리뷰: BreachPen이 유리관 문제에 대한 해결책을 제공할 수 있을까?

우리는 BreachPen Gen II를 사용하여 수중에서 자동차용 적층 유리를 절단하는 최초의 개념 증명 테스트를 수행했습니다.

추상

이 연구에서는 침수된 적층 차량 유리를 절단하는 데 있어 열적 파괴 도구인 DEFCO BreachPen Gen II의 효과를 평가합니다. 이 연구는 측면 창문에 적층 유리를 널리 채택함으로써 차량 침수 사고로 인한 익사 위험이 증가하는 문제를 다룹니다. 이 실험은 BreachPen을 사용하여 수중에서 침수된 적층 앞유리를 절단하는 것이었습니다. 결과는 도구가 유리를 성공적으로 파괴할 수 있는 능력을 보여주었으며, 각각 약 76초 만에 62cm와 35cm를 두 번 절단했습니다. BreachPen은 수동 절단 방법보다 XNUMX배 더 빠른 것으로 입증되었습니다. 이 연구는 가벼운 디자인, 사용 편의성, 원격 작업에 대한 적합성을 포함한 도구의 장점을 강조합니다. 그러나 단위당 제한된 절단 거리 및 잠재적 안전 문제와 같은 한계점도 지적되었습니다. 이 연구는 응급 대응자에게 귀중한 통찰력을 제공하고 보다 현실적인 조건에서 테스트하고 대체 파괴 도구와 성능을 비교하는 것을 포함하여 추가 조사 영역을 제안합니다.

개요

자동차 앞유리에 널리 사용되는 적층 유리는 일반적으로 폴리비닐 부티랄(PVB)과 같은 중간층으로 결합된 두 개 이상의 유리 층으로 구성됩니다. 이 구조는 일반적으로 측면 및 후면 창에 사용되는 강화 유리에 비해 여러 가지 장점을 제공합니다[1]. 적층 유리의 PVB 중간층은 충격 시 유리 파편을 함께 고정하여 깨진 유리로 인한 부상 위험을 줄여 뛰어난 안전성을 제공합니다. 또한 적층 유리는 향상된 UV 보호 기능을 제공하여 유해한 광선을 99% 이상 차단하고 더 나은 방음 기능을 제공하여 외부 소음을 최대 30데시벨까지 줄여줍니다[2]. 안전 기준의 변화로 인해 자동차 측면 창에 강화 유리를 대체하여 적층 유리 사용이 증가함에 따라 차량 침수 사고로 인한 익사율이 증가하는 예상치 못한 결과가 발생할 가능성이 있습니다. 이러한 위험은 기후 변화로 인한 홍수 증가로 인해 더욱 커졌으며 앞으로 차량 침수 사고가 더 많이 발생할 것으로 예상됩니다[3].

거주자와 구조대원 모두에게 어려운 점은 적층 유리가 깨지지 않아 스프링 장착 중앙 펀치와 비상 창문 망치와 같은 많은 전통적인 창문 파손 도구가 거의 효과가 없다는 것입니다. 이 문제로 인해 "유리관” 침수 시 탑승자가 탈출할 수 없는 차량을 말합니다. 다음과 같은 새로운 기술 자동 창문 개방 시스템 (AWOS)는 차량이 깊은 물에 들어갈 경우 전기 창문을 자동으로 여는 프로토타입이 개발되었지만 제조업체나 차량 안전 표준 설정 기관에서 채택하지 않아 당장은 탈출하거나 구조할 쉬운 수단이 없습니다. 이 연구의 가설은 간단한 휴대용 열 침투 도구, 즉 DEFCO BreachPen Gen II, 마치 수상 구조 전문가가 갇힌 차량 승객을 구조하고 접근로를 만드는 데 사용하는 것처럼 물속에서 차량의 적층 유리를 절단하는 데 효과적입니다.

