ISSN: 1738-7167
DOI: http://dx.doi.org/10.7731/KIFSE.2013.27.4.35
화재 시 일체형 방화셔터 작동유무에 따른 초등학생의 피난특성
이승철·홍이표*·김상일**†
강원대학교 소방방재공학전공, *강원도 삼척소방서, **강원대학교 기계공학과
The Evacuation Characteristics of Elementary School Student According to Working of Single Unit Fireproof Shutter for Fires
Seung-Chul Lee · Yi-Pgo Hong* · Sang-il Kim**†
Dept. Fire Projection Eng., Kangwon National Univ.
*Samcheok Fire Station, Gangwon-do
**Dept. Mechanical Eng., Kangwon National Univ.
(Received August 22, 2013; Revised August 29, 2013; Accepted August 29, 2013)
요 약
본 연구는 일체형 방화셔터가 설치된 초등학교 학생의 피난특성에 관한 연구이다. 구체적인 방법으로 일체형 방화셔터 를 포함한 방화셔터 전반에 대한 기초 자료를 수집·검토하였으며, 초등학교에 설치된 일체형 방화셔터 작동 유무에 따 른 재실자 피난특성을 비교·분석하였다. 화재 모의실험 결과, 일체형 방화셔터 미작동시 최종 대피완료 시간은 130초 이며, 일체형 방화셔터 작동 시에는 190초가 소요되었다. 그리고 일체형 방화셔터 작동 시 피난대피 상황에서 초등학생 들이 셔터내의 출입문을 열지 못하는 상황이 발생되었다. 이러한 상황을 고려한다면 일체형 방화셔터 작동 시 최종피난 완료시간은 상당히 지연될 수 있고, 많은 학생들이 화재위험에 노출될 수 있다. 따라서 향후 일체형 방화셔터 출입문 개 폐력에 대한 연구가 반드시 진행되어야 할 것으로 생각된다.
ABSTRACT
This study investigated the evacuation characteristics of student of elementary school with single unit fireproof shutter.
In particular, we gathered the data about fireproof shutter and checked the data. And we made comparison and did an analysis of the evacuation characteristics of elementary school student according to working of single unit fireproof shut- ter for fires. As a result, it took the last occupant 130 seconds to escape from the school with no fire shutter case. But it took time 190 seconds to escape when the single unit fireproof shutter worked. Some of elementary school students could not open the door installed on the shutter when the single unit fireproof shutter worked. Considering this circumstance, it can be led to time delays of escaping when the single unit fireproof shutter work. And many students can be exposed to the fire hazards. Therefore, the study on the power to open the door installed on the shutter must be done in the future.
Keywords : Evacuation characteristics, Single unit fireproof shutter, Simulated fire evacuation training
1. 서 론
화재 확산을 방지하기 위한 방안의 하나로 대형 건물(연 면적 1,000 m2 이상)에 방화구획을 제도적으로 설정하게 되어있다(1). 이것은 화재피해를 일정 범위내로 한정시켜 재산손실을 최소화하며, 화재에 의해 발생하는 연기를 차 단하여 피난통로를 안전하게 확보할 수 있다. 또한 소화활 동을 용이하게 하는 중요한 역할을 하고 있으며, 방화구획 은 방화문이나 내화구조의 바닥 또는 벽으로 구획하도록 규정되어 있다(2).
그리고 1980년대 초반부터 평상 시 건물의 공간 활용도 를 최대화할 수 있고, 화재 시 방화구획 역할을 담당할 수 있는 장점을 지닌 방화셔터가 도입되었다. 또한 초대형 건 축물과 지하 공간의 활용 및 대형 판매시설이 급격히 증가 하고 있는 현재 상황으로 볼 때 그 수는 급속히 늘어날 수 밖에 없을 것이다.
그러나 방화셔터는 몇 가지 단점을 지니고 있다. 첫째, 화재 시 열전달을 차단하는 성능인 차열성이 방화벽이나 방화문에 비해 낮다. 둘째, 방화셔터로 구획할 경우, 방화 문과는 달리 설비의 구조가 다양하고 평상 시 방화셔터가
†Corresponding Author, E-Mail: [email protected]
†TEL: +82-33-570-6323, FAX: +82-33-570-6339
개방되어 있어 재실자는 물론 사용자의 대다수가 인지하 지 못하고 있다는 것이다. 셋째, 방화셔터의 개폐를 용이 하게 하기 위해 바닥면에서부터 이격(5~10 cm)하여 착지 되게 하는 경우 연기 및 연소 확대가 우려된다는 것이다.
