석 사 학 위 논 문
TRIZ 기법에 의한 물류창고의 화재원인분석과 4M관리 효율화 방안
2021년 2월 일
우석대학교 일반대학원
소방방재학과
석 사 학 위 논 문
TRIZ 기법에 의한 물류창고의 화재원인분석과 4M관리 효율화 방안
지도교수 공 하 성
2021년 2월 일
우석대학교 일반대학원 소방방재학과
한 상 훈
TRIZ 기법에 의한 물류창고의 화재원인분석과 4M관리 효율화 방안
지도교수 공 하 성
이 논문을 소방방재학석사 학위 청구논문으로 제출함.
2021년 2월 일
우석대학교 일반대학원
소방방재학과
한상훈의 소방방재학 석사학위논문을 인준함.
심사위원장 인
심 사 위 원 인
심 사 위 원 인
2021년 2월 일
우석대학교 일반대학원
목 차
ABSTRACT ···ⅰ
영문초록 ···vi
Ⅰ. 서론 ···1
1. 연구의 필요성 및 목적 ···1
2. 연구 범위와 방법 ···5
3. 연구의 구성 및 흐름도 ···7
Ⅱ. TRIZ기법과 4M모델 ···10
1. TRIZ기법 이론 ···11
2. 4M모델 이론 ···22
Ⅲ. 이론적 고찰 ···24
1. 물류창고의 개념 ···24
2. 물류창고의 현황 ···25
3. 물류창고의 샌드위치 패널 ···34
4. 물류창고 화재의 플래시 오버 현상 ···39
2. TRIZ기법에 관한 선행 연구 ···49
3. 4M모델에 관한 선행 연구 ···53
4. 선행연구 종합검토 ···55
Ⅴ. 연구 설계 및 분석기준 ···56
1. 연구모형 ···56
2. 물류창고 화재사례분석 ···57
3. 물류창고 현장실사 위험요인분석 ···61
4. TRIZ기법에 의한 물류창고의 화재원인 분류 ···64
Ⅵ. 물류창고 화재예방대책 ···71
1. 인적예방대책 ···71
2. 기계설비적 예방대책 ···74
3. 작업 환경적 예방대책 ···76
4. 관리적 예방대책 ···80
Ⅶ. 결론 ···82
1. 연구의 요약 및 결론 ···82
2. 후속 연구를 위한 정책적 함의 ···87
참고문헌 ···88
국문초록 ···93
표 목 차
<표 Ⅱ-1> 근본원인분석 ···21
<표 Ⅱ-2> 4M에 의한 근본원인 항목 ···23
<표 Ⅲ-1> 면적별 물류창고 현황 ···29
<표 Ⅲ-2> 지역별 물류창고 현황 ···31
<표 Ⅲ-3> 보관형태에 따른 물류창고의 종류 ···33
<표 Ⅲ-4> 샌드위치패널의 구성요소 ···37
<표 Ⅳ-1> 물류창고 화재에 관한 선행연구 ···48
<표 Ⅳ-2> TRIZ 기법에 관한 선행연구 ···52
<표 Ⅳ-3> 4M모델에 관한 선행연구 ···54
<표 Ⅴ-1> 샌드위치 패널 건축물의 주요 화재현황 ···58
<표 Ⅴ-2> 물류창고의 원인별 화재 현황 ···60
그 림 목 차
[그림 Ⅰ-1] 연구의 흐름도 ···9
[그림 Ⅱ-1] 문제해결을 방해하는 4가지요인 ···14
[그림 Ⅱ-2] TRIZ 기법의 근본원인분석 ···16
[그림 Ⅱ-3] TRIZ 기법의 문제 성립 ···17
[그림 Ⅱ-4] 모순발견 ···18
[그림 Ⅱ-5] 해결방안 도출 ···19
[그림 Ⅲ-1] 전체 산업재해 발생현황 ···26
[그림 Ⅲ-2] 전체 산업사망자 발생현황 ···27
[그림 Ⅲ-3] Pre-flashover···40
[그림 Ⅲ-4] Flashover···41
[그림 Ⅲ-5] Post-flashover···43
[그림 V-1] 연구모형 ···56
[그림 V-2] 샌드위치 패널의 화재확산 ···63
[그림 V-3] 물류창고의 연료지배형 화재 ···66
[그림 V-4] 물류창고의 환기지배형 화재 ···68
[그림 V-5] 물류창고의 화재 화재확대 현상 ···70
Abstract
An Analysis on the Cause of Fire and 4M Management Efficiency in Warehouse by TRIZ Methods
Han Sang-hoon Department of Fire Protection and Disaster Prevention
Graduate School of WOOSUK University Directed by Professor Kong, Ha-Sung
The purpose of the study is to analyze the cause of fire in warehouses by TRIZ methods and to focus on the 4M management efficiency method by classifying the cause of fire in detail into pre-flashover, post-flashover, and flashover.
In the Icheon warehouse fire on April 29, 2020, 38 people lost their lives, and the Gunpo warehouse fire on April 21, 2020 resulted in a property damage of 22 billion won. The whole nation looked on these tragic events in
warehouses, the floor ceiling is high and the width is wide, which makes it difficult to build fire partitions. In addition, most of the warehouses are designed with no window.
These features affect not only the evacuation of occupants in the event of a fire, but also the fire extinguishing activity of firefighters. If it fails to put out the fire in the early stages, all the items in the warehouse become combustible, which increases the fire's intensity and the possibility of total destruction. By analyzing various characteristics of the warehouse, problems were derived.
Based on the analysis of fire cases and on-site risk factors of warehouses, an analysis was made on the detailed classification of the causes of fire by incorporating TRIZ methods. Through this study, the characteristics of the warehouse were identified. Then, it applies appropriate pre-flashover, post-flashover, and flashover for personal safety and property protection, and incorporating it into 4M theory to propose human, mechanical, facility, work, environmental, and preventive measures.
The following conclusions were drawn from the study of fire prevention measures by applying 4M and the analysis of causes of fire in warehouses by TRIZ methods.
As a prevention measure, it is necessary to introduce a safety supervision system to improve workers' safety and construction quality when building warehouses.
As a mechanical and facility prevention measure, it is necessary to review and confirm the safety management plan to ensure that safety facilities are properly implemented in accordance with the hazardous risk prevention plan at the warehouse site. First of all, it is necessary to reflect the method of designing and constructing the sandwich panel outer wall of the warehouse in the vertical direction. For a preventative measure, sprinklers need to be installed in the refrigeration
section of the warehouse. This study is meaningful that it provides fire prevention measures for human, mechanical, facility, work, environmental, and preventive measures focusing on 4M by classifying fire causes in pre-flashover, post-flashover, and flashover using TRIZ methods.
Based on the conclusions of this study, suggestions for subsequent research are made as follows.
First, the safety management of the warehouse construction site is implemented by the construction company itself, but there are many limitations in the authority and job description of the safety manager to supervise it. It is thus necessary to introduce an independent safety supervision system that performs safety inspections that complements in-house inspection.
Second, the structure of the warehouse must be made out of concrete and therefore needs to be improved in its design and construction. Many warehouses use steel frames and sandwich panels due to cost concerns and construction time reduction, but they are vulnerable to fire as there are no fire partitions, which may lead to large fires.
Lastly, an installation improvement plan is needed that detects fire in the warehouse from a close distance and a low position by installing smoke detectors and sprinklers vertically at each level of the rack in the warehouse.
Existing sensors installed on the top of the ceiling take a lot of time to detect fires, so the fires spread rapidly, and the initial fire extinguishing becomes difficult.
Consequently, an improvement plan to put out the fire
Keywords: warehouse, TRIZ, 4M, fire prevention plan, study on the causes of fire
Ⅰ. 서 론
1. 연구의 필요성 및 목적 가. 연구의 필요성
스마트 기기의 보편화와 온라인몰, 인터넷을 통한 구매가 증가하고 이 를 빠르게 전달하려는 배송 시스템이 보편화됨에 따라 소비 패턴은 크 게 변하고 있다. 물류기업에서는 물품을 보관, 배송 등을 위해 자가, 임 대하는 방식으로 물류창고를 갖추고 있으나, 대부분의 물류창고가 샌드 위치 패널 구조로 시공이 되어 있어 화재안전관리에 소홀한 측면을 내 포하고 있는 것으로 나타났다.
물류창고의 샌드위치 패널 외벽 마감자재는 단열이 우수한 성능으로 구성된 자재이다. 또한 시공의 편리성으로 공장, 창고, 펜션, 전원주택 등 지로 사용처가 아주 넓기 때문에 시장규모 및 사용량이 증가하고 있다.
물류창고 화재 발생 시 물품의 종류, 보관방법, 적재방식에 따라 연소 의 발열량 및 화재확산 진행에 큰 영향을 미친다(김종구, 2015).
