최근 국내외적으로 고층건축물에서 화재, 테러 등의 재난에 의한 연소의 확대로 인하여 재산 및 인명피해가 증가하고 있는 추세이다. 본 연구는 고층건축물에 대한 안전대책의 일환으로 고층사무용건축물에서 재실자의 피난행동예측 및 피난안전성평가를 위해 각각의 시나리오를 설정하여 피난시뮬레이션을 실행하였고, 그 결과데이터를 토대로 피난안전성을 평가하였다. 본 연구를 통해 얻은 결과 및 제안사항은 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫째, 현재 경호경비분야에서 고층건축물 및 다중이용시설에 관한 연구는 질적인 연구에 그치고 있는 실정이며, 고층건축물에 대한 경호경비계획에서 심층 분석하고 다각도로 대비함으로서 구체적 실질적 체계적 합리적인 종합안전대책이 마련되어야 위기상황 발생시 피해를 최소화할 수 있다고 판단된다. 둘째, 고층건축물에 대한 경호경비계획에서 피난구획의 설정은 비상시 피난에 있어 영향을 미치는 요인으로 확인이 되었다. 셋째, 고층건축물에 대한 경호경비계획에서 복수 층의 동시 피난 상황을 고려하여, 층별 피난출구의 설정으로 전체 피난완료시간의 단축이 가능함이 확인되었다.
최근 국내외적으로 고층건축물에서 화재, 테러 등의 재난에 의한 연소의 확대로 인하여 재산 및 인명피해가 증가하고 있는 추세이다. 본 연구는 고층건축물에 대한 안전대책의 일환으로 고층사무용건축물에서 재실자의 피난행동예측 및 피난안전성평가를 위해 각각의 시나리오를 설정하여 피난시뮬레이션을 실행하였고, 그 결과데이터를 토대로 피난안전성을 평가하였다. 본 연구를 통해 얻은 결과 및 제안사항은 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫째, 현재 경호경비분야에서 고층건축물 및 다중이용시설에 관한 연구는 질적인 연구에 그치고 있는 실정이며, 고층건축물에 대한 경호경비계획에서 심층 분석하고 다각도로 대비함으로서 구체적 실질적 체계적 합리적인 종합안전대책이 마련되어야 위기상황 발생시 피해를 최소화할 수 있다고 판단된다. 둘째, 고층건축물에 대한 경호경비계획에서 피난구획의 설정은 비상시 피난에 있어 영향을 미치는 요인으로 확인이 되었다. 셋째, 고층건축물에 대한 경호경비계획에서 복수 층의 동시 피난 상황을 고려하여, 층별 피난출구의 설정으로 전체 피난완료시간의 단축이 가능함이 확인되었다.
Recently, property and life loss is increasing internally and externally, due to fire spread in high-rise buildings which results from a variety of disasters like fire and terror. In this study, therefore, an evacuation simulation was performed to predict escape behaviors of occupants and assess esc...
Recently, property and life loss is increasing internally and externally, due to fire spread in high-rise buildings which results from a variety of disasters like fire and terror. In this study, therefore, an evacuation simulation was performed to predict escape behaviors of occupants and assess escape safety in high-rise office buildings after setting up each scenario, as part of safety measures for high-rise buildings. Based on the results and data obtained, escape safety was assessed, finally. The results and suggestions of this study are as follows. Firstly, most of the present researches on high-rise building and multiple-use facilities are weighted towards qualitative perspectives. It is, therefore, considered that we have to establish concrete, practical, systematical and rational safety measures to minimize damages in dangerous situations, by analyzing security plans for high-rise buildings in depth and preparing for those situations from various angles. Secondly, setting up evacuation sections in security plans for high-rise buildings is an important factor which influences refuge. Thirdly, in relation to security plans for high-rise buildings, it is possible to reduce the entire time for escape, by setting up escape exits of each floor in consideration of a simultaneous evacuation situation.
