1. 서 론

철도는 일반적으로 도로보다 20배 이상 안전한 것으로 알려져 있다(Melchers, 1987). 그러나, 철도터널에서의 화재사고는 제연 및 배연의 제한으로 인하여 대구지하철의 화재사례에서 알 수 있는 바와 같이 대량의 인명피해를 야기할 우려가 있다. 특히 철도터널에서 화재사고는 열차의 특성상 탑승객 밀도가 높고 피난대피거리가 멀기 때문에 화재가 발생시 대형 인명피해를 유발할 가능성이 매우 높다.

이에 각국 에서는 철도터널에서 안전성을 확보하기 위해서 방재시설설치를 위한 기준을 정비하여 기준에 의해서 방재시설을 설치하도록 하며, 정량적 안전성 평가기법을 도입하여 방재시설의 적정성 및 안전성을 확보할 수 있도록 노력하고 있다.

터널에서의 화재시 대피환경을 확보하는 것은 인명안전에 가장 중요 역할을 한다. 이에 도로터널의 경우에는 위험물 수송차량 등 통과하는 차종이나 교통량 등 위험요소를 고려하여 종류환기방식이나 횡류환기방식 및 이를 조합․개선한 다양한 제․배연방식을 적용하고 있다. 그러나 철도터널의 경우에는 화재사고가 거의 발생하지 않았다는 이유로 제연 및 피난시설에 대한 요구가 적절히 반영되지 못하고 있다. 각국의 제연 및 대피환경확보를 위한 기준은 제연의 경우에는 임계풍속에 의한 제연팬 용량 산정기준과 대피거리기준에 대한 최소한의 기준이 제시되고 있으나, 상당한 차이를 보이고 있다. 특히 제연시설은 설치한다 할지라도 운영방안에 대해서 구체적이고 명확한 기준을 제시하지 못하고 있는 실정이며, 국내에서는 제연반대방향으로 대피하도록 하는 기준만을 제시하고 있으나 이는 열차의 중앙부에서 화재가 발생하는 경우, 제연방향쪽의 대피자는 연기에 빠른 시간에 노출되기 때문에 안전성에 대한 검증이 필요한 실정이다.

Carvel 유로터널의 3건의 화재를 분석한 사례연구에서는 터널 화재시 기류의 방향은 열차진행방향의 반대방향으로 유지하는 것이 화재의 성장을 억제하는데 효과적이라고 보고하고 있으나, 이는 유로터널과 같은 화물을 수송하는 셔틀열차의 화재로 승객용 열차에 대해서도 동일한 기준이 적용되는지 여부는 검증되지 못하고 있는 실정이다(RAIB, 2007).

특히 여객전용 열차의 중앙부에서 화재가 발생하는 경우 대피자가 기류의 상류와 하류에 모두 존재하게 되므로 제연팬을 정지하는 것이 오히려 대피안전에 효과적이라는 연구결과도 제시되고 있다.

이에 본 연구에서는 열차화재시 인명안전에 보다 효과적인 제연 및 대피시나리오를 제시하기 위해 제연풍속을 변수로 하여 복선터널단면과 단선터널 단면에 대해서 풍속을 변수로 하여 화재해석 및 대피해석을 수행하여 화재특성 및 대피특성을 분석하였다.

2. 해석모델

2.1 터널제원 및 해석

본 연구의 대상터널 단면적은 복선터널은 호남선을 기준으로 하여 대단면(97 m²)으로 하였으며, 단선터널은 단면적에 차이를 두어 중단면(58 m²), 소단면(38 m²)로 하였고 터널의 연장은 4 km로 하였다.

복선터널과 단선터널에 대해서 열기류의 풍속을 변수로 하여 화재해석을 수행하여 유해가스농도 및 열환경 측면에서 화재특성을 분석하였으며, 대피해석을 수행하여 연기 및 유해가스의 한계농도를 기준으로 하는 ASET (Available Safety Egress Time: 유효대피시간) 과 대피자가 유해가스에 노출되는 정도를 FED (Fractional Effective Dose: 유효복용분량)로 분석하여 사망자수가 발생하는 시점을 기준으로 하는 ASET을 계산하여 대피특성을 분석하였다.