물류창고의 샌드위치 패널 자재에 대한 재료의 특성이 스티로폼으로 구 성되어 있어 일반적인 화재보다 확산속도가 매우 빠르고 지붕의 붕괴 및 흑연의 유독가스 발생으로 대형화재로 이어져 인명 및 재산피해가
시공사에서 저렴한 비용에 따른 공기단축과 경제성의 이유로 화재에 취 약한 샌드위치 패널 구조와 철골구조를 사용한 물류창고가 대부분이다 (서삼기, 2013). 물류창고의 마감재 불연 재료가 아닌 일반용 스치로폼과 우레탄폼으로 단열재를 제작 시공되어 인화성 물질에 의한 화재로 빠르게 확산될 것이다(문태웅, 2014).
최근에 발생한 샌드위치 패널로 시공 된 물류창고 화재는 2020년 4월 29일 이천 물류창고 화재로 사망 38명과 사상자 10명 재산피해가 발생 하였으며, 2020년 4월 21일 군포 물류창고에서 발생한 화재로 재산피해 가 220억 발생하였다. 국가화재 정보센터에 따르면 2018년 3월 양지물류 센터 화재. 2015년 김포 제일모직 물류창고 화재. 2014년 대전광역시 퍼 시픽 물류창고. 2013년 안성 코리아 냉동 창고 화재로 인하여 인명 및 재산피해가 반복되고 있다.
물류창고의 내․외벽 및 지붕구조에 쓰이는 마감 재료가 화재발생 시 불길에 오래 견디고 대피 및 화재안전성을 확보할 수 있는 난연성이 나 내화구조 재료가 화재에 미치는 영향은 중요할 것이다. 물류창고의 샌드위치 패널 화재안전성에 연관된 선행 연구는 다음과 같다.
샌드위치 패널의 실제 물류창고에 대한 화재사례를 이천 로지스올 냉동 창고, 부산 암남동, 이천 코리아와 실태 조사하여 화재원인 조 사 및 분석을 통한 결과로 샌드위치 패널이 불에 잘 타지 않는 무 기단열 재료인 글라스울은 불연 재료를 사용방안과, 연소 확산 속도 를 지연, 독성 가스가 발생하지 않는 ALC패널 자재의 중요성을 분 석하였다. 정책적 방향 및 향후 연구로 현재의 방화구획의 설정에 한계가 있으므로 철저한 기준 적용, 창고 내부를 방화구획 마감재
내화 인증 시험에 통과한 재료를 확인하고 시공되었는지 철저한 관 리방안을 언급하였다(손문범, 2013).
페놀 수지폼에 대한 화재 위험성을 난연 폴리우레탄폼과 일반 폴 리우레탄폼과 비교 평가하기 위해 콘칼로리미터 실험에 의한 가스 유해성 실험을 실시하여 연기와 열적 특성을 분석하였다. 이 결과로 페놀 수지폼이 난연 및 일반 폴리우레탄폼보다 가스 유해성에서 네 배정도로 우수한 성능을 제시하였다(채학병, 2014).
샌드위치 패널의 심재로 사용되고 있는 우레탄이나 스티로폼이 유 기단열재를 사용하기 때문에 인화점이 매우 낮아 스티로폼의 취약 한 내화성을 보강하기 위해 경량기포콘크리트를 다양한 섬유와 혼 입하는 강도 실험을 실시하였다. 고로슬래그와 시멘트의 다양한 조 건으로 배합한 결과 가장 우수한 결과를 도출하였다. 정책적 방향 및 향후 연구로 기존의 샌드위치 패널의 장점인 시공의 용이성 및 운반과정의 장점을 살리기 위해서 적절한 크기의 콘크리트와 양면 의 부착성 방안을 제시하였다(김재경, 2012).
샌드위치 패널이 화재에 취약하고 유독가스에 의한 인명피해가 크 다는 것은 미리 알려져 있다. 그럼에도 불구하고 선행연구에서는 샌드위치 패널의 열적, 연기특성, 경량기포 콘크리트적용 등 확인 탐색하려는 연구 에만 그치고 있으며, 대형화재로 이어지는 확산 방지와 근로자의 작 업방법 및 관리감독강화, 화재예방대책 등 구체적인 해결방안에 대 한 분석까지는 나아가지 못하고 있는 실정이다. 이러한 문제인식 때
고 화재안정성을 분석 하였으며 먼저 대형화재로 확산되는 원인을 샌드위 치 패널의 재료적 특성을 세분화하여 분석하였다.
나. 연구의 목적
물류창고의 내, 외부 마감재는 샌드위치패널인 심재가 가연성물질 소재로 물류창고의 화재는 반복적으로 발생하여 인명과 재산피해를 주고 있다. 물류창고의 화재원인의 문제점을 탐색하고 화재예방대책 을 다양하게 분석하여 결과를 제시하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 기존의 화재조사분석 보다는 화재원인 문제점을 TRIZ 기법으로 화재원인을 분류하여 물류창고화재에 적정하게 작동하는지 분석한다.
다음으로 TRIZ로 화재원인을 분류한 세부항목을 토대로 4M모델을 적용 하여 화재원인을 도출한다.
끝으로, TRIZ로 화재원인 분류와 4M모델을 적용하여 화재원에 대한 세 부내용을 토대로 인적, 기계, 설비적, 작업, 환경적, 관리적 예방대책을 도출 하여 구체적인 해결방안을 제시 한다.
이 연구는 물류창고 화재 문제의 모순을 도출하고 TRIZ기법을 적 용하여 화재원인 분류와 4M모델 적용을 통해 화재 피해를 최소화하여 안전한 물류창고의 유통시스템 활성화 방안에 기여하고자 한다.
2. 연구의 범위 및 방법
가. 연구의 범위
물류창고는 물품의 보관역할 및 물자 유통의 효율적인 흐름을 위 한 핵심기능과 시스템으로 고객에 대한 물품배송에 중요한 기능을 담당하고 있다. 소비자의 욕구에 부합하기 위해 다양한 상품에 대한 용도와 종류에 따라 위험물 보관 창고, 일반창고, 냉동·냉장창고 등 으로 나뉘며 규모도 대형화로 건축되고 있는 추세이다. 건축물 층고 가 높고 폭이 넓은 구조로 외부마감재가 샌드위치패널로 화재에 취 약한 자재로 인해 화재가 발생할 경우 많은 재산 및 인명피해를 동 반하고 있다.
최근 반복적으로 화재피해가 발생하고 있는 물류창고의 샌드위치 패널의 범위를 한정하여 국내의 물류창고 화재사례를 분석, 조사하 여 화재예방대책을 개선방안을 제시하고자 한다.
나. 연구의 방법
물류창고의 화재가 반복적으로 대형화재로 증가하고 있는 상황에 서 화재원인에 대해 TRIZ의 방법론을 접목시켜 근본적으로 해결하 고자 한다. TRIZ의 방법론은 문제의 근본원인 분석을 통해 해결 모
인 분석 방법론으로 기존 재해사례에 접목하여 화재원인을 분석하 여 보고, TRIZ 기법의 다양한 방법론에 대해서 살펴보고, 구체적으 로 화재 원인 분석 방법과 어떤 방안으로 접목할 수 있는지에 대해 모색해 보고자 한다.
3. 연구의 구성 및 흐름도
가. 연구의 구성
이 연구는 이천 물류센터 화재의 계기와 화재원인인 건축물 마감 재 샌드위치패널 화재에 대한 연구이다. 다음과 같이 진행되었다.
첫째, 물류창고의 반복적 대형화재로 발생한 배경과 물류창고의 규 정을 살펴보고 연구의 필요성을 파악한다.
둘째, TRIZ의 방법론은 문제의 근본원인 분석을 통해 해결 모델링 및 문제 해결 으로 구분할 수 있다.
셋째, 이론적 고찰로 물류창고의 종류, 물류창고의 정의, 물류창고의 재료적, 구조적특징 그리고 국내 물류창고의 면적별, 지역별 현황을 문헌 조사를 통하여 분석하였다.
넷째, 물류창고의 화재사례분석 및 현장실사 위험요인을 분석하여 TRIZ 기법을 접목시켜 세부적인 화재원인에 대한 분류와 분석을 실 시하였다.
다섯째, 이렇게 조사한 내용을 토대로 물류창고의 특징을 파악하여 인명 및 재산보호를 위한 적합한 Pre-flashover, Post-flashover, Flashover를 적용하고 4단계 4M이론에 접목하여 인적, 기계, 설비 적, 작업, 환경적, 관리적 예방대책을 제안하고자 한다.
나. 연구의 흐름도
물류창고의 TRIZ 기법에 의한 물류창고의 화재원인분석과 4M관리 효율 화 방안을 물류창고 화재의 대형 확산원인에 대해 Pre-flashover, Post-flashover, Flashover로 화재원인을 세부적으로 분류하여 4M을 중점으로 연구하고자 한다.
