초고층 빌딩의 화재 피해 최소화 방안에 관한 연구
Research of the Fire to Minimization Damage Plan on High-rise Buildings
이정일†·이근태*
Jung-Il Lee
†· Geun-Tae Lee*
서울 동대문소방서
, *
인천부평소방서(2009. 6. 9.
접수/2009. 8. 7.
채택)
요 약
초고층건물이라는특수장소에서화재가발생하였을경우에야기될수있는제반문제점을도출하여 인적, 물적피해를최소화하기위해서초고층건물내에존재하는잠재위험요인을찾아내위험이얼마나
큰가를분석하여그해결방안을모색하여야한다. 예방적측면에서화재예방활동을통하여화재의발생
을억제하거나, 진압적측면에서화재발생과동시에초기진화하는것이겠지만, 화재의진행과정을미리 예측하거나진행경로를차단하는인텔리젠트또는파이어그리드를이용한과학소방적진압방안의도입 이필요하다.
ABSTRACT
When the fire occur in a special place as High-rise building, find the solution from minimize the potential risk factors that caused to develop the human and materials damage by analysis. Through preventive activities are suppression of the fire occurrence or prevent the fire and extinguish the fire early. However, introduction of scientific suppression program could predict in advance the progress of the fire, or to block the path by using Intel Regent or Fire grid.
Key words :High-rise building, Potential risk factors, Fire prevention activities, Scientific suppression program
1. 서 론
초고층건물은특수장소에서화재가발생하였을경 우에야기될수있는제반문제점을도출하여인적
,
물 적피해를 최소화하기위해서는먼저초고층 건물내 에존재하는잠재위험요인을찾아내위험이얼마나큰 가를분석하여그해결방안을모색하여야한다.
초고층 건물 화재로 인한 피해를 최소화하기 위한 최선의 방안은 예방적 측면에서화재예방활동을통하 여 화재의 발생을 억제하거나
,
진압적 측면에서 화재 발생과 동시에 초기진화하는 것이겠지만,
화재의 진 행과정을미리 예측하거나진행경로를 차단하는인텔 리젠트또는파이어그리드를이용한과학소방적진압 방안의 도입이필요하다.
따라서본연구는화재시인명과재산의피해를최 소화하기 위한방안으로 화재발생시야기 될수있는 문제점 분석을통하여 제반제약적 사실도출과 그에 대한안전대책을수립하는데주안점을두고자 하였다
.
2. 초고층 건물의 개요
2.1초고층건물의정의
초고층이라는용어의정의는간단히말할수는없지 만
,
일반적으로 세장비가5
이상인 건물을 일컫는다.
하지만 세장비만을가지고 초고층 건물을정의하기에 는 무리가 뒤따르며
,
국제초고층건물학회에서 발표하 고있는세계100
대빌딩에해당하는약50
층정도의 건물을초고층 건물이라고정의하고있다.
우리나라에서는소방방재청과 국토해양부의 정의에 따르면
, 50
층이상이거나150m
이상인건축물을총칭†E-mail: [email protected]
하고있다
.
3. 초고층 진입소요시간 실험조사 분석
3.1실험개요
3.2초고층건물진입실험결과
진입대원들은공통복장으로방화복과공기호흡기를 착용하였으며
,
약24kg
의장비를휴대하고진입훈련에 참가하였다.
면체를미착용한참가자와면체를 양압호흡상태로 착용한참가자의 실험결과를 다음과 같이 도출할 수있었다
.
