이병현
(Lee Byung-Hyun)
1
이경희
(Lee Kyung-Hee)
2†
-
부산대학교 건축공학과 대학원
(Graduate School of Mechanical Engineering, Chungnam National University, Daejeon,
34134, KoreaGraduate Course, Department of Architectural engineering, Pusan National
University, Pusan, 46287, Korea)
-
부산대학교 건축공학과
(School of Mechanical Engineering, Chungnam National University, Daejeon, 34134, KoreaDepartment
of Architectural engineering, Pusan National University, Pusan, 46287, Korea)
Copyright © 2016, Society of Air-Conditioning and Refrigeration Engineers of Korea
Key words
오피스 빌딩(Office building), 피난관련 법(Evacuation laws), 복도폭(Corridor width), 전실 면적(Ancillary room area), 피난안전구역(Refuge safety area)
1. 서론
산업화 및 토지이용의 극대화 등으로 고층 건축물은 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 건축물이 고층화 및 대형화 되면서 화재발생 형태도 대형화 복잡 다양한
양상을 보이며, 화재발생 시 인명피해 위험이 커지고 있다. 인명 피해를 줄이기 위한 피난안전성을 확보하는 것은 매우 중요하다. 국내외 각 나라에서는
연구 자료와 화재통계를 바탕으로 재실자의 피난안전성을 확보하기 위한 사항을 피난관련 법에 규정하여 반영하도록 하고 있다.
화재는 항상 인간의 예측을 벗어난 상황과 순간에 발생하여 대형 인명 및 재산피해를 주며, 이러한 사례를 바탕으로 법을 강화하거나 법조항을 제정 또는
개정한다. 그러나 현재의 법은 다양하고 복잡한 용도와 규모를 가진 건축물에 비하여 획일적인 규제로 일관되게 적용하는 부분이 많으며, 인명 및 재산상의
피해를 가중시키는 경향이 있다.
본 연구에서는 오피스 빌딩을 대상으로 수평 및 수직 피난, 피난안전구역 피난에 관한 국내 법을 중국 법과 비교하였으며, 차이가 많이 나고 있는 복도폭,
특별피난계단 전실 면적과 피난안전구역을 대상으로 피난시뮬레이션을 이용하여 재실자의 이동시간을 분석하였다. 고층 및 초고층 건축물의 건축이 활발한 상황에서
향 후 화재 및 피난연구에 기여할 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.
2. 국내 화재발생 현황
2.1 화재발생 현황
국내 화재발생 현황은 국민안전처 및 국가화재정보센터 자료를 참조하여 2006년부터 2015년까지 10년 동안의 화재발생 현황에 대하여 조사하였으며,
화재발생 현황은
Fig. 1과 같다.
Fig. 1. Fire Situation of the 10 years.
화재발생 건수는 10년 동안 평균 43,310건으로 2006년에 31,778건으로 가장 적으며, 2008년에 49,631건으로 가장 많다. 최근 3년의
화재발생 건수를 보면 2013년 40,932건, 2014년 42,135건, 2015년 44,435건으로 화재발생은 2012년 감소한 이후 증가하고
있다.
2.2 화재 현황 분석
2015년의 44,434건의 화재발생 중 건축물 화재는 26,303건으로 전체 화재의 59.2%를 차지하고 있으며, 2014년 대비 건축물 화재가
증가하는 것으로 확인되었다. 산업사회의 고도화가 증가하고 있는 것을 감안하면, 이러한 현상은 지속될 것으로 판단된다.
3. 피난관련 법 검토
본 연구에서는 수평 및 수직 피난, 피난안전구역 피난에 관한 법을 검토 하였으며, 국내의 법 기준은 “건축법․영” 및 “건축물의 피난․방화구조 등의
기준에 관한 규칙(이하 피난방화기준)”을 참조하였으며, 중국의 법 기준은 “건축설계방화규범(GB 50016-2014)”을 참조하였다.