넷째, 일체형 방화셔터의 폭이 높이에 비해 상당히 긴 경 우 바닥면에 일체형 방화셔터가 처짐으로 인해 출입문 개 폐가 불가하여 화재 시 인명대피 및 소방대원의 진입 등에 장애요인이 된다는 것이다(3). 다섯째, 방화문은 하나의 강 판으로 구성되어 있어 규정된 개폐력에 의해 힘을 전달시 켜 문을 개폐시킬 수 있지만, 일체형 방화셔터 출입문의 경우 여러 요소로 나누어진 강판이 경첩에 의해 연결되어 있어 힘이 가해진 요소 부분에만 힘이 전달되어 어린이 및 노유자의 개폐력으로는 출입문을 열지 못하는 경우가 발 생한다는 것이다(4).
이런 현 실정에 입각하여 본 연구는 일체형 방화셔터가 설치된 초등학교 학생들의 피난특성에 대한 문제점을 도 출하기 위해 다음과 같은 방법과 순서에 의거하여 진행하 였다. 첫째, 타 용도로 설치된 일체형 방화셔터에 대한 현 지 조사 실시와 둘째, 일체형 방화셔터가 설치되어 있는 초등학교의 학생과 교사를 대상으로 설문조사를 실시하였 으며, 셋째, 실제 일체형 방화셔터의 피난 출입문 개폐력 실험을 수행하고, 넷째로 화재 모의실험을 실시하여 일체 형 방화셔터의 작동 유무와 연기영향에 따른 초등학생 대 피자들의 피난특성 및 피난시간과 피난 시의 행동을 비 교·분석하였다. 이러한 연구결과는 향후 일체형 방화셔터 관련 규정 개정 시 기초 자료로 활용 될 수 있을 것이다.
2. 방화구획 관련 법 규정
건축법규에는 일체형 방화셔터가 포함된 방화구획에 대 한 설치기준 및 구조 등이 명시되어 있고, 부가적으로 소 방법규에 방화구획의 설치유무에 따른 소방시설 적용 등 이 규정되어 있다.
2.1 건축법규
방화구획에 대한 건축법규는 건축법 제49조 및 동법 시 행령 제46조, 건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제14조, 제26조에 규정되어 있다(5).
○건축법 제49조(건축물의 피난시설 및 용도제한 등) 대통령령이 정하는 용도 및 규모의 건축물과 그 대지에는 국토교통부령이 정하는 바에 의하여 방화구획을 설치하도 록 규정.
○건축법시행령 제46조(방화구획의 설치)에 따라 주요 구조부가 내화구조 또는 불연 재료로 된 건축물로서 연면 적이 1,000 m2를 넘는 건축물로 규정.
○건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한규칙 제14 조(방화구획의 설치기준) 및 제26조(방화문의 구조)에서 규정.
○방화문의 성능은 건축물의 피난·방화구조 등의 기준 에 관한규칙 제26조에서 “영 제64조의 규정에 의한 갑종 방화문 및 을종방화문은 산업표준화법에 의한 한국산업규 격이 정하는 바에 의하여 시험한 결과 각각 비차열 1시간 이상 및 비차열 30분 이상의 성능이 확보되어야 한다.”고 규정하고 있다.
○1981년 8월 27일 이전에는 방화구획 시 방화벽과 방 화문만 허용되고 방화셔터의 설치가 허용되지 않았으나, 1981년 8월 27일 건설교통부 고시 제327호가 제정되어 피 난 시 유효한 갑종 방화문이 3 m 이내에 설치되어 있으면 방화셔터의 설치가 허용되었다(6).
○2005년 7월 27일 건설교통부 고시 제2005-232호를 통 하여 방화구획시 출입문이 방화셔터에 포함되는 일체형 방 화셔터의 사용이 허용되었다(7). 이는 건물의 공간 활용도를 최대화 할 수 있게 한 규제 완화 조치라고 판단되며, 방화 셔터 관련기준에 대한 변천 과정을 Figure 1에 나타내었다.
2.2 소방법규
방화구획에 관한 소방 법규는 소방시설 설치 유지 및 안
Figure 1. History of fire compartmentation regulation.
전관리에 관한 법률 제11조, 동법 시행령 제17조에 규정되 어 있다(8).
