초고층빌딩 글로벌 R&BD 센터 Super-Tall Building Global R&BD Center, SperTEC

연구분야(3세부)

창의 혁신형 초고층빌딩 핵심기술 개발

초고층 빌딩 펌핑 중 유동특성 파악기법 개발(KCI)

정의 초고층 빌딩 콘크리트 펌핑 중 유동특성 파악 기법 개발
  • 초고층 빌딩 시공 시 가장 주요한 공정 중의 하나인 재료 공급의 연속성을 보장하는 기법
  • 타설을 위한 압송 공정을 안정적이고 원활하게 하여 초고층 빌딩 시공 기간 및 비용을 저감하는 기술
목적
  • 가압 조건 하의 유동특성 변화 실험을 통한 압송 전후 유동특성 변화 평가 기법 연구
  • 유동특성 평가 지침 및 기술 표준화
  • 관련 제규격 제정 및 현장 적용 지침 시방 작성
성능목표 기존기술수준 개발목표치
유동성
[레올로지(점성)]
변화량 (Pa∙s)
  • 50
  • 25
유동성
[레올로지(항복값)]
변화량 (Pa)
  • 500
  • 200
압축강도 변화량
[%(MPa)]
  • 10
  • 3
연차 별 추진내용
  • 2018.06 ~ 2018.12 (7개월) : 연구개발방향 및 기준정립 방향 제시
  • 2019.01 ~ 2019.12 (12개월) : 강제 주입장치 유동해석
  • 2020.01 ~ 2020.12 (12개월) : 펌핑 설계 지침 작성 및 초고층 빌딩 현장적용 유동해석
초고층 빌딩 펌핑 중 유동특성 유지 장치 개발(테코랩㈜)

정의 초고층 빌딩 콘크리트 펌핑 중 유동특성 유지 장치 개발
  • 재료 공급[콘크리트 타설]의 연속성을 보장하고, 타설을 위한 압송 공정을 안정적이고 원활하게 하기 위하여 펌핑중 특정 약액주입 및 EMF 유동효율화 기술을 적용하여 관내 유동특성을 유지할 수 있도록 하는 장치
목적
  • 초고층 시공을 위한 콘크리트 펌핑 타설 공정을 원활하고 효율적으로 수행하기 위하여 관내 마찰을 저감하고, 폐색등 이상상태를 방지함으로써 안정적인 저비용 시공 절차확립을 통해 재료 공급 비용등을 저감하여 초고층 시공기술 경쟁력 확보
성능목표 기존기술수준 개발목표치
펌핑 시
압력 강하량 (%)
  • 30
  • 40
배관 압력
구배 선형성(%)
  • 10
  • 5
Slip Layer 점도
변화율 제어 범위 (%)
  • 5
  • 10
연차 별 추진내용
  • 2018.06 ~ 2018.12 (7개월) : 유동특성 유지 평가를 위한 Semi Scale 압송 실험
  • 2019.01 ~ 2019.12 (12개월) : 유동특성 유지 장치 제작
  • 2020.01 ~ 2020.12 (12개월) : 유동특성유지 장치 현장 적용성 평가
펌핑 중 유동특성유지 혼화제 개발(실크로드시앤티㈜)

정의  펌핑 중 유동특성유지 혼화제 개발
  • 초고층 빌딩 콘크리트 펌핑 중 유동특성을 유지하는 혼화제
목적
  • 콘크리트의 특성은 압송압력에 민감하여 배관 내 통과시간이 매우 중요하고, 이러한 장기 고압상태를 거쳐 이송되어 온 콘크리트는 작업성 등이 떨어져 실제 시공할 수 없는 상태가 될 수도 있음. 이러한 문제를 방지하기 위해 유동특성을 정량적으로 파악하고 펌핑 성능을 예측하여 시공 중 유지시키며 원활한 압송을 가능하도록 하는 기술의 개발이 매우 중요한 문제로 인식되고 있음. 따라서 펌프압송 시 콘크리트의 유동특성을 최대한 유지 할 수 있는 제품을 개발하고자 하였음.
성능목표 기존기술수준 개발목표치
콘크리트 슬럼프
유지력 (분)
  • 150분 이상
  • 180분 이상
압송 후 슬럼프
손실율 (%)
  • 20% 미만
  • 20% 미만
Plain 대비
압축강도 증진율 (%)
  • 80% 이상
  • 100% 이상
연차별 추진내용
  • 2018.06 ~ 2018.12 (7개월) :  펌핑 평가 장비를 활용한 가압조건에서의 펌핑 성능 연구
  • 2019.01 ~ 2019.12 (12개월) : 펌핑 성능이 개선된 폴리카르복실산(PCE)계 혼화제 개발
  • 2020.01 ~ 2020.12 (12개월) : 펌핑 성능이 개선된 (PCE)계 혼화제 상용화
재실자 측정에 따른 피난 모델 개발(한방유비스㈜, 동국대학교)

