김준하
(Safety Research Team, Disaster Management Research Center)
,
김태헌
(Safety Research Team, Disaster Management Research Center)
,
정재욱
(Disaster Management Research Center)
연구목적: 초고층 건축물 지하공간 관련 법령, 국내외 지하공간 침수사례 및 침수 시뮬레이션으로 대피경로를 산정하여 초고층 건축물의 침수 대피 방안 도출을 위한 기초자료로 활용하고자 하였다. 연구방법: 초고층 건축물 지하공간 관련 법령 및 국내·외에서 발생한 지하공간 침수사례를 바탕으로 Test Bed를 활용한 침수 시뮬레이션을 실시하여 대피경로를 파악하였으며, 초고층 건축물에 대한 지하공간 침수가능성을 파악하였다. 연구결과: 위험도 레벨 4에 해당하는 지역이 존재함에도 침수위험도에 따른 대피경로의 변화는 없는 것으로 나타났다. 이는 대부분 대피 출발지점에서 위험도가 높아 기존 대피경로를 따라 이동하기 때문이며, 위험도가 적은지역이 시간이 지남에 따라 위험도가 높아져도 결국 그 지역을 신속히 지나야 대피장소로 갈 수 있기 때문에 경로 자체의 변화는 없는 것으로 판단된다. 결론: 본 연구에서는 침수위험도에 따른 대피경로의 차이가 없었으나, 건축물 별 지하공간의 규모와 형태가 상이한 경우, 시간에 따른 침수심의 변화가 다를 수 있을 것으로 판단된다. 특히, 침수심 변화에 따라 피난경로 또한 고정된 것이 아니라 안전하게 피난할 수 있는 경로가 변화할 수 있으므로 구체적인 피난경로에 대해서는 건축물에 따라 상세한 재분석이 요구될 것으로 사료된다.
연구목적: 초고층 건축물 지하공간 관련 법령, 국내외 지하공간 침수사례 및 침수 시뮬레이션으로 대피경로를 산정하여 초고층 건축물의 침수 대피 방안 도출을 위한 기초자료로 활용하고자 하였다. 연구방법: 초고층 건축물 지하공간 관련 법령 및 국내·외에서 발생한 지하공간 침수사례를 바탕으로 Test Bed를 활용한 침수 시뮬레이션을 실시하여 대피경로를 파악하였으며, 초고층 건축물에 대한 지하공간 침수가능성을 파악하였다. 연구결과: 위험도 레벨 4에 해당하는 지역이 존재함에도 침수위험도에 따른 대피경로의 변화는 없는 것으로 나타났다. 이는 대부분 대피 출발지점에서 위험도가 높아 기존 대피경로를 따라 이동하기 때문이며, 위험도가 적은지역이 시간이 지남에 따라 위험도가 높아져도 결국 그 지역을 신속히 지나야 대피장소로 갈 수 있기 때문에 경로 자체의 변화는 없는 것으로 판단된다. 결론: 본 연구에서는 침수위험도에 따른 대피경로의 차이가 없었으나, 건축물 별 지하공간의 규모와 형태가 상이한 경우, 시간에 따른 침수심의 변화가 다를 수 있을 것으로 판단된다. 특히, 침수심 변화에 따라 피난경로 또한 고정된 것이 아니라 안전하게 피난할 수 있는 경로가 변화할 수 있으므로 구체적인 피난경로에 대해서는 건축물에 따라 상세한 재분석이 요구될 것으로 사료된다.
Purpose: In this study, the authors propose a flood evacuation plan for skyscrapers with law related to underground space of skyscrapers, domestic and international underground space flood case study and simulation test. Method: This study compares the evacuation pattern of various case from flooded...
Purpose: In this study, the authors propose a flood evacuation plan for skyscrapers with law related to underground space of skyscrapers, domestic and international underground space flood case study and simulation test. Method: This study compares the evacuation pattern of various case from flooded underground spaces extending over several floors with respect to the number of evacuation routes with. Also, simulation test was performed by setting up the virtual underground spaces consisting of three-stories basement and changing the number of the ground entrance, area of the basement and the flooding heights of the basement. Result: There was no difference in evacuation route according to the inundation risk even if there was an area corresponding to risk level 4. This is because the risk in the starting area is greater than that in the evacuation route. Especially, even if the risk of evacuation route increases with time, there is no change in route because the route must be passed to reach the evacuation site. Conclusion: In this study, there was no difference in evacuation route according to the inundation risk. However, if the size and shape of the underground space of each building is different, the depth of inundation with time may be different.