○ 기존 부분과 증축 부분이 내화구조로 된 바닥과 벽으 로 구획된 경우(소방시설 설치 유지 및 안전관리에 관한 법률 시행령 제17조)
○ 기존 부분과 증축 부분이 갑종 방화문(자동 방화셔터 포함)으로 구획되어 있는 경우
3. 일체형 방화셔터 현 실태 및 사용자 인식 조사
3.1 일체형 방화셔터 설치 실태 조사
강원도 J군 내의 방화구획 용도로 설치된 일체형 방화셔 터의 유지·관리 실태를 알아보기 위해 초등학교, 위락시 설 및 공공시설에 각각 설치된 대상을 직접 방문하여 조사 하였다. 조사대상에 대한 조사내용을 Table 1에 나타내었 다. 방문조사 결과 주요 문제점을 살펴보면 일체형 방화셔 터의 하강 시 바닥면까지 완전하게 착지되지 않았고 일체 형 방화셔터의 피난 출입문을 미리 알려주는 유도등이 설 치되지 않았으며 일체형 방화셔터가 휘어져 피난 출입문 을 열지 못하는 문제점 등이 발견되었다. 따라서 화재발생 시 피난자들의 대피에 상당한 어려움이 있을 것으로 예상 된다.
3.2 일체형 방화셔터 사용자 인식 실태
일체형 방화셔터 방문조사를 실시한 3개 대상에서 가장 인명피해 발생의 우려가 높고 신체적으로 왜소한 학생들 이 사용하는 학교시설의 사용자를 대상으로 설문조사를 실시하였다. 설문대상은 초등학교 5학년 학생 110명과 교 사 4명으로 총 114명이며, 설문 내용은 첫째, 일체형 방화 Table 1. The Results of Single Unit Fireproof Shutters
Survey target
Survey contents Installed on fire
compartment
Fireproof shutter
installation location Single unit fireproof shutter installation state
School facilities
- Compartment number : 1 unit
- Floor Compartment : 1 unit
- Location
: 3rd floor stair landing - Operational status
: good
- Single unit fireproof shutter do not come down to the floor fully.
- Exit position coating as general paint.
- Not installed door guidance light.
- Concerns for refugee's safety because of the sup- port under single unit fireproof shutter.
Amuse-ment facilities
- Compartment number : 1 unit
- Area Compartment : 1 unit
- Location
: 2nd floor living room - Operational status
: good
- Single unit fireproof shutter vertically long, the shutter bending, the door can not be opened.
- Concerns for refugee's safety because of the sup- port under single unit fireproof shutter.
Public facilities
- Compartment number : 1 unit
- Floor Compartment : 1 unit
- Location
: 2nd floor stair landing - Operational status
: good
- No exit position.
- Not installed door guidance light.
- Concerns for refugee's safety because of the sup- port under single unit fireproof shutter.
Figure 2. The results for first question.
Figure 3. The results for second question.
셔터의 용도에 대한 인식여부와 둘째, 일체형 방화셔터 내 에 출입문이 설치되어 있는지에 대한 인식여부이다. 이에 대한 설문결과를 Figure 2와 3에 나타내었다. “일체형 방
화셔터의 용도를 알고 있다.”라고 응답한 수는 2명에 불과 하였다. 또한 이 2명의 응답자만이 “일체형 방화셔터 내에 출입문이 설치되어 있다는 것을 알고 있었다”. 따라서 대 부분의 응답자가 일체형 방화셔터에 대한 인식이 부족하 고, 또한 소방교육이 미비한 것으로 나타났다. 따라서 추 후 초등학생들을 대상으로 한 소방훈련이 필요하며, 특히 일체형 방화셔터가 설치된 시설에서는 사용방법 등의 교 육이 추가적으로 이루어져야 할 것이다.
3.3 일체형방화셔터 개폐력 실험 3.3.1 실험장치 및 방법
일체형 방화셔터 피난 출입문의 개폐력 기준의 적정성 여부를 확인하기 위해 개폐력 실험을 수행하였다. 실험 대 상자는 성인 남자이며, Figure 4에 나타낸 개폐력 실험기 (기종: AP-20, MIN SCALE 100gf, 제조사: ATTOIC)를 사용하였다. 또한 여러 요소로 나누어진 강판이 경첩에 의 해 연결된 셔터의 특성을 고려하여 피난 출입문의 중간 높 이 개폐부 끝단과 상부 모서리 부분으로 나누어 각각 20 회씩 총 40회에 걸쳐 실험을 실시하였다. Figure 5에는 일 체형 방화셔터 출입문의 중간부와 상부에 힘을 가하는 개 폐력 측정 실험의 사진을 나타내었다.
