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과제기본정보

지하철도 고속화에 따른 지하역사 공기압 문제 등에 대한 대책기술개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 철도기술연구사업 과제번호 10PURT-C056874-01
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 철도교통기술 | 철도시스템 안전방재 적용분야 건설업
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 지하철도 고속화에 따른 지하역사 공기압 문제 등에 대한 대책기술개발
주관연구기관 한국철도기술연구원
총괄연구 책임자 성명 김동현
소속 한국철도기술연구원 직위 실원
기관 대표번호 031-460-5000 FAX 031-460-5814
총 연구기간 2010-12-23 ~ 2012-12-22
당해연도 연구기간 2010-12-23 ~ 2011-12-22

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 481,000,000 0 0 0 481,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 본 연구개발의 목적은 고속화 지하철도에서 지하정거장의 대기승객 이명감(ear-discomfort) 문제에 대한 대책기술 개발과, 이 기술과 적용 했을 때 검토해야 하는 고심도 지하역사에서의 화재 시 승객의 안전성 문제를 다루고자 함. 본 기술은 초장대 터널에서 수직갱 추가설치와 터널단면적 증가 없이도 적용 가능한 공기역학 대책기술 개발임.
- 본 연구개발과제는 지하정거장에 설치하는 PWBD(Pressure-Wave Blocking Door) 장치, APS(Active Pressurization System) 장치, FAT PSD(Full Air-Tightness Platform Screen Door) 장치를 개발하는 것을 목적으로 하며, 이 장치들은 고속(급행)열차에 의하여 발생되는 압력파와 열차풍을 지하승강장에서 차단 또는 저감시키는 기능을 함.
- 특히 APS 장치는 고속열차에 의하여 발생되는 공기압을 저감함과 동시에 화재 시 연기의 배출을 원활히 하여, 지하정거장을 통한 승객의 대피를 촉진시키는 기능을 함.
- 본 연구에서 개발하는 PWBD 장치, APS 장치, FAT PSD 장치는 단독 또는 2개의 조합으로 지하정거장에 설치하여 승강장 대기승객 이명감을 기준치 이하로 저감할 수 있으며, 동시에 화재 시 지하정거장을 통한 승객의 대피를 촉진시키는 기능을 할 수 있음.
- 이러한 결과물의 성능목표를 설정하기 위하여 지하역사 승강장의 대기승객 이명감 기준(안)을 마련함으로서 승객의 쾌적도 향상을 위한 가이드라인을 제시하고자 함.
- 이와 더불어 현재의 법령 기준으로 충분조건이 되지 않는 고속화 지하철도인 광역급행철도의 방재와 관련된 법령 개선(안)을 마련하는 기초연구를 수행하고자 함.
최종목표 본 연구개발의 최종목표는 고속화 지하철도에서 지하정거장의 대기승객 이명감(ear-discomfort) 문제에 대한 대책기술 개발과 이 기술을 적용 했을 때 검토해야 하는 고심도 지하 역사에서의 화재 시 승객의 안전성 문제에 대한 대책을 마련하고자 함. 또한, 지하역사 승강장의 대기승객 이명감 기준을 마련하고, 고속화 지하철도에 관한 광역급행철도의 관련법령 개선(안)을 마련하고자 함.
- 본 연구로 개발되는 지하역사 대기승객 이명감 저감장치는 PWBD 장치, APS 장치, FAT PSD 장치이며, 이 시작품들은 1/60축척~1/40축척으로 제작되고, 2차년도 말에 목표성능을 확보 함.
- 본 기술은 초장대 터널에서 수직갱 추가설치와 터널단면적 증가 없이도 적용 가능한 공기역학 대책기술 개발임.