진입시간은최초10
층을 진입하는 데있어서 면체 미착용 실험자는2
분11
초,
양압호흡상태의실험자는
2
분55
초였으며, 20
층은각각4
분2
초와
4
분50
초, 30
층은6
분31
초와7
분28
초, 40
층은9
분9
초, 12
분46
초, 50
층은14
분8
초, 17
분01
초, 60
층은
20
분16
초와25
분43
초에각각진입하여면체를미착용한 실험자와양압호흡상태의 실험자 사이에는 최초
10
층을 통과하는데 소요시간이2
분11
초와2
분55
초로44
초뿐이차이가없었으나, 60
층도달시점에서 Table 1. Refined by International High-rise Buildings국가 높이에따른분류 기타설비에따른기준
미국 • 지상 70층이상 (시카고) • 수직교통을위한기계설비사용
• 특수한공법및기술이요구되는건축물
일본 • 지상 20층이상, 높이 60m 초과
한국 • 지상 50층이상, 높이 150m이상 • 내진설계에의한구조안전대상물
국제 • 지상 50층이상, 높이 200m이상
Table 2. Overview of the Experiment Time to Enter High-rise Buildings
장소 송도신도시 The Sharp First World(주상복합건축물)
위치 인천광역시연수구송도동 4-1번지
높이 192m(64층)
일시 2008. 7. 17. 10:00~12:00
인원 인천공단소방서구조대원 6명
실험목표 실제화점층진입실험을통하여초고층건물의화재진압과인명구조상의문제점을도출한다.
Table 3. Experimental Results into High-rise Buildings
구분 10F 20F 30F 40F 50F 60F (신체조건비고 )
미착용면체
1 2분11초 4분01초 6분31초 9분9초 14분08초 20분16초 176cm
면체 미 착용 72kg
2 2분10초 3분55초 6분24초 9분03초 13분32초 19분25초 173cm
면체 미 착용 65kg
대기압
3 2분45초 4분41초 7분16 10분9초 15분05초 22분05초 181cm
280 성에시 사용 260 94kg
4 2분43초 4분37초 7분10초 10분02초 14분38초 21분20초 174cm
280 성에시 사용 260 76kg
양압
5 2분55초 4분56초 7분53초 12분46초 17분01초 25분43초 174cm
280 250 220 170 110 70 72kg
6 2분53초 4분50초 7분28초 12분22초 16분50초 24분08초 174cm
280 250 220 160 110 60 60kg
는
5
분27
초의 차이가 남으로서,
고층으로올라 갈수 록시간차가남을알수있었다.
실험결과를바탕으로초고층건물에서의화재시에 는체력의한계뿐만아니라
,
화점발견시간의지체,
통신장애
,
명령체계전달장애등각종장애요인과예측 불가능한상황등많은한계점에도달할것이다.
이실험에서는 연기 등장애요인이 없었으나
,
지하 주차장이나저층부화재로인한연기의확산시고층부 인명검색및 구조를위하여 비상용승강기를이용하지 않고도보로이동한다는것은현실적으로불가능하다.
4. 소방방재관리 시스템상의 문제점
법·제도적 측면의 문제점으로 첫째
.
화재안전관련 법규의이원화이다.
둘째.
형식적방화관리제도의난맥 이다.
셋째.
관계인의재난대응능력의한계점이다.
넷 째.
소방 대응시스템 낙후성이다.
다섯째.
건축구조와 고강도 콘크리트의화재취약성이다.
피난·방화적 측면의 문제점으로 첫째
.
피난곤란으 로인한피해의 증가를들수있다(
첫째.
빌딩내부정 보전달곤란으로대피차질둘째.
계단을통한대피시 많은 장애요인 존재 셋째.
연기,
유독가스 등에 의한 피난시간지연넷째.
정보의일시폭주로대응할수없 는 상황발생 등으로피해가 증가한다).
둘째.
피난계 단연돌효과가크게발생하면서연기가급격히확산하 게된다.
섯째.
고속승강기에의한피스톤효과로화재 확산우려될위험성이높다.
넷째.
무창층으로인한피 해확산이다.
다섯째.
대피공간층의부재를들수있다.
현장대응적측면의문제점으로첫째
.
현장접근의제 한성이다.
둘째.
소방특수 장비의 현장 유용성 결여.
셋째
.
현장대응시간지체.
다섯째.
협소한계단참에과 다인원 투입의 비효율성.
여섯째.
체계적SOP
전개의 공간적 제약일곱째.
인명구조활동곤란이 곤란하다.
여덟째
.
안전사고발생증가등을들수있다. 5. 개선 방안
5.1 법
·
제도상의보완5.1.1
화재영향평가제도도입시행현소방관련법규에는 초고층건물에 대한개별법이 존재하지않는 실정으로 건축물의초고층화와 복합화 에 따라 현행 소방시설 설치 기준만으로는 건축물에 대한안전대책 마련에한계가있다
.
