UBUILDER에서 해석하고 UTWIN에서 확인하는 화재 시뮬레이션

연구 개요

기존 화재 시뮬레이션은 FDS 입력 파일을 코드로 직접 작성하거나, 파이로심(PyroSim)과 같은 해외 상용 소프트웨어를 활용하는 방식으로 수행되어 왔습니다. 건물의 공간 형상과 재질, 화원의 위치와 특성, 계산 범위를 함께 설정해야 하므로 모델 작성부터 해석 실행까지 전문 지식과 숙련도가 요구되었습니다.

특히 코드 기반의 모델 생성은 복잡한 공간을 구현하거나 설계 변경을 반영하는 데 많은 작업이 필요했습니다. 상용 소프트웨어 역시 도입 비용과 사용법을 익히는 부담이 있어, 전문 담당자에게 업무가 집중되기 쉬웠습니다. 모델 작성과 조건 수정, 반복 해석에 시간과 비용이 소요되고, 결과를 검토하는 관계자가 직접 내용을 확인하기에도 접근성이 제한적이었습니다.

UBUILDER–UTWIN 연계 기능은 UBUILDER의 빠른 모델링과 직관적인 사용성을 바탕으로 이러한 진입장벽을 낮춥니다. 벽·바닥·천장 등 건축 요소로 공간을 구성하면서 FDS 재질을 지정하고, 모델 안에 화원을 배치한 뒤 화면에서 계산 범위와 실행 조건을 설정할 수 있습니다. 코드로 형상과 조건을 일일이 정의하는 부담을 줄이고, 모델링에서 해석 실행까지 하나의 작업 환경에서 진행하도록 구성한 것입니다

계산이 완료된 결과는 UTWIN으로 옮겨 웹에서 건물 모델과 함께 재생하고 확인할 수 있습니다. 해석 담당자뿐 아니라 설계자와 시설관리자 등 관계자도 익숙한 공간을 기준으로 화재 시나리오를 이해할 수 있습니다. 해석 모델은 더 쉽고 빠르게 만들고, 결과는 더 많은 관계자가 함께 검토할 수 있도록 연결하는 것이 핵심입니다.

시스템 동작

전체 구성은 모델과 해석 조건을 준비하는 UBUILDER, 화재 계산을 수행하는 FDS, 결과를 웹에서 표시하는 UTWIN으로 나뉩니다.

사용자는 UBUILDER의 FDS 메뉴에서 계산을 시작하고, 완료된 해석 결과를 UTWIN의 시뮬레이션 화면으로 연결합니다.

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건물을 모델링합니다

아브로소프트코리아에서 개발한 BIM 모델링 소프트웨어인 UBUILDER에서 건물을 모델링합니다. 유빌더의 장점은 다음과 같습니다

1. 다양한 그래픽 모드 제공

   UBuilder 모델링 소프트웨어는 3차원 모델링의 작업 공간을 다른 그래픽 모드로 표시합니다.

2. 구성 요소 기반 매개변수화 설정

   UBuilder 모델링 소프트웨어는 구성 요소 기반 매개변수 설계를 지원합니다. 건물의 3차원 디지털 모델링을 완료하기 위해 레이어, STORY등 편리하고 효율적인 방법을 제공합니다.

3. 다양한 디스플레이 모드 및 애니메이션 기능

   UBuilder 모델링 소프트웨어는 고객에게 다양하고 직관적인 건물 3차원 디지털화 모델을 제공하며 고객의 관점에서 건물 내 외부 공간구조에 대한 포괄적인 이해를 용이하게 합니다.

4. 국내 최고의 BIM 기반 디지털트윈 3D 제작도구

   UBuilder는 국내에서 몇안되는 BIM 기반 3D 제작도구중 하나이며 디지털트윈용, 도면작성용, 그린리모델링 에너지 산출용, 국방부의 여러 프로젝트등 다양한 분야에서 사용되고 있다.

본 연구에서는 아브로소프트코리아의 본사건물을 기본 모델로 사용하였습니다

 

UBUILDER 공간모델링

 

건물 요소에 FDS 재질을 함께 지정합니다

1차로 모델링을 완료하면 각 요소에 FDS 재질을 지정합니다. 벽의 형상과 재질을 같은 모델에서 관리하며, 바닥과 천장에도 해석용 재질을 부여합니다. 재질 목록에는 콘크리트, 조적, 석고보드, 철골, 석재, 유리, 합판 등이 제공되어 건물 구성에 맞는 조건을 선택할 수 있습니다.