브리치펜 2세대

DEFCO BreachPen Gen II(이하 "BreachPen")는 군사, 법 집행 및 비상 대응 애플리케이션을 위해 설계된 고급 열 절단 도구입니다. 이 휴대용 장치는 전술 및 구조 상황에서 마주치는 다양한 장벽과 장애물을 돌파하기 위한 다재다능한 솔루션을 제공합니다. 철조망, 사슬 및 일부 금속 표면과 같은 재료를 절단할 수 있습니다. BreachPen은 폭발 방지 설계되었으며 수중에서도 작동할 수 있어 다양한 작전 환경에 적합합니다. 컴팩트한 크기로 기존 장비 로드아웃에 쉽게 통합할 수 있어 전술 팀에 상당한 추가 무게 없이도 안정적인 돌파 기능을 제공합니다. BreachPen은 5000°F(2760°C)의 온도에 도달하는 것으로 알려져 있으며 2552°F(1,400°C)의 온도에 도달하는 특수 성냥을 사용하여 점화됩니다.

방법

이 테스트를 위해 휴대용 풀을 설치하고 약 40cm의 차가운 물(14°C/57.2°F)로 채웠습니다. 실험에서 예상되는 용융 슬래그로 인한 바닥 손상을 방지하기 위해 풀 바닥에 트레이를 놓고 석회 조각으로 덮었습니다. 일반적으로 Honda Civic에 사용되는 중고 사후 마켓 적층 윈드스크린(Fuyao 43R-010242-59130FLW)을 벽돌 위에 수평으로 놓은 다음(실험의 편의를 위해) 석회 조각 위에 놓았습니다. 사용된 윈드스크린에는 여러 개의 균열이 있었지만 이러한 손상된 부분은 BreachPen으로 만든 절단에 사용되지 않았습니다. 물이 윈드스크린 상단을 약 10cm 덮었습니다. 두 개의 BreachPen을 연속해서 사용하여 유리를 가로질러 평행하게 직선으로 절단했습니다. 테스트 당시 주변 기온은 15°C(59°F)였습니다.

결과

열 절단

첫 번째 절단은 일반적으로 직선 절단으로 이어졌습니다. 연소시간 약 76초에서 35cm. 앞유리의 수평 위치는 녹은 유리에서 슬래그가 쌓이는 데 기여했을 가능성이 있으며, 이로 인해 절단이 효과적이지 않은 것처럼 보였습니다. 두 번째 절단은 다시 이루어져 일반적으로 직선 절단이 생성되었습니다. 연소시간 약 62초에서 35cm. 두 번째 절단은 첫 번째 절단이 너무 빨리 이루어져서 충분히 관통되지 않았다는 가정 하에 개선하기 위해 더 느리게 이루어졌습니다. 그러나 두 번 절단한 후, 슬래그는 쉽게 제거되었고, 남은 바인딩은 톱니 모양의 칼을 사용하여 쉽게 절단할 수 있었습니다(NRS 파일럿). 수중 카메라 영상을 검토해보니 열 절단 도구의 화염 분사가 유리를 완전히 관통한 것이 분명하게 보였습니다. 두 절단 모두 유리와 PVB 중간층을 쉽게 절단했으며, 둘 다 BreachPen의 작동 온도보다 녹는점이 낮습니다(아래 표 참조).

융점(°C)융점(°F)
텅스텐3,3996,150
티타늄1,6683,034
강철 1,370 - 1,5302,500 - 2,786
유리 1,400 - 1,6002,552 - 2,912
폴리 비닐 부티 랄185365

컷 #1

 

컷 #2

포스트 컷

수동 절단(제어)

실험의 제어를 위해, 칼(NRS Pilot)로 유리를 수동으로 절단하는 시도가 이후 대상 앞유리에서 이루어졌으며, 창문 파손 지점을 거미줄 균열로 사용한 다음 유리를 PVB 중간층까지 쪼개고, 톱니 모양의 칼날을 사용하여 섹션을 마지막으로 절단한 다음 반복했습니다. 이 방법은 35초 동안(BreachPen 절단 시간에 따라) 측정되었으며 총 절단 길이 11cm 달성했다 이 시간에 비교를 통해. 칼의 창문 파손 지점을 사용하여 적층 유리를 처음 때리는 것은 구멍 자국 외에는 거의 효과가 없었습니다. 그러나 같은 지점에서 지속적으로 때린 후 놀랍게도 유리가 파편으로 깨지기 시작했고 결국 칼이 작은 길이를 절단할 수 있었습니다. 이 과정을 반복하여 지속적인 절단 길이(스티치 절단)를 만들었습니다.