2.2 화재해석 모델

본 연구에서 화재해석은 FDS (Fire Dynamics Simulator)를 이용하여 수행하였고 해석 격자는 0.25 (Width) × 0.25 (Height) × 0.5 m (Length)로 하였다(NIST, 2010). 화재시 터널내 풍속은 0.5∼3.5 m/s로 변화시켰으며 화재차량은 KTXII를 대상으로 하였다. KTXII 한 량의 최대화재강도는 15 MW이고 화재성장곡선은 Fig. 1에 나타낸 바와 같다(Korea Railroad Research Institute, 2014). 이 경우, 1 MW까지 화재가 성장하는 시간은 675초, 15 MW에 도달하는 시간은 837초이며, 15 MW에 도달한 화재는 해석시간동안 15 MW를 유지하는 조건으로 열차 측부 전체에 배치 하였다.

또한 복사열손실은 30%로 고려하였으며, FDS에 의한 화재해석에 필요한 유해가스 발생량 산정을 위한 CO발생수율(Yco)과 Soot 발생수율은 호남고속철도의 정량적 안전성 평가기준 작성을 위해 실시한 목업실험에서 도출된 0.161 kg/kgFuel, 0.189 kg/kgFuel를 적용하였다(Tunnelling and Underground Space Association, 2009).

2.3 대피해석모델

본 연구에서는 철도터널에서 열차 화재시 승객이 안전한 지역까지 탈출하는데 필요한 시간을 화재의 감지(), 운행중인 열차와 통제센터간의 통신명령하달시간(), 열차가 정지하는데 소요되는 시간(), 경고방송시간()으로 하였으며, 경고방송이후에 열차하차시간() 및 안전지역까지 이동하는 시간()을 대피시간으로 고려하였다(SFPE, 2003). 이들의 시간관계는 Fig. 1에 나타냈으며, 안전지역으로 대피하는데 소요되는 시간, RSET (Required Safety Egress Tim)은 식 (1)로 표현될 수 있다.

 (1)

또한, 대피자가 차량을 하차하는 것은 경고방송이후에 이루어지는 것으로 하였으며, 차량에서 하차하는 시간은 대피로의 폭 및 대피방법에 따라서 달라지기 때문에 상용대피해석 프로그램인 Simulex를 이용하여 적용하였다(IES, 2004).

사망자수의 추정은 화재해석결과를 반영하여 시간에 따른 터널내 유해가스온도 및 열환경에 대한 터널 종방향 평균치를 DB로 구축하여 대피시간 및 위치에 따라서 유해환경에 노출되는 농도 및 온도 등을 동기화하여 구하였으며 대피속도 및 유해환경에 노출되는 정도를 계산하였다.

2.4 사망자 추정모델

사망자를 추정하는 방법은 크게 유해가스 등에 노출도는 정도를 유효복용분량(FED)으로 정량화하여 이 값이 한계값을 초과하는 경우에 사망자로 판단하는 방법과 ASET (Available Safety Egress Time)과 RSET을 비교하여 REST > ASET일 때 사망자로 판단하는 방법으로 나눌 수 있다.

본 연구에서는 사망자별로 FED (FED: Fractional Effect Dose)값을 식 (2)로 구하고 등가사망자수 기준에 의해서 사망자를 추정하였다(SFPE, 2003).

 (2)

여기서, , , , , 는 각각 CO에 대한 유효복용분량, CO₂호흡에 의한 호흡량 증가율, 산소저감율, 온도에 대한 위험분율, 복사강도에 대한 위험분률이다.

또한 ASET산정을 위한 화재시 유해가스 및 열환경에 대한 한계기준치는 건축물에 대한 성능설계기준에서 제시하는 한계값을 적용하였으며, Table 1과 같다(NEMA, 2014).