따라서 이 연구는 제1장 서론, 제2장 TRIZ기법과 4M모델, 제3장 이론적 고찰, 제4장 선행 연구 검토, 제5장 연구 설계 및 분석기준 제6장 물류창고 화재예방대책 제7장 결론 및 물류창고의 화재예방 대책으로 진행하였으며 연구의 흐름도는 다음 <그림 1-1>과 같다.
[그림Ⅰ-1] 연구의 흐름도
Ⅱ. TRIZ기법과 4M모델
TRIZ기법은 문제해결기법으로 1946년 알트 슐러에 의해 개발되었다.
알트 슐러는 200 만건 이상의 특허를 분석하였으며, 공통점은 모순 을 해결할 수 있다는 것을 발견하였다. 혁신과 발명을 달성하기 위한 구조적인 접근법으로 TRIZ는 문제의 모순을 도출하고, 다양한 자원 접근방법론을 접목하여 IFR을 이루고자 함에 있다. TRIZ를 활용한 논문 분석 결과를 보면, 비공학은 29.6%, 공학은 54.5%를 차지하며 논문 전체의 35%를 차지하고 있다.
반복적으로 발생하는 유사 화재사고는 근본적인 모순을 찾지 않고 추상적 대책과 원인만 강구하기 때문일 수도 있는데, 사람들이 원하 는 사항과 기술의 모순을 문제의 개념 단계에서 조사해보는 것은 매우 중요한 일이다.
이천 물류창고 화재를 살펴보면 사람들이 원하는 사항은 물류창고 현장 작업자의 안전을 최대화하여 생산성을 높이기 위함인데 반면 에, 기술사항에서는 안전성을 높이기 위하여 샌드위치 패널 내화성 능, 방화구획, 스프링클러설비 등을 설치하여야 하고, 이를 위해서는 자재비와 작업자 및 관리자를 투입하여 많은 비용이 소요되게 된다.
이러한 모순 관계로 인하여 용접작업 시 관리자 및 보조자 없이 홀 로 작업하다 배관용접시 불티를 확인하지 못하게 된다.
이러한 모순을 극복하기 위한 이상적 해결책은 화재 안전관리를 확보하면서 작업자의 작업환경 안전성을 확보 및 성능위주기반의
설계나 안전기준, 법 개정 등을 필요로 하는 것이다. 현장에서 필요 한 사항에 따라 2가지 중요한 사항을 선택할 수 있으며, 현장에서 중요한 사항을 화재재해를 근원적으로 해결하는 해결목표가 된다.
물류 TRIZ기법을 적용한 화재원인에 대한 분류로 인해 최종 단계는 4M 인간, 설비, 환경, 관리적 관점에서 예방대책을 분석한다.
1. TRIZ기법 이론
가. TRIZ기법
TRIZ 기법이란 창의적 문제해결기법으로 혁신과 발명을 달성하기 위한 구조적인 접근법으로 1946년 러시아의 알트슐러에 의해 개발 되었다. 어원은 러시아어인 Teoriya Reschniya Izobretatleskikh Zadatch의 머리글자로 Theory of inventive Problem Solving으로 사용된다.
Altshuller (1998)는 이상적 시스템을 “요구되는 기능을 수행하면서 도 존재하지 않는 시스템”이라고 정의하였다.
TRIZ의 주요원리는 모순, 이상성, 시스템 3가지이다. 원하는 기능 을 간단한 도구만을 이용하여 수행되는 것은 이상성을 의미한다.
없는 것들 사이의 대립을 의미한다.
TRIZ는 모순을 물리적모순과 기술적 모순으로 구분하고 있다.
Altshuller(1998)는 두 가지 기술적 특성이 서로 상충 되는 것을 기술적 모순으로 문제해결을 위한 과정에서 39가지의 기술적 특성 을 추출, 해결방안을 40가지 발명원리로 제시하였다.
물리적 모순은 동시에 다른 것들을 서로 가져야 하는 것을 의미 하는데, 시스템이 지니고 있는 한 가지 특성이 높아야 하고 그와 동 시에 한 가지를 낮게하고 이와 동시에는 존재하지 않아야하는 상황 을 의미한다.
TRIZ는 기술문제에 대한 접근을 다양한 방법으로 시도함으로써 엔지니어가 최상의 방법을 효율적으로 찾을 수 있도록 도와준다. 문 제해결을 위해 우선 목표를 정의하고 근황분석과 기능분석을 상호 보완을 통해 문제점을 분석하여 해결 모델링하고 도출된 문제점에 대하여 해결책을 모델링 하여 검증절차를 거쳐 현실적으로 구체적 해결책을 모색한다. TRIZ기법으로 문제점에 대한 접근을 nine windows를 활용하여 가장 큰 문제점을 하부, 현재, 과거, 미래 및 상부 조직으로 구분하여 문제에 접근함으로써 목표달성에 대해 접 근한다. 도출한 문제점에 대해 목표달성에 맞게 구체적이고 정량적 이며 현실에 적응성 있는 대책을 수립한다. 이 연구에서는 TRIZ 기 법을 활용하여 물류창고의 화재로 인한 문제해결 방안을 구체화하 고자 한다. 문제점의 모순을 도출하고, 활용할 수 있는 자원에 다양 한 방법론을 접목하여 최상의 목표를 이루고자 한다.
TRIZ는 창의적 문제해결을 도출하기 위해 다양한 방법을 연구함으로써
문제를 정확하게 정의하는 것이 중요하다.
문제를 해결하기 위해서 처럼의 단계 아이디어의 직관적인 속성과 물리 적 특성의 변화를 제시한다. 가능성 있는 여러 요구사항과 다양한 실현 방법을 도출하는 것이 필요하다. 처음단계의 아이디어에서 역 아이디어 를 도출하며, 마지막으로 역 아이디어로 인해 해당시스템에 미치는 영향을 문제의 정의 단계와 비슷하게 현상 위주로 기술한다. 영향은 문제를 해결하는 단계에서 제한조건의 역할을 하기도 한다.
이 네 단계를 통해 도출된 문제의 정의와 영향은 트리즈에서 얘기 하는 기술적 모순에 해당하고, 기본아이디어와 그 역 아이디어는 물 리적 모순이라고 할 수 있다. 그리고 요소기술과 TRIZ를 적용하여 문제와 역 아이디어 또는 영향과 아이디어를 동시에 만족하는 조치 를 찾아서 해결방안을 도출할 수 있다.
이 연구에서 TRIZ기법을 활용하여 물류창고 화재 문제해결 방법을 구 체화하고자 한다. 문제점의 모순을 도출하고, 활용할 수 있는 요인들을 다양한 접근방법론을 접목 하여 IFR를 이루고자 한다. TRIZ기법을 활용 한 물류창고의 모순 탐색 단계를 거쳐, TRIZ기법으로 사고의 전환을 통 해 물류창고의 이상적 해결책을 제시할 수 있는 것이다.
나. TRIZ를 활용한 재해원인 분석 방법론
1) TRIZ기법의 문제해결 프로세스
TRIZ의 적용 프로세스는 문제의 정의부터 문제해결책의 평가에 이르는 4단계로 구성되며, 이를 방해하는 4가지 요인으로 다음 [그 림Ⅱ-1]과 같이 구분할 수 있다.
1단계에서는 사진이나 그림 등을 이용하여 문제의 분석과 상황을 정확하게 표현 및 검토하여 용어를 일반화하고, 구성하는 문제의 요 인을 파악하여 이상적 해결책(IFR)을 기술한다.
[그림 Ⅱ-1] 문재해결을 방해하는 4가지 요인
2단계에서 문제의 모순 분석을 통해 연쇄 질문을 활용하여 내재하 고 있는 모순의 관계를 파악하여 도식화를 통하여 정리한다. 3단계 에서 모순 해결을 위해 기술적 모순은 39가지 40가지 기술적 파라
미터의 발명원리를 적용하여 해결방안 도출과 모순의 도출 유형에 따라 해결방안을 도출한다. 물리적 모순은 분리의 원리로 해결안을 도출한다. 4단계에서는 모순 해결을 통하여 아이디어들에 대한 평 가를 실시한다.
2) TRIZ 기법을 통한 문제접근
TRIZ의 근본원인 분석 문제현상에 대한 상호 인과관계 분석을 통 하여 모순도출 및 근본원인분석 방법론으로 결과에 영향을 주는 모 든 원인과 원인에 의해 작용하는 모든 것을 찾아내는 것이다.
[그림Ⅱ-2] 와 같이 문제를 일으키는 근본원인을 제거하면 인과관 계의 상위 문제들이 순차적으로 해결되고 결국 최상위 문제가 해결 되는 RootCause Analysis의 문제해결 논리를 사용한다.
[그림 Ⅱ-2] TRIZ 기법의 근본원인분석
문제 현상에 대한 인과관계 분석을 통하여 모순 도출 및 근본원인 을 도출하는 근본원인 분석 방법론이다.