Purpose: In this study, the authors propose a flood evacuation plan for skyscrapers with law related to underground space of skyscrapers, domestic and international underground space flood case study and simulation test. Method: This study compares the evacuation pattern of various case from flooded underground spaces extending over several floors with respect to the number of evacuation routes with. Also, simulation test was performed by setting up the virtual underground spaces consisting of three-stories basement and changing the number of the ground entrance, area of the basement and the flooding heights of the basement. Result: There was no difference in evacuation route according to the inundation risk even if there was an area corresponding to risk level 4. This is because the risk in the starting area is greater than that in the evacuation route. Especially, even if the risk of evacuation route increases with time, there is no change in route because the route must be passed to reach the evacuation site. Conclusion: In this study, there was no difference in evacuation route according to the inundation risk. However, if the size and shape of the underground space of each building is different, the depth of inundation with time may be different.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 초고층 건축물 지하공간 관련 법령과 국내·외에서 발생한 지하공간 침수사례를 검토하여 침수원인과 대책을 분석하였다.
본 연구에서는 초고층 건축물을 대상으로 침수위험성 및 대응방안도출을 위한 기초연구를 수행하였다. 연구 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 초고층 건축물 지하공간 관련 법령과 국내·외에서 발생한 지하공간 침수사례를 검토하여 침수원인과 대책을 분석하였다. 도출된 결과를 바탕으로 유한체적법(finite volume method, FVM)을 기반으로 한 2차원 흐름분석을 활용하여 Pilot Test Bed(PTB) 및 Test Bed(TB)에서 침수 시뮬레이션을 통해 대피경로를 산정하여 초고층 건축물의 침수 대피 방안 도출에 기초자료로 활용하고자 하였다.
본 연구의 TB 적용에 앞서 PTB 를 선정하고, 이에 대한 침수 시나리오를 분석하였다. 침수 시나리오 분석을 위한 지하공간의 침투수 유입은 좌측 상단에 위치한 계단 출입구를 통해 유일하게 침투가 발생하는 것으로 가정하고, 침수유입량은 지상 침수높이를 0.
앞서 수행한 PTB시뮬레이션 결과를 바탕으로 일산 위브더제니스 지하공간을 TB로 선정하여 침수 시나리오를 분석하였다. 앞서 수행한 PTB 시나리오는 가로 24m, 세로 15m의 소규모 지하공간을 모사하여 시나리오 case Ⅰ에서 Ⅴ까지 극한상황을 가정한 시뮬레이션이었다면, TB 시나리오는 PTB 구조의 약 10배에 해당하는 크기로 지하공간 침수상황에 따른 현실적인 대피경로를 도출하기 위해 실제 존재하는 고층 주상복합 아파트 지하공간을 모사하였다(Lim, 2019).
앞서 연구한 시뮬레이션의 상황과 동일한 조건으로 북측에 위치한 A 유입구와 남측에 위치한 B 유입구를 통해 우수침투가 발생하는 것으로 가정하였으며, 여러 가지 침수유입상황을 고려하여 침수높이 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 및 1.0m를 가정하였을 때, 경과시간 10, 30 및 60분 후 침수높이에 따른 위험도를 1, 2, 3, 4 및 5로 하여 시뮬레이션을 적용하였으며, 이에 따른 대피경로를 산정하였다. 특히, Case 0001~0010, Case 0100~0110, Case 0200~0210 및 Case 0300~0310으로 총 40개 상황에 따라 위험도를 다양하게 나누어 하나의 Case 당 최대 60분을 시뮬레이션 하였다.
3m이 내에서 발생함에 따라 침수 시 이동은 용이할 것으로 사료되며, 이에 따른 인명피해도 상대적으로 적을 것으로 판단된다. 지하공간 상 침수양상을 분석한 결과, 침투수 유입 지점과 상대적으로 가장 원거리에 위치한 지점에서 침수고의 상승이 비교적 늦게 발생하는 경향성을 나타냄에 따라 상대적으로 안전한 지점으로 판단하였으며, 이 부근을 출구후보지로 선정하였다.
