외장재의 수직화재에 의한 동시다발적인 화재 발생 시 피난위험성을 확인하기 위하여 시나리오에 의한 피난시뮬레이션을 수행하였다. 피난시뮬레이션 결과, 가연성 외장재가 연소하면서 수직화재로 확대되어 개구부를 통해 유입되는 화재에 의해 층 대부분이 550초에서 650초 사이에 허용피난안전시간에 도달하였고, 특히 1층은 358초에, 6층과 10층은 490초와 473초에 피난한계에 도달하였다. 또한, 1층과 26층, 28층~30층의 총 5개 층에서 피난위험성이 나타나는 것으로 분석되었다. 동시다발적인 화재성상으로 인해 모든 재실자가 전관 피난을 하여 15층 이상의 고층 부분에서 병목현상이 심하게 발생하여 피난계단으로 진입이 어렵다는 것을 확인하였다. 특히, 1층의 경우는 발화지점과 가까워서 358초에 허용안전피난시간에 도달하여 상부층에 있는 699명의 피난이 난해한 것으로 분석되었다. 외장재 화재의 위험성 대책으로 불연성 외장재의 사용과 연소 확대를 방지하기 위한 적극적인 진압방법의 도입이 요구된다.
외장재의 수직화재에 의한 동시다발적인 화재 발생 시 피난위험성을 확인하기 위하여 시나리오에 의한 피난시뮬레이션을 수행하였다. 피난시뮬레이션 결과, 가연성 외장재가 연소하면서 수직화재로 확대되어 개구부를 통해 유입되는 화재에 의해 층 대부분이 550초에서 650초 사이에 허용피난안전시간에 도달하였고, 특히 1층은 358초에, 6층과 10층은 490초와 473초에 피난한계에 도달하였다. 또한, 1층과 26층, 28층~30층의 총 5개 층에서 피난위험성이 나타나는 것으로 분석되었다. 동시다발적인 화재성상으로 인해 모든 재실자가 전관 피난을 하여 15층 이상의 고층 부분에서 병목현상이 심하게 발생하여 피난계단으로 진입이 어렵다는 것을 확인하였다. 특히, 1층의 경우는 발화지점과 가까워서 358초에 허용안전피난시간에 도달하여 상부층에 있는 699명의 피난이 난해한 것으로 분석되었다. 외장재 화재의 위험성 대책으로 불연성 외장재의 사용과 연소 확대를 방지하기 위한 적극적인 진압방법의 도입이 요구된다.
In order to study on the evacuation risk when connate fires caused by vertical fire spread of the exterior occurs, the egress simulations based on the relevant scenarios has carried out. As a result of it, ASET (permitted evacuation time) was reached in between 550 to 650 seconds in entire floors af...
In order to study on the evacuation risk when connate fires caused by vertical fire spread of the exterior occurs, the egress simulations based on the relevant scenarios has carried out. As a result of it, ASET (permitted evacuation time) was reached in between 550 to 650 seconds in entire floors after vertical smoke spread from fire of combustible exteriors. In particular, ASET was 358 seconds in the first floor, 490 seconds in the six floor and 473 seconds in the tenth floor. In addition, five floors of all levels, the 1st floor, the 6th floor and the 28th floor ~30th floor, show RSET (minimum evacuation time) which is bigger than ASET as evacuation risk. This result presents occupants in high rise buildings with more than 15 floors might not be able to egress of them using staircases due to huge population attempting to evacuate simultaneously. Particularly, 699 people in the upper levels by smoke from the first floor are having difficulty escaping this building since ASET on the first floor adjacent to the ignition point was 358 seconds which is relatively reached fast. Considering a prevention method of the fire and smoke spread, architects have to use non-combustible exterior in the building's facade to be required as an active fire protection system.
In order to study on the evacuation risk when connate fires caused by vertical fire spread of the exterior occurs, the egress simulations based on the relevant scenarios has carried out. As a result of it, ASET (permitted evacuation time) was reached in between 550 to 650 seconds in entire floors after vertical smoke spread from fire of combustible exteriors. In particular, ASET was 358 seconds in the first floor, 490 seconds in the six floor and 473 seconds in the tenth floor. In addition, five floors of all levels, the 1st floor, the 6th floor and the 28th floor ~30th floor, show RSET (minimum evacuation time) which is bigger than ASET as evacuation risk. This result presents occupants in high rise buildings with more than 15 floors might not be able to egress of them using staircases due to huge population attempting to evacuate simultaneously. Particularly, 699 people in the upper levels by smoke from the first floor are having difficulty escaping this building since ASET on the first floor adjacent to the ignition point was 358 seconds which is relatively reached fast. Considering a prevention method of the fire and smoke spread, architects have to use non-combustible exterior in the building's facade to be required as an active fire protection system.
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문제 정의
이러한 동시다발적인 화재의 성상에 대해 허용안전피난시간(ASET, Available Safety Egress Time) 산정은 민세홍과 이재문의 ‘개구부를 통한 동시다발적인 화재 성상에 관한 연구(1)’에서 인용하였으며, 본 연구논문에서는 필요안전피난시간(RSET, Request Safety Egress Time) 산정을 위해서 미국의 THUNDERHEAD Engineering에서 개발된 Pathfinder Ver. 2011.1.1104를 이용하여 피난모델링을(2) 실시하여 동시다발적 피난에 대한 위험성을 분석하고자 한다.
이 연구결과를 바탕으로 시나리오에 의한 피난시뮬레이션을 수행하여 재실자에 대한 피난 안전성을 검증하고, 동시피난 시 나타나는 문제점을 분석하여 이에 대한 대책을 마련하여 외장재 화재에 대한 방호 및 피난안전성을 확보하기 위한 대안을 제시하고자 한다.