Recently, property and life loss is increasing internally and externally, due to fire spread in high-rise buildings which results from a variety of disasters like fire and terror. In this study, therefore, an evacuation simulation was performed to predict escape behaviors of occupants and assess escape safety in high-rise office buildings after setting up each scenario, as part of safety measures for high-rise buildings. Based on the results and data obtained, escape safety was assessed, finally. The results and suggestions of this study are as follows. Firstly, most of the present researches on high-rise building and multiple-use facilities are weighted towards qualitative perspectives. It is, therefore, considered that we have to establish concrete, practical, systematical and rational safety measures to minimize damages in dangerous situations, by analyzing security plans for high-rise buildings in depth and preparing for those situations from various angles. Secondly, setting up evacuation sections in security plans for high-rise buildings is an important factor which influences refuge. Thirdly, in relation to security plans for high-rise buildings, it is possible to reduce the entire time for escape, by setting up escape exits of each floor in consideration of a simultaneous evacuation situation.
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문제 정의
더욱이 화재발생시 1개의 출구가 봉쇄될 경우 그 피난효율은 급격히 떨어지게 된다. 따라서 이러한 상황을 가정하여 시뮬레이션을 실행, 그 문제점 및 위험성을 확인하고자 하였다. 2번 계단이 화재로 인해 봉쇄된 경우로 설정하고, 1번 계단을 통해서만 피난하는 것으로 설정하여 피난시뮬레이션을 실행하였다.
이에 본 연구에서는 기존의 연구와 달리 고층건축물에 대한 안전대책의 일환으로 고층사무용건축물에서 재실자의 피난행동예측 및 피난안전성평가를 위해 각각의 시나리오를 설정하여 피난시뮬레이션을 실행하였고, 그 결과데이터를 토대로 피난안전성을 평가하였다. 본 연구를 통해 얻은 결과 및 제안사항은 다음과 같이 요약할 수 있다.
이에 선행연구들을 바탕으로 화재 등의 위기상황 발생 시 재실자의 피난행동에 주목하였으며, 구체적인 방법을 제시하기 위하여 피난시뮬레이션을 활용하여 비상시 피난에 미치는 영향요인을 밝혀내고 경호경비 · 소방방재상의 효율적이고 합리적인 피난대책을 제시하는 것에 본 연구의 목적이 있다.
가설 설정
3은 기준층(10층)을 바탕으로 시나리오를 설정하였다. CASE1.1은 가장 기본적인 층피난 시뮬레이션이고, CASE1.2의 경우는 화재시 1개소의 출구가 봉쇄되었을 때나 혹은 현재 이용형태처럼 1개소의 출구가 거의 사용되지 못하게 되어 나머지 1개의 출구로만 피난을 해야 하는 상황을 가정하였다. CASE1.
제안 방법
따라서 이러한 상황을 가정하여 시뮬레이션을 실행, 그 문제점 및 위험성을 확인하고자 하였다. 2번 계단이 화재로 인해 봉쇄된 경우로 설정하고, 1번 계단을 통해서만 피난하는 것으로 설정하여 피난시뮬레이션을 실행하였다. 피난시작과 동시에 층의 모든 인원이 1번 계단(출구)로 집중되며 급격한 혼란상황이 지속적으로 발생한다.
25㎡/人으로 설정(156명)하였다. 각 층별로 각각 별도의 칸막이를 통해 공간을 분할하여 사용하고 있으나 칸막이의 경우 입주형태 및 사용형태에 따라 수시로 변동하게 되므로 원칙적으로 칸막이가 없는 기본공간형태에서 시뮬레이션을 실행하였다.
이러한 경우 발화층의 피난이 먼저 이루어지고, 이후 어느 정도의 시간차이를 두고 인접층의 피난을 개시하는 것이 가장 효과적인지에 관한 검토가 필요하다. 따라서 본 시뮬레이션에서는 발화층의 피난을 먼저 개시하고, 90초(CASE2.2), 120초(CASE2.3), 150초(CASE2.4)의 시간차이를 두고 인접층을 피난토록 하였다. 그 결과 90초의 차이를 둔 CASE2.
