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국문 초록 (Abstract)

도시의 복합시설 등 대규모 콤플렉스 개발이 증가되고 실내 동선이 복잡해지고 있는 가운데 방문자는 복잡한 공간의 동선을 기억하고 행동하기에는 어려움이 있으며, 현행 법규상 화재시 출입구와 엘리베이터 및 계단 주변에 대피로를 안내해주는 피난안내도가 있으나 공간의 복잡도가 증가하는 경우 대피로를 이해하고 기억하며 대응하는 데는 쉽지만은 않다.
본 연구는‘복합문화시설의 대피효율성 제고를 위한 알고리즘 모듈 개발’을 위하여 그 방법론을 체계화하고 실험을 통해 다수의 출구와 포인트(좌석지점)의 대피경로 효과성을 실험하는 연구이다. 이를 위하여 복합문화공간의 특성에 맞는 시나리오 기반의 건축적 접근을 설정하고 공간패턴을 알고리즘으로 제안하여 효과적인 대피 방법론에 대하여 논의하고자 하였다.
연구의 공간적 범위로, 전국의 복합 문화시설 중에서 복합 문화관람실을 기준으로 역세권 중심의 용산CGV 아이파크몰을 선정하였다. 문화 관람실은 모두 20개로 구분되어 있으며, 그 중 입장 층과 퇴장 층이 동일한 층에 위치되어 있는 9개관을 선정하였다. 선정된 좌석 수는 총 1,591석이다.

연구는 크게 다음 3가지의 [연구구조]로 구성되어 있다.
첫째, [이론 고찰의 연구요약] 전국 복합 관람실의 문화관람 이용률 및 현황을 조사하였으며, 국내·외의 건축물에 대한 설계지침 및 피난 방화구조 지침을 검토하였다. 이후 본 연구와 관계가 깊은 피난관련 연구, 사물인터넷 및 경로탐색 알고리즘 연구개발 동향을 조사하여 본 연구에서 제안하고자 하는 대피효율성 제고를 위한 연구 차별성을 확인하였다.

둘째, [연구실험 검토 연구요약] 경로탐색으로 사용되고 있는 알고리즘을 간단한 맵을 구성하고 실험하여 본 연구에서 활용되는 소프트웨어의 적정성을 검토하였다. 이후 건축과 피타고라스의 수학적 공간탐색을 통해 패턴을 찾고 대피를 위한 공간분할 방법론을 소개하였다. 공간패턴은 알고리즘으로 구현하여 Python의 함수를 통해 제안하였다.
셋째, [연구실험 적용 연구요약] 대피 시 공간특성의 가설을 시나리오 기반으로 설정하고 선정된 소프트웨어를 이용한 A- 1.소프트웨어 기반의 실험과 A- 2.혼잡한 상황 연출 실험을 진행하였다. 이후 최소대피시간을 위한 대피경로의 현실적 반영에 있어서 소프트웨어를 분석하였으며, 이후 연구실험 검토에서 제안된 알고리즘을 이용하여 공간을 분할하고 관람실내부의 3개 출구 대피 할당을 반영하였다. 또한 관람실의 예매 비율을 최대, 최소 등 시나리오를 설정하여 실용성을 높이고자 하였다. 이후, 앞서 문제점 도출을 위해서 실험된 대피경로 실험(A- 1과 A- 2)과의 비교를 진행하였다.

그 결과 다음 5가지의 [결론]을 도출하였다.
첫째, [이론 고찰의 결과요약] 건축시설 관련 연구동향은 대부분 화재 이전, 이후의 위험요소를 측정하는 성능위주의 설계기술 개발연구가 주로 조사됐으며, 그 중에서도 초고층 건축물 과 복합건축물에서의 피난 안전성을 위한 연구가 많아 건물의 고층화 그리고 복합화 되어 가고 있는 스마트 건축물의 인기를 실감할 수 있었다. 건축시설물과 사물인터넷 관련 연구동향의 경우 국내는 사례중점의 기초이론 연구가 많은 반면, 국외는 센싱장비의 소프트웨어를 건축물에 활용하는 실험연구 또는 경로탐색 알고리즘과 IoT시스템 연계 등 화재대피시스템 연구가 활발하게 진행되고 있어 국내에서의 실험적 연구가 미흡하다는 점을 확인할 수 있었다. 알고리즘관련 연구동향에서는 최적 경로탐색은 연구범위가 건축공간임 에도 불구하고 정보측정 및 함수제공 등 공학 분야에서 수행되는 최적화 연구들이 많아 건축적 차원에서 설계도 분석을 통한 지체(병목)현상의 이해 그리고 이로 인한 대피실패원인 분석 등 공간적 구조와 대피과정을 이해하는 접근이 필요하다.

