[기획-재난 없는 국가] 08. 디지털트윈을 활용한 터널 화재 대응 향상 방안에 관한 연구
현행 시스템은 도로터널과 소방청의 시스템이 실시간 연계가 되어 있지 않아 피해 키워... 터널 내부에 대한 상세 정보 파악 불가능
2025-02-23
2022년 12월29일 제2경인고속도로 북의왕IC 방음터널에서 화재가 발생해 5명이 숨졌다. 폐쇄된 공간인 터널에서 발생한 화재는 진압이 어려울 뿐 아니라 확산 속도도 빠르다.
매년 크고 작은 터널 화재가 많이 일어나고 있지만 국가나 한국도로공사 차원에서 대책 마련은 더디기만 하다. 재난전문가는 현행 터널 방재시스템의 획기적인 개선이 필요하다고 주장한다.
대구북부소방서장인 최갑용은 '디지털트윈을 활용한 터널 화재 대응 향상 방안에 관한 연구(A Study on Enhancing Tunnel Fire Response Using Digital Twin Technology)' 논문을 발표했다.
◇ 현행 시스템은 도로터널과 소방청의 시스템이 실시간 연계가 되어 있지 않아 피해 키워
우리나라는 신속한 교통 흐름과 물류를 위해 도로를 개설할 때 우리 지형에 순응하기보다 교통 흐름의 합리성과 효율성을 최우선으로 지형을 관통하는 터널 개발을 우선시했다.
더욱이 기술의 발전은 장대터널 건설을 가능하게 했고 국토 어디든 1일 생활권역으로 연결됐다. 그러나 빠른 성장 이면에는 안전의 위험성을 높여왔다.
소방방재청은 도로터널의 화재안전기준을 마련했으나 이는 화재 예방에서 우선시되어 실질적 화재 진행시에는 실효성은 떨어진다는 평가를 받고 있다.
게다가 초기대응에 실패해 화재가 성장할 경우 터널을 이용하는 사람들의 대피는 물론이고 화재 진압 및 인명 구조를 위한 소방대원의 활동을 위한 안전성 역시 보장할 수 없는 상태다.
터널화재에서 골든타임을 확보하는 가장 중요한 부분은 신속한 화재 발생지점 파악과 터널 내 진입돼 있는 차량 현황 파악이 가장 중요하다. 현재의 시스템은 도로터널과 소방청의 시스템이 실시간 연계가 되어 있지 않다.
화재 발생 예방 부분의 현재까지의 시설에 새로운 기술인 디지털트윈 기술을 융합해 화재 발생 이후 골든타임 확보 및 신속한 인명 구조를 가능하도록 하는 방안이 필요하다.
터널 화재 발생 시 인명피해를 줄이고 화재 대응력을 제고하기 위한 방법을 모색하기 위해 디지털 트윈(Digital Twin)을 적용했다.
디지털 트윈 기술을 융합한 터널 화재 통합 플랫폼 구축 방안은 향후 재난관리, 긴급구조, 긴급구조 지원 등의 인명 안전 구조·구급 활동은 물론 소방 활동의 새로운 역할을 제안하는데 의의가 있다.
◇ 도로터널 방재시설 및 소방출동시스템의 문제점... 수동으로 정보 파악해 골든타임 확보 애로
도로터널 화재 등을 예방하기 위해 자동화재탐지설비, CCTV 등 다양한 시설을 설치하여 운영하고 있으나 화재 발생 이후 신속한 대응을 위한 시설은 없다.
터널 공간 구조 특성상 인명구조가 지체될 가능성이 크다. 시간 지연에 따라 연기발생량은 증가하고 환기 불량으로 인한 대형 인명피해로 이어질 가능성이 자명하다.
화재 발생시 119종합상황실에서는 화재 현장의 상황을 신속하게 파악하기 위해 신고 접수시 자동 혹은 수동으로 재난 현장 상황을 파악한다.
