"01분반 4조 Z ZONE(제트존)"의 두 판 사이의 차이

2026년 6월 3일 (수) 01:16 기준 최신판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 터널 내 화재 대응을 위한 제트팬 자동 제어 시스템

영문 : Automatic control system for jet fans to respond to fires in tunnels

과제 팀명

Z ZONE (제트존)

지도교수

서명원 교수님

개발기간

2026년 3월 ~ 2026년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20XXXXX0** 김**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20XXXXX0** 이**

서울시립대학교 환경공학부 20XXXXX0** 전**

서울시립대학교 환경공학부 20XXXXX0** 염**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 터널 내 화재 발생 시 초기 대응력을 극대화하여 대형 화재로의 확산을 방지하고, 터널 이용자의 생명과 시설물을 보호하기 위한 ‘IoT 기반 터널 화재 정밀 감지 및 제트팬 자동 제어 시스템(Z-Zone)’ 구축을 목적으로 한다. 터널 내부에 CO, 적외선(IR) 등 복합 센서를 설치하여 화원의 위치를 실시간으로 정밀하게 감지한 후, 이를 바탕으로 터널 입구, 화원, 출구 등 구간별 최적의 제트팬 제어 기법을 설계하여 화재 상황에 따른 환기 제어를 수행한다. 또한, IoT 기술을 활용하여 제트팬의 자동 제어 및 원격 모니터링 시스템을 구축함으로써, 화재 발생 시 신속하게 대응할 수 있는 환경을 조성한다. 본 시스템을 통해 화재 초기 골든타임을 확보하여 인명 피해를 최소화하는 안전 구역인 ‘Z-ZONE(제트존)’을 실현하고, 나아가 스마트 터널 안전 관리 체계 확립에 기여하고자 한다.

개발 과제의 배경

도로터널은 차량 통행을 위한 제한된 반밀폐 구조적 특성을 지니고 있어, 화재 발생 시 연기와 유독가스가 열부력에 의해 상층부로 급격히 상승하여 층을 형성한다. 이렇게 집적된 오염 물질은 터널 종방향으로 점차 확산하며 피난자의 가시거리를 단축시키고, 유독가스 중독 및 저산소증을 유발하여 인명 피해를 가중시킨다. 따라서 화재 초기 단계에서 차량 탑승자들이 신속하고 안전하게 터널 입·출구나 인근 피난 공간으로 탈출할 수 있도록 최적의 대피 환경을 유지하는 제연 시스템의 가동이 필수적이다. 현행 방재관리 지침에 따르면, 터널 관리 주체는 각 터널의 특성에 맞춰 화재 위치와 사고 차량 종류에 따른 제트팬 운전 조건을 운영 매뉴얼에 명시하고 관리해야 한다. 그러나 최근 감사원의 민자 도시도로 터널 제연 설비 운영 실태 조사 결과에 따르면, 제트팬이 설치된 22개 터널 중 출구부 제트팬을 우선 가동하지 않는 등 운전 조건을 오설정하거나(6개소), 화재 위치별 세부 시나리오를 수립하지 않은(14개소) 사례가 다수 적발되었다. 이에 따라 지자체는 터널 특성을 반영한 구체적인 화재 시나리오를 설정하고, 제연 설비 운영 매뉴얼의 지도·감독을 강화하도록 지시했다.

이러한 기술적 한계와 매뉴얼의 공백을 해결하고자 연장 1,060m 규모로 제연 및 자동화재탐지설비 설치가 의무화된 방재 2등급 터널인 고정2터널을 대상지로 선정하였으며, 「도로터널의 화재안전기준(NFPC 603)」에 근거하여 경계 구역을 100m 이하로 세분화하고 일산화탄소(CO) 및 적외선(IR) 복합 센서 기반의 화원 위치 정밀 감지 기술과 구간별 제트팬 연동 기법을 유기적으로 결합한 'IoT 기반 터널 화재 정밀 감지 및 제트팬 자동 제어 시스템(Z-Zone)'을 구축함으로써 인명 피해를 최소화하는 독자적인 터널 안전 관리 모델을 제시하고자 한다.

개발 과제의 목표 및 내용

본 설계에서 제안하는 'Z-Zone' 시스템은 화재의 조기 감지부터 물리적인 제동 제어에 이르기까지 일련의 피난 안전 프로세스를 유기적으로 통합하도록 설계한다. 터널 내 화재 발생 시 실시간 데이터 흐름과 제어 알고리즘을 기반으로 최적의 제연 성능을 발휘하기 위해 다음과 같이 5가지 핵심 단계별 설계 내용을 구성한다.