3. 해석결과

3.1 열차 하차시간특성 분석

열차하차시간은 대피로로 대피하는 경우와 본선을 이용하는 경우 등 하차하는 조건에 따라서 상당한 차이가 발생할 수 있으므로 해석조건을 Table 2와 같이 단측 대피(1 Walkway), 양측 대피(2 Walkway), 단측 대피와 본선대피(Walkway+main), 본선대피(Only main)로 구분하여 설정하였다.

열차는 10량과 20량, 탑승인원은 열차정원 450명, 대피로폭은 0.8, 1.0, 1.2 m, 대피로 상에서 탈출방향은 양방향 및 단방향으로 설정하여 대피시간을 비교하였다.

Fig. 2는 일방향으로 대피하는 경우에 대피방법에 따른 대피로 폭의 변화가 평균하차시간에 미치는 영향을 나타낸 것이다.

대피로 하차하는 경우에는 대피로 폭에 영향을 받으며, 본선을 이용하여 하차하는 경우에는 대피로 폭의 영향이 거의 없는 것으로 나타나고 있다.

한쪽방향의 대피로로 하차하는 경우에는 폭에 따라서 평균하차시간은 136s (W=0.8 m), 120s (W=1.0), 99s (W=1.2 m)로 대피로 폭이 0.8에서 1.2 m증가하면 하차시간은 약 27%가 단축되며, 양측 대피로로 하차는 경우에는 110s (W=0.8 m), 106s (W=1.0 m), 99s (W=1.2 m)로 나타나고 있다. 대피로를 양측방향에 설치하는 경우에 대피로 폭이 1.2 m이상이면 하차시간 단축효과는 거의 없는 것을 알 수 있다.

본선측으로 하차하는 경우에는 대피로와 본선을 통해 하차하는 경우가 하차시간이 가장 짧게 나타나고 있으며, 한쪽방향으로 대피하는 경우(폭 0.8 m)보다 약 40%정도 하차시간이 단축되고 있다.

차량수에 따른 비교를 위해서 10량과 20량에서 하차시간을 비교하였으며, 하차한 후에 대피방향이 일방향인 경우에는 하차방법에 따라서 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타나고 있다.

Fig. 3은 열차에서 하차하여 양방향으로 대피하는 경우에 하차시간을 나타낸 것이다. 이 경우에도 평균하차시간은 대피로로 대피하는 경우에는 대피로 폭에 영향을 받으나, 본선을 대피로 이용하는 경우에는 대피로 폭의 영향이 거의 없는 것으로 나타나고 있다. 대피로로만 대피하는 경우에는 폭이 증가하면 하차시간이 단축되나 대피로폭이 1.2 m인 경우에는 한쪽방향으로 하차하는 경우와 양측으로 하차하는 경우의 편차는 크지 않은 것으로 나타나고 있다.

차량의 수에 따라 대피시간의 차이가 크게 발생하고 있으며 20량인 경우에 하차시간은 하차방법에 따라서 16% (1 walkway), 11% (2 walkway), 6%  (walkway + main), 6% (Only main)증가하는 경향을 보이고 있다.

하차한 대피자가 터널의 한쪽으로 대피하는 경우와 양방향으로 대피하는 경우에 하차시간을 비교한 결과, 양방향으로 대피시 하차시간 단축효과는 대피로 폭이 작은 경우(W=0.8 m)에 18%정도 단축되는 것으로 나타났다. 또한 차량의 량수에 따른 비교 결과, 열차 10량의 경우에는 전체적으로 평균 6% 단축되며, 20량의 경우에는 단축효과가 거의 없는 것으로 분석되었다.

이상의 결과에서 건설비용을 고려하면서 하차시간 단축으로 위해서는 대피로 폭을 1.2 m로 하여 편측에 설치하는 것이 가장 효과적이며, 하차시간 단축효과는 대피로와 본선으로 동시에 하차하는 것이 가장 큰 것으로 판단된다.

3.2 화재특성분석

본 연구에서는 단면적의 크기에 따른 대피 및 제연특성을 파악하기 위해서 대단면(97 m²), 중단면(58 m²), 소단면(38 m²)의 터널을 대상으로 열기류의 풍속을 변수로 하여 화재해석을 수행하였으며 호흡선 높이의 유해가스평균농도 및 온도를 분석하였다.