그대책마련으로 본연구에서도 여러가지안을제시하였으나 그중가 장 기본이 되는 것이“
화재영향평가”
제도의 도입일것이다
.
이와더불어 화재발생시뮬레이션기술개발과 시뮬 레이션운용시의객관적기준도하루속히마련되어야 할뿐만아니라
“
화재영향평가”
는본연구에서도주장하고있는
‘
성능위주의설계시공’
이실현되기위한사 전단계에서반드시 선행되어야할제도인 것이다.
5.1.2
초고층건물NFSC
제정초고층 건물이 단순 소방대상물이 아닌
High Tech
의총체적 유기체임을감안할때초고층 건물의 안전 대책은 규모
(
층수,
연면적),
용도,
지역특성을 충분히 고려한“
화재안전기준”
이따로규정되어야한다.
이는 단순히 초고층 건물의 안전규제차원이 아닌
,
현재의 소방시설기준만을초고층 건물에 단순적용할 시
,
전제척인시설운용의부조화가불러올수있는화 재등사고발생위험성의문제를해결함과동시에,
부 수적으로 건축물과소방시설의 부조화가대형초고층 건물에적용될때의건축비등사회간접자본의비용낭 비를 방지하는 차원에서도 반드시 짚고 넘어가야 할 사안이다.
5.1.3
초고층건물소방심의위원회개최초고층건물화재안전기준을적용함에있어
“
초고층 건물 소방심의위원회”
를 운영하여 설계과정에서부터 안전기준이적정히 마련되게하여야 한다.
초고층건물 소방심의위원회가운영되기위하여 선 행되어야할몇가지를 짚어보면첫째
,
초고층건물전 문소방공무원을집중육성해야하고,
둘째,
이들을구 성원으로하는초고층건물안전심의전담부서를마련 해야한다.
5.1.4
방화관리제및자체소방대의강화방화관리등안전에대한업무를실질적인권한이나 책임이 미약한 말단 직원이 맡을 경우 방화관리업무 수행에많은한계가존재하기때문에일정규모이상의 초고층건물화재영향평가서내용
• 방재계획의기본방향및방화대책
• 유사화재사례조사
• 관련법규및성능기준검토
• 화재확산방지대책 : 화재모델링, 방화구획, 내화구조
• 피난계획검토및안전성능평가
• 화재의발견, 통보, 유도계획의검토
• 소화설비계획및제연계획의검토
• 소방방재시스템의적정성과보험과의연계검토
건물은관리감독적직위에있는사람으로방화관리업 무를 담당하게 함으로써 건물주 등관계인의 안전에 관심과 투자를 유도하고 방화관리자의 위상을 제고하 여야한다
.
현재의단순한건축물규모에따른
1
급, 2
급방화관 리대상 분류를 소방시설에 따른실무능력 등을 감안,
자동화재탐지설비
,
옥내소화전,
스프링클러설비(
물분 무설비)
설치대상 등으로 세분화하여 소방시설의규 모에 맞게 방화관리자자격을 부여하는방안과, 50
층(
안)
이상의초고층건물(
아파트제외)
에는반드시“
자체소방대
”
를 두도록 법으로 정하며,
화재시 자체소방대 의 실질적 초기대응태세를 위하여“
자체소방대장”
의 자격은 소방위이상의 일정기간소방공무원근무 경력 자로하여야 한다.
5.1.5
피난층시설법제화소방방재청에서는 피난안전공간설치의무화 내용 을포함하는초고층및대규모지하연계복합건축물밀 집지역의안전관리에관한법률제정을추진하고있다
.
이법률상의초고층건물피난안전공간의적용대상은
50
층또는200m
이상초고층건물을대상으로하고있다.
가장강력하게초고층건물에대하여대피공간층을 적용하고있는중국에서는
100m
를초과하는공공건축 물에대하여15
개층마다1
개의대피층을규정하고있으며
,
피난경로가 반드시 대피층을 통하도록하여 자 연스럽게피난인원의대피층접근을제공하고있다.
그리고대피층에는소방설비와비상통신시설을구비하여 대피시안전을도모한다
.
