<논단>철도터널내 방재설비의 필요성
<논단>철도터널내 방재설비의 필요성
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  • 승인 2006.05.12 00:00
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이승호 / 상지대학교 방재연구소장 , 상지대 건설시스템공학과 교수
우리나라의 경우 국토의 70%가 산악지형으로 구성되어 있는 지형적인 특성을 가지고 있어 자연환경훼손을 최소화할 수 있는 터널의 건설과 이의 활용성이 더욱 더 증대되고 있다. 그러나 아직 터널에 대한 건설기술과 제반운영 기술이 미비하고, 철도나 지하철 같은 궤도차량용 터널인 경우 소방법상의 시설물에 대한 규정 또한 없는 것이 현실이다. 터널은 건축물 특성상 타 공간과 격리되어 있는 폐쇄적인 공간이므로 화재 발생시 사망의 원인 중 질식사가 47.5%로 가장 높게 나타나고 있다. 사망의 큰 원인인 질식사는 유해가스에 의한 직접적인 피해 이외에도 화재시 발생한 연기가 탑승자의 시정을 저해하여 피난로를 찾지 못함으로서 유발된다. 따라서 터널 내 화재발생시 승객의 안전을 확보하고 피난 구조 활동 및 화재진압활동을 펼 수 있도록 하기 위해서는 고온의 유해가스와 연기가 피난로에 침투하지 못하도록 적절한 유속을 만들어 줄 수 있는 환기시스템이 필요하다.이미 각 선진국에서는 70년대부터 철도터널 환기시스템에 대한 개발의 필요성이 대두됨에 따라 터널화재에 대한 실제 터널에서의 화재실험 및 수치해석과 같은 다양한 연구가 진행되고 있다. 국내에서도 최근에 들어서 장대 철도터널 건설 수요 증가에 따른 철도터널내 화재시 대피환경에 관한 연구의 필요성이 대두되고 있다.일반적으로 터널 내에서의 화재는 그 크기에 관계없이 승객들의 안전 및 인명을 위협하는 존재이며, 터널의 길이가 길어질수록 그 위험성은 증대될 수밖에 없다. 화재시 가장 큰 인명피해의 원인은 연기에 의한 질식사고이다. 이러한 질식사고를 미연에 예방하기 위해서는 연기를 효율적으로 제거하기 위한 대책과 그에 대한 적절한 검토가 이루어져야 한다. 화재 발생시, 적절한 대처방안과 충분한 검토를 통해서 안전한 대피로의 확보나 열 및 연기의 이동경로를 예측하여 시스템을 구축하는 작업은 환기설계시 필수적인 사항이다.터널에서의 이와 같은 요구를 만족하기 위해서 기계 환기설비가 투입되고 있으며 이에 대해 최적화 설계에 대한 필요성이 높아지고 있다. 기계 환기설비의 최적화를 위해서는 지리적인 조건과 기하학적인 구조, 오염물질의 거동, 화재가 발생할 경우의 피난, 구조 및 소화활동 등을 적절하게 고려하여야 한다. 이러한 기계 환기설비설계의 적절성을 검토하기 위한 방법으로는 실물실험을 수행하는 방법과 3차원 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 기법을 이용하는 방법 등이 있다. 실물실험은 정확한 결과값을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있으나 막대한 비용과 인력을 필요로 하는. 반면, 3차원 CFD 기법을 이용하는 방법은 보다 저렴한 비용투자로 상세한 결과를 얻을 수 있는 장점을 갖고 있어 최근 각광을 받고 있다. 터널 방재시스템 설계시, 다양한 환경조건(화재강도, 터널형상, 환기설비 및 운전조건 등)에 따라 상이한 결과를 보인다. 이러한 것을 환기설비 설계단계에서 고려할 때, 상당한 시간과 비용이 요구되므로 일반적으로는 간편한 1차원 임계속도식을 사용한다. 국외의 경우에는 터널의 높이 등 터널의 단면형상을 변화시켜 역기류층(backlayering)이 발생되지 않는 임계속도를 실험적으로 고찰하여 터널 단면형상의 변화가 임계속도에 미치는 영향이 미소함을 보고한 바 있다. 그러나 실제 화재 발생시 승객들의 대피환경에는 기류측면 뿐만 아니라 피난로 상의 온도, 연기 및 유해물질의 분포 또한 중요하다. 이에 따라 방재시스템의 설계 시, 적용되고 있는 1차원 임계속도 산정방법의 유효성을 점검하고, 1차원 임계속도식으로 설계된 환기설비가 기류, 온도, 가시거리 및 유해물질 분포 측면에서 승객들의 안전한 대피환경을 확보하는지를 알기위해서는 3차원 전산유체역학 기법을 도입하여 평가할 필요가 있다.

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