The development of parallel computation method for the fire-driven-flow in the subway station

도시철도역사에서 화재유동에 대한 병렬계산방법연구

This experiment simulated the fire driven flow of an underground station through parallel processing method. Fire analysis program FDS(Fire Dynamics Simulation), using LES(Large Eddy Simulation), has been used and a 6-node parallel cluster, each node with 3.0Ghz_2set installed, has been used for parallel computation. Simulation model was based on the Kwangju-geumnan subway station. Underground station, and the total time for simulation was set at 600s. First, the whole underground passage was divided to 1-Mesh and 8-Mesh in order to compare the parallel computation of a single CPU and Multi-CPU. With matrix numbers($15{\times}10^6$) more than what a single CPU can handle, fire driven flow from the center of the platform and the subway itself was analyzed. As a result, there seemed to be almost no difference between the single CPU's result and the Multi-CPU's ones. $3{\times}10^6$ grid point one employed to test the computing time with 2CPU and 7CPU computation were computable two times and fire times faster than 1CPU respectively. In this study it was confirmed that CPU could be overcome by using parallel computation.

본 연구는 병렬처리기법을 이용하여 지하역사 화재유동을 시뮬레이션 하였다. 화재해석 프로그램으로는 LES(Large Eddy Simulation)화재해석 프로그램 중 하나인 FDS(Fire Dynamics Simulation)를 사용하여 연구를 진행하였으며, 각 Node당 3.0Ghz_2set이 탑재된 6-node parallel Cluster장비를 사용하여 병렬계산을 수행하였다. 시뮬레이션 모델은 광주 금난로 4가 지하역사를 대상으로 하였으며, 총 시뮬레이션 시간은 600s로 하였다. 먼저 Single-CPU와 Multi-CPU를 이용한 병렬계산과의 결과 비교를 위하여 전체역사를 1-Mesh와 8-Mesh로 나누어 각각 Single-CPU계산과 Multi-CPU를 이용하여 계산결과를 비교분석 하였으며, Single-CPU에서 처리가 불가능한 격자수($15{\times}10^6$)를 가지고 승강장 중앙에서의 화재와 객차 내에서의 화재유동분석 하였다. 연구결과 Single-CPU 해석과 Multi-CPU를 이용한 병렬계산에 있어서, 해석결과의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 또한 계산시간의 비교에서도 14개의 Mesh를 가지고 약 300만개의 격자를 사용한 경우에 있어서 2CPU(4core)와 7CPU(14core)의 계산시간은 1CPU에 비하여 각각, 2배, 5배의 차이를 보였다. 병렬처리기법의 도입으로 Single-CPU의 한계를 극복하여 보다 빠르고 정확한 결과값을 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 향후 병렬처리기법연구에 있어서 계산효율성 증대를 위한 연구가 계속적으로 진행되어야 할 것이다.