3.2.1 풍속에 따른 유해농도 비교

Fig. 4는 터널 단면적 별로 풍속이 1.5 m/s인 경우에 시간변화에 따른 CO농도를 나타낸 것이다.

그림에서 알 수 있는 바와 같이 시간이 1,200초 이상 경과하면 화재강도가 최대 화재강도를 유지하기 때문에 이 시간 이후에 유해가스농도는 일정한 값을 보이며 전파거리만 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 같은 경향을 다른 풍속에서도 동일하게 나타나고 있다.

Fig. 5는 단면적별로 2,400초에서 풍속의 변화에 따른 호흡선 높이에서의 평균 CO농도를 나타낸 것이다.

터널내 농도는 해석시간이 2,400초에 도달하면 충분히 정상상태에 도달한 것으로 판단되며, 터널내 농도분포는 대단면 터널의 경우, 화재지점에서 급격하게 증가하여 화재하류 600 m구간에서 낮은 값을 보이다가 600 m지점에서 부터는 다시 증가하여 거의 일정한 값을 보이고 있다. 중단면과 소단면 터널의 경우에는 600 m이하구간에서 감소현상은 나타나지 않으나 거의 일정한 값에 수렴하는 경향은 동일하게 나타나고 있다. 이때의 풍속별 농도는 주어진 풍속에서 최대값으로 볼 수 있다. 그림에 나타난 것과 같이 풍속이 증가하면 정상상태의 농도가 감소하고 있으며 풍속이 동일한 경우에 단면적이 감소하면 농도가 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 동일풍속에서 단면적이 커지면 풍량이 증가하여 희석효과가 증대되기 때문이다.

Fig. 6은 해석시간이 2,400초 일 때 호흡선 높이에서 평균온도분포를 나타낸 것이다. 대단면에서는 화원부의 최고온도가 80℃이하이나 단면적 감소에 따라 온도는 증가한다. 중단면의 경우 화원의 최고 온도는 약 120℃이고 소단면의 경우에는 화원부의 최고온도가 220℃로 나타나고 있다. 이는 동일한 풍속일 때 풍량의 감소에 의한 냉각효과의 감소로 때문이며 단면적 감소에 따른 냉각효과의 감소가 단면적 감소비보가 상당히 크게 나타남을 의미한다.

Fig. 7은 풍속별 정상상태의 CO농도와 가시도를 나타낸 것으로 CO농도는 동일한 풍속에서 단면적이 작은 38.8 m²의 경우에 가장 높게 나타나며 단면적 감소에 따른 농도의 증가비는 풍속에 ± 5%이내의 편차를 보인다. CO농도의 증가는 단면적 97 m²을 기준으로 터널 단면적이 58 m²인 경우에 1.65배, 38 m²인 경우에는 3.23배 증가하는 것으로 나타나고 있다. 이는 단면적이 58 m²로 감소하는 경우에는 단면적 감소비에 반비례하여 농도가 증가하나 단면적이 38 m²로 되는 경우에는 단면적 감소비가 0.39이므로 농도의 증가는 단면적 감소비의 역수(2.55)보다 크게 증가하는 것으로 나타나고 있다.

정상상태의 CO농도는 대단면 터널의 경우에는 전풍속에서 성능위주설계의 한계농도이하로 나타나고 있으며, 중단면 터널은 0.5 m/s, 소단면 터널의 경우에는 1.0 m/s이하에서 한계농도를 초과하는 것을 알 수 있다.

Fig. 7에서 매연농도와 관계가 있는 가시거리의 경우에도 풍속이 낮을수록 단면적이 작을수록 감소하는 경향을 보이고 있으며, 정상상태에서는 가시거리는 대단면인 경우, 0.4∼2.4 m, 중단면의 경우, 0.3∼1.4 m, 소단면의 경우, 0.1∼0.7 m로 단면적에 관계없이 성능위주설계기준의 한계농도를 초과하고 있는 것으로 나타났다.

