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Nikkei X-TECH_2022.3.24

DX의 새로운 조류, 디지털 트윈
대규모 시설의 '디지털 트윈'
가시마, VR로 화재 피난 시뮬레이션

“시시각각 변화하는 열이나 연기 등의 상황이 사람의 행동에 어떤 영향을 주는지를 고려한 시뮬레이션 시스템을 개발했다. 대규모 상업 시설이나 철도 관련 시설 등 많은 피난자가 발생할 가능성이 있는 시설의 화재 안전 설계를 고려해 건설하는 것이 목적이다”. 가시마 기술연구소의 아마노(天野) 상석 연구원은 가시마가 디지털 트윈을 활용한 피난 시뮬레이션 시스템을 개발한 목적을 이렇게 설명한다.

가시마는 실제 건물의 데이터와 열∙연기에 관한 시계열 데이터에 근거해 피난 시뮬레이션을 하는 ‘사람·열·연기 연성(連成) 피난 시뮬레이터 PSTARS’(이하, PSTARS)를 2014년에 개발, 21년에 미국 마이크로소프트의 헤드 마운트 디스플레이 ‘HoloLens2’에 대응시켰다.

BIM(빌딩 인포메이션 모델링)을 활용해 건물 구조를 가상공간에 3차원으로 재현해 HoloLens2를 착용한 유저의 시점에서 MR(복합현실)로 사람 모델이 대피하는 모습을 확인할 수 있는 것이 특징이다.

-- 열이나 연기와 피난 행동을 동시에 시뮬레이션 --
PSTARS는 건물 설계 단계에서 이용하는 것을 상정하고 있다. 건설 예정인 건물의 BIM 데이터를 기반으로 가상공간에 외관뿐 아니라 내부 구조까지 재현. 시뮬레이션 기능을 통해 화재가 발생했을 때 건물 내에 있는 사람이 적절히 대피 행동을 취할 수 있는지 여부를 확인하고 필요에 따라 대책을 강구해 피해를 줄인다.

PSTARS의 특징은 화재로 인해 발생하는 열과 연기가 사람의 대피 행동에 미치는 영향을 시뮬레이션할 수 있다는 점이다. PSTARS를 사용한 시뮬레이션에서는 HoloLens2를 장착한 사용자가 건물 내부의 시점에서 사람 모델이 대피하는 모습을 확인할 수 있다.

대피할 때의 모델의 행동원리로서 “가상공간 상에서 사람이 화재에 의한 열이나 연기를 피해 우회하거나 되돌아가면서 대피하는 움직임을 논리적으로 시스템에 반영했다. 사람이 발화 장소 바로 근처나 연기가 심한 곳을 아무런 영향도 받지 않고 횡단해 피난하는 등 비현실적인 행동은 일어나지 않는 구조다”(아마노 연구원).

-- 기존의 시스템으로는 시뮬레이션이 곤란 --
이 밖에 PSATRS는 발화 지점 근처에 있는 사람일수록 더 빨리 화재를 알아차리기 때문에 대피 시점이 빨라지는 설계로 했다고 한다. “화재와 사람의 움직임이 연계되지 않은 시스템의 경우는 화재가 발생하면 건물 내의 사람들이 일제히 피난을 시작해, 발화점의 위치에 관계없이 가장 가까운 출구로 피난하는 움직임을 보인다.

그러나 PSTARS는 연기나 피난하는 사람이 보이는 등 주변 상황에 따라서 피난을 시작하는 타이밍이 다르도록 설계했기 때문에, 발화 장소에 가까운 사람일수록 빨리 피난을 시작하고, 화재를 눈치채지 못한 사람은 늦어지는 현상을 재현할 수 있다”(아마노 연구원). 또한 HoloLens2를 착용함으로써 피난 시의 혼잡 상황이나 연기의 농도에 따라 먼 곳이 잘 보이지 않는 모습을 체감할 수 있게 된다.

기존의 피난 시뮬레이션 시스템의 과제에 대해 아마노 연구원은 “기존에는 건물에서의 사람의 행동과 화재 현상을 각각 따로 계산한 결과를 종합해 평가하고 있었기 때문에 화재가 사람의 행동에 주는 영향까지는 고려할 수 없었다. 최근에는 건설하는 시설의 규모가 크고 점점 더 복잡해지기 때문에 기존의 시스템으로는 방재 상의 과제를 충분히 검토하는 것이 어려워졌다”라고 말한다.

현시점에서 PSTARS는 HoloLens2를 착용한 유저의 시점에서 VR 상의 사람 모델이 피난하는 모습을 관찰하는 용도다. 앞으로는 HoloLens2를 착용한 유저도 피난 시뮬레이션에 참가할 수 있도록 개발해 나갈 예정이라고 한다.

구체적인 예로서, 가시마 건축관리본부 BIM추진실의 곤도(近藤) 과장은 “사람 모델이 유저를 피하듯이 대피할 수 있도록 설계해, 리얼타임 시뮬레이션을 실현하고 싶다”라고 말한다.

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