둘째, [연구실험 검토 결과요약] 복합문화시설의 다수 출구로 대피 시 효율성 제고를 위하여 공간분할에 대하여 논의하였다. 이 과정에서 수학적 기본이 되면서 작도하기가 어려운 도형으로 손꼽히는 ‘정오각형’에서 황금비율을 찾고 작도규칙을 재해석하여 공간을 분할하였다. 이를 통해 정오각형은 알고리즘적 절차를 통해 전개하였으며, 전개된 알고리즘적 절차는 프로그래밍 언어 Python을 이용하여 공간분할 방법론을 함수로 구현하였다. 이는 모든 다양한 공간면적에 사용활 수 있도록 한 것으로 수학과 건축을 연결하여 창의적 방법론을 제안하였다.

셋째, [연구실험 문제점 도출요약] ‘대피경로 실험’에서는 A- 1의 대피 소프트웨어 설정에 기반을 둔 실험은 한 곳 출구만 이용한 결과를 초래하여 이는 결국 현실성과의 괴리감이 있음을 확인하는 것과 같으나, 최종 목적지를 이미 알고(관계자가 개입된 대피안내) 이동하는 것의 중요성을 일깨워주는 것과 같다. 이러한, 대피경로 실험에서의 결과는 통계작업을 거쳐 측정된 시간의 피난형태 변화에서 유의미함을 확인하였다.

넷째, [연구실험 개선 제안요약] 정오각형의 공간분할 방법론을 실험하였다. ‘CASE 1, 2, 3, 4’의 공간적 범위 A는 관람실에서 -> 홀까지를 설정하여 앞서 실험된‘대피경로 실험’에서 나타난 대피 시 문제점을 해결하기 위한 실험을 진행하였다. 이를 위해 정오각형의 수학적 도형 모델에서 4가지의 패턴을 적용하여 공간 이용률 100%일 경우와. 70%, 그리고 40% 이용률을 측정하였다. 본 연구에서 제안된 알고리즘은 시험을 통해 그 과정을 검증하였으며, 결과적으로 알고리즘으로 구현된 공간분할방법론은 대피효율성을 향상시켰다.

다섯째, [연구실험 활용요약] 알고리즘이 적용된 어플리케이션 프로세스를 제안하였다. 어플리케이션의 활용시점을 이해하기 위하여 기존 대피 개시과정의 흐름을 전개하였으며, 대피 개시과정의 전개는 인간의 심리적 과정을 적용하여 대피의 문제점을 살펴보았다. 이후 알고리즘이 모듈이 적용된 어플리케이션의 활용에 따라 기존 대피의 문제점이 개선되는 흐름을 전개하여 소개하였다.

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도시의 복합시설 등 대규모 콤플렉스 개발이 증가되고 실내 동선이 복잡해지고 있는 가운데 방문자는 복잡한 공간의 동선을 기억하고 행동하기에는 어려움이 있으며, 현행 법규상 화재시 ...

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the increase in the development of large scale complex development like complex facilities in cities and indoor flows growing more complicated, visitors have a hard time remembering the complicated spatial flow and the ways to act in the complex space. Based on the legislation in force, emergency evacuation maps are available to provide an escape route in the entrance, elevators, and stairways in case of fire, but it is not easy to understand and remember the escape route and respond due to the added space complexity.
This study systematizes the methodology for the 'development of the algorithm module intended for the improvement of evacuation efficiency in complex cultural facilities' and various experiences are performed to experiment the effectiveness of the evacuation routes in many exits and points (seat points). For this, a scenario based architectural approach suitable to the characteristics of the complex cultural space is set up and a space pattern is suggested as the algorithm to discuss about an effective evacuation method.

First, [Result of Theoretical Consideration] The research trend of building facilities mainly consisted of research performance based design technology development that measure risk elements before and after fire situations, and there are especially many research ongoing about evacuation safety in high rise buildings and complex buildings, so it verified the popularity of high rise trend of buildings and also the complexation of smart buildings. In case of the research trend about building facilities and Internet of Things (IoT), there are many case-based basic theoretical research in the country, but active experimental research are being conducted overseas in which sensing device software is applied onto the buildings and also research on a fire escape system with a connection between route search algorithm and IoT system, so it was identified that there is insufficient domestic experimental research. In terms of the research trend related to the algorithm, there are many optimized research about optimized route search conducted in the field of engineering such as information measurement and function provision although the research range is a construction space. Accordingly, it is necessary to take an approach of understanding the spatial structure and evacuation process such as understanding the lag (bottleneck) phenomenon through the analysis of the blueprint from an architectural dimension as well as the analysis of the cause of evacuation failure that followed.

Second, [Result of Research Experiment Review] This study discussed about space partition to promote the efficiency of evacuating from multiple exits in complex cultural facilities. During this process, the golden ratio was identified from a 'regular pentagon,' which is considered as the fundamental of mathematics and a shape that is difficult to draw, and the drawing regulation was reinterpreted to divide up the space. Through this process, the regular pentagon was unfolded with the algorithmic procedure, and a programming language called Python is used for the developed algorithm procedure to implement the space partition methodology with a function. A creative methodology was suggested by connecting mathematics and architecture, so that it can be used in various space standards.

