[논문]도로터널 화재시 효과적인 소방활동전략 수립을 위한 시나리오 연구

김학근; 이지희

doi:10.7731/kifse.2017.31.5.107

도로터널 화재시 효과적인 소방활동전략 수립을 위한 시나리오 연구
Scenarios for Effective Fire Fighting Operations during Tunnel Fires 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.31 no.5, 2017년, pp.107 - 116

김학근 (중앙소방학교 인재개발과) , 이지희 (경북대학교 국토교통기술지역거점센터)

초록
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터널화재는 국제적인 관심사이며, 매년 중대 터널화재는 발생하고 있다. 교통밀도가 증가하면서 장대터널은 물론, 더 많은 수의 터널이 건설되고 있어서, 앞으로 터널화재의 잠재위험성이 더 나빠질 수 있으므로 더욱더 심각한 문제이다. 도로터널 화재발생시 소방대원이 효과적인 소방활동 전략을 수립하도록 하는 것이 본 연구의 궁극적 목적이다. 과거 화재 사례로부터 어떠한 사고가 발생하였고, 어떠한 소방활동이 행해졌는지 알아보기 위하여 국내외 73건의 터널화재사고사례를 조사하여 4가지 사고유형으로 분류하였다. 소방활동의 전략수립을 위해 개입시간과 열방출율의 관계로 6가지 화재시나리오 곡선을 도출하였다. 이것은 두 가지 기준 즉, 반응한계와 최대 도착시간에 따라 소방활동의 전략을 수비적, 공격적 전략 중 선택할 수 있도록 하였다. 도로터널 분류 모델은 각 소방기관이 관할 터널의 화재 위험 정도를 화재 진압의 관점에서 평가하고 예방조치를 수립하는데 사용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Fires in tunnels are an international concern and fatal accidental fires in tunnels seem to occur on annual. They have the potential to become much worse int the future as more and longer tunnels are constructed and as traffic densities increase. This is a serious problem. The main purpose of this study is to develop operational procedures for fire brigades in road tunnel fires. This study discussed the past to see what can be learned from the incidents that have already done in tunnels. 73 cases of road tunnel fires domestic and outside of Korea were investigated and classified into 4 incident categories. Among them, 4 tunnel fires are highlighted, focusing on the activities of fire brigades and operation. Regarding the establishment of the strategies for fire fighting, 6 kinds of fire scenario curves have been deducted with regard to the relation between intervention time and heat release rate. It made the choice from the defensive or aggressive fire fighting activities depending on two criteria i.e. response limit and maximum response time. Road Tunnel Classification models can be useful when a fire brigade evaluates fire risk levels in the tunnels under its jurisdiction from the firefighting point of view and sets up preventive measures.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Firefighting activities in road tunnels
표 Table 1. Firefighting activities in road tunnels (continued)
표 Table 2. Classification of Incidents
표 Table 3. Analysis on the Previous Fires in Road Tunnels
표 Table 4. A Comparisons Between Four Major Tunnel Fires
그림 Figure 1. Fire Scenario curves for firefighting strategies.
표 Table 4. Classification Models of Road Tunnels for Firefighting

AI 본문요약
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문제 정의

모든 화재상황이동일하지 않고, 각각의 발생상황이 다양해서 상세한 결론을 도출할 수는 없다. 그러나 본 논문에서 수집한 도로터널화재사례를 조사하여 개입시간을 알아내고자 하였다. 즉,전략측면에서 보면, 곡선 B와 D는 소방대가 신속히 현장에 도착할 경우에는 공격적 전략이 가능하다.
본 연구는 도로터널의 안전을 위한 3가지 요인 중 비상대응에 초점을 두고 소방대원이 효과적인 소방활동 전략을 수립하도록 하고자 하였다. 73건의 국내외 도로터널 화재의 사례를 분석하여 사고유형을 분류하였고, 4가지 화재사례(단순화재-확산없음, 단순화재-확산있음, 충돌화재-확산 없음, 충돌화재-확산있음)로 유형을 분류하였다.
⁽¹⁾ 비상대응은 터널 디자인과 터널 운영에 따라 크게 달라질 수 있다. 본 연구는 소방대원의 활동전략을 효과적으로 수립할 수 있는 비상대응에 초점을 두고자 한다.
본 연구는 터널화재 사고시 소방대원의 효과적인 소방활동 전략 수립을 위한 연구로써, 소방대원의 고유의 대응절차를 무시할 수 없다. 전략(Strategy)이란 현장지휘자가 소방활동의 목적, 즉 구조작업을 수행하고, 화재의 위치를 확인, 제한, 진압하여 인명과 재산을 보호하기 위하여 결정하는 일반계획 또는 행동절차라고 정의할 수 있다.
본 연구의 주관심사는 비상대응을 위한 분야로써 도로 터널 화재 발생시 소방대원이 효과적인 소방활동 전략을 수립하는데 유용한 화재시나리오와 터널분류모델를 개발하여 소방대원의 안전은 물론, 요구조자의 안전과 재산피해를 최소화하는 것이 궁극적 목적이다.
또한 도로터널 분류 모델을 정립하여, 소방활동 전략 수립을 위한 화재시나리오 곡선을 개발하였다. 아울러 터널화재를 분류하여 도로터널의 화재 시 소방활동 계획 수립을 용이하도록 제시하고자 한다.