이대피층은전체영역을확보한나머지면적에대하여는설비공간으로활용할수 있게하여대피층으로인한전용면적축소를방지한다
.
5.2소방활동층(피난층)의 확보
5.2.1
소방활동층으로의시설확보첫째
.
화재진압및피난장비를비치하여소방대원의 진입시이동무게를최소화하고,
공기호흡기등인명구 조장비 비치한다.
둘째.
비상발전기(
내연기관)
를 설치 하여지하층의비상발전기가미작동시소방활동층에서 수동으로 비상용승강기 등소방활동설비에전력을 공 급할수있게한다.
셋째.
초고층건물 화재시피난공 간및화재진압전진기지로서 활용한다.
넷째.
소방활 동층에소화수조를의무적으로설치하여자연낙차압에 의한소화수사용을 가능하게한다.
5.2.2
인명대피공간이를적용하기위한방안으로는중국이채택하고있 는
15
층마다대피공간층을두는방안,
미국형태의피 난안전층 방안,
영국또는 캐나다 형태의 피난안전지 역방안등을고려할수있을것이다.
Table 4. To Evacuate the Space
구분 내용
중국
• 중화인민공화국국가표준 6.1.13(고층민용건축설계방화규범)에서 100m를초과하는공공건축물에대피
층적용을강제.
• 15개층마다 1개의대피층을규정, 피난경로가반드시대피층을통하도록하여자연스럽게피난인원의
대피층접근을제공.
• 대피층에는소방설비와비상통신시설을구비. 나머지면적에대하여는설비공간으로활용가능.
• 홍콩은 20~25층마다 1개층을소방층설치의무화.
• 소방층은기둥만있고사방에아무것도없는개방층.
미국 • 미국소방협회(NFPA)의규정을통하여소극적으로권장, 건축물이일정소방관련설비를갖추고있지
못할경우, 장애인관련법규(ADA)를통해임시의대피공간을강제.
• 피난이곤란한장애인을위한임시공간을전제.
영국 • 영국에서는장애인, 휠체어이용자를위하여피난층을제외한모든층의계단실에설치하도록규정.
• 계단실은방화구획으로방호하고발코니, 아파트의옥상또는포디움등화재에노출될가능성이적
은개방된공간에피난안전지역을설치, 그계단실로비에 ‘Refuge-Keep Clear’로표기.
캐나다
• 캐나다도마찬가지로대피층및대피공간을강제하지않음.
• 건설연구원의연구자료는층전체혹은별도의공간을대피공간으로마련하는것이건물주에게부담
이될수있기때문에, 기존건축물의공간을활용하는방법을제시함.
• 대피공간의대안적장소로엘리베이터로비, 계단참, 고층건물사이의브릿지등논의. 초고층아파트 의경우발코니를대피공간으로제안. *캐나다건설연구원(Institute for Research in Construction)자료임 기준제시 • 피난안전구역으로가능지역 - 건물외부, 옥상, 피난전실
• 피난안전구역의소요면적산출 -피난시간 30분미만 : 0.3m2-피난시간 30분이상:0.5m2
5.2.6
가설소방시설설치초고층 건물의공사과정을 보면각종용접작업및 시멘트의 양생으로인한 화기 취급
,
인부의 난방용으 로사용하는화목난로등시공과정에서화재가 빈번 하게발생하고있다.
싱가포르는 이러한문제점을해결하기 위하여 건물 의 시공과 동시에 가설 소방시설 설치를 법제화하여 현장에활용하고있다
.
이때소방활동용엘리베이터시 설을 기본으로하는가설소방시설 설치는 자체소방대 및정규소방시설부재의초고층건물시공현장에서는 반드시필요한시설임은누구나공감하는일이며우리 나라도 이러한제도의도입이 시급한실정이다.
5.3초고층건물 화재진압대책의개선
5.3.1
사전예방활동과적응훈련 강화초고층건물화재진압활동의가장중요한
1
차목표 가거주자 및불특정다수인이화재 등에노출되었을 때신속한화재진압과인명구조라고한다면,
경방조사 및사전훈련등을통한위험요소의도출로위험요소를 예측하여최소화하는것이다.