경제적 기대

1) 편익(Benefit)

국가화재정보시스템에 따르면 2021년 4월부터 2026년 4월까지 터널 내 화재로 발생한 사고는 총 119건으로 기록된다. 이로 인한 부동산, 동산, 재산 피해의 총합계는 약 720억으로 추산된다. 사고 건 당 약 3억원의 피해액을 발생시켰다. 인천서부소방서장의 인터뷰에 따르면 터널은 밀폐된 공간적 특성을 가지고 있어 연기의 전파가 전후로 급속히 이뤄진다. 이 때문에 위험물이나 가스 등의 누출은 터널 공간 내 사람에게 치명적일 수 있다. 또 화재 가속도가 큰 경우 터널 구조물을 손상시켜 구축된 사회적 인프라에 큰 손실을 가져오게 된다. 따라서 화재경보, CCTV 등을 이용해 사고 발생을 조기에 발견하여 초기에 조치한다면 생명과 재산보호를 이룰 수 있을 것이라고 예상한다.

2) 비용(Cost)

본 기술의 구현을 위하여 추가적으로 설치해야 되는 항목으로는 열화상 기반 화재 감지 센서가 있다. 또한 센서 데이터 기반 제트팬 자동 제어를 위한 시스템을 구축하기 위한 비용이 필요하다. 또한, 현재 법적 규정으로 제연설비 설치 기준을 제시하고 있지만, 개정 전 구축된 터널의 경우 제연설비 미비로 추가적인 제연설비의 설치가 필요할 것으로 예상된다. 터널 규모 및 설치된 화재 대응 설비를 고려하여 효율적으로 설계한다.

3) 관련 지원금

중소벤처기업부에서는 중소기업이 보유한 기술개발제품을 공공기관 현장에서 직접 설치·운영하여 성능을 검증하고 초기 판로를 확보할 수 있도록 '기술개발제품 공공기관 실증지원 사업'을 시행하고 있다. 특히 한국환경공단에서 수요로 하는 '화재예방 및 신속대응을 위한 통합 관리 소방·방재시스템 구축 실증' 과제를 통해 설치, 시험, 장비 임차 등 실증에 필요한 비용의 80%(제품당 최대 3,000만 원)를 지원하고 있으며, 이를 활용해 본 과제에서 제안하는 '화재 시 제트팬 자동 제어 시스템'의 실충 구축 비용을 효과적으로 절감하고 기술적 신뢰성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

사회적 기대 및 파급 효과

본 과제는 터널 내 화재 발생 시 기존 센서 기반 감지의 한계인 인지 지연과 위치 부정확성을 해결하고, 제트팬 제어를 통해 유독가스 확산으로 인한 인명 피해를 방지하는 데 목적이 있다. 화점을 즉각 탐지하고, 대피자의 이동 경로에 맞추어 제트팬을 자동 제어함으로써 대피 시간 확보 및 안전성을 증가시킬 수 있다. 이는 단순한 설비 자동화를 넘어 화재로 인한 터널 구조물의 손상 방지, 교통 마비에 따른 사회적 비용, 사고 수습을 위한 막대한 행정적·경제적 손실을 획기적으로 줄여줄 것이다.

특히, 본 기술은 일반 도로 터널뿐만 아니라 지하 대심도 도로, 도심지 지하차도, 지하철 선로 등 환기 및 방재가 까다로운 모든 지하 공간 인프라에 확대 적용이 가능하다. 이를 통해 재난 사각지대를 해소하고, 대형 참사로 이어질 수 있는 2차 사고를 원천 차단함으로써 국민이 안심하고 이용할 수 있는 스마트 시티 안전망 구축에 크게 기여할 것으로 기대된다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

1) 전원 분담

- 주제 선정 및 선정된 주제 관련 자료 조사

- 터널 화재 특성 및 제트팬 환기 기술 분석

- 유사 시스템 및 특허 조사, 기술 경쟁력 분석

- 스마트 제트팬 시스템 초기 설계

- 세부 설계 마무리 및 최종 프로토타입 제작

- 발표 및 평가 준비

2) 개별 분담

- 염승하 : 경쟁력 분석 보고서 발표, 상황별 제어 시나리오 수립

- 김해솔 : 상세 설계 보고서 발표, 시스템 통합 및 전체 총괄

- 이미정 : 과제 제안서 발표, 화재 감지 센서 및 제어 시스템 설계

- 전아현 : 개념 설계 보고서 발표, 센서 데이터 처리 및 제어 로직 구현

설계

설계사양

제품의 요구사항

설계 사양

QFD

What(사용자 요구사항)과 How(기술적 특성) 간의 상관관계는 1(Weak), 3(Moderate), 9(Strong)점으로 구분하였고, 기술 간 상관관계는 양의 상관관계(+), 음의 상관관계(-)로 표시하였다. 이를 통해 기술적 중 요도를 판단한 결과, 제트팬 제어 시스템 자동화, 제트팬 가동 로직, 제연 효율성이 가장 높았다.