[그림Ⅱ-3] 와 같이 어떠한 원인의 결과는 동시에 다른 결과의 원 인일 수 있으며, 어떠한 결과의 원인은 동시에 다른 원인의 결과일 수 있다. 하나의 문제를 일으키는 데는 두 개 이상의 원인이 ‘or’와
‘and’로 관여할 수 있다. ‘or’로 연결된 원인은 둘 중 하나만 제거하 여도 문제를 해결할 수 있으며, ‘and’로 연결된 원인은 원인1과 원인 2를 모두 제거 하여야 문제를 해결할 수 있다. 상단에서 하단으로 갈수록 세부원인이 된다.
[그림Ⅱ-3] TRIZ 기법의 문제 성립
3) 재해사례분석에 적용
재해사고가 일어나는 근원을 찾아보면 시스템에 의한 충족과 기술 시스템에 의한 충족 간의 차이로 인해 모순이 발생하기 때문이다.
반복적으로 발생하는 같은 유형의 재해사고는 근본적인 모순을 찾 지 않고 대책만 강구하는 행위와와 피상적인 원인 때문일 수도 있 는데, 기술 시스템간의 모순을 문제의 정의 단계로 부터 탐색과 사 람들이 요구하는 사항을 해보는 것은 매우 중요한일이다.
[그림Ⅱ-4]와 같이 기술 시스템에서는 안전성을 확보하기 위하여 소방시설, 방화구획 등을 설치하여야 하고, 사람들이 요구하는 사항 은 건축 공간 효율을 극대화하여 경제성을 높이기 위함이다. 이를 위해서는 비용이나 공간 확보가 필요하다. 이러한 모순 관계로 인하 여 재활용 쓰레기 집하장으로 불법 용도로 변경 사용 및 미화원 휴 게실을 별도로 마련하지 않고 피트 실을 사용하게 되었다.
[그림Ⅱ-4] 모순발견
[그림Ⅱ-5] 와 같이 이러한 모순을 극복하기 위한 해결방안은 안 전성을 확보하면서 공간효율을 극대화하거나 경제성을 확보하면서 안전설계나 안전시설을 설치하는 것이다. 현장의 요구 조건에 따라 2가지 해결방안 중 선택할 수 있으며, 재해를 근원적으로 해결하는 해결목표가 된다.
[그림 Ⅱ-5] 해결방안 도출
4) 근본원인분석에 관한 예방대책
TRIZ의 근본원인분석 기법은 물류창고 샌드위치 패널의 화재를 거시적, 미시적으로 모두 접근 가능하여 화재원인의 근복적 원인 방 법론으로 유용하게 사용될 수 있다.
<표 Ⅱ-1>와 같이 물류창고 샌드위치 패널의 화재에서 출발하여 Pre-flashover, Post-flashover, Flashover 분류하였으며, 1단계 Pre-flashover는 가연성, 발열량으로 세부원인이 분류하고, Post-flashover 접합부, 부착방법은 세부원인으로 분류되어 체크하 고 Flashover 원인으로 착화 및 열분해, 접합부로 세부원인이 분류 되었다. 2단계 Pre-flashover 가연성은 화재강도, 접합부균열로 세부 원인이 분류되어 체크하고 발열량은 급격한 화재, 발연계수로 세부 원인이 되어 체크하고, Post-flashover 접합부는 간격틈새, 내화성능 저하로 세부원인으로 분류되어 체크하고, 부착방법은 성능차이, 화 재성능평가로 세부원인으로 분류되어 체크하고 Flashover 착화 및 열분해는 가스축적, 화염복사는 세부원인으로 분류되어 체크하고, 접합부는 변형, 외기 유입으로 세부원인으로 분류되어 체크한다. 3 단계 Pre-flashover 가연성은 화재성장, 초기화재실패로 세부원인이 분류되어 체크하고 발열량은 흑연발생, 유독가스로 세부원인이 되어 체크하고, Post-flashover 접합부는 화염전파, 화재위험성확대로 세 부원인으로 분류되어 체크하고, 부착방법은 위험성감소로 세부원인 으로 분류되어 체크하고 Flashover 발화, 화염확대로 세부원인으로 분류되어 체크하고, 접합부는 격렬 연소, 건물붕괴로 세부원인으로
분류되어 체크하고, 3단계에서 다시 2단계의 원인이 더 구체적인 세 부항목으로 분류되어 체크하도록 구성된다. 4단계에서는 각 요인들 을 4M 모델 관점에서 예방대책을 수립한다.
<표 Ⅱ-1> 근본원인 분석
구분 1단계 2단계 3단계 4단계
Pre-flashover
가연성 화재강도
접합부균열 화재성장
초기화재실패
4M(인간, 설 비,
환경, 관리)로 세부 원인 기 술
발열량 급격한 화재
발연계수 흑연발생
유독가스
Post-flashover
접합부 간격틈새
내화성능저하 화염전파
화재위험성확대
부착방법 성능차이
화재성능평가 위험성감소
Flashover
착화 및 열분 해
가스축적 화염복사
발화 화염확대
접합부 변형
외기유입
격렬 연소 건물붕괴
2. 4M모델의 이론
4M모델은 사고의 원인을 파악하기 위해서 재해와 연관성 있는 사항을 조사 하고 분석하여 요인들의 관계를 밝히는 방법이다.
이 이론은 미 공군에서 연구 개발하여 현재 미국의 NTSB(국가교통안전위 원회)가 채택하여 세계적으로 재해의 원인과 결과를 분석할 때 사용하고 있 다. 4M 이론을 접목하여 화재근본원인 항목적용하면 <표Ⅱ-2>와 같다.
인적요인(Man)은 인간이 일으키는 실수를 휴먼요소라 한다. 분석할 때 안전 의식 부족, 생리적 요인, 심리적 원인, 기술 미숙, 휴먼에러, 인간행동 의 신뢰성, 작업방법의 부적절, 법규미준수와 관계가 있다.
기계, 설비적 요인(Machine)은 물적 조건으로 기계 · 설비를 말하지만, 기계 설비 설계상의 결함, 자재, 설비 불량, 안전장치 미설치, 설비 오작동, 위험 방호장치의 불량이 포함된다.
작업, 환경적 요인(Media)은 매체로 작업방법, 작업환경, 주위환경, 가스, 연기, 공간, 화학물질, 물건 적재 작업에 관한 정보, 등을 가리킨다.
관리적 요인(Management)은 방재실의 관리 부족, 매뉴얼의 미작성, 안 전보건법령의 철저, 교육훈련 부족, 안전관리계획 미흡, 규정, 법적 대 상 아님, 안전보건규정 등의 정비, 안전보건교육, 안전보건관리조직, 작업의 지휘감독, 작업계획 등을 말한다.
<표 Ⅱ-2> 4M에 의한 근본원인 항목
근본 원인(4M) 항목
인적(Man) 안전의식부족, 심리적 원인, 생리적 요인, 기술 미숙, 휴먼에러, 작업방법 의 부적절, 법규미준수
기계, 설비(Machine) 기계 설비 설계상의 결함, 안전장치 미설치, 자재설비 불량, 위험 방호장 치의 불량, 설비오작동
작업, 환경(Media) 물건 적재, 주위환경, 화학물질, 가스, 작업방법, 공간, 연기 등 발생
작업관리(Management) 매뉴얼의 미작성, 유지 관리 불충분, 방재실의 관리 부족, 규정, 안전관리 계획, 교육훈련 부족
Ⅲ. 이론적 고찰
1. 물류창고의 개념
물류창고란 고객이 주문한 상품을 보관하면서 출고와 하역, 배송의 핵심기능을 수행하는 물류유통 시설을 말한다. 즉 제조에서 소비자 에게 배송되기 전까지의 물품을 보관하는 곳으로 훼손 또는 멸실을 방지하기 위한 보관시설 또는 장소를 말하는 창고의 개념이다.
물류사업의 범위는 물류시설 운영업, 물류서비스업, 화물운송업, 종 합물류서비스업으로 구분하며 물류시설 운영업에 창고업이 속해 있 다. 이 창고업은 농·수산물창고업, 냉장 및 냉동 창고업, 일반창고업, 위험물품보관업 및 그 밖의 창고업으로 구분되어 있다.
물류란 통신 기초시설, 수송 기초시설 등 기업이 자체적으로 관리 할 수 있는 유통·가공·정보기능 및 국가기간 산업 활동과 관련된 부 분 및 수송·보관·하역·포장을 총체적으로 나타내는 말이다.
또한, 관련 법규에 의하면 물류창고는 “화물의 저장·관리, 집화·배 송 및 수급 조정 등을 위한 보관시설·보관 장소 또는 이와 관련된 하역·분류·포장·상표부착 등에 필요한 기능을 갖춘 시설”을 말한다.