3.3.2 개폐력 실험 결과
일체형 방화셔터 출입문의 개폐력 실험 결과를 Table 2
Figure 4. A opening force tester.
Figure 5. Test of opening force (middle, top).
Table 2. The Results of Opening Force Test No. Opening force (N)
No. Opening force (N)
Middle Top Middle Top
01 080 41 11 082 42
02 110 41 12 101 46
03 100 30 13 098 40
04 090 63 14 096 48
05 098 60 15 090 62
06 094 56 16 094 64
07 100 48 17 092 63
08 088 46 18 086 54
09 090 50 19 084 48
10 077 56 20 090 56
Figure 6. The pushing force of elementary first graders.
에 나타내었다. 표에서 보이는 바와 같이 피난 출입문을 열기 위해 출입문 상부 모서리에 힘을 가한 경우, 약 (30~
64) N의 개폐력이 필요하며, 출입문 중간부에 힘을 가한 경우 약 (77~110) N의 개폐력이 소요되었다. 이러한 결과 는 일체형 방화셔터의 구조가 여러 요소로 이루어져 출입 문 상부 모서리에 힘을 가한 경우가 중간부에 힘을 가한 경우보다 출입문과 셔터의 접합부에 힘이 잘 전달되기 때 문이다. 본 개폐력 실험결과는 국토해양부 고시 제2010- 528호(9)의 “일체형 셔터의 피난 출입문을 여는데 필요한 힘은 문을 열 때 133 N 이하이다.”라는 것을 만족한다. 그 러나 Figure 6에 나타낸 초등학교 1학년 학생의 미는 힘의 실험 결과를 보면 남학생의 경우(56.8~173.5) N으로 평균 100 N이며, 여학생의 경우(22.5~112.7) N으로 평균 75.5 N 으로 나타남에 따라 초등학교 1학년 학생의 평균 미는 힘 은 86.2 N으로 분석된다(10). 이러한 결과는 Table 2에 나타 낸 실제 일체형 방화셔터 피난 출입문의 개폐력에 못 미치 는 결과로 초등학생이 피난 출입문을 열지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 따라서 현행 일체형 방화셔터 출입문의 개폐력 기준치의 개정이 요구되며 이러한 시설이 초등학
교에 설치된 경우, 신체적으로 왜소한 초등학생들이 출입 문을 개방하기 어려워 화재 시 피난대피에 상당한 어려움 이 발생 할 수 있을 것이다.
4. 화재모의실험
4.1 대상건축물
본 연구에서 선택한 화재 모의실험 건축물은 일체형 방 화셔터가 설치되어 있는 강원도 J군 한 초등학교 건물의 3 층을 대상으로 하였으며, 대상 건축물의 사진과 평면도를 Figure 7과 8에 각각 나타내었다. 건물개황은 건물높이 9 m, 연면적 4,390 m2이며 피실험자는 5학년 4개반 학생 110명과 교사 4명이다.
화재 모의실험은 일체형 방화셔터의 작동 유무에 따라 각 1회씩 모두 2회에 걸쳐 실험을 실시하였으며, 실제 화 재로 인한 연기 발생을 모사하기 위한 연기 발생량과 열 원의 발생열량은 각각 18.1 CMH와 54.5 kW이며, 이것은 각 장치의 최대출력에 해당한다. 3층 재실자의 피난구는 복도와 연결된 옥내계단 1곳 밖에 없으므로 복도와 일체 형 방화셔터 설치지점을 통과하여 2층과 연결된 옥내계 단을 이용하여 대피하게 된다. 화재모의실험에 앞서 실험
시 사고방지를 위하여 피실험자에 대한 안전교육을 실시 하였다.
4.2 화재모의실험 결과
화재 모의실험 결과 중 재실자의 피난특성인 화재 진행 시간에 따른 누적 대피자수를 Figure 9에 나타내었다.