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

파일:포스터 2026 01분반 4조

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

@@ 42번째 줄: / 42번째 줄: @@
 ===관련 기술의 현황===
 ====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)====
-*전 세계적인 기술현황
+'''*전 세계적인 기술현황'''
-) 화재 감지 시스템     2) 자동 제어 시스템     3) 제트팬
+'''1) 화재 감지 시스템'''
-[[파일:화재감지.png]]   [[파일:자동제어_기술현황.jpg]]    [[파일:제트팬_기술현황.jpg]]
+[[파일:화재감지.png]]
+[[파일:화재감지1.png]]
+[[파일:화재감지2.png]]
-*특허조사 및 특허 전략 분석
-내용
-*기술 로드맵
+'''2) 자동 제어 시스템'''
-내용
+[[파일:자동제어_기술현황.png]]
+[[파일:자동제어_기술현황2.png]]
+'''3) 제트팬'''
+[[파일:자동제어_제트팬.png]]
+'''*특허조사 및 특허 전략 분석'''
+'''1) 화재 감지 및 자동 제어 시스템'''
+[[파일:화재감지_특허.png]]
+[[파일:화재감지_특허1.png]]
+'''2) 제트팬'''
+[[파일:제트팬_특허.png]]
+[[파일:제트팬_특허2.png]]
+'''*기술 로드맵'''
+[[파일:제트팬_기술로드맵.png]]
 ====시장상황에 대한 분석====
-*경쟁제품 조사 비교
+'''*경쟁제품 조사 비교'''
-내용
-*마케팅 전략 제시
+'''1) AI 기반 터널 사고 감지 시스템'''
-내용
+[[파일:ai화재감지.png]]
+'''2) AI 화재탐지진압 솔루션'''
+[[파일:ai화재감지1.png]]
+'''*마케팅 전략 제시'''
+[[파일:SWOT_화재감지.png]]
 ===개발과제의 기대효과===
 ====기술적 기대효과====
-내용
+'''1) 신속한 화재감지를 통한 탈출시간 확보'''
+화재 감지 및 화점 식별을 초정밀화하여 기존 열, 연기 감지기의 화점 위치 오차와 감지 시간 지연의 한계를 극복한다. 정확하고 신속한 화점 감지를 통해 대피자의 탈출시간을 확보한다.
+'''2)화재 대응 시스템 자동화를 통한 대응 시간 단축'''
+제트팬 실시간 자동화 시스템을 구축하여 관리자의 판단과 수동 조작 단계를 생략한다. 화점 위치에 따른 입·출구측 제트팬의 개별 가감속 제어를 자동화하여, 연기가 확산되기 전 최적의 배연 흐름을 즉시 형성한다.
+'''3)제트팬 가동 정밀화 및 자동화를 통한 대피 안정성 확보'''
+화점 기준 입/출구 방향의 제트팬 가동을 정밀 제어하여, 화염이 입구 쪽으로 역류하는 백레이어링 현상을 억제하고 대피로의 가시거리를 확보한다. 화점 위치 기반 이동시간 동안 제트팬 제어를 통하여 대피 경로의 안전성을 최적화한다.
 ====경제적, 사회적 기대 및 파급효과====
-내용
+'''경제적 기대'''
+'''1) 편익(Benefit)'''
+국가화재정보시스템에 따르면 2021년 4월부터 2026년 4월까지 터널 내 화재로 발생한 사고는 총 119건으로 기록된다. 이로 인한 부동산, 동산, 재산 피해의 총합계는 약 720억으로 추산된다. 사고 건 당 약 3억원의 피해액을 발생시켰다. 인천서부소방서장의 인터뷰에 따르면 터널은 밀폐된 공간적 특성을 가지고 있어 연기의 전파가 전후로 급속히 이뤄진다. 이 때문에 위험물이나 가스 등의 누출은 터널 공간 내 사람에게 치명적일 수 있다. 또 화재 가속도가 큰 경우 터널 구조물을 손상시켜 구축된 사회적 인프라에 큰 손실을 가져오게 된다. 따라서 화재경보, CCTV 등을 이용해 사고 발생을 조기에 발견하여 초기에 조치한다면 생명과 재산보호를 이룰 수 있을 것이라고 예상한다.
+'''2) 비용(Cost)'''