FDS - 시뮬레이션 설정을 위한 매뉴항목

공간 안에 다양한 화원을 배치합니다

건물 모델 내부에 발화원을 추가하고 위치와 크기를 지정합니다. 화원별로 가연물 재질과 단위 면적당 발열률(HRRPUA)을 설정하고, 연기 발생률·CO 발생률·연소열·복사 비율 등의 조건을 확인합니다. 발화원을 목록으로 관리하므로 검토 목적에 맞춰 화원의 종류와 배치를 구성할 수 있습니다.

3D 모델상에 화원배치

공간 형상과 화재 조건을 같은 모델 안에서 다루는 방식은 어느 위치에 어떤 화원을 설정했는지 파악하기 쉽다는 장점이 있습니다. 담당자는 건물 구조를 보면서 조건을 조정한 뒤 다음 계산 단계로 진행합니다.

3D 메시를 생성하고 계산을 시작합니다

시뮬레이션 설정 화면은 발화원, 메시, 공간 슬라이스, 실행 변수로 구성됩니다. 발화원 배치 이후에는 계산 영역과 축별 셀 크기를 설정하고 셀 개수를 확인합니다.

모델을 보면서 해석 대상 범위를 살펴보고 필요한 계산 조건을 입력할 수 있습니다.

FDS Task Manager의 실행 상태와 계산 로그

해석 작업의 진행부터 완료까지 확인합니다

건물 모델에 재질과 발화원을 설정한 뒤 FDS 작업을 실행하고, 작업 관리 화면에서 진행 상태와 실행 로그를 확인합니다. 프로젝트와 작업이 구분되어 표시되며, 실행 중인 작업과 완료된 작업을 구별할 수 있습니다

계산 완료 상태와 Smokeview 결과 미리보기

해석 작업의 진행부터 완료까지 확인합니다

건물 모델에 재질과 발화원을 설정한 뒤 FDS 작업을 실행하고, 작업 관리 화면에서 진행 상태와 실행 로그를 확인합니다. 프로젝트와 작업이 구분되어 표시되며, 실행 중인 작업과 완료된 작업을 구별할 수 있습니다

해석 결과를 건물 모델 위에서 웹으로 재생합니다

건물 모델을 활용한 적용 예제에서는 UBUILDER에서 실행한 FDS 결과를 UTWIN의 웹 화면으로 연결했습니다.

생성된 SMV 등 결과 데이터를 옮긴 뒤, UTWIN의 시뮬레이션 메뉴에서 결과 폴더를 불러오고 해석 케이스를 선택해 공간과 함께 검토합니다.

UTWIN의 FDS 결과 불러오기와 웹 재생 제어 화면

 

검토자는 연기·불꽃·열 표시를 선택하고, 벽체 가리기와 발화원 보기로 공간 내부를 살펴볼 수 있습니다. 재생·일시정지·정지, 시간 이동과 재생 속도 조절을 통해 원하는 시점의 결과를 확인합니다. 해석 결과를 단순한 이미지로 전달하는 대신 건물 모델과 함께 탐색하는 방식입니다.

UBUILDER는 모델 작성과 해석 실행을 담당하고, UTWIN은 계산된 결과의 웹 시각화와 재생을 담당합니다. 이러한 역할 분담을 통해 해석 담당자는 조건 설정에 집중하고, 검토자는 별도의 모델링 작업 없이 웹에서 결과를 확인하는 업무 흐름을 구성할 수 있습니다.

 

 

 

향후 발전방향

더 쉬운 모델링에서, 성능위주설계 심의 대응까지

UBUILDER는 빠른 BIM 모델링과 직관적인 사용성을 더욱 강화하고, 화재 해석에 필요한 조건을 정교하게 설정할 수 있는 설계 환경으로 발전할 계획입니다. 건축 요소별 재질 지정과 화원 배치를 간소화하고, 입력 오류 점검과 시나리오 비교 기능을 보강해 모델 작성의 편의성과 해석 모델의 신뢰성을 함께 높이겠습니다.

나아가 소방설계 전문기관과 협력해 실제 건축물의 설계 조건을 반영하고, 화재·피난 해석 연계와 검토자료 작성 지원을 단계적으로 추진하겠습니다. UTWIN에서는 결과를 웹으로 공유하고, 설계 변경 전후의 차이를 관계자가 함께 검토할 수 있도록 활용성을 확대할 계획입니다.

궁극적인 목표는 해외 상용 모델링 소프트웨어를 대신해 국내 개발 소프트웨어인 UBUILDER로 화재 해석 모델을 구축하고, 이를 활용한 성능위주설계가 실제 심의를 통과하는 적용 사례를 확보하는 것입니다. 모델 작성부터 해석과 결과 검토, 심의 대응까지 연결하는 국산 소방설계 지원 환경을 만들어가겠습니다.