본 연구의 TB 적용에 앞서 PTB 를 선정하고, 이에 대한 침수 시나리오를 분석하였다. 침수 시나리오 분석을 위한 지하공간의 침투수 유입은 좌측 상단에 위치한 계단 출입구를 통해 유일하게 침투가 발생하는 것으로 가정하고, 침수유입량은 지상 침수높이를 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 및 1.0m로 하여 각각의 침수상황을 적용하였으며, 이에 따른 대피출구지점을 도출하였다.
0m를 가정하였을 때, 경과시간 10, 30 및 60분 후 침수높이에 따른 위험도를 1, 2, 3, 4 및 5로 하여 시뮬레이션을 적용하였으며, 이에 따른 대피경로를 산정하였다. 특히, Case 0001~0010, Case 0100~0110, Case 0200~0210 및 Case 0300~0310으로 총 40개 상황에 따라 위험도를 다양하게 나누어 하나의 Case 당 최대 60분을 시뮬레이션 하였다.
대상 데이터
2001년부터 2017년까지 침수로 인한 국내의 지하철역, 지하상가 및 지하다층 피해사례를 분석하였다. 지하철역의 경우, 주로 집중호우에 의해 침수가 발생하였으며, 배수펌프를 통해 물을 빠른 시간 내에 배수하지 못하거나 설계 강우를 초과할 경우 발생하는 것으로 나타났다.
2001년부터 2017년까지 침수로 인한 일본과 미국의 피해사례를 분석하였다. 일본은 침수를 방지하기 위한 대책이 지속적으로 추진되고 있으며, 대도시의 지하공간이 지하철, 대규모 지하쇼핑몰 등 시스템이 점차 복합화됨에 따라 침수상황시 도시기능이 마비될 가능성이 높아 피해방지를 위한 지침서 발간 등 정책적인 노력도 기울이고 있다.
성능/효과
(1) 지하공간 침수 관련 법령을 분석한 결과, 현재 지하시설물 또는 지하구조물에 대해 안전관리와 연관된 제도적 기준이 필요가 시급한 실정이며, 급속히 복합화되는 초고층 건축물 내 지하시설의 통합관리를 위한 세부적인 제도마련이 필요한 것으로 분석되었다.
(2) 지하공간 침수 사례 분석을 실시한 결과, 국내의 경우, 대부분 지하철역 입구 또는 지하철역 인근 공사장에서부터 강우가 유입되어 침수가 발생한 것으로 조사되었다. 특히 지하다층과 같이 상대적으로 큰 면적에서 침수가 발생할 경우 배수에 오랜 시간이 소요되어 피해가 가중될 수 있을 것으로 판단된다.
(3) 지하공간 침수 시뮬레이션을 실시한 결과, 침수위험도에 따른 대피경로의 차이가 없었으나, 건축물 별 지하공간의 규모와 형태가 상이한 경우, 시간에 따른 침수심의 변화가 다를 수 있을 것으로 추측된다. 특히 침수심 변화에 따라 피난 경로 또한 고정된 것이 아니라 안전하게 피난할 수 있는 경로가 변화할 수 있으므로 구체적인 피난경로에 대해서는 건축물에 따라 상세한 재분석이 요구될 것으로 사료된다.
첫째로, 현재 지하시설물 또는 지하구조물에 대한 개별 법령은 존재하고 있으나, 그에 따른 관리주체가 다르기 때문에 향후 정보의 통합 및 운영에 어려움이 다소 있 을 것으로 판단되며, 안전관리와 연관된 제도적 기준이 필요할 것으로 사료된다. 둘째로, 빠르게 복합화되어가는 초고층 건축물의 증가에 따라 합리적인 지하시설의 통합 및 최신 정보의 도입이 절실하다. 특히 지하시설의 효율적인 통합관리를 위한 세부적인 제도마련이 시급하며, 무엇보다 최신 정보를 위해 관계기관을 중심으로 한 정보 공유에 대한 내용도 필요하다.
따라서 모든 결과로 종합해볼 때, 대피출구지점은 Fig. 3에서 제시된 바와 같이 ‘출구후보 ①’로 도출하였다.