타격으로 인한 거미줄 균열

톱니 칼을 이용한 스티치 절단

색깔이 들어간 안전 안경과 가죽 장갑을 포함한 안전 장비를 사용하여 부상을 예방했으며, 이는 중요한 예방 조치임이 입증되었습니다.

토론

BreachPen은 잠긴 적층 유리를 통해 피해자의 접근이 가능하다는 것을 보여주어 가설을 확인했습니다. 이 실험에 사용된 유리는 앞유리였으며, 일반적으로 측면 창문보다 두껍습니다(약 5mm 대 4mm). 측면 창문이 피해자 접근을 위해 파손될 가능성이 더 높다는 점을 감안할 때, 실제 측면 창문(적층)에 BreachPen을 사용할 때 절단 거리가 관찰된 것보다 더 길어질 수 있다고 가정하는 것이 합리적입니다. 유리 플랩을 만들거나 피해자 추출을 수행하기 위해 전체 유리 섹션을 제거하기에 충분한 절단 길이를 만들려면 두 개의 BreachPen이 필요할 수 있으며, 사용된 앞유리 유리가 두꺼워서 절단 거리가 보수적일 수 있고 도구에 대한 친숙도가 높아질수록 단일 BreachPen으로 접근하기에 충분한 거리를 절단할 수 있다는 점에 유의하십시오.

BreachPen의 장점은 가벼운 디자인(8온스/230g), 홍수 구조 기술자에게 쉽게 보관할 수 있음(길이 13인치/33cm), 유지 관리 필요 없음(일회용, 단일 사용), 사용 용이성, 원격 지역 작업에 적합함, 절단 중 광원 생성 등이 있습니다. 그러나 언급된 단점으로는 절단 거리/시간이 제한적(여러 개의 BreachPen이 필요할 수 있음), 연료/유출에 대한 잠재적인 점화원, 점화 불능 위험이 있는 제한된 부싯돌, 물 위에서 점화해야 함, 유리 반대편에 있는 차량 탑승자에게 잠재적인 화상 위험, 예측할 수 없는 피해자 반응, 여러 번 사용할 수 있는 다른 도구에 비해 잠재적으로 제한된 비용 효율성 등이 있습니다.

BreachPen 방식은 수동 절단 방식보다 6배 더 빠르다. 2004년형 마쓰다 아텐자 스테이션 왜건의 예를 사용하여, 유리의 힌지 섹션을 만드는 데 필요한 절단 거리가 추출을 허용하기에 충분하도록 측정되었습니다(뒷 유리창의 경우 175cm, 측면 유리창의 경우 200cm). 이를 통해 적층된 뒷 유리창과 측면 유리창을 열 절단하는 데 각각 1.5~1.7분, 적층된 뒷 유리창과 측면 유리창을 수동으로 절단하는 데 각각 10~11.1분이 걸리는 것으로 추정되었습니다. 이러한 추정치는 5mm 유리가 적층된 측면 및 뒷 유리창에 더 많이 사용되는 반면, 앞 유리창에 사용되는 4mm 유리를 기준으로 하기 때문에 보수적입니다. 그러나 수동 절단 효과는 상승하는 물이 물을 통과할 때 제어 팔과 손의 물리적 모멘텀을 약화시킬 수 있으므로 감소할 수 있습니다. 수중에서 수동 절단 기술을 사용하면 효과적이지 않을 가능성이 높습니다.

스프링이 장착된 펀치(풀러 오토 센터 펀치 3mm)를 수동으로 반복적으로 35초 동안 테스트하고 사용했습니다. 구멍이 관찰되었지만 유리 내부에는 침투가 발견되지 않았습니다. 그런 다음 칼(NRS Pilot) 블레이드 끌 끝을 사용하여 유리를 쪼개서 직선 파일럿 구멍을 만든 다음 톱니 모양의 블레이드를 사용하여 유리를 톱질했습니다. 이로 인해 많은 양의 유리 파편이 발생했고 절단을 계속하는 데 느렸지만 적어도 보호 장비(장갑과 안전 안경)를 착용한 상태에서 유리를 절단할 수 있는 좋은 톱니 모양의 잘 설계된 구조용 칼의 능력을 보여주었습니다. 이는 물 속에서 차량에 직면한 구조 대원이 장갑 사용이 종종 필요한 추운 환경을 제외하고는 홍수 수위 작업자가 전통적으로 사용하지 않는 안전 장비를 휴대하고 자신 있게 사용할 수 있어야 함을 강조합니다. 진화하는 호흡 보호 장비를 사용하는 데는 다음과 같은 이점이 있을 수도 있습니다. 스위프트워터 구조용 호흡 장치이 제품은 수영 마스크와 함께 사용되어 눈을 보호할 뿐만 아니라, 수면 바로 아래에서 도구와 유리를 관리하기 위한 공기를 공급합니다.

