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SMK 기본정보

SMK 기본정보
기술명 테러 및 폭발사고 재난대응을 위한 방호·방폭 터널 내부의 폭압 저감(최대 20%) 기술
개발 배경 및 필요성 ○ 지금까지의 방호시설은 군사용 시설만을 대상으로 하였으나 최근에는 지하에 건설하는 정부 및 민간의 각종 데이터 저장을 위한 데이터센터, 백업센터 등도 EMP 차폐, 방폭 및 화생방을 검토할 필요가 있으며, 현재 일부분 설계를 진행하고 있다.
○ 방호시설은 대상 시설이 지하에 위치하므로 진입터널 입구에서의 외부 폭발에 의한 터널 내부의 폭압 검토가 필요하다. 보호시설 접근을 위한 터널의 경우 경로길이, 폭압 저감을 위한 적정 굴절 및 굴절부분에 설치하는 폭풍함정(파편포켓) 및 폭발에너지의 분산/시간차 분리 등에 대한 검토가 필요하다. 이는 시설을 보호하기 위한 방폭밸브 설치벽면에 미치는 압력을 저감시키기 위한 것으로 방폭밸브의 내압 등급에 따라 소요비용이 급격하게 증가하기 때문에 터널 건설시 시공비용을 절감하기 위한 방안이 필요하다.
○ 본 연구에서는 방호터널 내에 설치되는 전산센터, 군사용 지휘시설내의 상주 인원을 위한 필요 공기량, 각종 장비의 발열을 제거하기 위한 공기량 확보를 위해서 반드시 설치해야 하는 외부 공기 인입을 위한 방폭밸브에 미치는 외부 폭압을 저감시키기 위한 터널입구 형상, 폭풍함정의 형상 및 압력 저감을 위한 Chamber 등에 대한 가이드라인을 제시하는 것을 목표로 한다.
○ 방호대상시설은 내부의 장비 및 인원을 보호하기 위하여 물리적 방호, 화생방 방호 및 EMP 방호가 필요하며, 보호 대상에 따라 화생방 방호와 EMP 방호의 우선순위가 결정되지만 물리적 방호는 다른 방호에 비해서 최우선적으로 고려되어야 한다.
○ 물리적 방호는 외부의 폭발 압력이 방호터널 내부로 들어오는 것을 줄여주는 입구의 기울기 등 형상, 폭풍함정의 형태 등에 영향을 받으며 터널 입구에 들어온 압력은 내부에 설치하는 시설의 인원 및 장비를 위하여 내부에 설치되는 환기용 방폭밸브에 영향을 미치게 된다.
○ EMP로부터 보호하는 방법은 시설 전체를 철판 또는 금속계 물질로 전체를 둘러쌓는 것이며 폭압에 대한 대책은 터널의 진입부 중간 또는 보호시설의 직전에 방폭밸브를 설치한 방호벽을 구축하는 것이다.
○ 환기 및 내부인원과 장비를 보호하기 위한 방폭밸브는 내부인원 및 장비발열을 제거하기 위하여 시설의 규모에 따라 다르기는 하지만 전산센터의 경우에는 200-400개 정도가 설치된다. 방폭밸브의 내압에 따라 일반적으로 11bar용과 40 bar용이 사용되며, 각각의 개당 설치단가 차이가 매우 커서 외부 폭압에 대응하는 방폭밸브를 설치하는 소요비용이 수십억원 차이가 발생하게 된다.
기술 개요 폭압, 화생방 및 EMP방호를 위한 시설은 지하터널 내부에 위치하는 것이 일반적이며, 내부에 거주하는 재실자를 위한 소요 환기량 확보 및 각종 기기의 발열을 제거하기 위하여 외부로부터 공기가 들어오는 환기구가 필요하다. 환기구는 폭압에 대해 노출되어 있으므로 폭압에 의한 내부 시설물, 상주인원을 보호하기 위한 방폭밸브를 설치하여 공기를 도입하여야 한다.
정부통합전산센터, 군사용 지휘시설과 같이 내부발열이 많은 시설은 장비발열을 제거하기 위한 실외기 소요 공기량, 장비 운용을 위한 비상발전기 소요 공기량 및 각종 기기의 필요공기량에 대한 것은 별도로 고려해야 한다. 국가전산센터, 군용 지휘부 시설의 경우 장비발열, 내부인원이 많이 상주하게 되므로 환기를 위한 방폭밸브는 수백개를 설치하고 이러한 밸브는 폭압에 따라 11bar, 40bar용을 많이 사용하나 각 등급에 따라 매우 큰 비용차이가 발생하게 된다.
외부의 폭발압력이 터널 내부에 위치한 보호대상시설에 미치는 영향을 최소화 하려면 터널 출입구의 형태, 터널내부의 형태 등을 고려하여 시설을 보호하기 위한 방폭밸브에 미치는 압력을 최소화 하여야 한다. 방폭밸브는 다음과 같이 외부로부터 폭발압력이 들어오는 부분에 설치하며, 폭압으로부터 내부의 인원과 장비를 보호하는 역할을 한다. 방폭밸브는 1개당 통과유량을 고려하여 내부의 인원을 위한 환기량과 장비발열, 장비의 소요공기량을 합한 값에 해당하는 개수 이상으로 설치하여야 한다.