4m 의 결과와 비교하여 유속변화가 빠르고 침수고의 급속한 상승을 보였다. 수심이 0.2m까지 상승하는데 걸리는 시간은 약 1분 40초이며, 침수높이 0.4m 보다 약 50초 빠른 상승을 보였으며, 5분 40초 내에 침수높이 0.75~0.9m에 도달하는 것으로 분석되었다. 출구 후보지역은 침수높이 0.
시뮬레이션 결과, Fig. 4(b)와 같이 지하 1~3층 모두 위험도 레벨 4에 해당하는 지역이 존재함에도 침수위험도에 따른 대피경로의 차이가 없는 것으로 분석되었다. 이는 대부분 대피 출발지점(붉은색숫자 지역)에서 위험도가 높게 나타나 기존 대피경로를 따라 이동하기 때문이며, 위험도가 적은 흰색지역에서 위험도가 높아질 경우에도 결국 그 지역을 신속히 지나야 대피장소로 갈 수 있으므로 경로 자체의 변화는 없는 것으로 추측된다.
지상 침수높이별 다섯 case의 시나리오를 분석한 결과, 침수 발생 시 유입수 부근에 인접한 측면은 다른 지점과 비교하여 침수고의 상승이 빠르고 유속흐름이 높게 분석됨에 따라 상대적으로 위험구간으로 나타났으나, 반면 유입 부근과 가장 원점에 인접한 측면은 상대적으로 안정된 지점으로 분석되었다. 따라서 모든 결과로 종합해볼 때, 대피출구지점은 Fig.
0m 시나리오 case를 보여주고 있다. 침수고의 상승속도를 분석한 결과, 0.2m까지 상승하는데 걸리는 시간은 약 1분으로 0.8m 시나리오 case보다 20초 정도 빠른 상승을 나타내었고, 0.75~0.9m에 도달하는 시간 또한 약 1분 50초로 분석되어 약 30초 정도 빠른 상승을 보였다.
8m인 시나리오 case 결과를 나타내었다. 침수고의 상승속도를 분석한 결과, 0.2m까지 상승하는데 걸리는 시간이 약 1분 20초로, 0.6m 시나리오 case보다 20초 정도 빠른 상승을 나타내었고, 0.75~0.9m에 도달하는 시간은 약 2분 20초로, 0.6m 시나리오 case보다 약 3분 정도 빠르게 나타났다.
후속연구
지하공간 침수 관련 법령을 분석한 결과 다음과 같은 개선점을 도출할 수 있었다. 첫째로, 현재 지하시설물 또는 지하구조물에 대한 개별 법령은 존재하고 있으나, 그에 따른 관리주체가 다르기 때문에 향후 정보의 통합 및 운영에 어려움이 다소 있 을 것으로 판단되며, 안전관리와 연관된 제도적 기준이 필요할 것으로 사료된다. 둘째로, 빠르게 복합화되어가는 초고층 건축물의 증가에 따라 합리적인 지하시설의 통합 및 최신 정보의 도입이 절실하다.
참고문헌 (7)
Jang, Y.-G. (2015). "Improvement of Legal System for Construction and Utilization of Underground Space Integration Map." Real Estate Focus, Vol. 83, pp.50-71.
Jeon, G.-H., Kang, S.-W. (2016). "A Study on Development of Evacuation Guidance System Using Direction Speaker and Control Lighting." Journal of Korea Society of Disaster Information, Vol. 12, No. 3, pp. 228-234.
Kang, B.-H. (2011). Inundation Assessment and Preventive Measures for the Underground Space Connected to Super High-Rise and Multipurpose Buildings. Ph. D. Dissertation, Korea University.
Kang, S.-W., Kim, T.-H., Jeon, G.-H. (2016). "Voice Information System to Guide Evacuation Speaker Study and Development." Journal of Korea Society of Disaster Information, Vol.12, No. 3, pp. 235-241.
Kim, W.-H. (2013). Underground Space Risk Characteristics Analysis and Institutional Improvement Plan. Korean Institute of Fire Science & Engineering, 11-1660000-000801-01, Seoul, South Korea.
Kwon, D.-P. (2018). A Study on Evacuationand Fire Protection for Skyscrapers(Focus on the 2nd LOTTEWORLD), Master Dissertation, Kangwon National University.
Lim, Y.-J. (2019). A Simulation for Evacuation from Flooded Underground Space Using Agent Based Model. Master Dissertation, Konkuk University.
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