2. 물류시설의 창고 현황
물류가 우리의 생활전반에 영향을 미치고 있다는 점에 대해 이를 관 장하는 물류시설 역시 큰 변화를 보이고 있다.
「물류시설의 개발 및 운영에 관한 법률」제1조제1항에서 "물류시설"
이란 화물의 하역, 보관, 운송을 위한 시설, 화물의 운송ㆍ보관ㆍ하역과 관련된 가공ㆍ조립ㆍ분류ㆍ수리ㆍ포장ㆍ상표부착ㆍ판매ㆍ정보통신 등의 활동을 위한 시설, 물류의 공동화ㆍ자동화 및 정보화를 위한 시설, 등이 모여 있는 물류터미널 및 물류단지라 정의하고 있다. "물류창고"란 화물 의 저장ㆍ관리, 집화ㆍ배송 및 수급조정 등을 위한 보관시설ㆍ보관 장소 또는 이와 관련된 하역ㆍ분류ㆍ포장ㆍ상표부착 등에 필요한 기능을 갖 춘 시설이라고 정의하고 있다.
국가물류통합정보센터에 따르면 현재 2020년 06월 기준 물류창고업에 등록된 등록 건 수는 총 3,655건으로 확인됐다. 창고업 1,332건 항만창고 209건, 보세창고 602건 보관저장업 153건 식품위생법 냉동냉장 514건 건 축산물보관 519건 식품산업진흥법 냉동내장 326건으로 나타났다. 국토 교통부에서는 물류시설의 효율적 관리를 위해 1,000㎡ 이상의 물류시설 과 “건축면적 합계가 4,500㎡ 이상인 보관 장소에” 대해선 국가물류통합 정보센터를 통해 관리하고 있다. 면적으로는 서울특별시, 경기도, 인천광 역시가 약 8,539천㎡으로 전체 15,466천㎡의 약 55.2% 를 차지하고 있다.
수도권의 경우, 창고업 등록수가 대규모 창고와 비중도 더 높은 것으로
약 679((51%), 경상남도156(12%,), 경상북도70(5.2%), 전라남도60(4.5%) 순으로 나타났다.
가. 산업재해 사상자 발생현황
국가물류통합정보센터의 2020년도 6월 자료에 의하면, 우리나라 전 체산업재해 발생현황은 아래 [그림 Ⅲ-1]에 나타낸 바와 같다.
전체산업재해 51,797명 중 운수창고 통신업은 3,470명(6.69%) 재해 자 수로 나타났다.
[그림 Ⅲ-1] 전체 산업재해 발생현황
국가물류통합정보센터의 2020년도 6월 자료에 의하면, 우리나라 전 체산업재해 발생현황은 [그림 Ⅲ-2] 에 나타낸 바와 같다.
전체산업재해사망자 1,101명 중 운수창고 통신업은 84명(7.629%)의 사망자수로 나타났다.
나. 면적별 물류창고업 등록현황
2020년 3월 국가물류통합정보센터의 자료에 의하면, 우리나라 면적 별 물류창고업 등록현황, 시도별은 다음 <표 Ⅲ-1>에 나타난 바와 같다. 면적이 10,000 ㎡ 이상인 업체 수는 총 357개, 2,000∼5,000 ㎡ 미만인 업체 수는 총 435개로 가장 많다.
<표 Ⅲ-1> 면적별 물류창고 현황
다. 지역별 물류창고업 등록현황
2020년도 3월 국가물류통합정보센터의 자료에 의하면, 우리나라 지 역별물류창고업 등록현황은 <표 Ⅲ-2>에 나타난 바와 같다.
지역별 물류창고업 등록현황에서 경기도 지역이 가장 많은 지역으 로 나타났으며 경상남도, 인천광역시, 부산광역시 순이다. 이는 부산 광역시와 경상남도 지역적 특색이 반영되었고 서울 근교의 인천광 역시와 경기도는 인구밀집과 관련이 있는 것으로 보인다.
<표 Ⅲ-2> 면적별 물류창고 현황
라. 구조 및 보관 운영형태에 의한 분류
<표 Ⅲ-3>과 같이 물류창고의 보관형태에 따라 보통창고와 저장 창고, 정온창고, 야적저장창고, 위험물창고, 냉동·냉장창고 등으로 분 류되고 있으며 정온창고는 공조기를 이용하여 습도와 온도를 조정 할 수 있는 창고를 말한다. 운영형태에 따라 영업 창고, 자가 창고, 리스창고, 공공창고로 분류된다. 즉, 기업이 영업 창고를 사용하느냐 또는 자가창고를 사용하느냐에 따라 많은 비용의 차이가 발생하는 데 이는 제품가격에도 영향을 미쳐 제품의 경쟁력과 연관되기 때문 이다.
민간 기업이 직접 소유하는 자가 창고는 자기의 물품을 보관하기 위한 창고이다. 다른 기업이 의뢰한 물품을 보관해 주고 그에 대응 하는 일정의수수료를 받는 영업 창고를 말하며 리스창고는 기업이 보관공간을 리스 하는 것으로 장기의 자가 창고를 건설하는 것과 단기의 영업 창고를 이용하는 것 중간적인 것은 리스창고라 할 수 있다. 공공창고는 지방자치단체 및 정부가 공공의 이익을 위해서 설 립한 창고로 관설 보세창고, 공립창고, 공공 임대 창고 등을 말한다.
저장창고는 내화구조로 지반에 정착한 저장탱크로서 주로 분립체, 곡물 등이 부두에 설치되어 있다. 야적창고는 옥외창고로 노천에 보 관하는 야적 보관을 위하여 철책, 담장 등을 설치하여 컨테이너, 목 재 등을 야적형태로 보관하는 창고이다.
냉장, 냉동 창고는 냉각설비를 갖춘 단열된 건물의 창고(10℃ 이 하)를 말하는데 냉동 창고는 F급(-20℃이하), C3급(-2℃ ~10℃), C2 급(-10℃ ~ -2℃), C1급(-20℃ ~ -10℃)으로 분류된다.
위험물창고는 인화성 또는 발화성 물질 등 인위적으로 저온을 유 지 및 물품을 안전하게 보관하기 위한 창고를 말한다.
<표 Ⅲ-3> 보관형태에 따른 물류창고의 종류
구분 특징
야적창고 “소유자의 토지 위에 제품을 보관하는 창고”
일반창고 “완제품이거나 특별한 처리를 필요로 할 때까지 보관하는 창고”
위험물 창고 “화학제품 등 위험물 등을 보관하는 창고”
냉동 냉장 “냉장식품, 냉동식품 등 상하거나 변질 우려가 있는 제품 보관”
3. 물류창고의 샌드위치 패널
가. 샌드위치 패널의 재료별 특성 및 구성
1) 우레탄폼 패널 및 PIR패널
폴리우레탄을 구성 재료로 하고 프레온과 이산화탄소 같은 휘발성 용제를 발포제로 섞어서 만드는 발포 제품을 말한다. 난연성, 단열 성능, 구조성능, 내열성, 절연성 등의 성능이 우수한 반면 유기질 단 열재이므로 화재에 의해 내부 심재가 용융하면서 연소하여 유독가 스가 발생된다. PIR 패널은 화재시 변형 및 손상에 강하고 발연성을 감소시켜 화재 저항성을 강화시킨 패널로서 비교적 안정된 난연 성 능을 가진 것으로 인정되지만 두께가 두꺼운 제품 생산에는 다소 어려움이 있다.
2) 그라스울 패널
무기질 단열재는 솜사탕을 만드는 것처럼 광물을 용융하여 고압분 사나 고속회전력을 이용하여 섬유화하여 일정한 형태로 성형하여
만든다. 무기질 단열재는 연속기공을 형성하고 있어 단열성이 뛰어 나고 화재시 유독가스를 발생시키지 않아 건축물은 물론 선박, 내화 구조, 산업플랜트, 방화에까지 활용한다.
3) 미네랄울 패널
미네랄 울은 제철소의 슬래그를 원료로 하는 내열성이 높은 무기 질 광물 섬유로 경량성, 단열, 흡음성, 불연성, 내구성의 특징을 갖춰 플랜트설비, 방화, 선박, 건축설비, 내화구조에까지 활용된다. 순수 무기질 섬유 및 현무암, 안산암 등의 광석을 사용하여 화재시 유독 가스를 발생시키지 않는 내화성이 뛰어난 내화구조로 지정된 패널 이다.