따라서초고층건물의화 재진압활동에있어서평상시경방조사업무와분기1
회50
층이상의초고층건물적응훈련을실시하여화재진 압능력을배양하여야할것이며.
이와함께초고층건물에대한영향요소를조사하여
Data Base
화하여현장 활동시적극활용하여야한다.
5.3.2
외부공간확보외부공간의대책은 피난경로및안전한피난장소의 확보는 물론 소방차·장비의 진입 및 소방대의 소화 구조활동을 위한충분한 공간을확보하는것이 가장 중요하다
.
피난·구조 및소화활동을 위한충분한 공간을 확보하기위해서는 진입로의폭
,
각종 소방차량(
고가사다리,
굴절차량,
구급차량등)
및장비의회전반경
(min turning radius),
단지의경사도,
건축물의높이,
형상등을고려한 대책이필요하다
.
즉,
외부 공간확 보대책은 화재시단지내에소방차와구급차,
고가차 량등이현장진입이용이하고신속하게 할수있도록 계획되어야한다.
5.3.3
화재진압과인명구조를위한소방활동층확보상하층의이동과장비운반등의근본적인문제점을 안고있는 초고층 건물에서는단순한 대피공간뿐만이 아닌
“
소방활동층”
이란 개념을 도입하여운영할 필요 가있다.
중국등다른나라의경우에는일정층을인 명대피공간으로 활용하고 있으나 여기에서 그쳐서는 안되고,
그러한 층에 화재진압등의방재 활동에 필 요한시설을집중시킬수있는시스템이마련되어야한다.
이를테면 현재 인명대피가 가능한 소방활동층에는 인명대피공간의확보는물론피난시설
(
장비)
인공기호 대피층및대피공간의기능• 화재발생시대피동선의재탈출을위한휴식공간
• 화재진압을위한전진기지
• 대피를보조하기위한구조인력의지휘소역할
• 재해약자의구조대기용거처
• 자체방화설비를통한화재확산의제어
Table 5. The Element of Fire Protection in High-rise Buildings
분야 구분 주요내용
건축적인대응
공간계획 • 소방차활용공간, 용도별구획, 층별구획, 지원시설의공간, 피난안전지역등 평면계획 • 피난동선, 모듈및기둥간격, 공조구획단위, 코어배치, 유효비(코어면적)
구조계획 • 내화구조, 기준층천정고, 수납공간, 허용적재하중, 내진계획
환경계획 • 환기창개폐방식과제연설비, 조명방식, 공조방식
피난계획 • 일반계단, 특별피난계단, 제연및배연창, 비상용승강기, 헬리포트활용가능여부
설비적인대응
소방시설 • 감지설비, 소화설비, 소화용수설비, 소방장비, 제연설비
비상조명 • 조도, 휘도대비, 조명효율, VDT작업관련위생관리, 각종조명제어
전원설비 • 전원용량, 정전대책, 고주파장해, 접지, 각종전력제어, 비상전원등 공조및제연설비 • 온습도조건, 내부발열, 공조시스템, 공조부하용량, 각종공조관련제어
방범방재시설 • 출입자감시, CCTV, 소방및각종방재관련감지및경보시스템
비상방송설비 • 방송설비, 엘리베이터군관리, 주차장관리, 태양열등에너지시스템 피난설비 • 각종피난기구, 인명구조장비
흡기
,
로프,
수관등을구비하고,
또한비상전원의고장내지차단등미작동으로인하여비상용승강기와가압 송수상치
,
비상조명의사용이불가능할경우를 대비한비상발전기
(
내연기관)
를 설치하여 전력공급의 근본을 마련하고,
유사시진압전술의전진기지로활용함은초고층건물의 소방활동에가장중요한핵심이다
.
5.3.4
최첨단 현장활동장비확보개활지또는일반건물과달리초고층건물에서의화 점발견은지하주차장에서부터초고층상층부까지연기 의유동이예상되어화점발견이용이하지않으므로화 점탐지기
,
열화상 카메라 등이필요하고,
넓은 공간에 서화점과 인명을검색할 경우라이트 라인과 개인로 프등안전장비가필수적이다.
장비의 배치기준은면적
,
층수,
소방력등에 비례하 여 특수장비 배치기준이 필요할 것이나,
일반적으로Table 6
과같은장비가필요하다.