제안 방법

본 연구는 도로터널의 안전을 위한 3가지 요인 중 비상대응에 초점을 두고 소방대원이 효과적인 소방활동 전략을 수립하도록 하고자 하였다. 73건의 국내외 도로터널 화재의 사례를 분석하여 사고유형을 분류하였고, 4가지 화재사례(단순화재-확산없음, 단순화재-확산있음, 충돌화재-확산 없음, 충돌화재-확산있음)로 유형을 분류하였다. 특히 화물차량과 충돌화재인 경우는 확산의 위험이 높았으며, 이러한 경우는 소방대 도착시간에 따라 전략을 선택해야함을 알 수 있었다.
과거의 도로터널 화재사례로부터 공통적인 중요변수를 찾기 위하여 소방활동을 조사하였다. 특히 IC 2(단순화재이며 확산있음), IC 4(충돌화재이며, 확산있음)의 사례 중 화물트럭이 관계된 화재사례를 선택하였다.
국내외 터널화재 사고사례를 문헌과 인터넷 사이트를 통하여 수집한 후 사고유형을 분류하며, 각각의 화재사례에 따른 소방진압활동을 조사하였다. 또한 도로터널 분류 모델을 정립하여, 소방활동 전략 수립을 위한 화재시나리오 곡선을 개발하였다.
도로터널 화재의 사고유형을 분류하여 6가지 화재시나리오 곡선을 도출하였다. 즉, 시나리오 곡선 A, B, C, D 그리고 변형곡선 a, c 이다.
도로터널 화재의 사고유형을 분류하여 다음과 같은 6가지 화재시나리오 곡선을 개발하였다.⁽¹¹⁾ 즉, 시나리오 곡선 A, B, C, D 그리고 변형곡선 a, c 이다.
도로터널 화재시 효과적인 소방전략 및 전술을 개발하기 위해서는, 과거 발생한 화재사례를 수집하고 그 당시 소방진압활동의 조사가 필수적이다. 따라서, 1949년 이후 발생한 도로터널 화재에 관한 사례를 파악하기 위하여 문헌과 인터넷 사이트^(6-8)를 통해 조사를 수행하였다 그 결과 국외 69건과 국내 4건 총 73건의 화재사례에 관하여, 발생연도, 터널명, 국가, 터널길이, 화재발생차량, 화재원인, 사고유형, 진압활동을 조사하였다. 지면관계상 본 논문에는 21건의 사례를 조사한 내용은 다음과 같다(Table 1).
따라서, 본 연구에서는, 20∼30 MW 규모의 화재를 도로터널의 대응한계기준(Response limit area)으로 하였다.
국내외 터널화재 사고사례를 문헌과 인터넷 사이트를 통하여 수집한 후 사고유형을 분류하며, 각각의 화재사례에 따른 소방진압활동을 조사하였다. 또한 도로터널 분류 모델을 정립하여, 소방활동 전략 수립을 위한 화재시나리오 곡선을 개발하였다. 아울러 터널화재를 분류하여 도로터널의 화재 시 소방활동 계획 수립을 용이하도록 제시하고자 한다.
터널화재시 소방대는 위험수준을 파악하여 소방활동계획을 수립할 수 있다. 본 연구에서는 화물트럭과 그 적재위험물, 터널의 형태와 길이, 정체여부 그리고 관할 소방서에서 현장도착까지의 출동시간 등 중요변수 4가지를 채택하였다.
소방대의 관점에서 도착시간, 화재 사고유형, 화재시나리오 등으로 도로터널 유형을 분류함으로써 평상시 관할도로터널의 위험등급을 파악할 수 있고 그에 따른 사전전략과 활동 시나리오를 가지고 훈련을 함으로써 좀 더 효율적으로 대비할 수 있도록 하였다.
즉, 국외에서 발생한 3건의 대형터널화재사고와 최근 국내에서 발생한 1건의 사고를 비교하였다. 이러한 비교작업을 통해 각각의도로터널 환경에서 소방 활동의 특성을 이해하고, 소방과 도로관리의 활동방재설비의 작동을 평가할 수 있다. 4건의 대형도로터널 화재에 관한 소방활동 조사는 다음과 같다(Table 4).
조사항목은 시나리오 타입, 화재가 급속히 전파된 원인,화재 발화장소, 관련 차량 대수, 화재진압완료시간, 화재도착거리 및 시간, 선착대팀의 활동내용, 제연시스템, 초기기류 방향, 비상시 신선공기 공급, 기류의 변화, 소방대간의 조정 및 협동 등이다.
특히 IC 2(단순화재이며 확산있음), IC 4(충돌화재이며, 확산있음)의 사례 중 화물트럭이 관계된 화재사례를 선택하였다. 즉, 국외에서 발생한 3건의 대형터널화재사고와 최근 국내에서 발생한 1건의 사고를 비교하였다. 이러한 비교작업을 통해 각각의도로터널 환경에서 소방 활동의 특성을 이해하고, 소방과 도로관리의 활동방재설비의 작동을 평가할 수 있다.