4) 발포 폴리스티렌폼 패널
폴리스티렌은 스티렌의 중합체이며 EPS는 폴리스티렌을 발포해 서 만든 제품으로 100℃이상에서 부드워지고 185℃ 정도가 되면 점 성의 액체가 된다. 패널은 재질에 따라 유기질 패널과 무기질 패널 로 구분하는데 유기질 패널은 주로 석유화학제품인 유기원료를 발 포해 만들고 대표적인 것이 폴리우레탄폼과 폴리스티렌폼(스티로폼)
외부 표면에 부착한 패널로 표면강판은 실리콘 폴리에스테르 불소 코팅이나 코팅하여 제작이 용이하고 단열성능이 우수하며 가격도 싸고 시공비도 절감할 수 있다. 2008년 이천 코리아 2000 냉동 창 고, 1999년 화성 씨랜드 건축물에 발생한 화재가 외부마감재에 사용 한 스티로폼 패널로 이어져 인명피해가 크게 나타났다.
우레탄 패널은 폴리우레탄폼을 사용하는 샌드위치패널의 일종으로 폴리우레탄폼은 연질과 경질로 구분되며 단열재로는 경질제품이 사 용된다. 다른 단열재에 비해 내구성 및 단열성 강도 등이 우수하여 물류창고, 냉동 창고에 많이 시공되어 왔다.
나. 구성
<표 Ⅲ-2>와 같이 물류창고 건축에 일반적으로 사용되는 패널에는 단판과 복판, 2종류가 있으며 이 중 복판을 샌드위치패널이라고도 한다. 건축자재로 사용되는 샌드위치패널은 외부를 구성하고 있는 표면 재와 금속재 표면재 사이에서 차음 및 단열 방습, 방수 등의 기능을 하는 중간 단열재, 패널과 패널, 벽체와 패널 등의 틈새를 메우기 위한 마감재와 고정재 등으로 이루어져 있다.
<표 Ⅲ-4> 샌드위치패널의 구성요소
1) 표면재
표면재는 심부의 단열재를 기준으로 외면을 구성하는 복판으로 샌 드위치패널의 겉면을 구성하는 금속재를 표면재라고 하며 건축물의 외벽, 내벽, 지붕 용도로 사용하기 때문에 일정기준이상의 강도가 필요하다.
금속판 표면재로는 아연도금 강판, 알루미늄 판이 주로 사용되나 건축물의 내벽 및 외벽, 지붕으로 흔히 쓰이고 있는 표면재는 아연 도금 강판이다.
구성 구성 요소 주요 기능
마감재 코 킹재, 백업재 충격흡수, 시공오차, 차음,
방수효과, 틈메우기 등 고정재 볼트, 앵커, 조정볼트(높이
조절 가능), 콘크리트 못 등 패널고정 중간 단열재
(심재) 우레탄폼, 글라스울,
미넬랄울 스티로폼 등 차음, 단열, 방습, 방수
표면재 석고보드계, 합성수지,
금속판계
하중분산, 방수, 방화, 단열, 차음, 모양형성
2) 마감재
고정재는 샌드위치패널을 고정하기 위한 부자재로서 볼트와 앵커, 밷드, 잡아 쇠, 받침대 등으로 분류된다. 고정재는 패널과 패널, 수직 보강재인 철재 빔과 패널 또는 수평보강재, 부수 건축물과 패널의 고정에 주로 사용된다. 샌드위치패널 설치공사에 틈새나 접합부의 간격을 메우기 위하여 사용되는 것으로 코킹재와 백업재로 구분된 다. 코킹재는 벽면과 칸막이벽의 접합부분에 폴리스틸렌 폼 백업 재 와 고무류의 백업재가 충전되어 있는 부분에 사용된다. 백업 재는 주로 칸막이 벽체 사이의 틈새부분과 패널에 사용되며 스펀지, 펠 트, 성형고무 등이 이용된다.
4. 물류창고 화재의 플래시오버 현상
가. Pre-flashover
플라스틱 고분자는 가연성 물질이면서 발열량이 높아 화재가 급격 히 성장하고 발연계수가 커서 다량의 연기를 발생시키고 탄소를 포 함하고 있기 때문에 다량의 흑연이 발생하여 빛을 흡수하며 피난을 어렵게 만든다.
샌드위치 패널의 심재는 가연성 또는 불연성으로 구성되며 가연성 패널은 화재강도가 크면 접합부가 균열되어 초기소화에 실패 할 경 우 화재성장의 원인이 된다.
실내화재가 전실화재로 발전하느냐 여부가 가장 큰 단계이며, 전실 화재 전 단계의 화재는 건축자재 창문의 크기, 화원크기 구조, 연료 의 종류, 양 및 배열상태에 따라 전실화재까지의 시간 및 전실화재 여부가 결정된다.
[그림 Ⅲ-3] Pre-flashover
나. Flashover
플래시오버가 발생하면 패널 접합부의 변형에의해 외기가 유입되 어 격렬한 연소와 건물 붕괴 위험성이 있다. 가연물의 착화 및 열분 해로 분해가스의 실 천장 아래에 축적하여 고온 열 기류에 의한 화 염의 복사 강도 강화로 인해 노출 가연물의 온도 상승에 의한 발화 및 화염의 전면 확대를 통한 플래시오버 발생 가능성이 높다.
피난허용시간의 기준이 되며 방화 대책 면에서 플래시오버 발생시 간을 늦추는 것이 중요하다. 즉 국소화재의 연소열에 의해 천장류 의 온도가 상승하여 일정온도에 도달하면 그 천정류에서 방출하는
복사열에 의해 실내의 모든 미연소 가연물이 열 분해되면서 가연성 증기를 발생하여 착화됨으로써 실내의 모든 가연물 전체가 일시에 연소 되어 화염에 휩싸이게 되는 현상이다.
플래시오버의 전환기는 실내의 한 화재에서 모든 가연물이 연소상 태에 이른 한 구획실로 전환되는 것을 특징으로 플래시오버 이후단 계의 상황은 전실화재 확산으로 불린다.
구획실 화재에서 충분한 산소와 가연물이 존재할 때 갑자기 발생 한다. 플래시오버가 발생할 때 바닥의 낮은 위치 또는 연기로부터 보호되지 않은 표면위에 열과 벽을 포함한 구획실의 대부분 열과 연기 패턴을 형성한다. 이들 열 및 연기와 엄청난 양의 열에너지의 결과이며 플래시오버 상태의 구획 실에서 연기와 열에너지가 관찰 된다.
다. Post-flashover
샌드위치 패널은 접합부, 골조, 심재, 표면재, 부착방법에 따라 성 능에 현격한 차이가 있으므로 화재성능 평가시 고려하여야 위험성 이 줄어든다. 패널의 접합부에 간격이나 틈새가 생겨 화재 시 현저 하게 내화성능을 저하시키고 특히 심재가 용융하는 폴리스티렌폼이 나 우레탄폼의 경우 쉽게 화염이 전파되는 특성을 가지며 화재 확 대 위험성이 크다.
Post-flashover가 전실화재로 발전하게 되며 실내온도는 계속 상승 하여 1200 ℃이상까지 이루게 된다. 이 단계에서 실내온도를 결정하 는 변수는 연소에 필요한 공기의 유입상태 단열효과 및 연료의 연 소열량 등이다. 같은 종류의 연료일 지라도 연소시 공급되는 공기의 양이 달라지면 실내온도의 변화가 달라진다. 이 단계에서는 창문의 높이 및 크기 연료의 연소속도 등에 따라 연료지배형 화재나 환기 지배형 화재로 나누어지게 된다.
[그림 Ⅲ-5] Post-flashover
Ⅳ. 선행 연구 검토
1. 물류창고 화재에 관한 선행 연구
소방법에서 정의하는 창고시설은 위험물 처리 및 저장 시설을 제 외한 물품저장시설로서 냉동, 냉장, 창고를 포함한 하역장, 창고, 물 류터미널 집 배송시설 상품의 주문처리ㆍ재고관리ㆍ수송ㆍ보관ㆍ하 역ㆍ포장ㆍ가공 등 집하 및 배송에 관한활동과 이를 유기적으로 조 정하거나 지원하는 정보처리활동에 사용되는 기계ㆍ장치 등의 일련 의 시설로 정의하고 있다.
물류창고 화재의 위험성을 분석하여 소방법 및 건축법을 비교 및 검토하여 국내 실정에 맞는 소방대책 및 건축대책을 제시하였다.
물류창고의 소방법인 active system 및 건축법인 passive system 그리고 유지관리를 중점으로 NFPA5000 Building Construction and Safety Code 및 NFPA 13 Standard forthe Installation of Sprinkler Systems비교를 통해 분석하였다.
물류창고의 화재 사례와 물류창고의 문제점, 특징 및 대책에 대해 완벽한 방화구획의 확보, 현황, 창고 관련 국내·외의 법적기준, 피난 은 용도 및 규모에 상관없이 최소 2개 이상을 확보로 passive system이 확보가 되지 않으며 activesystem 만으로 재산 및 인명 보호를 할 수 없다. 이는 둘의 관계가 건축법, 소방법의 적절한 조 화를 통해 상호보완적으로 발전해야 한다.
전문적인 유지관리를 위해서는 모든 특정소방대상물에 대한 소방 시설 별 check list 및 자체점검 강화가 필요하다(유형주, 2020).