가설 설정
설정된 점화원에서 화재가 발생하여 인접한 알루미늄복합패널 외장재에 착화되어 수직으로 화재가 확산하며, 확산한 화재는 외벽에 설치된 개구부를 통해 해당 층으로 유입된다. 피난은 개구부를 통해 연기가 유입될 때 피난을 개시하는 것으로 가정하였다.
대상 데이터
피난시뮬레이션에 적용된 재실자의 인체치수는 기술표준원 산하 Size Korea에서 제공되는 한국인의 인체치수 데이터베이스를 활용하였다(8).
대상 건물은 지상 30층 건물로서 Table 3에 나타낸 바와 같이 각 층당 거실의 바닥면적은 418.5 m2로 하였으며, 용도는 업무시설로 설정하였다.
이론/모형
피난시뮬레이션에 적용된 보행속도는 일본의 平成12年施行建設省告示(2000)에서 제시된 피난예측시간에서 채용하는 보행속도를 적용하였으며(9), Table 2와 같다.
성능/효과
(1) 동시다발적인 화재 발생에 대한 피난시뮬레이션 결과, 전과 피난에 따른 병목현상 등으로 피난시간이 많이 지연되어 5개 층이 허용안전피난시간 이내에 피난이 완료되지 않는 것으로 분석되었다.
(2) 특히, 지상 1층의 경우, 발화지점과 근접하므로 358초에 허용안전피난시간에 도달하여 상부층에 있는 699명의 피난이 곤란한 것으로 나타났다.
(3) 기존의 피난안전성 평가는 1개소의 실 또는 단일 층에 대하여 피난안전여부를 평가하였는데, 동시다발적 화재는 그 특성상 건물 전체에서 동시에 피난이 이루어져야 하므로 피난 통로에서 발생하는 병목현상 등을 고려한 피난의 원활성에 대해 검토하였으며, 외장재에 의한 동시다발적인 화재 시에는 반드시 피난에 대한 시뮬레이션도 반드시 수행해야 함을 알 수가 있었다.
(4) (초)고층건물은 층별로 많은 재실자들이 동시에 피난층 또는 피난안전구역으로 피난할 때 피난구 및 계단 폭의 유효너비에 의해서 피난시간이 좌우된다. 그러므로 (초)고층건물은 저층으로 갈수록 동시피난인원을 고려하여 계단의 유효 폭을 법적 기준인 1,200 mm에 일률적으로 적용할 것이 아니라 피난시뮬레이션을 이용하여 유효 폭의 적정성에 대한 정량적인 분석을 하여 계단의 유효 폭을 확정하여야 한다.
(5) 난연 외장재의 경우 초기 연소·확대의 지연은 가능하지만, 근본적인 대책으로는 부족하므로 초고층건물은 불연성 외장재의 설치가 필요하다.
후속연구
허용안전시간 내에 피난을 완료하기 위하여 반응응답시간을 줄이기 위하여 비상안내방송에 대한 시스템 보완이 필요하며 계단 내에서 병목현상에 의해서 보행시간이 현저하게 감소하므로 피난계단의 유효 폭을 수용인원에 적합하도록 성능적인 검토가 요구된다.
(6) 피난시간의 확보를 위해 에어컨디셔너 실외기 등으로부터 외장재로의 연소·확대를 방지하기 위한 대책과 외장재 수직화재를 진압하기 위한 적극적인 진압대책이 필요하다.
참고문헌 (13)
S. H. Min and J. M. Lee, "A Study on Concurrent Fire Appearance through Openings", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 26, No. 2, pp. 90-96 (2012).
Thunderhead Engineering, "Pathfinder User Manual", (2011).
S. H. Min and J. M. Lee, "A Study on the Analysis of Fire Risk by Fire and the Improvement of Evacuation Equipment for Apartment", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 25, No. 6, pp. 127-135 (2011).
W. C. Park, Y. J. Lee and K. C. Ko, "Comparison of Evacuation Efficiency for Stair Width and Code for Occupant Load Calculation in High-rise Buildings", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 25, No. 1, pp. 1-6 (2011).
S. Y. Jung and T. H. Kim, "Evacuation Time for Performance Based Design", Proceedings of 2010 Spring Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 179-184 (2010).
J. B. Kim, J. K. Kim and E. S. Back, "A Study on the Evaluation of Evacuation Safety Function of an Elderly Care Hospital", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 24, No. 3, pp. 9-19 (2010).
C. T. Kim and S. W. Hong, "A Study on Design and Implementation of an Analog Addressable Detector and a Fire Alarm System", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 24, No. 4, pp. 1-11 (2010).
Korea Agency for Technology and Standard of Homepage, http://www.kats.go.kr/.
Japan of 平成12年施行建設省告示 (2000).
National Emergency Management Agency (NEMA), "Performance-based Methods and Standards of Fire Safety Design", Notification No. 2011-68 (2011).
S. H. Min and Y. J. Bae, "A Study on Combustion Experiments of Multi Type Air-Conditioner Outdoor Units by Large Scale Calorimeter", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 25, No. 6, pp. 168-177 (2011).
S. H. Min, M. S. Kim, Y. J. Jang, J. C. Sa, Y. J. Bae and J. M. Lee, "A Study on the Development of a Head for Prevent the Fire Spread Exterior", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 26, No. 1, pp. 113-119 (2012).
S. H. Min, J. E. Yun, J. S. Sun, S. H. Jeong, C. H. Chea and S. J. Kim, "Research for the Configuration of the Outside Sprinkler System", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 26, No. 1, pp. 102-112 (2012).
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