연구내용 및 범위 ○ 지하철도 지하승강장 대기승객 이명감 기준 제시
- 국외 관련기준 조사 및 분석
- 대기승객 이명감 저감목표 설정, 기술적 요구사항 검토
- 지하철도 지하승강장 대기승객 압력 쾌적도 최종 기준(안) 마련
○ 국내 급행 지하역사에 대한 대기승객 이명감 현장시험을 통한 현황파악
- 급행열차가 운행중인 4선2홈 지하정거장 현황파악
- 정거장 기하구조 분석, 열차운행조건 파악, 대상역사 선정
- 이명감 측정시스템(센서, 데이터처리장치) 설치 및 계측
- 취득된 데이터 정리 및 결론도출
○ 고속화 지하철도 지하정거장의 공기역학적 분석
고속화 지하철도 지하정거장의 공기역학적 분석을 위한 3차원 CFD 해석준비
GTX 지하정거장 승강장 스크린도어 개폐에 따른 열차풍 및 압력파 영향에 대한 CFD 연구
지하정거장에 이명감 차단장치시스템 설치에 따른 압력파/열차풍 저감효과 CFD 연구
- CFD 해석결과와 실험데이터 분석에 의한 최적설계 CFD 수행
○ 지하정거장 압력파 저감효과 1/60축척 실험연구(Moving Model Rig)의 CFD 해석 수행(실험데이터와 비교 검증연구)
○ 고속화 지하철도 지하정거장의 이명감 저감 및 연기차단을 위한 압력경감장치 개발
관련 특허기술, 관련문헌 조사 및 분석
광역급행철도의 표준형 지하정거장 분석선정 및 제원 도면화
- 4선2홈 지하정거장 등 분석하여 선정
이명감 차단장치시스템의 신기술 개발로 압력경감방안 수립(모델 정립)
- PWBD(Pressure-Wave Blocking Door) 방식 개발
- FAT PSD(Full Air-Tightness Platform Screen Door) 방식 연구 및 개발
- 지하정거장 선로부 APS(Active Pressurization System)장치 개발
- 지하정거장 선로부 상하부 환기구로의 압력파 차단방법 연구
- 개발 시작품 첨단의 완전기밀 차단방식, 이물질 제거방식 기술조사 및 적용
개발 신기술의 실용성 및 내구성, 승객 안전성 검토
고속화 지하철도의 표준형 지하정거장 실험모델 도면화
관련 수요기관과 적용성 협의 및 보완
이명감 차단장치시스템 시작품 설계 및 도면화
이명감 차단장치시스템 시작품 제작발주
- 1/60축척 Moving Model 실험용 지하정거장 모델 제작(신기술 기술사양 적용)
- 실제 터널적용을 모사한 PWBD, FAT PSD, APS 장치 등 1차 시작품 제작
이명감 차단장치시스템 PWBD 장치, APS 장치, FAT PSD 장치에 대한 1/60축척 Moving Model Rig 시험에 의한 압력경감 차단효과 분석(성능 확보 및 검증)
- 실험데이터 분석 및 평가
○ 이명감 차단장치시스템의 성능검증, 최종 실용화 기술 정립
- 관련 수요기관과 적용성 협의 및 보완
- 압력경감성능에 대한 수치시뮬레이션 검증
- 이명감 차단장치시스템을 적용했을 때의 비상시 승객 안전이동에 대한 수치시뮬레이션 분석(제연시스템에 대한 분석 포함)
- 1/60 축척 Moving Model 시험기에 설치하여 대피촉진장치 기능에 대하여 성능검증
- 검증결과에 따른 1차 시작품의 설계사양 보완
- 실제 적용시 사용이 가능한 제어로직 및 운전방법 개발
- 제작 및 시공사양서 작성, 운전매뉴얼 작성
○ 이명감 차단장치시스템의 표준 설계안 및 설치가이드라인 마련
○ 이명감 차단장치시스템의 표준제작사양서 작성
○ 고속화 지하철도에 대한 관련법령 개선(안) 마련
- 국내외 관련기준 조사 및 분석
- 개선(안)에 대한 자문회의 개최 및 의견수렴
- 관련 수요기관과 협의
- 개선(안)에 대한 토론회(또는 공청회) 개최 및 의견수렴
- 개선필요법령 개선(안) 제시