스프링 로드 센터 펀치 테스트

현재(최신) NRS Pilot 나이프의 디자인에서는 유리 파손 팁이 더 짧아졌지만, 강화 유리에 사용하는 데는 영향을 미치지 않겠지만, 접합 유리를 깨는 효과에는 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

구버전 NRS 파일럿 나이프

새로운 버전 NRS Pilot(SAS) 나이프 [바닥에 작은 유리 파손 지점이 있음]

피해자 구출에는 측면 창문 접근이 일반적이지만, 구조자는 특히 비만 및 장애가 있는 사상자의 경우 후면 창문을 사용할 준비를 해야 합니다. 훈련은 지속적으로 건강하고 날씬하며 건강한 구조자를 대체자로 사용하는 대신 잠재적 피해자의 다양성을 반영해야 합니다. 이러한 접근 방식은 더 광범위한 실제 상황에 대한 준비를 보장합니다.

궁극적으로, 유리 관 문제를 해결하는 가장 좋은 방법은 대중 교육을 통해 홍수 속을 운전하지 않도록 하고, 공장에서 기본적으로 장착하는 자동 창문 개방 시스템을 통해 문제를 완화하는 것입니다. BreachPen은 이러한 사전 예방 조치가 실패한 부분을 해결하는 데 사용됩니다.

대체 옵션

글라스마스터

이 어플리케이션에는 XNUMXµm 및 XNUMXµm 파장에서 최대 XNUMXW의 평균 출력을 제공하는 글라스마스터 는 전기나 유압 장치가 필요 없이 신속한 차량 인출을 가능하게 하는, 응급 구조대를 위해 설계된 특허받은 수동 작동 유리 제거 도구입니다. 1996년경에 개발된 이래로 전 세계의 소방 및 구조 서비스에서 차량 인출 작업에 사용하는 일반적인 도구가 되었습니다. 이 도구는 조치들 사용할 준비가 되었을 때 무게가 420kg(245파운드)인 35 x 16.5 x 9.6mm(1.4 x 1 x 2.2인치)입니다. 다른 대형 손 도구와 마찬가지로 Glas-Master는 수영하기 어려울 수 있습니다. 인터넷에서 찾은 정보에 따르면 Glas-Master의 가격은 약 189달러로 재정적으로 실행 가능합니다. 이 도구의 잠재적인 문제점은 칼날과 구조자의 팔 동작이 물속에 있을 때 사용되는 힘이 약해지고 절단 효율성이 감소한다는 것입니다. 또한 칼날이 절단을 시작하도록 파일럿 홀을 만들어야 합니다. 이 연구는 BreachPen을 검토하기 위한 것이었기 때문에 다양한 도구와 기술에 대한 비교 분석은 수행하지 않았습니다. 이러한 분석은 추가 고려가 필요합니다.

우산 당기기

유리의 열 절단 외에도 다른 옵션이 확인되었지만 아직 테스트되지 않았습니다. 여기에는 BreachPen을 사용하여 중앙에 파일럿 홀을 만들고 접이식/그래프넬 앵커/후크(벽 앵커 또는 우산과 같은)를 삽입하여 적층 측면 창을 강제로 떼어내고 기계적 이점을 사용하여 유리 패널을 프레임에서 잡아당기는 것이 포함됩니다(종종 위치에 접착되는 앞 유리 및 뒷 유리와 달리). 그러나 이 방법은 차량이 매우 안정적인 상황, 즉 모래나 진흙과 같이 유동 플로어에 깔려 있는 경우로 제한됩니다. 그렇지 않으면 기계적 이점이 차량을 불안정하게 만들고 전복이나 진자 효과를 일으켜 탑승자가 더 큰 위험에 처할 수 있습니다.