이에 선행연구들을 바탕으로 화재 등의 위기상황 발생 시 재실자의 피난행동에 주목하였으며, 구체적인 방법을 제시하기 위하여 피난시뮬레이션을 활용하여 비상시 피난에 미치는 영향요인을 밝혀내고 경호경비 · 소방방재상의 효율적이고 합리적인 피난대책을 제시하는 것에 본 연구의 목적이 있다. 연구의 방법으로는 국내의 고층건축물 1개소를 대상으로 화재 및 비상시 예측 가능한 피난시나리오를 설정하고, 시뮬레이션의 결과를 바탕으로 경호경비계획상의 피난대책 및 피난유도방법을 제시토록 한다. 또한 대상건축물의 선정방법으로는 본 연구에서 확인하고 자하는 고층건축물의 수직피난 등에 관련하여 시뮬레이션 검증이 가능한 가장 일반적인 형태의 고층건축물 중에서 건축물에 대한 자료의 획득 및 정보공개에 관한 협조가 이루어진 건축물을 선정하였다.
이러한 현실적 문제를 인식하고 효과적인 피난유도 및 피난체계를 시뮬레이션을 통해 검토하고자 본 건축물에 대한 피난시뮬레이션의 시나리오를 총 8개의 케이스로 구성하였으며 구체적인 내용은 다음의 과 같다.
대상 데이터
구체적으로 CASE2.1는 화재가 발생한 10층에서 발생하였을 때, 9, 10, 11층의 인원이 동시에 피난하여 8층으로 대피하는 것으로 설정하였다. 이는 별도의 유도체계 없이 피난하였을 때의 피난시간으로 유도체계를 설정하여 그 효율성을 비교하는 기준이 된다.
대상건축물은 경북 구미에 위치한 지상 15층, 지하 2층의 중규모 업무시설(사무용건축물)로 현재 ○○화재 사옥으로 사용 중인 건축물이다. 공간의 활용 상태는 전 층 사무용도로 사용되고 있으며, 별도의 공간구조 변경이나 타 용도의 사용은 없는 실정이다.
연구의 방법으로는 국내의 고층건축물 1개소를 대상으로 화재 및 비상시 예측 가능한 피난시나리오를 설정하고, 시뮬레이션의 결과를 바탕으로 경호경비계획상의 피난대책 및 피난유도방법을 제시토록 한다. 또한 대상건축물의 선정방법으로는 본 연구에서 확인하고 자하는 고층건축물의 수직피난 등에 관련하여 시뮬레이션 검증이 가능한 가장 일반적인 형태의 고층건축물 중에서 건축물에 대한 자료의 획득 및 정보공개에 관한 협조가 이루어진 건축물을 선정하였다.
연구대상 건축물은 수직피난출구(계단)가 2개로 구성되어 있는 공간으로서 용도는 사무용으로 사용되고 있다. 각 층별로 동일한 형태의 평면으로 구성되어 있으며, 각각의 층은 칸막이 등을 통하여 공간을 분할하여 사용하고 있다.
지상 15층, 지하 2층의 중규모 사무용건축물이다. 계단실은 평면상 중앙코어에 1개소, 남쪽 코너에 1개소가 위치하며, 2기의 엘리베이터가 설치되어 있다.
이론/모형
본 연구에서 사용한 피난시뮬레이션 TOOL은 SIMULEX 2009.1.0을 사용하였으며, 실행에 앞서 피난인원의 산정, 피난인원의 밀도, 피난속도, 신체크기 등과 같은 구체적인 조건의 내용은 다음의 와 같다.
성능/효과
3개층 피난의 구체적인 결과로 ① CASE2.1의 3개층 동시 피난의 결과, 1차적으로 계단실에서 연결되는 출구에서 병목현상이 발생되는 것으로 확인할 수 있었으며, 2차적으로는 계단실에서의 체류현상을 확인되었다. 이는 계단실에서의 체류로 인해 피난이 지연된다기 보다는 각 층에서 계단실로 유입되는 시간이 길기 때문에 계단실의 체류를 시간적으로 조절하는 것은 효과적이지 못함을 알 수 있다.