Third, [Deduction of Research Experiment Problems] In the‘evacuation route experiment,’the experiment result that based on the evacuation software setting of A-1 only used one exit, and this confirms that it is distant from reality, but it awakens the importance of moving by knowing (evacuation instruction involving the intervention of concerned personnel) the final destination. The research findings from the evacuation route experiment was proven to be meaningful to bring changes in evacuation forms based on the measured time computed with statistics.

Fourth, [Suggestion of Improvement in Research Experiment] An experiment was performed about the regular pentagon space partition methodology. In case of the spatial extent A of ‘CASE 1, 2, 3, 4,' it was set up as from the showroom -> until the hall and an experiment was performed to solve the problems that appeared during evacuation in the 'evacuation route experiment' that was performed earlier. For this, 4 types of patterns were applied in the regular pentagon mathematical figure model and measurements were taken for 100%, 70%, and 40% space utilization. The algorithm procedure suggested in this study was verified by conducting a test, and the result proved that space partition methodology implemented with the algorithm improved the evacuation efficiency.

Fifth, [Application of Research Experiment] An application process with the algorithm was suggested. In order to understand the point of utilizing the application, the flow of the existing evacuation initiation process was conducted, and the human psychological process was applied to the evacuation initiation process to examine the problems of evacuation. After that, a flow of improvement in the existing evacuation problems was developed and introduced based on the utility of the application where the algorithm module is applied.

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목차 (Table of Contents)

요약 ⅰ
표목차 ⅵ
그림목차 ⅷ
I. 서 론 1

요약 ⅰ
표목차 ⅵ
그림목차 ⅷ
I. 서 론 1
1. 연구의 필요성 및 목적 1
2. 연구의 범위 3
3. 연구의 내용 및 수행절차 6
II. 건축시설의 대피 및 최적경로탐색 관련 문헌연구 고찰 8
1. 복합문화시설의 현황 및 건축설계 대피관련 법령정보 8
2. 건축시설의 대피 및 최적경로탐색 관련 문헌연구 동향분석 15
3. 문헌연구 시사점 및 연구방향의 차별성 29
III. 건축시설의 최적경로탐색을 위한 알고리즘 모듈 비교분석 34
1. 건축시설의 최적경로탐색을 위한 알고리즘 모듈 34
2. 건축시설의 최적경로탐색을 위한 알고리즘의 탐색시간 비교분석 36
3. 건축시설의 대피 시뮬레이션 프로그램 및 시각화 구조 비교분석 40
IV. 복합문화시설의 도형패턴 알고리즘의 구현 44
1. 복합문화시설의 실내공간분할을 위한 도형의 작도 44
2. 복합문화시설의 실내공간분할을 위한 도형패턴 알고리즘 구현 48
Ⅴ. 복합문화시설의 대피경로 시뮬레이션 실험 59
1. 복합문화시설의 시뮬레이션 개요 및 모델구현 59
2. 복합문화시설의 시나리오에 따른 대피경로 실험 76
3. 복합문화시설의 실내공간범위 A. CASE별 대피경로 실험 94
4. 복합문화시설의 실내공간범위 B. CASE별 대피경로 실험 141
5. 복합문화시설의 실내 대피경로 시뮬레이션 실험 결과 157
Ⅵ. 복합문화시설의 알고리즘 적용 패킹 159
1. 복합문화시설의 실내공간대피 개시과정의 흐름 159
2. 복합문화시설의 실내공간대피 알고리즘 모듈 프로세스 161
Ⅶ. 결 론 167
1. 연구의 의의 및 한계 167
2. 연구의 기대 효과 및 활용 170
참고문헌 171
부 록 178
영문초록(Abstract) 201

참고문헌 (Reference)

1 wikipedia, "Heuristic", https : //en.wikipedia.org/wiki/Heuristic, null

2 나무위키, "“CGV”", https://namu.wiki/w/CGV, null

3 Wikipedia ., "Navigation mesh ”", https : //en.wikipedia.org/wiki/Navigation_mesh, null

4 Wikipedia, "‘ A * search Algorithm ’", https : //en.wikipedia.org/wiki/A * _search_algorithm, null

5 Wikipedia, "‘ Dijkstra ’ s Algorithm ’", https : //en.wikipedia.org/wiki/Dijkstra % 27s_algorithm, null

6 S.B . Withey1962, "“ Man and Society in Disaster ”", Basic Books , New York, null

7 나무위키, "“오각형, 정오각형의 작도”", https://namu.wiki/w/%EC%98%A4%EA%B0%81%ED%98%95, null

8 Unity 3d, "“ Inner Workings of the Navigation System ”", https : //docs.unity3d.com/2019.3/Documentation/Manual/nav-InnerWorkings.html, null

9 김개천, 김민석, "“공간 차원에 관한 시각적 패턴 연구”", 한국실내디 자인학회, 23(1). pp. 88-95, 2014

10 Masilo Mapaila, "“ EFFICIENT PATH FINDING FOR TILE-BASED 2D GAMES ”", 2019