Fig. 8은 터널 단면적에 따라서 화재초기에 화재열차주변의 환경을 검토하기 위해서 화재지점 상류와 하류의 ± 50 m거리에서 630초와 840초에서 복사강도, 온도, CO 및 가시도를 나타낸 것이다.

복사강도의 경우에는 제연풍속에 관계없이 거의 동일한 양상으로 보이고 있으며, 840초를 기준으로 할 때 대단면과 중단면 터널은 복사강도가 한계치에 도달하는 폭의 범위는 열차로부터 2 m정도로 나타나고 있어 대피자가 화재지점을 통과하는 것이 가능한 것으로 판단된다. 그러나 소단면 터널의 경우에는 630초까지는 복사강도의 영향이 거의 없을 것으로 판단되나, 840초 이후에는 터널폭 전체가 5 kW/m²를 초과하는 것으로 나타나고 있어 화재지점을 통과하는 대피는 불가능 한 것으로 나타났다.

Fig. 8(b)는 풍속에 관계없이 온도분포를 나타낸 것으로 대단면 터널의 경우, 대피로 측은 화재초기부터 한계온도(60℃)를 초과하고 있으나, 본선측 단면에서는 30℃이하로 나타나고 있다. 중단면 터널의 경우에는 630초까지는 국소적으로 아주 작은 영역에서 30℃를 초과하고 있으나, 대부분 30℃이하로 나타나고 있으며, 840초에서는 풍속이 1.5 m/s일 경우가 가장 열악한 조건을 보이고 있어 이 경우에 성능설계를 위한 한계온도를 초과하는 것으로 나타나고 있다.

CO농도의 경우에는 840초 까지는 그림(c)에서 알 수 있는 바와 같이 대단면과 중단면의 터널의 경우, 열차주변에서 농도가 600 ppm이하로 나타나고 있어 CO농도가 인체에 미치는 영향은 거의 없을 것으로 판단된다. 그러나 소단면 터널의 경우에는 풍속이 낮은 경우에는 630초에서 부분적으로 600 ppm을 초과할 것으로 예상되며, 840초 이후에는 전 풍속에서 600 ppm을 초과하는 것을 알 수 있다.

Fig. 8(d)는 가시도를 나타내고 있는 것으로 대단면의 경우는 840초까지 전 풍속조건에서 5 m이상으로 풍속이 증가할수록 본선부의 가시도는 좋아지는 것으로 나타나고 있다. 그러나 중단면은 840초 이상의 경우 전 풍속조건에서 가시도가 5 m이하로 나타나며, 630초의 경우에는 풍속이 가장 높은 3.5 m/s일 때 가시도가 5 m이상으로 나타나고 있다.

이상의 검토에서 소단면의 경우에는 화재초기인 630초 이후에는 전체적으로 열차 측면부의 단면에서 성능설계기준에서 제시하고 있는 독성기준치 및 허용가시거리 한계치를 초과하고 있는 것으로 나타나고 있다. 따라서 소단면의 경우에는 화재를 통과하는 대피는 화재초기에서 부터 불가능한 것으로 판단된다.

3.2.2 ASET분석

성능위주 설계기준에서 제시하고 있는 독성기준치 및 허용가시거리 한계치에 대한 ASET분석을 수행하였으며, 독성가스, 가시거리, 온도 및 복사강도에 대한 ASET을 분석한 결과, 가시거리에 의한 ASET이 가장짧은 것으로 나타났다.

가시거리 5 m를 기준으로 하여 터널에서의 ASET을 분석한 결과는 Fig. 9와 같다. 그림에 의하면 가시거리에 의한 국소 ASET분포는 터널 단면적에 관계없이 거의 비슷한 경향을 보이고 있음을 알 수 있다. 이는 화재로 인한 연기농도는 높으나 허용가시거리의 한계기준이 상대적으로 낮기 때문이다.