정의
  • 화재성상분석: 화재가 일정조건 속에서 여러현상으로 성장하는 과정을 분석하는 것
  • 화재시나리오: 초고층에서 중점적으로 용도별 화재가 일어날 수 있는 CASE 를 가정하는 것
  • 인명한계 위험도 분석: 시나리오별 화재전파로 인한 호흡한계선을 통해 최종 재실자가 피난을 완료하는 지점의 시간과 비교·분석하는 것
목적
  • 초고층 화재확산 예측 및 피난유도 시스템 기술의 도입을 통한 국내 엔지니어링 기술력 증진
  • 화재 성상분석 등을 통한 피난 모델 개발을 통해 Global Top 수준의 초고층 피난 기술력 확보
  • IOT를 기반으로 한 피난시스템 개발에 화재 및 피난 DB 구축
성능목표 기존기술수준 개발목표치
화재성상 분석
  • 국내 소방 성능위주설계 화재 하중 및 연소 물성치 사용
  • 일부 용도로 제한된 화재시뮬레이션 수행
  • 초고층 화재사례 및 요인 분석
  • 화재 하중 및 연소 물성치 조사
  • 용도별 화재 성상 분석
  • FDS 모델을 통한 가연물의 종류별 배치에 따른 화재성장속도 분석
위험도 분석
  • 국내 소방 성능위주설계에 제시된 시나리오로 화재시뮬레이션을 수행하여 위험도 분석
  • 화재 성상에 따른 화재확산 분석
  • 초고층 화재 시나리오 분류
  • 시나리오별 FDS 화재 구현
  • FDS 결과에 따른 각 시나리오별 인명 한계 위험도 분석
피난모델
  • 화재 및 피난시뮬레이션 결과 데이터로 위험도 분석만 수행
  • 결과에 따른 최적의 피난루트 미제공
  • 용도별 재실자 특성 및 수용인원 분석
  • 화재 시나리오별 피난 모델링
  • FDS 위험도와 피난상황 비교분석
  • 효과적인 재실자 피난루트 제공
연차별 추진내용
  • 2018.06 ~ 2018.12 (7개월) : 화재 하중 및 건물특성에 따른 화재 성상 분석
  • 2019.01 ~ 2019.12 (12개월) : 화재 성상에 따른 피난 모델 개발
  • 2020.01 ~ 2020.12 (12개월) : 재실자 측정에 따른 피난 모델 개발
IoT 기반 능동적 피난유도 시스템 개발(올라이트라이프㈜, 단국대학교)

정의 IoT 기반 능동적 피난유도 시스템 개발
  • BIM 라이브러리 정보 및 시뮬레이션 된 시나리오 정보 와 실시간 화재감시 정보를 활용하여 능동형으로 재실자에게 가장 안전하고 빠르게  대피할 수 있도록 유도하는 시스템
  • 화재감시기술과  피난 유도 기술의 개발이 동시에 이루어 져야 함.
목적
  • 종전의 피난 시스템은 피난구 유도등 또는  통로유도등을 미리 지정된 피난구의 위치에 맞추어 설치하여, 피난구의 위치를 알려주거나 유도하는 기능만 수행하여 화재가 발생되었거나 화재 확산의 우려가 있는 장소로 재실자를 유도하여 큰 피해가 발생될 가능성을 내재하고 있음
  • 금번 과제로 개발되는 능동형  피난 유도 시스템은 화재발생시 재실자를  안전한 방향으로 유도하여 인명피해를 최소화 하는데 그 목적이 있으며 특히 초고층 건축물의 화재시 FLASH OVER 이전에 재실자 대피를 위해 꼭 필요한 기술이라 할 수 있음
성능목표 기존기술수준 개발목표치
화재감시
  • 유선
  • 연기, 열 에 국한
  • 유, 무선 통합
  • 연기, 열, 전기아크, CO
    - 아크검출 최소 감시전류 : 200msec
    -아크검출 최소 감시전류 : 1A
    -복합화재감시 종류 : 4종
    -화재감시시간 : 20초이내
    -예비전원 사용 시간 : 10년
피난유도
  • 피난구 유도도등, 통로유도등
  • 화재확산 예측
  • BIM 라이브러리 활용
  • 예측 시뮬레이션 시나리오 정보 활용
  • 최적 경로로 유도
연차별 추진내용
  • 2018.06 ~ 2018.12 (7개월) : 화재감시 기술 개발
  • 2019.01 ~ 2019.12 (12개월) : 시작품 제작 및 성능평가
  • 2020.01 ~ 2020.12 (12개월) :  IoT Network 기술과 인터페이스
BIM 모델 연계 피난 대응 시스템 개발(서울과학기술대학교, 동국대학교)