5.3.5
인명구조 및피난대책고층부에서 화재사고가발생하는 경우지상으로피 난하기란불가능하며큰혼잡이우려된다
.
소방조직에 의한 강력한통제가 이루어지지않을경우 수많은거 주자는 지상층으로의 피난욕구로 인하여 패닉현상에 빠져 통제불가능상태에 돌입할 수도있으므로구조대장등책임있는통제권자의권한으로피난시켜야한다
.
또한저층부에서화재가발생된경우피난자가연기 로오염된 공간에 유입될 위험성이 있으므로
,
고층부의거주자는 옥상으로대피
,
중층부 거주자는피난안 전지역이나특별피난계단을통한지상으로의대피,
화점 아래층 거주자는 특별피난 계단을 통한 지상으로
피난하되 피난로와통제자
,
수단등은아래Table 7
과같다
.
6. 결 론
초고층건물화재피해최소화를위한방안에는건축 과정의기술적인부분과법
(
제도)
상의보완되어야할 부분,
관리과정에서의 건물자체시스템(
자체소방대,
소 방시설)
의확충,
그리고전문진압적인측면또는예방 분야등많은부분이있다.
초고층건물의화재진압및예방대책에대하여일본
,
미국등선진외국의현황과 대책에 대하여조사한 결 과근본적으로우리나라와는차이가있다는것을발견 할수있었다
.
가장중요한 차이점으로선진국에서는 건축물을설 계할때화재등안전을고려한문제를극복하기위하 여관련 전문가를참여시켜
,
피난등발생할 수 있는 다양한 안전상의문제에대한충분한 대책을 설계단 Table 6. The Scene of the Most Advanced Equipment장비명 용도 기준
화점탐지기 • 화점탐지가곤란한지점의화점탐지가능 • 구조대당 1
• 관할센터당 1
열화상카메라 • 열및농연속의요구조자를구조하거나화점탐색가능 • 구조대당 1
• 관할센터당 1
라이트라인 • 초고층건물, 지하등농연속현장활동 • 구조대당 1
• 관할센터당 1
무인자동방수포 • 고열속의화점방수및엄호주수 • 센터당 1
무인조정소방로봇 • 고열속의화점방수및화점탐색 • 소방서당 1
Table 7. High-rise Building Fire Evacuation and Safety Measures
피난대책 비상용엘레베이터 특별피난계단 대피층(피난안전층) 옥상헬리포트 상황 • 화재초기에서중기
• 농연없음
• 지상으로대피가능
• 화재초기
• 농연없음 • 화재중기및최성기 • 화재중기및최성기
이용가능자 • 노약자, 장애자, 환자 • 건강한자 • 상하층대피곤란자, 환자 • 상층부거주자
안전성여부 • 정전시안전성결여 • 연기주의 • 연기주의 • 안전성결여 통제자(유도자) • 소방 • 자체소방대 • 자체소방대-소방 • 소방
계에서부터적극적으로 반영한다는점이다
.
이와같이무엇보다건축주를비롯한 설계및시공 관련종사자
,
건물사용자,
나아가우리사회의모든구 성원의 안전의식 자각과 확충이 본연구가현실화되는 데가장근본적인과제라는점을강조한다.
감사의 글
본연구는
2008
년도소방행정발전연구대회논문으로수행되었으며
,
인천공단소방서(
이근태서장외6
명)
에감 사를드립니다.
참고문헌
1.
길준기, “
고층건축물의방화관리문제점개선방안”,
경기대학교산업정보대학원석사학위논문
, p.88(2005).
2.
김광우, “
초고층건물에서의연돌효과”,
설비/
공조,
냉동
,
위생,
한국설비기술협회, p.11(2008. 2).
3.
박재성, “
건축물화재시피난행동을고려한피난예측 모델에관한연구”,
서울시립대학교대학원석사학위논문
(2004).
4.
조재훈, “
연돌효과로인한압력차및문제점”,
설비/
공조
,
냉동,
위생,
한국설비기술협회, p.5(2007. 1).
5.
최재필, “
초고층건축물의대피층및대피공간개념도입방안