Fig. 10은 CO농도에 대한 한계기준인 1,400 ppm을 기준으로 하여 단면적별 풍속에 따른 ASET을 나타낸 것이다. 그림에서 대단면 터널의 ASET이 표시되지 않은 것은 대단면 터널의 경우, CO농도가 1,400을 초과하지 않기 때문이며, 중단면 터널의 경우, 풍속이 0.5 m/s일 때, 소단면 터널은 0.5, 1.0 m/s일 때 ASET이 표시되고 있다. 즉, 단면적이 작고 풍속이 작은 상태에서 ASET이 산정되고 있다. 이는 이외의 조건에서는 CO농도가 1,400 ppm이하이기 때문에 ASET이 산정되지 않는다. 이는 ASET이 무한대라는 것을 의미한다.

Fig. 11은 터널내 풍속이 2.5 m/s이고, 터널출구방향으로 제연하는 경우에 터널단면적별 대피방향별 대피해석결과를 나타낸 것이다. 그림에서 화재는 터널중앙부인 2,000 m지점에서 10량의 차량중 4∼5번 차량 중간지점에서 발생한 경우이다. 여기에서, SMDS_MAX는 최대 연기 전파위치, SMDS_MIN는 최소 연기 전파위치. PSIN_SMK는 연기에 포획된 사람의 수, EVC_MAX 피난한 사람의 수, MEVC_ MIN는 선두대피자 위치, MEVC_MAX는 최종대피자의 위치이다.

그림에서 ASET 1은 연기에 의해서 대피자가 포획되는 시점을 기준으로 할 때 ASET이며, ASET 2는 등가사망자수가 나타나는 시점에서 ASET을 나타낸 것이다.

그림에서 알 수 있는 바와 같이 대피방향이 제연반대방향인 경우에는 두 방법 모두 ASET이 무한대임을 알 수 있다.

대피방향이 OP인 경우(화재반대방향으로 대피)에는 연기의 이동방향으로 대피하는 대피자는 출구까지의 거리가 2,000 m이기 때문에 모두 사망하는 것을 알 수 있다. 이 경우에 ASET 1은 터널 단면적과 무관하게 거의 비슷하나, ASET 2는 단면적별로 차이가 큰 것으로 나타나고 있다.

또한 대피방향이 연기의 이동방향과 동일한 경우(RD)에는 터널내 모든 대피자가 사망에 도달하며, 이 경우에도 ASET 1은 단면적에 관계없이 비등한 값을 보이는 것을 알 수 있으며, ASET 2는 단면적이 감소하면 감소하는 것을 알 수 있다.

Fig. 12은 열차의 화재위치에 따라 화재객차의 위치별로 구한 ASET을 평균한 ASET 1 및 ASET 2를 나타낸 것이다.

ASET 1은 풍속변화에 대해서 거의 비슷한 값을 유지하고 있으며, 대피방법 및 단면적에 따라서 795∼877초 사이에 분포하고, 대피방법이 RD인 경우가 OP인 경우보다 약 30초정도 빠르게 나타나고 있다. 또한 피난조건이 동일한 경우에는 단면적이 대단면인 경우가 소단면보다 약 50초 빠르게 나타나고 있는데, 이는 단면적이 증가하면 풍량 및 벽체를 통한 냉각효과의 증가하여 연기의 하강이 촉진되기 때문으로 판단된다.

ASET 2는 단면적이 감소할수록 짧아지는 경향을 보이고 있으며, 소단면은 대단면보다 약 400초 정도 짧게 나타나고 있다. 이와 같은 경향은 ASET 2는 CO농도에 영향을 받기 때문이다.

또한 그림에서 ASET 2는 대단면에서는 풍속이 1 m/s에서 가장 짧게 나타나고 있으며, 중단면 및 소단면에서는 1.5∼2.0 m/s사이에서 가장 짧게 나타나고 있다. 이는 풍속 작으면 연기의 이동속도가 작기 때문에 ASET이 증가하나 농도가 증가하여 ASET의 감소시키게 되고 풍속이 증가하면 연기이동속도가 증가하여 ASET을 감소시키는 효과가 발생하나 농도가 감소하여 ASET을 증가시키는 상반된 효과가 나타나기 때문이다. 그러나 이와 같은 효과는 단면적이 감소할수록 작게 나타나가 때문에 소단면의 터널에서 ASET 2는 풍속에 따른 변화가 크지 않은 것을 알 수 있다.