물류창고의 화재별 피해 확산 요인에 대한 분석 및 유형별 위험요 소로 인화성이 강한 샌드위치패널을 사용한 외부마감재 등이 원인 으로 나타났으며, 화재 확산 및 피해 방지를 위해서는, 창고시설이 면제를 받고 있는 방화구획 규정을 강화하고 가연성 샌드위치패널 의 사용을 제한하는 방안을 적극적으로 마련할 필요성을 언급하였 다(최영, 2017).
랙크식창고는 자동창고와 같은 의미로 화물을 격납하는 랙을 입체 적으로 고층화하여 격납공간 효율을 높인 것으로 스태커 크레인, 고 정식 다단 랙, 제어용 컴퓨터로 입·출고용 장치를 제어한다. 자동창 고란 모든 작업이 자동화되어 있는 창고로 일반창고와는 다르다. 랙 크식창고의 문제점과 인식에 대해 설문조사를 통해 KS 규정을 상호 보완하여 법규 개정안에 대한 제안을 하고 방재 공학적 분석을 통 해 화재특성 및 건축 구조적 특성을 이해하며 PIPENET 프로그램 을 통한 스프링클러설비의 최적화된 설계방향과 수리계산, 다양한 설계법에 대한 장⋅단점을 분석하였다.
창고내부의 소화는 수평적으로만 가능하여 수직으로 물품이 적재 된 상부 적재 물에는 소화가 가능하지 않아 소화전설비를 수직적인 소화가 가능하도록 개선방안을 제시하였다(이유식, 2019).
물류창고란 고객이 온라인에서 구매한 상품을 보관하면서 출고와
곳으로 정의할 수 있는데 이는 단지 물건의 훼손 또는 멸실을 방지 하기 위한 보관 장소 또는 보관시설을 말하는 물류창고로 정의하였 다. 물류창고의 형태를 살펴보면 국내의 물류창고는 임대형식으로 운영되고 있기 때문에 물류창고의 영세성과 노후화로 단순 적치 형 이 주류를 이루고 있어 화재가 발생하면 많은 피해가 발생하는 구 조에 대해 언급하였다.
물류창고는 창고기능에서 분류, 포장, 배송 등 기능이 확대됨에 따 라 고천장화, 자동화, 대형화로 인한 높은 화재하중과 대형 화재의 위험성이 나날이 증대되고 있다. 물류창고 건축 재료의 불연성능 개 선 및 개선, 안전기준 강화, 샌드위치패널 건축물의 화재진압장비 운영 및 개발 방안을 제시하였다(문태웅, 2014).
냉장창고는 일반적으로 저온창고, 동결된 물품을 보관하는 0℃~+10℃의 온도 대를 유지하는 창고(-18℃이하 보관)의 온도 대를 유지하는 창고를 지칭한다. 물류창고의 구조로 대형 냉동 창고는 저 온을 유지하기 위하여 기계류나 전기의 사용이 많고, 화재의 주요원 인인 샌드위치패널 재료와 방화구획을 중심으로 진행하였으며, 냉동 창고의 화재 확산 방지 방안으로 샌드위치 패널로 구성된 냉동 창 고로 범위를 한정, 냉동 창고의 화재 발생 현황, 개요, 문헌, 화재 위 험성을 대형 화재사례, 실태조사를 통하여 검증하여 분석하였다.
냉동 창고의 내부 재료가 가연성 우레탄폼인 단열재로 덮여 있는 특징과 밀폐공간으로 이루어진 집합체라고 볼 수 있으며 일반창고 에 비해 냉동 유지를 위한 전기시설, 기계 설비가 과부하 등으로 화재는 언제든지 발생할 수 있다. 즉, 창고 간 칸막이 재료를 불연
재료를 사용하도록 지침 마련과 불에 잘 타지 않는 무기단열 재료 인 글라스 울의 필요성을 제시하였다(손문범. 2011).
이상으로 물류창고 화재에 관한 선행연구를 종합정리하면 <표 Ⅳ -1>과 같다.
번호 저자 년도 연구제목
1
유형주 2020 “대형 물류창고의 화재 위험성 분석과 소방대책에 관한 연구”
NFPA 5000 Building Construction and Safety Code에서는 Type을 5개로 구분하여 내벽, 외벽, 기둥, 바닥, 보, 지붕 등에 각 각의 내화성능 기준을 명시 하는 것을 제시하였다.
2 이유식 2019 “랙크식창고의 화재위험성 분석을 통한 설계 개선방안 에 관한 연구”
랙크식창고는 많은 물류를 적재하기 위해 랙을 구성하여 각 랙 마다 고유의 주소를 부여하고 물류 시스템의 효율성을 언급하였다.
3
최영 2017 “국내 대형화재 사고의 피해 확산 요인에 관한 연구”
대형화재의 화재원인의 문제점 분석을 위한 ‘분석표’ 제시를 통한 지속적인 화재 발생 유형의 문제 도출 및 개선방안 제시
4
문태웅 2014 “대형 물류창고 화재안전 개선대책에 관한 연구”
샌드위치패널 물류창고의 화재 원인별 현황에 대한 통계분석을 통해 문제점을 도출하여 화재안전 개선방안을 제시하였다.
5
손문범 2011 “샌드위치패널 냉동차고의 화재 확산원인 및 개선방안에 대한 연구”
샌드위치패널로 구성된 냉동 창고의 화재 발생 현황 대형 화재 사례, 실태조사를 통하여 불에 잘 타지 않는 불연 재료를 사용하 도록 지침을 마련 및 무기단열 재료인 글라스 울의 필요성을 제 시하였다.
2. TRIZ 기법에 관한 선행 연구
전력설비과 관련된 갈등 및 민원 중에서 변전설비 또는 송전설비 건설과 관련된 것으로 이해 당사자가 다수와 지역의 범위가 넓어 건설기간이 장기간이 소요된다고 정의하고 있다.
송변전설비 건설과 관련된 문제점 및 갈등현황을 파악하고, 향후 이와 같은 문제점을 최소화하기 위한 갈등관리 방안을 도출하여 구 체적인 해결 대안으로 TRIZ기법을 활용한 송변전 전력설비 건설갈 등 관리방안을 제시하였다. 송변전 전력설비 건설갈등과 관련하여 문제 및 핵심과제를 정의하고, 분석, 해결원리를 도출하였다. 이 해 결원리를 활용하여 각각의 갈등사항에 대한 창의적인 해결 Idea를 모색, 도출하여 갈등상황을 해결하고자 개선방안을 언급하였다(이상 엽, 2018).
2세대 컨트롤러를 기반으로 개발된 B 제품과 1세대 컨트롤러를 기 반으로 개발된 A 제품의 내부 인증에서 발생한 불량 사례를 토대로 분석하여, TRIZ 기법으로 6가지 주요 원인과 TRIZ 기반의 24가지 불량 파라미터를 선정하여 불량 파라미터를 24가지 모순 매트릭스 를 구성하여 공정 최적화 방안을 마련하였다(송상훈, 2018)
노후아파트의 현황 파악, 평가기준 및 판정을 비교분석 하여 적정 성을 확인, 노후아파트를 표본추출 하여 현장을 조사를 통해 분석하 고 자료의 객관성을 위하여 TRIZ기법을 사용하였다. Active
분석하였다. 내화성능은 건물의 설계단계에서부터 내화성능 취약부 분에 대한 보완 및 관리의 필요성, 방화성능의 경우에는 기존 방화 구획의 훼손 부분이 있는지 확인하고 이를 복원하고 방화셔터, 방화 댐퍼, 방화문의 성능을 유지할 수 있도록 유지관리의 필요성을 언급 하였다.
구조변경은 수직으로의 화재확산을 방지하기 위해 확장된 부분에 상수도 스프링클러 설비를 적용하여 무너진 Passive 기능을 Active System으로 보완 하고 Fail Safe의 양방향 피난의 대안으로는 공간 일탈 피난 대피 장치를 설치하여 피난 대책방안을 언급하였다(서용 구, 2017).
TRIZ의 방법으로 문제의 분석 방법과 문제 모델링을 중심으로 새 로운 재해 원인 분석 방법론을 기존 재해사례에 접목하여 재해 원 인을 분석이 가능하고, 기존 재해 원인 분석 방법과 문제 접근과정 이 공개적, 체계적이며 최하단의 근본원인 제거를 통하여 재해예방 대책에 손쉽게 접근 가능하다는 장점으로 언급하였다. 또한, 원인 규명에 집단지성을 활용할 수 있으며, 유형화하여 유사 사례에 대하 여도 효율적 해결방안 도출이 가능하며, 물리적 모순, 기술적 모순 의 문제 모델링을 통하여 문제해결 도출방안을 제시하였다. (이현정, 2017).
