설정되어있으며, 화재 발생 후 감소하는 값을 적용시킨다. 마지막 다섯 번째 복사열 유속(Radiative Heat Flux Gas)은 사방에서 들어오는 데이터를 계산하고 싶지만 데이터의 양이 많아 +Z 축으로 들어오는 복사열 유속만 계산하였으며 이를 통해 접근 가능구역을 나누는 데이터로 사용하였다. 최종 결과 위 5가지 데이터를 통해 VR 시뮬레이션에서 실제 화재와 가장 비슷한 형태로 표현할 수 있었으며, 플레이하는 사람들은 보다 현실적인 화재를 경험할 수 있도록 진행하였다.현재 연구는 실제 화재 구현의 초기 연구이며, VR 시뮬레이터의 로딩 시간의 개선이 된다면 Device간격을 더 세밀하게 조정하고 전방위에서 복사열 유속의 측정, CO2 및 독성가스 등을 추가하여 계산하고 입력한다면 지금보다 더 현실 같은 화재를 경험할 수 있을 것이다.
FDS를 통한 건물 외부 조건에 따른 화재확산에 관한 연구
노재현(Jae Hyeon Noh),남유현(Yu Hyun Nam),여용주(Yong Ju Yeo) 한국화재소방학회 2021 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.추계
2010년 이후 매년 다중이용시설의 건물에서 25,000건 이상 화재가 발생하고 있다. 다중이용시설의 건물 특성상 건물의 높이는 크지 않지만, 건물끼리 가까이 붙어있고 화재 발생 시 옆 건물로 화재가 전파되어 진행되어 화재 피해가 더욱 커지고 소화 및 구조⋅구급활동에 지장을 주고 있다. 특히 구조 활동에 있어서 지상으로 대피하지 못하는 경우 소방헬기를 이용하여 옥상에서 구조 활동을 하는데 이 과정에서 소방헬기의 프로펠러 속도로 인한 바람이 화재진화에 어려움을 주고 있어 FDS를 통해 화재에 영향을 어떻게 받는지 확인하고, 소방헬기 구조 시 화재에 영향을 적게 주면서 활동할 수 있게 제시하고자 한다. FDS 모델링의 건물 표본은 지하 1층 지상 5층으로 총 6층 건물이며 1층의 구조는 필로티 구조로 설정하였으며, 건물 외벽에 단열재로 드라이비트를 설치하였고, 화재는 1층 필로티 주차장에서 시작되어 드라이비트를 타고 외벽으로 확산하는 시나리오로 진행하였다. FDS를 비교하기 위해 소방헬기가 없는 시나리오와 있는 시나리오 두 개의 시나리오를 진행하였으며, 외부 마감재료의 물성치는 Insulation과 Foam을 주었으며 확산 모델링으로 진행하였다. 소방헬기에서의 나오는 바람의 속도는 소방헬기 높이에 따라 하류속도의 영향이 달라서 관련 논문에 따라 지상에서 30m 위에서 25.7m/s의 바람이 나오도록 설정하였다. 계산 결과 소방헬기가 없는 모델링의 화재 확산은 외벽 드라이비트를 타고 확산하는데 반에 소방헬기가 도착해서 하류속도가 있는 상황에서는 다른 층으로 확산하지는 않았지만 화재층에서 횡으로 빠르게 전파되는 현상을 확인하였으며, 소방헬기가 떠난 후 화염 확산 면적이 더 커질 것으로 분석되었다. 소방대가 도착하여 화재진화를 실시할 때 소방헬기의 영향을 받아 화재층의 열축적이 더 많이 되어서 화재 진화에 어려움이 예상된다. 국내에는 본 연구와 관련된 자료가 없어 더 많은 연구가 필요하다.