파악하는 내용은 일반 화재의 경우 건축물 용도, 상주 인원, 유동 인구, 인접 건물 연소 확대 가능성 등을 파악하고 출동 후에는 주변 환경 정보, 건축물 세부 정보, 현장 영상 정보, 상황 정보 공유 등을 통해 상황 관제를 실시한다.
현장 대응시에는 작전도 및 건축물도면 제공, 현장 대원 작전지시 정보를 119상황실에서 현장으로 제공하게 된다. 장대 터널 화재의 경우 일반 터널과 달리 신속한 인명 구조가 우선이다.
119신고시 화재 발생 위치 및 바람의 방향, 진입된 차량 수 등 가장 중요한 정보를 실시간 파악이 수동으로 되어 골든타임을 확보하는데 어려운 점이 있다.
◇ 터널 화재시 협업의 문제점... 터널 내부에 대한 상세 정보 파악 불가능
터널 화재에 대한 예방적인 측면 즉 터널 내 화재 예방 및 대피를 위한 시설은 소화설비, 경보 설비, 피난대피설비, 소화활동설비, 비상전원설비, CCTV등 많은 법과 규정을 제정했다.
하지만 화재 발생 이후에는 소방으로 단순 전화를 통해 전달됨에 따라 터널 내부에 대한 정보 등은 단편적인 내용만 119상황실에서 파악하고 출동해야하는 문제점이 있다.
터널 내부에 화재가 발생할 시 가장 중요한 것은 신속하게 인명을 구조해야 하는데 인명 구조에 가장 필요한 요소는 장대 터널의 경우 화재 발생 위치, 터널 내부 환경 파악, 풍향 방향, 위험물 파악 등이 우선돼야 한다.
이러한 정보는 파악 하지 못하고 단순히 관리사무소 직원의 119신고 내용만으로 출동함으로써 대형 인명 피해의 문제점을 갖고 있다.
◇ 디지털트윈 터널 화재 예측·대응 플랫폼 구축... 빅데이타 구축 및 분석기술 개발
디지털 트윈 기반 터널 화재 대응 시스템 구축은 인프라, 시스템 개발, AI 기반 통합모니터링 플랫폼과 통합상황관제 서비스 시스템 구축으로 완성할 수 있다.
우선 인프라 구축에서는 화재 감시를 위한 연기, 이산화탄소(CO2), 온도, 빛을 감지하는 융복합 센서 개발 및 설치와 지능형 CCTV 설치가 필요하다. 라이다(LiDAR)와 열화상 카메라가 장착된 화재 감시용 로봇 설치가 필요하다.
다음으로 시스템 개발에서는 터널에 대한 좌표값이 부여된 3차원 실내공간 정보 구축 및 터널 내 기설치된 시설에 대한 위치 데이터 수집이 요구된다.
그 후 실시간 수집되는 데이터를 저장하는 시스템 구축과 데이터를 분석하고 시각화하는 통합 빅데이터 플랫폼을 구축한다.
마지막으로 시스템 연계로 AI기반 통합모니터링 플랫폼 구축과 통합상황관제 서비스 시스템을 구축해야 한다. 터널 화재 예측을 위한 빅데이터 통합 플랫폼은 터널 내 화재 상황을 대비해 각종 소방시설이나 방재시설 등으로부터 실시간으로 데이터를 수집한다.
이는 유·무선네트워크 및 다양한 센싱 정보 수집·전송 기술 개발을 통해 상황 발생 시 신속하고 정확한 현장 대응을 지원할 수 있어야 하며 발생하는 대용량 데이터를 처리하는 빅데이터 기술을 요구한다.
발생한 실시간 빅데이터는 디지털트윈에서 터널 화재 시물레이션하는데 사용되므로 빅데이터 수집 및 관리가 가능한 빅데이터 통합 플랫폼 관리 기술 개발이 필요하다.
▲ Bigdata platform for various training fire data
◇ 디지털트윈 터널 화재 대응 플랫폼 구축... 통합상황관제시스템 개발 및 운용
디지털트윈(DT)에서 터널 화재 대응 플랫폼의 구성도는 아래와 같다. 터널 내부에 있는 각종 센서에 대한 정보를 실시간으로 DT 터널 대응 플랫폼으로 전송한다.