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 ○ 지하철도 지하승강장 대기승객 이명감 기준 제시
○ 국내 급행 지하역사의 대기승객 이명감 현장시험 수행 및 분석
○ 1차 기준(안) 도출
○ 지하정거장 압력경감장치 관련 특허기술, 관련문헌 조사 및 분석
○ 광역급행철도의 표준형 지하정거장 분석선정 및 제원 도면화
○ 고속화 지하철도 지하정거장의 공기역학적 분석을 위한 3차원 CFD 해석준비
○ GTX 지하정거장 승강장 스크린도어 개폐에 따른 열차풍 및 압력파 영향에 대한 CFD 연구
○ 지하정거장 선로부의 압력파 저감장치 설치에 따른 압력파/열차풍 저감효과 CFD 연구-I
○ 이명감 차단장치시스템의 신기술 개발로 압력경감방안 수립(모델 정립)
○ 고속화 지하철도의 표준형 지하정거장 실험모델 도면화
○ 승객 대피촉진기능 확보를 위한 연기차단 및 배출성능 연구
○ 압력경감장치와 연기배출시스템의 연계인터페이스
○ 이명감 차단장치시스템에 대하여 관련수요기관과 적용성 협의 및 보완
○ 고속화 지하철도에 대한 관련법령 개선(안) 마련의 국내외 관련기준 조사 및 분석
○ 초장대 광역급행철도 터널안전의 기술적, 사회적, 경제적 요구사항 검토(관련법령 개선안)
○ 개선필요법령 1차 개선(안) 제시
○ 압력경감장치 시제품 설계 및 도면화
○ 압력경감장치 시제품 제작발주(10개월차) 		- 관련 문헌 및 기준 조사
- 노약자의 생리학적 이명감 한계, 의학적 문제점 자문검토(이비인후과 전공 의학자 자문 등)
- 대상역사 선정 및 관련기관 협의
- 현장시험 계측시스템 구축 및 예비시험
- 실제 차량이 운행되는 지하승강장(4선2홈형태)에 대한 현장 실측실험
- 해외 기준과의 비교분석 및 차단목표 설정
- 현장 시험데이터 분석 및 평가
- 기술적 요구사항 검토
- 관련 수요기관(국토해양부, 철도시설공단, 철도공사, 인천공항철도, 지자체 도시철도공사 등)과 기준(안) 협의
- 대기승객 이명감 저감목표 설정 및 기준(안)에 대한 전문가 자문회의 및 토론회 개최
- 1차 기준(안) 도출
- 관련 특허기술, 관련 문헌기술 특허청, 학술문헌 사이트에서 인터넷 검색 및 조사
- 국내외 관련기술 현장조사
- 다양한 4선2홈 지하정거장 분석하여 선정
- 분석대상 표준정거장의 공기역학적 특성 분석
- 시작품 제작대상 정거장의 표준적용안 작성
- 고속열차 KTX, EMU, 축대칭 시험열차에 대한 제원마련
- GTX 지하역사 기본설계 도면분석 및 제원마련
- CFD 코드에서의 3차원해석 격자생성
스크린도어 벽체의 유무에 따른 압력파 및 열차풍 영향 연구(3차원 해석)
스크린도어 개폐에 따른 압력파 및 열차풍 영향 연구(3차원 해석)
- 고속열차 KTX, EMU에 대한 사양분석 및 격자생성
- 압력파 저감장치 기본설계 도면분석 및 제원마련
- 지하역사에 대하여 3차원 CFD 해석수행
PWBD(Pressure-Wave Blocking Door) 방식 개발
FAT PSD (Full Air - Tightness Platform Screen Door) 방식 연구
지하정거장 선로부 능동형 압력경감장치(APS) 개발-1
지하정거장 선로부 상하부 환기구로의 압력파 차단방법 연구
개발 시제품 첨단의 완전기밀 차단방식, 이물질 제거방식 기술조사 및 적용
개발 신기술의 실용성 및 내구성, 승객안전성 1차검토
- 1/60축척 Moving Model 실험용 지하정거장 모델 제작(신기술 기술사양 적용)
- 1/60축척 실험에는 지하역사의 선로중심 격벽, PSD, PWBD 방식, FAT PSD방식, 선로부 상부의 능동형 압력경감장치(APS) 적용함.