대상 데이터

고타드터널은 스위스에 위치하고 있으며, 이탈리아 국경과 독일, 프랑스를 연결하는 스위스-알프스산맥을 관통하는 주요 유럽도로망의 일부이다. 1980년 개통하였고 총연장 16,918 m이다. 2001년 사진필름통 등 다양한 화물을 적재한 트럭이 남쪽에서 북쪽으로 주행하고 있었고, 터널 오른쪽 벽과 충돌하고 그 후 남쪽 터널 입구에서 1.
특히 화재경보 후 13분만에 접근 가능거리가 약 10 m에 이르렀으며,이것은 급속한 열방출량으로 더 이상 접근이 불가능하였음을 알 수 있다. 34대의 차량피해와 39명이 사망하여 3년간 터널을 폐쇄하였다.
과거에 발생한 화재사례로부터 귀중한 교훈을 얻고자 할 경우에는 그 사례가 많으면 많을수록 좋다. 본 논문에서는, 1949년부터 발생한 터널화재 중 사고사례가 많은 도로 터널을 대상으로 하였다.
본 연구에서 조사한 터널화재 73건 중 단순화재는 50건이며, IC 1는 44건, IC 2는 6건으로 분류되었다. IC 1(단순 화재, 확산 없음) 중 26건의 화재는 화물트럭, 3건은 승용차, 14건은 버스나 승합차, 그리고 1건은 크레인 차량에서 발생했다 2005년 제2 달성터널에서 발생한 미사일 발사체를 적재한 트럭으로 인한 화재가 여기에 속한다.
상주터널은 경상북도 상주시에 위치하며 총 연장 1,685m이다. 중부내륙고속도로 창원방향으로 가던 위험물을 적재한 화물차량이 터널 내 정체구간 최후미를 늦게 발견하고 급제동을 하면서 적재한 위험물이 누출되면서 터널벽을 충돌한 후 스파크 불티가 접촉하여 화재가 발생하였다.
따라서 일단 화재가 발생하면, 도로터널 화재에 비교해서 희생자가 훨씬 더 많을 가능성이 높다. 실제 2003년 대구지하철 화재와 1995년 Azerbaijan 지하철 화재에서 200명 이상의 희생자가 발생한 것이 그 사례이다. 그에 비하면, 도로터널 화재의 희생자는 철도화재보다 훨씬 적다.
단순화재는 화재발생초기에 단지 한 대의 차량만이 관련된 화재사고이며, 충돌화재는 화재발생초기에 1대 이상의 차량이 관련되어 차량간 충돌 혹은 터널 벽과의 충돌로 이어지는 화재이다. 조사대상 73건 중 단순화재는 50건(68.5%), 충돌화재는 23건(31.5%)이었다.
화재발생으로 11명이 사망하고, 3명은 병원으로 이송되었다. 총 23대의 차량(13대의 화물트럭, 10대의 승용차)이 손상되었다. 이후 터널은 2달 동안 폐쇄되었다.
과거의 도로터널 화재사례로부터 공통적인 중요변수를 찾기 위하여 소방활동을 조사하였다. 특히 IC 2(단순화재이며 확산있음), IC 4(충돌화재이며, 확산있음)의 사례 중 화물트럭이 관계된 화재사례를 선택하였다. 즉, 국외에서 발생한 3건의 대형터널화재사고와 최근 국내에서 발생한 1건의 사고를 비교하였다.
첫 번째 트럭에서 디젤이 누출되었고, 밧데리에서발생한 스파크로 인해 누출 연료가 인화되어 화재는 매우 빠른 속도로 확산되었다. 화재발생으로 11명이 사망하고, 3명은 병원으로 이송되었다. 총 23대의 차량(13대의 화물트럭, 10대의 승용차)이 손상되었다.

