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노유자 시설 사례로 살펴보는
“성능위주 화재안전진단” 제2편




‘화재·피난시뮬레이션을 통한 성능위주의 화재안전진단’ 두 번째 시간입니다. 시작하기에 앞서 지난 1편을 잠깐 리뷰해보면, 제천 스포츠센터 화재 등 대형화재 사고 이후 높아진 안전에 대한 관심과 성능위주 화재안전진단의 필요성에 대해 알아보았습니다. 특히 ‘사전검토’ 단계인 시설관계자인터뷰, 관련법령검토, 화재안전 대책 제안의 설명을 예시 그림과 함께 소개했습니다.

· 화재안전진단 대상

- 지하 1층~지상 3층의 교육연구 및 복지시설(노유자 시설)로서 장애인(지적, 지체, 뇌병변, 발달장애)이 24시간 생활하는 시설
- 시설 이용 장애인은 총 52명이며 그중 31%인 17명이 피난 시 자력 피난이 어려운 장애인

· 수용인원 산정
제5류 위험물의 특성 및 소화방법
구 분용 도근무자(명)장애인(명)계(명)
1층사무실, 식당10010
2층생활실52833
3층생활실42428
195271

성능위주 화재안전진단의 업무추진 FLOW 및 순서도를 다시 한 번 살펴보고 넘어가겠습니다.

  • [ 업무추진 FLOW ]

진단 상황에 따라 순서는 일부 변경될 수 있으나 주로 현장 위험진단과 화재·피난시뮬레이션 진단 순서는 위의 그림과 같이 진행됩니다.

이번 시간에는 사전검토 후 ‘결과도출’ 단계를 상세하게 알아보도록 하겠습니다.

화재 시나리오 선정

‘결과도출’의 첫 단계로 화재 시나리오를 선정할 필요가 있습니다. 성능위주 화재안전진단 대상은 최상층인 지상 3층 생활실(여성용) 대상으로 시뮬레이션을 실시했는데요. 그 이유는 3층 장애인의 특성상 자력 피난이 어려움이 있고 야간근무자가 짧은 시간 내 모든 장애인을 대피시키기 어려운 것으로 분석되었기 때문입니다.

이에 진단팀은 배연창을 추가하는 화재안전 대책을 고려하여 화재 시 연기 배출이 얼마나 효과적인지 화재시뮬레이션을 통해 검증했습니다. 또한, 장애우 피난시뮬레이션을 실시하여 인명대피시간을 분석하여 최악의 피난상황을 연출하기 위해 피난 계단 2개소 중 1개소를 사용하지 못하는 것으로 가정하였습니다.

화재 및 피난시나리오 설정
화재 장소화재 및 피난시나리오 요약
지상3층 생활실
피난 개시 시각발화실발화 후 1분 후 피난
기타실경증 피난자 : 발화 후 1분 피난
중증 피난자 : 발화 후 2분~2분 20초 피난
개구부 조건각 실의 문이 열린 조건
화재 비교시나리오배연창이 없을 경우 VS 배연창이 있을 경우

[ 화재 및 피난시나리오 설정 ]

가상 화원 설정

화재시뮬레이션 수행을 위해 가상 화원을 설정하는 것은 매우 중요하기 때문에 진단자와 발주자, 보고서 검토자가 모두 수용할 수 있는 크기의 화재를 설정하여야 합니다.

사례에 활용된 가상화원은 300초 만에 2,100kW까지 상승하는 빠른 속도(Fast)의 화재를 채택하였습니다. 가연물은 폴리우레탄 우드프레임을 가진 소파(무게 28.2kg)를 활용하였습니다.

보통 일반 매트리스 화재의 크기가 1,000k임을 비교하였을 때 시뮬레이션에 활용된 화재는 충분히 크다고 할 수 있습니다. 화원의 위치는 지상 3층 생활실 내부에서 일어나는 것으로 가정하였습니다.

화재시뮬레이션 실시

재실자의 화재영향분석(온도, 가시도)을 위하여 계단실 입구(P1~P2) 기준으로 가상 열전대를 설치하여 그 결과를 분석합니다. 배연창을 생활실 거실 및 복도 총 5개소를 설치여 화재 시 개방된 것으로 가정하였으며 생활실 각 실의 문 또한, 개방된 것으로 설정하였습니다.

지상 3층 생활실 중앙 거실과, 복도에 건축법 최소 기준인 배연창 1㎡를 설치하여, 장애인 피난 시 배연창이 피난 안전 시간을 얼마나 확보 할 수 있을지에 대하여 테스트하였습니다.

지상3층 화원위치 및 열전대 위치 [ 지상3층 화원위치 및 열전대 위치 ]
배연창 적용 화재 모델링(FDS) [ 배연창 적용 화재 모델링(FDS) ]

다음 그림은 발화 5분 후 배연창 유무에 따라 바닥 1.8m 높이에서 온도 60℃ 도달 여부를 나타내고 있습니다. 온도 60℃ 범위는 붉은 색깔로 표시되며 배연창 설치 시 복도 및 계단 영역에 붉은색 영역이 사라진 것을 알 수 있습니다.

화재 발생 5분 후 (배연창 미설치) 화재 발생 5분 후 (배연창 미설치)
화재 발생 5분 후 (배연창 설치) 화재 발생 5분 후 (배연창 설치)

다음 그림은 발화 2분 후 배연창 유무에 따라 바닥 1.8m 높이에서 가시도 5m 도달 여부에 관한 결과 분석 그림입니다. 가시도 5m 범위는 붉은 색깔로 표시되며 배연창이 있을 때 복도 및 계단 부분에서 안전도가 향상되었습니다.