전송된 데이터에서 이상 상황 및 화재 전조를 감지하여 의사결정을 할 수 있는 시스템을 구축해야 한다. 각종 센서 데이터를 이용한 실시간 모니터링을 통해 상황인지, 의사결정지원정보 및 이상상황 위험도를 추론하는 기술 개발이 필요하다.
▲ Configuration diagram of tunnel fire response platform in digital twin(DT)
또한 터널 화재 시뮬레이션을 위한 모형 생성·관리·분석·표출 기술 개발을 하고, 이에 대한 터널 환경 분석 및 관련 저작도구를 개발해 터널 내부에서 1차적인 화재 상황을 판단 할 수 있는 AI 엣지 컴퓨팅을 설치 운영한다.
디지털트윈 기반 터널 화재 예측·관리 요소기술 개발을 통해 정보수집·통합·분석하는 디지털트윈 통합상황관제 시스템 개발이 필요하다.
119신고 접수와 동시에 터널 내부 3차원 공간정보 및 소방시설 등에 대한 센서 위치값, 화재 위치 등을 119긴급구조시스템으로 실시간 연결해 운영하는 통합플랫폼이 구축돼야 한다.
◇ 소방 분야에 인공지능 등 다양한 4차산업혁명 기술 도입 시급... 산업의 디지털 전환 노력 중요
터널 화재시 현 방재, 구급 등의 문제점을 살펴보고 문제를 해결하기 위한 디지털트윈 기반 화재 대응 플랫폼 구축을 제시했다.
디지털트윈은 물리적 자산 또는 환경에 대한 수많은 센서를 통해 데이터를 축적되는 데이터로 가상의 세계에 실물과 같은 조건을 디지털 방식으로 재현한 것이다.
그러므로 제안한 터널 화재 대응에 디지털트윈 시스템의 적용은 화재 현장의 상황인지를 통해 재난관리, 긴급구조, 긴급구조지원 등의 향상에 기여할 것으로 판단된다.
특히 소방 분야에 있어 사물인터넷(IoT), 인공지능 및 클라우드 컴퓨팅(Clould Computing) 기술이 산업의 디지털 전환을 이끌수록 디지털트윈의 필요성이 강조될 것이다.
매년 크고 작은 터널 화재가 많이 일어나고 있지만 국가나 한국도로공사 차원에서 대책 마련은 더디기만 하다. 재난전문가는 현행 터널 방재시스템의 획기적인 개선이 필요하다고 주장한다.
대구북부소방서장인 최갑용은 '디지털트윈을 활용한 터널 화재 대응 향상 방안에 관한 연구(A Study on Enhancing Tunnel Fire Response Using Digital Twin Technology)' 논문을 발표했다.
◇ 현행 시스템은 도로터널과 소방청의 시스템이 실시간 연계가 되어 있지 않아 피해 키워
우리나라는 신속한 교통 흐름과 물류를 위해 도로를 개설할 때 우리 지형에 순응하기보다 교통 흐름의 합리성과 효율성을 최우선으로 지형을 관통하는 터널 개발을 우선시했다.
더욱이 기술의 발전은 장대터널 건설을 가능하게 했고 국토 어디든 1일 생활권역으로 연결됐다. 그러나 빠른 성장 이면에는 안전의 위험성을 높여왔다.
소방방재청은 도로터널의 화재안전기준을 마련했으나 이는 화재 예방에서 우선시되어 실질적 화재 진행시에는 실효성은 떨어진다는 평가를 받고 있다.
게다가 초기대응에 실패해 화재가 성장할 경우 터널을 이용하는 사람들의 대피는 물론이고 화재 진압 및 인명 구조를 위한 소방대원의 활동을 위한 안전성 역시 보장할 수 없는 상태다.
터널화재에서 골든타임을 확보하는 가장 중요한 부분은 신속한 화재 발생지점 파악과 터널 내 진입돼 있는 차량 현황 파악이 가장 중요하다. 현재의 시스템은 도로터널과 소방청의 시스템이 실시간 연계가 되어 있지 않다.