+본 기술의 구현을 위하여 추가적으로 설치해야 되는 항목으로는 열화상 기반 화재 감지 센서가 있다. 또한 센서 데이터 기반 제트팬 자동 제어를 위한 시스템을 구축하기 위한 비용이 필요하다. 또한, 현재 법적 규정으로 제연설비 설치 기준을 제시하고 있지만, 개정 전 구축된 터널의 경우 제연설비 미비로 추가적인 제연설비의 설치가 필요할 것으로 예상된다. 터널 규모 및 설치된 화재 대응 설비를 고려하여 효율적으로 설계한다.
+'''3) 관련 지원금'''
+중소벤처기업부에서는 중소기업이 보유한 기술개발제품을 공공기관 현장에서 직접 설치·운영하여 성능을 검증하고 초기 판로를 확보할 수 있도록 '기술개발제품 공공기관 실증지원 사업'을 시행하고 있다. 특히 한국환경공단에서 수요로 하는 '화재예방 및 신속대응을 위한 통합 관리 소방·방재시스템 구축 실증' 과제를 통해 설치, 시험, 장비 임차 등 실증에 필요한 비용의 80%(제품당 최대 3,000만 원)를 지원하고 있으며, 이를 활용해 본 과제에서 제안하는 '화재 시 제트팬 자동 제어 시스템'의 실충 구축 비용을 효과적으로 절감하고 기술적 신뢰성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
+'''사회적 기대 및 파급 효과'''
+본 과제는 터널 내 화재 발생 시 기존 센서 기반 감지의 한계인 인지 지연과 위치 부정확성을 해결하고, 제트팬 제어를 통해 유독가스 확산으로 인한 인명 피해를 방지하는 데 목적이 있다. 화점을 즉각 탐지하고, 대피자의 이동 경로에 맞추어 제트팬을 자동 제어함으로써 대피 시간 확보 및 안전성을 증가시킬 수 있다. 이는 단순한 설비 자동화를 넘어 화재로 인한 터널 구조물의 손상 방지, 교통 마비에 따른 사회적 비용, 사고 수습을 위한 막대한 행정적·경제적 손실을 획기적으로 줄여줄 것이다.
+특히, 본 기술은 일반 도로 터널뿐만 아니라 지하 대심도 도로, 도심지 지하차도, 지하철 선로 등 환기 및 방재가 까다로운 모든 지하 공간 인프라에 확대 적용이 가능하다. 이를 통해 재난 사각지대를 해소하고, 대형 참사로 이어질 수 있는 2차 사고를 원천 차단함으로써 국민이 안심하고 이용할 수 있는 스마트 시티 안전망 구축에 크게 기여할 것으로 기대된다.
 ===기술개발 일정 및 추진체계===
 ====개발 일정====
-내용
+[[파일:개발일정_제트팬.png]]
 ====구성원 및 추진체계====
-내용
+'''1) 전원 분담'''
+- 주제 선정 및 선정된 주제 관련 자료 조사
+- 터널 화재 특성 및 제트팬 환기 기술 분석
+- 유사 시스템 및 특허 조사, 기술 경쟁력 분석
+- 스마트 제트팬 시스템 초기 설계
+- 세부 설계 마무리 및 최종 프로토타입 제작
+- 발표 및 평가 준비
+'''2) 개별 분담'''
+- 염승하 : 경쟁력 분석 보고서 발표, 상황별 제어 시나리오 수립
+- 김해솔 : 상세 설계 보고서 발표, 시스템 통합 및 전체 총괄
+- 이미정 : 과제 제안서 발표, 화재 감지 센서 및 제어 시스템 설계
+- 전아현 : 개념 설계 보고서 발표, 센서 데이터 처리 및 제어 로직 구현
 ==설계==
 ===설계사양===
 ====제품의 요구사항====
-내용
+[[파일:제품요구사항_제트팬.png]]
 ====설계 사양====
-내용
+[[파일:설계사양_제트팬.png]]
+====QFD====
+What(사용자 요구사항)과 How(기술적 특성) 간의 상관관계는 1(Weak), 3(Moderate), 9(Strong)점으로
+구분하였고, 기술 간 상관관계는 양의 상관관계(+), 음의 상관관계(-)로 표시하였다. 이를 통해 기술적 중
+요도를 판단한 결과, 제트팬 제어 시스템 자동화, 제트팬 가동 로직, 제연 효율성이 가장 높았다.
+[[파일:QFD_제트팬.png]]
 ===개념설계안===
@@ 95번째 줄: / 201번째 줄: @@
 내용
 ====포스터====
-내용
+[[파일:포스터_2026_01분반_4조]]
 ===관련사업비 내역서===