화재 발생 2분 후 (배연창 미설치) 화재 발생 2분 후 (배연창 미설치)
화재 발생 2분 후 (배연창 설치) 화재 발생 2분 후 (배연창 설치)

피난시뮬레이션 실시

화재시뮬레이션과 비교분석을 위해 피난시뮬레이션을 실시합니다. 먼저 관계인과의 인터뷰를 통해 실제 거주인원을 산출하여야 합니다.

인터뷰 결과 피난모델링 대상인 지상 3층의 경우 장애인은 총 24명이 있으며 그중 중증장애인은 6명(25%)이 거주하는 것으로 확인되었습니다.

시뮬레이션 보행속도는 국가 및 성별·연령대별로 다양하나 장애우의 기본 보행속도 기준인 0.8m/s를 적용하고 피난시간까지 고려하여 시뮬레이션에 반영하여야 합니다. 피난 지연시간은 발화실 및 기타실에서 이동이 양호한 장애인은 지연시간 1분을 적용하고 발화실 외 기타실에 거주하는 장애인은 2분으로 적용하였고 보수적인 피난시뮬레이션 수행을 위해 2개의 직통계단 중 1개소를 사용하지 않는 최악의 상황을 시나리오로 설정하였습니다.

다음 그림은 SIMUELX 피난시뮬레이션 실행 결과 화면입니다.

장애인 입력 (인원 24명, 중증장애인 6명 포함) 장애인 입력 (인원 24명, 중증장애인 6명 포함)
화재 발생 1분 30초 후 / 2분 42초 (피난완료) 화재 발생 1분 30초 후 / 2분 42초 (피난완료)

결과도출의 마지막 단계는 화재 및 피난시뮬레이션 결과 분석 단계입니다.

화재·피난 시뮬레이션 결과 분석

화재·피난시뮬레이션 결과 분석을 위하여 화재시뮬레이션 결과에 따른 허용피난시간(ASET1))과 피난시뮬레이션 결과에 따른 실제피난시간(RSET2))을 비교분석해야 합니다. 평가기준은 실제피난시간이 허용피난시간보다 작아야 피난 안전성이 확보되는데요. 시뮬레이션 최종결과에서 ‘배연창 도입’이 피난안전에 도움이 되는 것으로 확인되었습니다.

1) ASET(허용피난시간, Available Safety Escape Time) : 재실자가 안전하게 피난할 수 있는 시간 2) RSET(실제피난시간, Required Safety Escape Time) : 재실자가 해당층을 탈출하는 데 걸리는 시간

내용을 상세히 풀어보면 배연창 미설치 시 주계단 기준 위험도달 한계 시간은 2분 14초로서 실질 피난 완료시간은 2분 42초가 걸리기 때문에 피난자는 위험에 도달합니다. 배연창 설치 시 2분 57초까지 위험 한계 시간을 확장시켜 주는 것이 피난에 도움이 되는 것으로 확인되었습니다.

시뮬레이션 평가 결과
측정점화재시뮬레이션 계단입구에서의 허용피난시간 (ASET)피난시뮬레이션
실제피난시간
(REST)
평가
(ASET≫REST)
가시도(5m) 위험한계 도달시간(초)
배연창 미설치배연창 설치배연창X배연창O
POINT 1 (옥외계단)94초 (1분 34초)107초 (1분 47초)계단 사용하지 않음 - -
POINT 2 (주계단)134초 (2분 14초)177초 (2분 57초)162초 (2분 42초)위험안전
배연창이 있을 경우에 안전도 확보, 없을 경우 안전도 미흡

[ 시뮬레이션 평가 결과 ]



  • [ 배연창 도입 여부에 따른 피난안정성 비교(ASET VS RSEST) ]

노유자 시설 사례로 살펴보는 “성능위주 화재안전진단”을 제1편 “사전검토 단계” 제2편 “결과도출” 단계로 구분하여 예시와 함께 설명하여 보았습니다. 어떤가요? 조금 어렵게 느껴지시나요?

최근 제천 화재, 밀양 세종병원 화재 발생 등 대규모 화재사례들이 늘어나는 추세입니다. 특히 밀양 세종병원 화재 사고와 같이 자력피난이 어려운 피난 약자가 사용하는 노유자 시설에 대한 화재 위험을 완전히 봉쇄할 수 있는 법적제도 장치나 기술이 없어 시설 관계인이 화재 예방의 필요성을 사전에 인지하고 꾸준히 관리할 필요가 있습니다.

기존 건축물 소방시설 점검이 연중 실행되고는 있으나 최근 대형사고 사례를 볼 때 최소한의 법정 점검으로는 발생할 수 있는 화재사고의 능동적 대응에 한계가 있음을 알 수 있습니다.

이러한 한계점을 극복하기 위해 한국소방안전원에서는 보다 능동적인 시설 진단 방법으로 건축·소방·기타안전 분야 진단과 더불어 화재·피난시뮬레이션을 포함한 종합화재안전진단 서비스를 제공하고 있습니다.

해당 서비스는 한국소방안전원 홈페이지(www.kfsi.or.kr)에서 확인할 수 있으며 이러한 첨단 화재안전진단 서비스를 통해 대국민 자율적인 안전관리 의식이 높아지길 기대합니다.

글. 허윤택|한국소방안전원 안전관리부

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