TRIZ는 기술문제에 대한 다양한 접근을 시도하여 엔지니어가 문 제해결 프로세스 목표를 정의하고 근원분석과 기능분석의 상호보완 을 통해 문제점을 분석, 모델링, 해결책 모델, 검증절차를 거쳐 구체 적이고 현실적 해결책으로 정의하였다. 가시설 공사를 대상으로 한 사례분석에서는 모순충돌을 기반으로 하는 체계적인 아이디어 창출 방안으로 모순충돌파라미터를 통하여 설계기능을 구체화하고, 아이 디어 창출방법은 설계안이 가지는 문제점 인식, 설계안의 장점과 단 점을 정확히 이해함으로써 개선 필요성 파악, 설계안의 문제해결방 안을 위한 순차적인 아이디어 창출, 설계대안 검토를 위한 체크리스 트로서의 역할, 설계검토위원의 경험과 지식 등 역량과 함께 포괄적 설계대안 검토등 체계적인 아이디어 창출활동을 지원하는 가이드라 인의 역할을 한다는 것을 기술하였다(백한기, 2013).
이상으로 TRIZ 기법에 관한 선행연구를 종합정리하면 <표 Ⅳ-2>
와 같다.
<표 Ⅳ-2> TRIZ 기법에 관한 선행 연구
번호 저자 년도 연구제목
1
이상엽 2018 “TRIZ 기법을 활용한 송변전 전력설비 건설갈등 관리 방안에 대한 연구”
송변전 전력설비 건설갈등 문제점과 관리현황을 파악하고, TRIZ를 활용한 송변전 전력설비 건설갈등 해결방안을 제시하였다.
2
송상훈 2018 “TRIZ 기반 불량 주요 원인 선정을 통한 공정 최적화 방안”
A 제품과 B 제품의 고객 인증에서 발생한 불량사례를 토대로 TRIZ 전문가 의 의견을 수렴하여 6가지 주요 원인과 24가지불량 파라미터를 선정, 모순 매트릭스를 구성해 발명 원리를 제시함
3
서용구 2017 “노후 공동주택의 TRIZ Tool에 의한 정량적 화재위험요소 분석·평가에 관한 연구”
노후 불량주택의 판정 및 평가기준에 대한 비교분석을 현장 조사를 통해 분 석하고 자료의 객관성을 위하여 TRIZ기법을 사용하였다. Active System, 제 도적 한계, PassiveSystem 로 구분하여 건축 요소 및 소방시설관리 대책을 제시하였다.
4
이현정 2017 “TRIZ를 활용한 재해사례분석 기법에 관한 연구”
화재조사표작성을 위한 화재원인분석을 기존의 조사표의 한계점을 인식하 고 이를 새로운 TRIZ 기법을 활용하여 재해원인분석에 대해 세분하게 분류 하여 제시하였다.
5
백한기 2013 “TRIZ 아이디어 창출활동을 적용한 가설시설물 건설 공사 가치향상 연구”
기존 설계기능이 가지는 문제점을 파악, TRIZ 기법을 활용한 종합적으로 제 시된 설계대안에 대하여 성능개선 사항을제시하였다.
3. 4M모델에 관한 선행 연구
작업에 있어 위험물질 또는 위험기계에 대한 위험 및 유해요인을 찾아내고 그 위험 및 유해요인을 가장 효율적, 합리적으로 최소화하 기 위한 대책을 수립을 위한 정의하고 있다. 4M 위험성평가는 시스 템 안전에 적합한 안전관리제도임에도 불구하고 요소안전에 대한 사전 예방책으로 활용되고 있는 실정인데, 변화하는 산업 환경에 적 합한 제도로 개선, 안전관리를 이원화하여 내부요인은 위험통제로 사전 예방 대책을 통해 통제하고, 예기치 못한 변수는 손실 통제하 여 기업의 업무 복원화 능력과 탄력성을 높여, 현장에서 발생한 사 고를 효과적으로 대응할 수 있는 안전관리시스템 체계 구축방안을 제시하였다(이유화. 2016).
소방공무원 현장안전 저해요인에 관한 4M 분석에서 소방공무원의 근무환경은 전반적인 부분에 있어 열악한 상황인데도 불구하고 소 방공무원의 사고성 재해의 재발방지 및 예방대책 도출을 위해서는 명백한 원인조사가 필수적이며 이를 위해서는 현장 안전 저해요인 에 대한 근본원인들을 도출하여 4M요인과 밀접한 관계가 있다는 것을 파악, 소방공무원의 재해원인은 계급에 따라 차이가 존재했으 며 재해발생 사고원인조사가 수행되지 않는다면 재해는 반복적으로 발생 할 가능성을 언급하였다(김태범, 2016).
이상으로 4M기법에 관한 선행연구를 종합정리하면 <표 Ⅳ-3>과
<표 Ⅳ-3> 4M 기법에 관한 선행 연구
번호 저자 년도 연구제목
1
이유화 2016 “물류창고 재해발생경로 분석을 통한 안전관리 개선방안”
물류창고업의 자율안전관리의 일환으로 추진 중인 4M 위험성평가 제도의 고찰을 통해 재해발생경로 모델을 제안하고자 하였다.
2
김태범 2016 “소방공무원 현장안전 저해 요인에 관한 4M 분석”
소방공무원 현장안전 저해요인에 관한 4M 분석에서 소방 공무원의 근무환경 사고성 재해의 재발방지 및 예방대책 도출을 제시하였다.
4. 선행연구 종합검토
이 연구는 이천 물류센터 화재를 계기로 샌드위치패널 마감재가 가연성 소재로 물류창고 화재에 대한 연구이다.
물류창고는 생산 물품의 저장 및 보관의 역할 뿐만 아니라 물자 유통의 효율적인 흐름을 위한 핵심기능으로도 중요시 되고 있다. 창 고 내에는 소비자의 욕구에 부합하기 위해 다양한 물품의 종류와 용도에 따라 냉동·냉장창고, 일반창고, 위험물 보관 창고 등 형태의 다양화 뿐 아니라, 규모도 대형화하고 있어 화재가 발생할 경우 많 은 인명피해를 동반하고 있다.
기존연구에서 방화구획의 확보, 규모에 상관없이 최소 2개 이상 피 난통로 확보, 소방법, 건축법의 적절한 조화, 창고시설이 면제를 받 고 있는 방화구획 규정을 강화, 창고시설에 무분별하게 사용되는 가 연성 샌드위치패널의 사용의 제한을 언급하였다
현 연구에서는 TRIZ의 방법으로 문제의 분석 방법과 문제 모델링 을 중심으로 살펴보고자 한다. 물류창고의 화재원인분석과 4M 관리 효 율화 방안을 물류창고 화재의 대형 확산 원인은 Pre-flashover, Post-flashover, Flashover으로 화재원인을 세부적으로 분류하여 4M을 중점으로 연구하고자 한다.
Ⅴ. 연구 설계 및 분석기준
1. 연구모형
물류창고의 TRIZ 기법에 의한 물류창고의 화재원인분석과 4M관리 효율 화 방안을 물류창고 화재의 대형 확산 원인은 Pre-flashover, Post-flashover, Flashover 으로 화재원인을 세부적으로 분류하여 4M 을 설정하였다. 이를 도식화하여 연구의 모형을 제시하면 〔그림 V-1〕과 같다.
[그림 V-1] 연구의 모형
1. 물류창고 화재 사례분석
가. 물류창고의 화재사례
최근 3년간 화재 통계 2017년, 2018년, 2019년에 의하면 전국 샌드위치 패널의 창고 화재는 총 10,741건으로 연평균 3,579건이 발생하였으며 2017년도 화재건수 3,782건, 인명피해 사망 15명, 부상 177명, 재산피해 액 1,954억원, 2018년 화재건수 3,650건, 인명피해 사망 17명 부상 184명, 재산피해액은 1,884억 원 2019년 화재건수 3,309건 인명피해 사망 18명 부상 213명, 2,212억 원 재산피해가 발생한 것으로 나타났다.
이는 3년간 건물구조 화재발생 건수 81,612건(13%,10,741건), 사망 813 명(6.1%, 50명) 부상 5,236명(10.9%, 574명) 재산피해 1조 5,004억원 (40.3%, 6,050억 원)이 발생한 것으로 나타났다. 이를 종합하면 건물구조 의 화재건수는 13%, 사망 6.1%, 부상 10.9% 재산피해액은 40.3%로 나타 나, 화재건수가 전체의 13%인 반면에 재산피해는 3배인 40.3%로 나타났 다.
물류창고에는 상주하는 인원이 적어 인명피해는 적지만 적재물품이 대 량으로 화재 하중이 높고 샌드위치 패널의 표면재가 아연도금철판을 사 용하여 소화약제 및 소화용수가 침투하기 어렵고 우레탄폼이나 스티로 폼의 경우 단열재 공간에 공기층을 가지고 있어 화재의 급속한 연소 확