이는 계단실에서의 체류로 인해 피난이 지연된다기 보다는 각 층에서 계단실로 유입되는 시간이 길기 때문에 계단실의 체류를 시간적으로 조절하는 것은 효과적이지 못함을 알 수 있다. ② 발화층 피난개시 후 직상직하층의 피난개시시간을 조절한 CASE2.2, 2.3, 2.4의 경우는 전체적인 피난시간에 크게 영향을 주지 못함을 확인하였다. ③ 피난구획을 분리하여 피난을 실행한 CASE2.
4의 경우는 전체적인 피난시간에 크게 영향을 주지 못함을 확인하였다. ③ 피난구획을 분리하여 피난을 실행한 CASE2.5의 경우는 CASE2.1, 2.2, 2.3, 2.4의 경우와 비교하여 30초에서 1분정도 피난완료시간이 빠르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는 피난을 동시에 시작하여 각 층으로부터 동시에 피난을 개시하여 계단실로 유입되는 시간을 빠르게 하고, 대신 계단실로 유입되는 피난인원들이 겹쳐 체류가 생기지 않도록 각각의 피난출구를 물리적으로 분리시켜 주는 유도체계를 확립하여 피난시키는 것이 가장 효과적이다.
4)의 시간차이를 두고 인접층을 피난토록 하였다. 그 결과 90초의 차이를 둔 CASE2.2의 경우 8분 17초가 소요되었고, 120초 차이를 둔 CASE 2.3의 경우는 8분 18초, 150초의 차이를 둔CASE2.4의 경우는 8분 44초가 각각 소요되었다.
기준층 피난의 구체적 결과로 ① 피난출구를 2개를 확보한 CASE1.1과 CASE1.3의 경우는 피난출구 1개를 확보한 CASE1.2와 비교하여 크게 40초~1분 가량의 피난시간 차이를 보였다. ② 2개의 피난출구를 확보한 CASE1.
둘째, 고층건축물에 대한 경호경비계획에서 피난구획의 설정은 비상시 피난에 있어 영향을 미치는 요인으로 확인이 되었다.
발화층은 1번 계단을 이용하여 피난을 실행하고, 직상, 직하층은 2번계단을 통해 피난하도록 유도하는 것을 개념으로 하여 시뮬레이션을 실행하면, 3개층 피난완료하는데 7분45초가 소요됨을 확인할 수 있다. 이는 CASE2.
셋째, 고층건축물에 대한 경호경비계획에서 복수 층의 동시 피난 상황을 고려하여, 층별 피난출구의 설정으로 전체 피난완료시간의 단축이 가능함이 확인되었다.
위와 같은 피난구획을 설정하여 피난실행시 피난시작 1분 31초로 피난구획을 설정하지 않을 때보다 20초 이상 빠르게 피난완료 되었음을 확인하였다<;그림 1>.
피난시에 각층에서 계단실로 연결되는 출구에서의 병목현상으로 인해 각층의 인원체류가 1차적으로 발생하였고, 시간이 지남에 따라 계단실에서 각층의 인원들이 중첩되면서 계단실에서의 체류가 2차적으로 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
화재가 발생한 발화층(10층)과 인접층인 9, 11층 3개층이 동시에 8층으로 피난하는 상황을 시뮬레이션한 결과, 3개층 전체 피난소요시간은 8분 12초가 걸렸다. 피난시에 각층에서 계단실로 연결되는 출구에서의 병목현상으로 인해 각층의 인원체류가 1차적으로 발생하였고, 시간이 지남에 따라 계단실에서 각층의 인원들이 중첩되면서 계단실에서의 체류가 2차적으로 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
끝으로 본 연구는 고층건축물 1개소만을 선정하여 연구를 진행하였기에 다양한 형태의 고층건축물의 특성을 반영하지는 못하였다. 향후 건축물의 특성, 공간형태 등이 상이한 다양한 형태의 고층건축물 및 다중이용시설에 대하여 공통적인 영향요인 및 상이점을 밝혀내기 위하여 추가연구를 계획하고 있으며, 이를 경호경비계획에 반영하고 관련자들의 교육 및 정보 제공에 활용되기를 기대한다.