또한, 그림에서 ASET 1과 ASET 2의 차(ASET 2 - ASET 1)는 대피방법에 따라 대단면에서는 629 (OP), 682 (RD), 중단면에서는 330 (OP), 365 (RD), 소단면에서는 150 (OP), 215 (RD)로 나타나고 있어 대단면에서는 ASET 1과 ASET 2가 비교적 큰 차이가 발생하고 있으나, 소단면에서는 그 차이가 작아지고 있다.

이상의 검토에서 성능위주 설계기준에서 제시하는 한계기준을 적용하여 유효피난시간을 결정하는 경우, 연기농도에 의한 가시거리한계(5 m)를 적용하는 하는 경우에는 ASET을 과소하게 설정할 가능성이 높으며, CO농도를 기준(1,400 ppm)으로 하는 경우에는 ASET을 과대하게 산정할 우려가 있는 것으로 판단된다.

4. 결 론

본 연구에서는 터널내 열차 화재시 인명안전을 위해 보다 효과적인 제연 및 대피시나리오를 제시하기 위하여 제연풍속을 변수로 하여 복선터널단면(97 m²)과 단선터널 단면(58, 38 m²)에 대해서 풍속을 변수로 하여 화재해석 및 대피해석을 수행하여 화재특성 및 대피특성을 분석하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다.

1.화재열차에서 하차시간은 대피로 폭이 0.8에서 1.2 m로 증가하면 편측으로 하차하는 경우에는 136초에서 99초로 양측 대피로로 하차하는 경우에는 110초에서 99초로 감소한다. 따라서 대피로 폭이 1.2 m이상인 경우에는 대피로를 양측에 설치함으로써 대피시간 감소효과를 기대할 수 없는 것으로 나타났다. 또한 본선으로 하차하는 경우가 하차시간 단축에 가장 효과적인 것으로 나타났다.

2.화재시 터널내 유해가스의 농도는 시간이 경과하면 일정한 값에 수렴하며, 풍속이 증가하고 단면적이 증가하면 감소한다. 단면적 감소에 따른 농도의 증가는 단면적 97 m²을 기준으로 58 m²인 경우에는 평균 1.65배, 38 m²인 경우에는 3.23배 증가하는 것으로 나타나고 있다.

3.화재주변의 유해가스농도와 열환경에 대한 분석 결과, 대단면 터널의 경우에는 한계기준 보다 낮은 값을 보이고 있어 화재를 통과하는 대피가 가능한 것으로 나타나고 있으며 소단면 터널의 경우에는 화재초기에서 부터 한계기준을 초과하여 화재를 통과하는 대피가 불가능한 것으로 판단된다.

4.ASET을 분석한 결과, 현재 성능설계에서 제시하는 가시거리 5 m의 한계기준은 매우 낮은 값으로 화재가 성장하기 전 초기단계에서 한계기준을 초과하는 것으로 나타나고 있다.

5.연기가 대피자를 덮치는 시점을 기준으로 하는 ASET 1과 등가사망자가 발생하는 시점을 기준으로 하는 ASET 2를 비교한 결과, ASET 2가 ASET 1보다 크며, ASET 1과 ASET 2의 차는 대단면 터널에서는 대피방법에 따라 629 (OP), 682 (RD), 중단면에서는 330 (OP), 365 (RD), 소단면에서는 150 (OP), 215 (RD)로 나타나고 있다. ASET 1과 ASET 2의 차이는 단면적이 클수록 증가하는 것으로 나타나고 있다.

6.이상의 검토에서 터널내 열차화재시 유효대피시간은 터널단면적에 크게 영향을 받으며, 화원 통과하는 제연반대방향의 대피를 허용할지 여부는 터널 단면적에 따른 화재해석을 수행하여 한계기준에 대한 검토를 수행하여 결정되어야할 할 것으로 판단된다.