화재 발생 예방 부분의 현재까지의 시설에 새로운 기술인 디지털트윈 기술을 융합해 화재 발생 이후 골든타임 확보 및 신속한 인명 구조를 가능하도록 하는 방안이 필요하다.
터널 화재 발생 시 인명피해를 줄이고 화재 대응력을 제고하기 위한 방법을 모색하기 위해 디지털 트윈(Digital Twin)을 적용했다.
디지털 트윈 기술을 융합한 터널 화재 통합 플랫폼 구축 방안은 향후 재난관리, 긴급구조, 긴급구조 지원 등의 인명 안전 구조·구급 활동은 물론 소방 활동의 새로운 역할을 제안하는데 의의가 있다.
◇ 도로터널 방재시설 및 소방출동시스템의 문제점... 수동으로 정보 파악해 골든타임 확보 애로
도로터널 화재 등을 예방하기 위해 자동화재탐지설비, CCTV 등 다양한 시설을 설치하여 운영하고 있으나 화재 발생 이후 신속한 대응을 위한 시설은 없다.
터널 공간 구조 특성상 인명구조가 지체될 가능성이 크다. 시간 지연에 따라 연기발생량은 증가하고 환기 불량으로 인한 대형 인명피해로 이어질 가능성이 자명하다.
화재 발생시 119종합상황실에서는 화재 현장의 상황을 신속하게 파악하기 위해 신고 접수시 자동 혹은 수동으로 재난 현장 상황을 파악한다.
파악하는 내용은 일반 화재의 경우 건축물 용도, 상주 인원, 유동 인구, 인접 건물 연소 확대 가능성 등을 파악하고 출동 후에는 주변 환경 정보, 건축물 세부 정보, 현장 영상 정보, 상황 정보 공유 등을 통해 상황 관제를 실시한다.
현장 대응시에는 작전도 및 건축물도면 제공, 현장 대원 작전지시 정보를 119상황실에서 현장으로 제공하게 된다. 장대 터널 화재의 경우 일반 터널과 달리 신속한 인명 구조가 우선이다.
119신고시 화재 발생 위치 및 바람의 방향, 진입된 차량 수 등 가장 중요한 정보를 실시간 파악이 수동으로 되어 골든타임을 확보하는데 어려운 점이 있다.
◇ 터널 화재시 협업의 문제점... 터널 내부에 대한 상세 정보 파악 불가능
터널 화재에 대한 예방적인 측면 즉 터널 내 화재 예방 및 대피를 위한 시설은 소화설비, 경보 설비, 피난대피설비, 소화활동설비, 비상전원설비, CCTV등 많은 법과 규정을 제정했다.
하지만 화재 발생 이후에는 소방으로 단순 전화를 통해 전달됨에 따라 터널 내부에 대한 정보 등은 단편적인 내용만 119상황실에서 파악하고 출동해야하는 문제점이 있다.
터널 내부에 화재가 발생할 시 가장 중요한 것은 신속하게 인명을 구조해야 하는데 인명 구조에 가장 필요한 요소는 장대 터널의 경우 화재 발생 위치, 터널 내부 환경 파악, 풍향 방향, 위험물 파악 등이 우선돼야 한다.
이러한 정보는 파악 하지 못하고 단순히 관리사무소 직원의 119신고 내용만으로 출동함으로써 대형 인명 피해의 문제점을 갖고 있다.
◇ 디지털트윈 터널 화재 예측·대응 플랫폼 구축... 빅데이타 구축 및 분석기술 개발
디지털 트윈 기반 터널 화재 대응 시스템 구축은 인프라, 시스템 개발, AI 기반 통합모니터링 플랫폼과 통합상황관제 서비스 시스템 구축으로 완성할 수 있다.
우선 인프라 구축에서는 화재 감시를 위한 연기, 이산화탄소(CO2), 온도, 빛을 감지하는 융복합 센서 개발 및 설치와 지능형 CCTV 설치가 필요하다. 라이다(LiDAR)와 열화상 카메라가 장착된 화재 감시용 로봇 설치가 필요하다.