성능/효과

도로터널 사고사례를 보면, 일방 통행터널보다 대면 통행터널에서 훨씬 위험성이 높았다. 대면터널인 경우는 진압보다는 요구조자를 위한 탐색 및 구조작업을 우선 하는 동안 화재의 세기가 더욱더 커질 것이다.
도로터널 화재시 소방활동에 있어서 가장 중요한 것 중의 하나가 연기와 마주하느냐, 그렇지 않느냐의 여부임을 확인할 수 있었다. 상주터널을 제외하고 3건의 화재는 모두 연기와 맞서 접근한 소방대는 현장도착이 늦지 않았음에도 불구하고 화점으로의 접근이 불가능했다.
위의 4가지 터널화재는 화물트럭이 관련된 사고를 대상으로 하였지만, 몽블랑 터널은 단순화재에서 화재확산이 있었고, 나머지는 충돌화재이면서 화재확산이 된 화재였다. 모든 화재사례가 화재진압활동, 인명구조활동, 구급활동 등의 소방활동은 화재의 급격한 성장으로 인해 진입이 어려웠고, 가장 빠른 진입은 고타드터널의 7분, 가장 지연된 터널은 상주터널의 32분 경과였다. 이것은 정체여부에 따른 현장도착시간의 지연과 가연물의 성격에 따른 급격한 성장으로 인해 진압 가능한 거리까지 도달할 수가 없었기 때문이다.
이와 같이 73건의 터널화재를 조사해본 결과, 화물트럭(HGV)이 관여한 거의 모든 충돌화재는 다른 차량으로 화재가 확산되었고 그 결과 인명피해가 발생하였다. 따라서 이러한 유형 즉, IC 2, IC 4의 터널화재 발생시에는 인명위험과 화재확산에 따른 갑작스러운 온도증가와 고온의 열기류를 고려하여 소방활동의 전략을 수립하여야 한다.
출동시간은 소방기관이 화재발생현장에 도착한 시간으로 명확하지는 않지만, 본 연구에서 사례를 조사한 결과 3가지 시간 구간 즉, 8분 이내, 8∼20분 이내, 20분 이상으로 구분할 수 있었다.
화재사례를 통한 사고분석 결과, 승용차와 버스로 발생된 화재는 이웃차량으로 확산되지 않았고, 화물트럭과 적재 위험물이 있는 경우는, 확산하여 대형화재로 이어짐을 확인할 수 있었다.

후속연구

그러나 똑같은 제원의 터널은 존재하지도 않고, 똑같은 화재상황을 재현하지 못하므로, 모든 종류의 도로터널에 적용할 수 있는 세부작전과 상세한 화재시나리오를 제공할 수는 없다. 그러나 도로터널 화재의 특성과 4가지 도로터널 유형으로 파악해 둠으로써 유사한 상황에서 발생하는 터널화재에서는 좀 더 세부적인 소방활동 전략을 수립하는데 유용하리라 본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소방진압 및 구조에 적용할 수 있는 전략은 무엇인가?	일반적으로 소방진압 및 구조에 적용할 수 있는 전략은 공격적 전략과 수비적 전략이다. 공격적 전략(offensivestrategy)은 화점에 대한 공격적인 내부공격을 위해 빠른 수관 전개를 강조하는 반면, 수비적 전략(defensive strategy)은 화재에 노출된 인명을 보호하거나, 화재를 제한하는 것이 중요한 초기에, 대형 또는 확장하는 소방활동시 채택되는 전략이다. (10)
	도로터널의 정의는 무엇인가?	도로터널의 정의는 도로의 일부로서 자동차의 통행을 위해 지붕이 있는 지하구조물을 말한다.(3) 터널은 사용목적에 따라 분류하면, 교통용 터널과 수로용 터널, 기타 터널로 나눌 수 있다.
	교통용 터널의 종류는 무엇으로 구분되나?	(3) 터널은 사용목적에 따라 분류하면, 교통용 터널과 수로용 터널, 기타 터널로 나눌 수 있다. 이 중 교통용 터널은 철도터널, 도시철도, 도로터널, 지하보도 터널 등이 있다. 도로터널 화재와 철도터널화재사례를 분석한 내용에 의하면,(4) 철도시스템은 일반적으로 여러 대의 기차로 구성되어 수백명의 승객이 타고 있다.

참고문헌 (16)

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The National Assembly Dada for Inspection & Investigation of State Affaires in Land, Infrastructure and Transport Committee by Park Su-hyun Member of Congress (2015).
J. H. Lee, Y. D. Kim and H. J. Kim, "Scenarios for Response of Searching and Rescue During Tunnel Fires", Proceedings of 2017 Spring Annual Conference, Fire Science and Engineering, pp. 333-334 (2017).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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