사이드 윈도우 우산 당김 (안정된 차량)

사이드 윈도우(불안정 차량)

접이식 앵커의 예

BreachPen 지붕 절단

또는 차량 지붕이 강철로 만들어질 가능성이 높으므로 탈출 수단을 제공하기 위해 지붕에서 섹션을 잘라내는 것도 가능할 수 있습니다. 금속은 녹는점이 낮고 유리보다 얇기 때문에 더 긴 절단이 가능할 가능성이 높습니다. BreachPen을 사용하여 차량 기둥 주위에 구멍을 만들어 현장 안정화, 지플라인 접근 또는 차량 회수를 위한 고정 지점을 만드는 것도 가능합니다.

NEMO 앵글 그라인더

고려되는 또 다른 옵션은 특히 잠수형 전동 공구의 사용입니다. NEMO 배터리 구동 각도 그라인더 및/또는 왕복 톱. 이 두 전동 공구는 상업용 다이빙에 자주 사용되므로 50m까지 방수가 가능합니다. BreachPen보다 상당히 비싸고 무겁고 부피가 크지만 분리형 충전식 배터리(물속에서 교체 가능)가 있어 절단 시간이 상당히 단축됩니다. NEMO 각도 그라인더와 왕복 톱은 상당히 무겁기 때문에(각각 2.9kg/6.39파운드 및 3.5kg/7.7파운드) 미국 해안 경비대 기준에 따른 PFD 부력에 대한 최소 기준이 15.5파운드(7kg)인 경우 운반하면 구조대 부력이 상당히 감소합니다. 그러나 이러한 전동 공구는 부력 감소를 상쇄하기 위해 양성 부력 상자나 가방(즉, 부력 폼 장착)에 넣어 운반할 수 있습니다.

벨루가 유리 커터

구조 전문가와의 논의에서 벨루가 유리 커터 견고한 대안으로 제기되었습니다(키트는 535달러). 우리는 이 장치를 테스트하지 않았지만 NEMO 앵글 그라인더와 같이 휴대성의 한계를 높이는 드릴이 필요합니다. 전문 도구로서 매우 유망해 보이지만 연구의 작업 환경을 감안할 때 드릴은 방수 기능이 있어야 합니다. NEMO 배터리 작동 드릴 (5m 드릴은 735달러입니다). NEMO 배터리 드릴과 Beluga 키트를 구매한다면, 더 다재다능한 앵글 그라인더를 구매하는 건 어떨까요? Beluga Glass Cutter가 방수인지에 대한 정보는 찾을 수 없었지만, 방수 배터리 드릴이 부족해서만 제한될 수 있습니다(적합해 보이는 드릴은 NEMO뿐이기 때문입니다).

잠재적인 옵션 범위는 추가 테스트가 필요하며 적합성은 사용되는 맥락에 따라 크게 달라집니다. 단일 도구나 방법은 없는 것으로 보입니다. 실버 총알 도전을 위해 유리관.

위반펜 NEMO 앵글 그라인더NEMO 왕복 톱구조용 칼 (제어)
비용(USD) $1192911225179
무게(영국식)8 온스6.39 파운드7.7 파운드3.5 온스
무게(미터법)230 g2.9의 kg3.5의 kg100 g
길이(제국식)13 인치15 인치20.5 인치7.38 인치
길이 (미터법)33의 cm38의 cm52의 cm18.75의 cm
사이드 윈도우 침입>2-3개 단위 필요가능네, 파일럿 홀이 만들어지면천천히
사이드 윈도우 우산가능적용 할 수 없음적용 할 수 없음적용 할 수 없음
뒷창 파손>3-4개 단위 필요가능네, 파일럿 홀이 만들어지면천천히
물속에서 시작하다아니가능가능제한된
물속에서 작동하다가능가능가능제한된
효율성을 줄이세요좋아요매우 우수할 가능성이 있음매우 우수할 가능성이 있음가난한
컷 속도117cm/분검증되지 않은검증되지 않은18cm/분
컷 예시(뒤) 175cm1.5분 (3개 단위)--10의 분
절단예(측면) 200cm1.7분 (3-4개 단위)--11.1의 분