다음으로 시스템 개발에서는 터널에 대한 좌표값이 부여된 3차원 실내공간 정보 구축 및 터널 내 기설치된 시설에 대한 위치 데이터 수집이 요구된다.
그 후 실시간 수집되는 데이터를 저장하는 시스템 구축과 데이터를 분석하고 시각화하는 통합 빅데이터 플랫폼을 구축한다.
마지막으로 시스템 연계로 AI기반 통합모니터링 플랫폼 구축과 통합상황관제 서비스 시스템을 구축해야 한다. 터널 화재 예측을 위한 빅데이터 통합 플랫폼은 터널 내 화재 상황을 대비해 각종 소방시설이나 방재시설 등으로부터 실시간으로 데이터를 수집한다.
이는 유·무선네트워크 및 다양한 센싱 정보 수집·전송 기술 개발을 통해 상황 발생 시 신속하고 정확한 현장 대응을 지원할 수 있어야 하며 발생하는 대용량 데이터를 처리하는 빅데이터 기술을 요구한다.
발생한 실시간 빅데이터는 디지털트윈에서 터널 화재 시물레이션하는데 사용되므로 빅데이터 수집 및 관리가 가능한 빅데이터 통합 플랫폼 관리 기술 개발이 필요하다.
▲ Bigdata platform for various training fire data
◇ 디지털트윈 터널 화재 대응 플랫폼 구축... 통합상황관제시스템 개발 및 운용
디지털트윈(DT)에서 터널 화재 대응 플랫폼의 구성도는 아래와 같다. 터널 내부에 있는 각종 센서에 대한 정보를 실시간으로 DT 터널 대응 플랫폼으로 전송한다.
전송된 데이터에서 이상 상황 및 화재 전조를 감지하여 의사결정을 할 수 있는 시스템을 구축해야 한다. 각종 센서 데이터를 이용한 실시간 모니터링을 통해 상황인지, 의사결정지원정보 및 이상상황 위험도를 추론하는 기술 개발이 필요하다.
▲ Configuration diagram of tunnel fire response platform in digital twin(DT)
또한 터널 화재 시뮬레이션을 위한 모형 생성·관리·분석·표출 기술 개발을 하고, 이에 대한 터널 환경 분석 및 관련 저작도구를 개발해 터널 내부에서 1차적인 화재 상황을 판단 할 수 있는 AI 엣지 컴퓨팅을 설치 운영한다.
디지털트윈 기반 터널 화재 예측·관리 요소기술 개발을 통해 정보수집·통합·분석하는 디지털트윈 통합상황관제 시스템 개발이 필요하다.
119신고 접수와 동시에 터널 내부 3차원 공간정보 및 소방시설 등에 대한 센서 위치값, 화재 위치 등을 119긴급구조시스템으로 실시간 연결해 운영하는 통합플랫폼이 구축돼야 한다.
◇ 소방 분야에 인공지능 등 다양한 4차산업혁명 기술 도입 시급... 산업의 디지털 전환 노력 중요
터널 화재시 현 방재, 구급 등의 문제점을 살펴보고 문제를 해결하기 위한 디지털트윈 기반 화재 대응 플랫폼 구축을 제시했다.
디지털트윈은 물리적 자산 또는 환경에 대한 수많은 센서를 통해 데이터를 축적되는 데이터로 가상의 세계에 실물과 같은 조건을 디지털 방식으로 재현한 것이다.
그러므로 제안한 터널 화재 대응에 디지털트윈 시스템의 적용은 화재 현장의 상황인지를 통해 재난관리, 긴급구조, 긴급구조지원 등의 향상에 기여할 것으로 판단된다.
특히 소방 분야에 있어 사물인터넷(IoT), 인공지능 및 클라우드 컴퓨팅(Clould Computing) 기술이 산업의 디지털 전환을 이끌수록 디지털트윈의 필요성이 강조될 것이다.
 ▲ 정상 전문위원(중앙대학교 교수) |
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