- 표준형 지하정거장 제원 및 도면 분석
- 실험용 모델(시작품) 제작용 도면 작업
이명감 차단장치시스템을 적용했을 때의
- 이명감 차단장치시스템을 적용했을 때의 화재시뮬레이션에 의한 열차 연기발생량 및 거동연구
- 이명감 차단장치시스템을 적용했을 때의 최적연기배출을 위한 장치설계
- 이명감 차단장치시스템을 적용했을 때의 압력경감성능과 연기배출/차단성능의 기능 통합작업
- 이명감 차단장치시스템을 적용했을 때의 평상시 및 화재시 운전제어방법 연구
- PWBD(Pressure-Wave Blocking Door)
- FAT PSD(Full Air - Tightness Platform Screen Door)
- 지하정거장 선로부 상부의 능동형 압력경감장치(APS)
- 상기 설비들에 대하여 관련 수요기관과 적용성 협의 및 보완
- 광역철도 및 광역급행철도의 안전관련 관련법(법, 규칙, 기준, 지침)의 현황조사
- 광역철도 및 광역급행철도의 안전관련 관련법의 개정방향 분석
- 초장대 터널 안전의 사회적 요구사항 검토 및 평가
- 초장대 광역철도 건설에 관한 경제적 요구사항 검토 및 평가
- 초장대 광역(급행철도)에서의 기술적 요구사항 검토 및 평가
- 개선(안)에 대한 자문회의 개최 및 의견수렴
- 개선 필요법령 개선(안) 제시
- 각 요소별 설계 및 도면화
- 시제품 요구사양서 작성
- 실제 터널적용을 모사한 PWBD, FAT PSD 등 시제품 제작(1/60~1/40축척 제작)
연구성과 기술적 기대성과 - 지하정거장의 승객 쾌적도 향상을 위한 압력경감장치 개발로 세계적 선도기술 확립
- 신규로 건설되는 수도권 광역급행철도와 고속철도의 안전설비로 적용
- 고속철도 관련기술의 수출에 기여할 수 있는 신규시스템 기술 확보
- 지하정거장 화재열차 정차 시 연기제어기술 확보 및 피난안전성 증대
- 고속화 지하철도의 지하정거장 대기승객 이명감 기준(안) 마련으로 쾌적성 마련
- 고속화 지하철도 관련법령 개선(안) 마련으로 지하철도 안전성 증가
사회 경제적 파급효과 - 지하정거장 대기승객의 쾌적도 향상에 의한 삶의 질 향상
- 광역급행 지하철도의 터널건설비 10% 절감(수도권 3개 노선: km당 20억원 x 총연장 174km = 3,480억원 절감)
- 본 개발기술에 대한 수요처는 국토해양부, 경기도, 서울시, 한국철도시설공단, BTL 민자사업단 등임. 또한 턴키/대안사업에 있어 각 건설사의 실시설계 및 시공에 반영할 수 있음
- 해외 설계기술자문 등에 대한 수입대체효과가 발생됨으로서 예산절감과 국내 독자기술 확보하여 기술수출 가능
- 부가적인 연기제거기술 개발로 대구 지하철 화재사고와 같은 대형 참사 예방에 의한 사회적 안전도 향상효과 발생
- 세계적 선도기술 개발로 고속철도 관련기술의 선도위치 확보
활용방안 - 고속화 지하철도의 고속/직통열차가 운행하는 4선2홈 이상의 지하역사에 대한 대기승객 이명감 압력경감장치로 설치하여 적용
- 지하정거장 화재발생시 신속한 연기제거가 가능한 대피촉진시스템으로 활용
- 향후 고속열차 운행 지하정거장에 대한 공기역학 최적설계 관련 기술축적
- 선진국 대비 선진기술이므로 개발 장치 해외수출
- 고속화 지하철도의 지하정거장 대기승객 이명감 기준(안) 마련으로 지하철도 설계에 활용
- 고속화 지하철도 관련법령 개선(안) 마련으로 지하철도 안전설계에 활용
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 이명감 지하역사 승강장 광역급행철도 고속철도
영문 ear-discomfort underground station platform GTX (Great Train Express) high-speed railway
최종보고서
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최종보고서 (보고서)지하철도 고속화에 따른 지하역사 공기압 문제등에 대한 대책기술개발(2차년도).pdf   다운로드

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