제한 사항 및 추가 연구

이 연구의 한계는 유리를 수중에 수평으로 두는 실험을 설계한 것이었는데, 이는 중력에 의해 떨어지지 못하는 슬래그가 위에 웅덩이를 이루면서 열 절단 도구의 효율성을 저해했을 수 있습니다. 향후 테스트에서는 앞유리를 사용하여 수평 구성으로 테스트하는 대신 수직으로 잠긴 차량 도어 프레임의 적층 측면 창문과 같은 보다 현실적인 조건을 포함해야 합니다. 또한 측면 창문을 통해 빠져나올 수 없는 비만, 장애 또는 임산부 사상자를 구출하는 복잡성을 더 잘 이해하기 위해 후면 창문 파손 테스트도 수행해야 합니다.

Glas-Master, Beluga Glass Cutter, NEMO Angle Grinder, NEMO Reciprocating Saw와 같은 대체 침입 도구는 물에서 테스트하고 향후 연구에서 비교하여 수상 구조 전문가를 위한 사용 가능한 옵션에 대한 포괄적인 평가를 제공해야 합니다.

결론

DEFCO BreachPen Gen II는 침수된 라미네이트 유리를 깨는 데 효과적인 것으로 입증되어 수상 구조 전문가를 위한 실행 가능한 도구로서의 잠재력을 확인했습니다. 실험 결과 BreachPen은 두꺼운 앞유리 유리를 통해서도 피해자를 꺼내기 위한 충분한 절단을 할 수 있음을 보여주었습니다. 이 도구는 유망해 보이지만 여러 대의 장치가 필요하고, 잠재적인 화상 위험, 비용 효율성과 같은 고려 사항은 추가 평가가 필요합니다. 시간 제약이 크지 않은 수동 절단은 구조자가 스티치 절단 방법에 익숙하고, 톱니 모양의 칼날과 창문 파손 지점이 있는 적절한 구조용 칼을 사용하고, 절단 영역이 수중에 있지 않은 경우에 가능합니다. 향후 연구는 보다 현실적인 조건에서 BreachPen을 테스트하고 다른 파손 도구와 성능을 비교하는 데 중점을 두어야 합니다. 칼 설계자는 충분한 톱니 모양과 유리 파손 끝의 깊이를 보장하는 것과 같이 라미네이트 유리가 장착된 차량에서 구조하는 새로운 과제를 고려해야 합니다. 이 연구는 차량 침수 사고에서 안전을 개선하는 지속적인 과제에 귀중한 통찰력을 제공하고 구조 기술의 지속적인 혁신이 필요함을 강조합니다.

감사의 글

저자는 테스트를 위해 BreachPens를 아무런 특혜나 보상 없이 제공해 준 DEFCO와 테스트용 윈드스크린을 제공해 준 Novus Porirua의 지원에 감사드립니다.

참고자료

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[2] Debuyser, M., Sjöström, J., Lange, D., Honfi, D., Sonck, D., & Belis, J. (2017). 복사열에 노출된 일체형 및 적층 유리의 거동. 건설 및 건축 자재, 130, 212-229. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.09.139

[3] Peden, M., Oyegbite, K., Ozanne-Smith, J., et. al., K. (2008). 아동 부상 예방에 관한 세계 보고서. 세계보건기구. https://apps.who.int/iris/handle/10665/43851

[4] MDonald, GK, & Giesbrecht, GG(2013). 차량 침수: 문제, 관련 위험 및 생존 정보에 대한 검토. 항공, 우주 및 환경 의학, 84(5), 498-510. https://doi.org/10.3357/ASEM.3151.2013

[5] Wintemute, GJ, Kraus, JF, Teret, SP, & Wright, MA(1990). 자동차 침수로 인한 사망: 부상의 특성, 개인적 및 환경적 요인, 잠재적 개입. American Journal of Public Health, 80(9), 1068-1070. https://doi.org/10.2105/AJPH.80.9.1068

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사전 인쇄

이 연구는 MDPI PrePrints(2024년 XNUMX월)에도 게재되었습니다.

Glassey, S. (2024). 유리관 깨기: 수중 차량 인출에서의 BreachPen의 효과. 사전 인쇄본. https://doi.org/10.20944/preprints202412.1255.v1