기술의 특장점

기술의 특장점
기존 기술 대비 차별성 ○ 물리적 방호는 외부의 폭발 압력이 방호터널 내부로 들어오는 것을 줄여주는 입구의 형태, 폭풍함정의 형태, 크기 등에 영향을 받으며 터널 입구에 들어온 폭발압력은 내부에 설치하는 시설의 인원 및 장비를 위한 환기용 방폭밸브에 영향을 미치게 된다.
○ EMP로부터 보호하는 방법은 시설 전체를 철판 또는 금속계 물질로 전체를 둘러쌓는 것이며 폭압에 대한 대책은 터널의 진입부 중간 또는 보호시설의 직전에 방폭밸브를 설치한 방호벽을 구축하는 것이다.
○ 환기 및 내부인원과 장비를 보호하기 위한 방폭밸브는 내부인원 및 장비발열을 제거하기 위하여 시설의 규모에 따라 다르기는 하지만 전산센터의 경우에는 200-400ea 정도가 설치된다. 방폭밸브의 내압에 따라 일반적으로 11bar용과 40 bar용이 사용되며, 각각의 개당 설치단가 차이가 매우 커서 외부 폭압에 대응하는 방폭밸브를 설치하는데 소요비용이 수십억원 차이가 발생하게 된다.
○ 내부로 인입된 폭발에너지의 총량은 같지만 Expansion/Side Chamber를 이용해서 에너지의 분산과 시간차 분리를 적절하게 유도하면 방폭밸브에 미치는 최고 압력을 효율적으로 저감시킬 수 있다.
○ 방호터널의 경위 폭압이 최종 영향을 주는 시설은 벽체 자체에 대한 기술적인 해결은 비교적 용이하나 방폭문, 방폭밸브는 폭압을 저감시키는 것이 경제적으로 매우 중요한 사항이다.
○ 연구개발과제의 차별화
www.ntis.go.kr에서 “폭압, 방폭”, “방폭밸브”,“방호시설”의 주요 키워드 조합으로 검색한 결과 일반적인 “방호시설-폭압”의 경우 5건의 연구가 진행되었다. 이 이외에도 다수의 방폭, 폭압에 관한 연구가 다수 있으나 본 연구에서 목표로 하는 폭압에 노출된 건축 설비 요소에 대한 연구는 진행된 것이 없으며 구조물 자체의 폭압, 방폭에 대한 연구들이 대부분이다. 군사시설의 경우 벽체가 완전히 노출되는 경우, 일부가 노출되는 경우 및 완전히 매립되는 경우를 대상으로 외부 폭압에 따른 압력해석을 주로 실시하였으며 슬래브의 경우 공기중에 노출되는 경우와 흙으로 매립되는 경우를 대상으로 단순히 폭압을 계산하는 것이 대부분이다. 본 연구에서는 군사지휘시설에 대한 검토 보다는 보호시설인 전산센터, 방호시설까지의 출입구, 통로 등을 대상으로 연구를 진행하여 차별성을 확보하였다. 따라서, 본 연구에서 제안하는 폭압을 고려한 건축 설비 요소와는 다른 연구분야로 판단되며 해당 연구주제에 대한 독창성과 차별성이 충실히 확보되었다고 판단된다.
○ 선행연구 논문 (www.ntis.go.kr)
선행연구논문에 대한 검토결과 본 연구에서 대상으로 하고 있는 방폭밸브에 미치는 폭압에너지 저감에 관한 연구논문은 없는 것으로 나타났으며, 대부분이 기존 건물, 소규모 터널 및 폭발압력해석에 대한 연구가 진행되었다. 또한 폭발압력에 대한 연구는 본 과제의 참여인력의 성과물이다. 본 과제에서 대상으로 하고 있는 대규모 방호시설의 방폭밸브에 미치는 폭압 저감 관련 관한 연구는 없으므로 “과제의 차별성은 충분히 확보”되었다고 판단된다.
기술 경쟁력 ○ 기술적 측면
- 폭발 등과 같은 전쟁 상황에 대비한 안전성 확보를 위한 시설물의 건축설계 및 폭압 저감 관련 기술이 공개되지 상황에서 해당 분야에 대한 주요기술자료 제시 및 확보.
- 구조기술 및 폭압저감 최적화 기술 확보
- 폭압을 고려한 방폭밸브 설치에 관련된 구체 설계 기술 및 가이드라인 확보
- 군사 지휘부, 정부 백업센터 및 일반전산센터에 대한 개발기술의 활용
- 방호시설 터널 진입 및 터널내부의 최적 설계 가이드라인 제시
경제적 효과 ○ 경제적ㆍ산업적ㆍ사회적 측면
- 주요 국가기관의 데이터 보안 및 안정성을 확보하여 유사시에도 국가의 기능 유지 확보
- 폭발 등 외부적 전쟁에도 전시 작전 운영 체계 확보 및 대응체계 유지
- 북한의 무기체계에 대한 사회안전망 확보
- 국지적 또는 국가적 재난/전쟁 발생 시 사회혼란 최소화
- 지속적인 데이터센터, 방호시설 증가에 따른 설계 및 요소기술 적용
- 기존의 방위 산업이외에 전산/통신 및 정보/전력 기관에 대한 추가적인 대응 예산 및 유지비 감소