정의 BIM 모델 연계 피난 대응 시스템 개발
  • BIM(Building Information Modeling)은 건축물의 세부적인 표현을 디지털화 하여 장기간 보관이 가능하도록 해주며, 건설과정에서 발생하는 다양하고 방대한 정보를 효율적으로 관리할 수 있도록 해줌.
  • 4차원 공정 시뮬레이션, 간섭체크, 시공성 검토 등 BIM이 주는 이점은 건설 프로세스에 많은 변화를 가져오고 있음.
목적
  • BIM은 국내도입이후 시뮬레이션, 간섭체크, 시공성 검토 등을 위해 지속적인 발전을 이루고 있으나 BIM라이브러리 콘텐츠 제공은 아직 해외에 비하여 미비한 실정임.
  • 특히, 건축물 안전성 평가를 위한 화재 및 피난 시뮬레이션 및 라이브러리는 외산에 의존하고 있으며, 국내 피난 위험도 평가 모델은 BIM기반이라 하기에는 부족한 부분이 많음(BIM 특수성 미반영).
성능목표 기존기술수준 개발목표치
시뮬레이션
  • 모든 객체 ID를 부여하고 ID별로 투입 일정을 적용하여 건설 과정을 시뮬레이션화 함.
  • 건축시공 이전에 설계 오류를 확인.
    (공정별 중복 확인)
  • BIM을 포괄적인 건물 정보로 활용하여 가상 현실기술을 사용함.
  • 실시간 화재 대피 안내제공을 위한 3차원 환경 구축.
  • 사물인터넷을 통한 피난 대응 예측.
BIM 라이브러리
  • 지형 BIM, 철근 BIM, 교량 BIM, 터널 BIM 등
  • 구조정보, 자재정보 등 각종 설계정보를 포함
  • 도면 및 일람표 자동 수정
  • 연기감지센서.
  • CO감지센서.
  • 열감지센서.
  • 불꽃감지센서 등 초고층 건축물 화재 대비를 위한 피난 대응 BIM라이브러리 구축.
피난 대응 시스템
  • 공간별 면적과 체적을 자동으로 연산함
  • BIM기반 시스템 구축.
  • 빠른 재난 대응 요소를 분석.
  • 재난 대응 통합 관리 시스템 개발.
연차별 추진내용
  • 2018.06 ~ 2018.12 (7개월) : BIM기반 재난대응 연구사례 및 BIM플랫폼 실용화 적용 사례 조사
  • 2019.01 ~ 2019.12 (12개월) : 3차원 화재 관리 및 평가를 위한 재난 대응 BIM라이브러리 개발
  • 2020.01 ~ 2020.12 (12개월) : BIM모델 연계 피난 대응 시각화 TOOL개발
연돌 압력 프로파일 모니터링 시스템 및 HVAC 시스템 연동제어 방법 개발(인하대학교)

정의 초고층 건물에서 실시간 연돌압력 측정을 통한 HVAC 시스템 연동제어 방법 개발
목적
  • 초고층 건물에서 가장 큰 압력변화를 야기하는 연돌효과에 대한 실질적인 제어를 가능하게 하기 위하여 압력 프로파일을 센싱하는 모니터링 시스템을 개발
  • 초고층 건물 HVAC 설비 시스템과 실시간 연동제어 방법을 개발
성능목표 기존기술수준 개발목표치
모니터링 시스템 정밀도 (Reference 압력 대비 개발 시스템 압력차)
  • ± 20 Pa
  • ± 5 Pa
연돌압력 프로파일 도출 시간
  • 1주일  이상
  • 1일  이내 (실시간 측정)
연돌압력 프로파일 측정 인력
  • 총 25~49명 (5-7명/1일)
  • 총 2명
연차별 추진내용
  • 2018.06 ~ 2018.12 (7개월) : 연돌압력 프로파일 도출 방법 및  모니터링 센싱 장치 시작품 개발
  • 2019.01 ~ 2019.12 (12개월) : 연돌압력 실시간 모니터링 시스템  개발 및 압력 프로파일 해석
  • 2020.01 ~ 2020.12 (12개월) : HVAC  연동제어방법 개발 및 모니터링 시스템 엔지니어링 적용