Figure 9에서 실선은 일체형 방화셔터 미작동 시의 결과를
나타내고 있으며, 점선은 일체형 방화셔터 작동 시의 결과 를 나타내고 있다. 일체형 방화셔터 미작동 시 화재 모의 실험에서 최종 대피자가 피난할 때까지 소요된 시간은 130초이며, 최초의 대피자는 화재 발생 후 20초의 대피시 간이 소요되었다. 또한 화재 발생 (20~75)초에는 88명의 재실자가 피난을 완료하였으며, 이는 재실자들이 연기 및 독성물질에 노출되지 않기 위하여 대피 속도가 빨라진 것 으로 판단된다. (80~120)초까지 3층 계단에서 2층 계단으 로 대피하려는 재실자들이 대피로에서의 가시거리 확보의 어려움으로 대피 속도가 늦어진 것으로 판단된다. 일체형 방화셔터 작동 시 화재모의 실험에서 최종 대피자가 피난 할 때까지 소요된 시간은 190초이며, 최초의 대피자는 화 재발생 후 15초의 대피시간이 소요되었다.
일체형 방화셔터 작동을 완료한 (60초~80)초까지 Figure Figure 7. The elementary school used in experiment. Figure 9. Cummulative escape people at time.
Figure 8. The evacuation path on the 3rd floor.
10에서 보이는 바와 같이 피난 재실자들인 초등학생 여러 명이 일체형 방화셔터의 출입문을 열려고 하였으나, 일체 형 방화셔터의 구조가 여러 요소로 이루어져 힘이 가해진 부분에만 힘이 전달되어 출입문 중간부가 휘어지면서 열 리지 않았다. 이 후 교사가 출입문 상부를 밀어 주었을 때 일체형 방화셔터의 출입문이 열리면서 피난 대피가 원활 히 이루어졌다. 만약 교사의 도움이 없었다면 대피시간은 상당히 지연되었을 것이며 대피자(어린이)들이 큰 위험에 노출될 수밖에 없음을 알 수 있다.
5. 결 론
본 연구에서는 일체형 방화셔터가 설치된 초등학교 재 실자의 피난특성에 관한 연구를 위해 먼저 일체형 방화셔 터를 포함한 방화셔터 전반에 대한 기초 자료를 수집·검 토하였으며, 초등학교에 설치된 일체형 방화셔터 작동 유 무에 따른 재실자 피난특성을 비교·분석하여 아래와 같은 결론을 얻었다.
1) 강원도 J군 내 일체형 방화셔터가 설치된 3개 시설의 현장 방문조사 결과, 셔터 하강 시 바닥면까지 완전 미착 지, 출입문임을 알려줄 유도등 미설치, 그리고 출입문 개 폐불가 등 많은 문제점이 발견되어 화재 시 피난대피에 상 당한 어려움이 있을 것으로 예상된다.
2) 일체형 방화셔터의 인식여부에 대한 설문조사 결과, 응 답자의 98 %가 일체형 방화셔터에 대한 인식이 부족하였다.
따라서 일체형 방화셔터가 설치된 초등학교에서는 이에 대 한 교육과 소방훈련이 반드시 필요하다고 판단된다.
3) 실제 일체형 방화셔터 피난출입문 개폐력 실험을 통 하여 초등학생들이 일체형 방화셔터의 피난 출입문을 열 지 못하는 위험한 상황이 발생될 수 있음을 알 수 있었다.
4) 화재 모의실험 결과, 일체형 방화셔터 미작동 시 최종 대피완료 시간은 130초이며, 일체형 방화셔터 작동 시에
는 190초가 소요되었다. 또한 일체형 방화셔터 작동 시 피 난대피 상황에서 초등학생들이 셔터 내의 출입문을 열지 못하는 상황이 발생되었다. 이 후 교사가 출입문 상부를 밀어 주었을 때 일체형 방화셔터의 출입문이 열리면서 피 난 대피가 원활히 이루어졌다. 이러한 상황을 고려한다면 일체형 방화셔터 작동 시 최종 피난 완료시간은 상당히 지 연되었을 것이며 대다수의 대피자들이 화재 위험에 노출 되었을 것이다. 따라서 향후 일체형 방화셔터 출입문 개폐 력에 대한 심도있는 연구가 반드시 진행되어야 할 것으로 판단된다.
5) 이러한 결과로 미루어 판단해 볼 때, 방화구획은 방화 벽을 우선으로 하고, 방화벽으로 구획하기 어려운 경우에 방화문과 방화셔터로 구획하며, 방화문으로 구획하기 어려 운 경우에 한해 일체형 방화셔터로 구획할 수 있도록 하여 야 할 것이다. 또한 어린이 및 노유자 시설에 대한 일체형 방화셔터 관련 법규를 현실에 맞게 개정하여야 할 필요가 있다.
References
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Figure 10. Evacuation occurrence around single unit fire- proof shutter.