시장성

시장성
시장규모 및 성장성 (1) 국내외 시장규모 및 수출입 현황
○ 군사시설, 대규모 전산센터, 정부 전산센터 등에 대한 설계기술로 해외 도입 및 수출 사례 없음

(2) 국내외 경쟁기관 및 기술 현황
○ 파편함정, 챔버의 형상 등에 관한 기술은 존재하나 종합적으로 검토한 기술은 없는 것으로 판단됨.

(3) 지식재산권, 표준화 및 인증기준 현황
○ 특허정보넷, 키프리스에서 “방공호”, “방공구조물”, “방공호+방공구조물” 검색 결과
- 건물자체의 지붕구조물, 동굴주택, 지하주택 등에 대한 특허 및 적외선 차단등에 대한 특허 존재
- EMP 방호에 관한 특허는 존재함
- 본 연구에서 제안하고 있는 폭압저감기술에 대한 특허 및 인증은 존재하지 않는 것으로 판단됨.
○ 특허정보넷, 키프리스에서 “폭압”, “폭압저감” 검색 결과
- 방호벽, 폭압에 대응하는 구조물 자체에 대한 특허 존재.
- 구조체의 강성, 구조체 설계방법 등에 대한 것으로 폭압을 저감시키는 방안에 대한 것은 없음.
응용분야(수요처) (1) 국내외 주요 수요처 현황
○ 국가 전산센터, 데이터센터 등의 설계기술 활용
○ 방호시설 터널 출입구, 지하 방공호 출입구 설계 적용
○ 전산, 통신, 정보, 전력 기관등의 보호시설에 적용

(2) 표준화 전략
○ 폭압 저감 챔버, 출입구 형상등에 대한 구체적 가이드라인 제시.
- 형태별, 크기별로 폭압저감에 대한 가이드라인 제시
- 수식 형태가 아닌 간단한 그래프를 이용하는 가이드라인 제시

(3) 사업화 전략
○ 건축설계, 엔지니어링 회사의 보호시설 설계시 적용
- 군사시설 및 보호시설 설계시 가이드라인 활용 및 적용

(4) 사업화에 따른 기대효과
○ 폭압저감에 대한 가이드라인 작성으로 설계사무소, 엔지니어링 회사에서의 보호시설 설계시 활용

연구성과 정보

* 지재권현황
순번 발명의 명칭 출원번호 관리현황

시공실적 및 시제품 현황
시공실적 및 시제품 현황 방호터널 형태별 폭압저감 가이드라인
- 아치형 방호터널
- 각형 방호터널
기술준비도(TRL) 기술개념확립  연구실환경검증  시제품제작  실제환경검증  신뢰성평가  상용품제작
R&D 수행이력 사업명 국토교통기술촉진연구사업
과제명 폭압에너지 반사/저감을 위한 폭풍함정 형상기술과 폭발에너지 분산을 위한 Expansion Chamber 형상 기술 게빌
총연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31
총연구비 148,000,000원

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