이상과 같은 연구 결과를 바탕으로 경호경비계획을 수립함에 있어서 고층건축물이 가지는 취약점 및 특성을 파악하고, 실무현장에 투입되는 관련자들에게 신임교육 및 직무교육을 활용하여 관련 지식 및 정보의 제공이 이루어져야 할 것이다.
피난시뮬레이션의 활용은 앞서 말한 피난시간 확보를 위한 공간 및 시스템의 적정성 판단 외에도 경호경비상 효율적인 비상유도계획 및 SIGN 계획 등에도 매우 중요하다. 전체적인 피난장애 및 피난시 인원의 분산 및 집중을 파악함으로써 효율적인 피난을 위한 유도요원(방재센타직원 및 경비원)의 위치, 유도방향, 출구의 개폐여부, 안내표지의 위치 및 방향 등을 결정하는데 반드시 활용되어야 한다.
끝으로 본 연구는 고층건축물 1개소만을 선정하여 연구를 진행하였기에 다양한 형태의 고층건축물의 특성을 반영하지는 못하였다. 향후 건축물의 특성, 공간형태 등이 상이한 다양한 형태의 고층건축물 및 다중이용시설에 대하여 공통적인 영향요인 및 상이점을 밝혀내기 위하여 추가연구를 계획하고 있으며, 이를 경호경비계획에 반영하고 관련자들의 교육 및 정보 제공에 활용되기를 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
피난시뮬레이션을 통한 안전성 확보 평가는 무엇인가?
피난시뮬레이션을 통한 안전성 확보 평가는 건축물의 경호경비계획 · 소방방재계획과 비상시 발생에 따른 피난안전시간의 확보여부 및 피난경로, 피난출구위치의 적정성 등을 종합적으로 판단하기 위한 방법이다. 또한 피난시뮬레이션을 통해 건축물의 경호경비, 소방방재적 설계의 효과성을 가시성 있는 그래픽과 수치데이타 결과로 획득하고, 피난예상시간의 비교를 통한 실제적 · 구체적인 대책을 세울 수가 있다.
고층건축물에서 화재, 테러 등의 재난으로 재산 및 인명피해가 발생한 국내외 사례들에는 무엇이 있는가?
최근 국내외적으로 이러한 고층건축물에서 화재, 테러 등의 재난으로 인하여 재산 및 인명피해가 증가하고 있는 추세이다. 대표적인 사례로 최근 국내에서는 2010년 10월 1일에 부산에서 발생한 주상복합건물 화재사고가 있었다. 외장재에 따른 급격한 연소 확대의 위험성 및 대규모 피난을 요구하는 화재사고로 기록되고 있다. 또한, 국외로는 2001년 9월 11일에 미국에서 발생한 WTC빌딩의 화재사례는 테러 및 화재안전에 대한 경각심을 깨워주는 사건이었다(김환진, 김원국, 조재형, 이정구, 권순평, 2007: 58). 이러한 대규모화· 고층화된 건축물 내에서 재실자의 인명에 대한 위험성이 높은 것이 드러났으며, 다양한 문제가 지적되었다(사노 토모노리(佐野友紀) 등, 2003).
고층건축물은 어떤 건축기술을 내제하고 있는가?
세계적으로 건축물의 높이가 고층화되면서 경호경비, 소방방재상의 여러 가지 문제가 발생한다. 고층건축물은 구조방식, 건축재료, 공간형태, 입면디자인(facade design)등의 다양한 건축기술을 내재하고 있는 건축물로써 공간의 수직적 분포로 인해 화재 발생시 급속한 연소 및 화재확대요인을 가지고 있으며, 고층으로 인한 소방 활동상의 제약이 따르며, 탈출 및 피난에 장시간의 시간이 소요되는 문제점 등을 나타내고 있다. 이러한 고층건축물의 특성과 더불어 사무용고층건축물이 가지는 공간적 특성, 이용자 특성, 발화 위험성, 재산보호의 필요성은 다음과 같다.
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