3.1 수평 피난
화재가 발생하면 재실자들은 위험으로부터 벗어나기 위하여 거실에서 계단, 발코니 등 안전한 구역까지 수평 피난을 하게 된다. 국내의 수평 피난에 관해
언급하고 있는 내용은
Table 1과 같이 출구, 계단실까지의 보행거리 및 복도의 너비에 관한 규정이 있으며, 중국은
Table 2와 같이 피난방향 및 내화등급에 따라 규정하고 있다.
Table 1. Horizontal Evacuation standards in Korea
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Division
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Office
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Walking distance
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Living room to Stair room : 30 m(50 m)
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Stair room to Exit : 30 m(50 m),
Living room to Exit : 60 m(100 m)
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Corridor width
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1.8 m(1.2 m)
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Table 2. Horizontal Evacuation standards in China
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Division
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Building
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High building
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Walking distance (Door to Stair room)
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2 way
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1, 2*
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40 m
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40 m
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3*
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35 m
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4*
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25 m
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1, U way
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1, 2*
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22 m
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20 m
|
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3*
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20 m
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4*
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15 m
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Corridor width
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double-loaded corridor
1 m
one side corridor
0.8 m
|
국내의 보행거리에 대한 기준은 거실로부터 가장 가까운 거리에 있는 계단까지 이르는 보행거리는 30 m 이하가 되어야 하며, 주요구조부가 내화구조 또는
불연재료로 된 건축물은 50 m(층수가 16층 이상인 공동주택은 40 m) 이하가 되도록 규정하고 있다. 계단에서 출구까지는 거실에서 계단까지의 보행거리이하,
거실에서 출구까지는 앞의 보행거리 2배 이하로 규정하고 있다. 복도 너비는 피난방화기준에서 오피스 빌딩(업무시설)은 복도의 양옆에 거실이 있으면(이하
중복도) 1.8 m 이상, 기타의 복도에서는(이하 편복도) 1.2 m 이상으로 규정하고 있다.
반면, 중국의 보행거리(거실문에서 출구 또는 계단까지의 거리)에 대한 기준은 내화 등급 및 건물 규모에 따라 다르다. 일반 건축물은 2 way에서
내화 등급에 따라 보행거리는 40 m(1, 2급), 35 m(3급), 25 m(4급)이며, 1 way 및 U way는 22m(1, 2급), 20 m(3급),
15 m(4급)으로 규정하고 있다. 고층 건축물은 각각 40 m, 20 m로 규정하고 있다.
별도로 거실 임의의 위치에서 거실문까지 거리는 15 m를 초과하지 않아야 하며, 고층 건축물은 편복도는 피난문과 출구의 거리는 5 m 증가하며, 건축물
내 스프링클러가 설치된 경우 25% 완화하여 적용하고 있다. 또한, 복도 너비는 중복도는 1 m, 편복도는 0.8 m 보다 커야하며, 통과하는 인수
100명당 1 m보다 작지 않게 계산하도록 하고 있다.
보행거리 규정은 국내보다 중국이 최소 25 m, 최대 45 m 더 짧아 중국의 법 규정이 더 강화된 것으로 확인되며, 복도 너비 규정은 국내가 중국보다
중복도는 0.8 m, 편복도는 0.2 m 더 넓어 피난 시 유리한 것으로 판단되나 통과 인원수에 의한 별도의 규정을 제시하고 있다.
3.2 수직 피난
계단은 피난 시 건물에서 완전히 벗어날 수 있는 지상층, 피난층 또는 옥상층으로 이동하는 수직적 피난경로이며, 기준은
Table 3과
Table 4와 같다.
Table 3. Stair standards in Korea
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Division
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Inside Fire Escape Stairs
|
Outside Fire Escape Stairs
|
Special Escape Stairs
|
|
Fireproof construction
|
◯
|
◯
|
◯
|
|
Non-combustible materials
|
◯
|
◯
|
◯
|
|
Door
|
◯
|
◯
|
◯
|
|
Window construction
|
◯
|
◯
|
◯
|
|
Ancillary room (area)
|
X
|
X
|
◯
(3 m2)
|
Table 4. Stair standards in China
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Division
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Fire Escape Stairs
|
Outside Fire Escape Stairs
|
Special Escape Stairs
|
Smoke defense Escape Stairs
|
|
Fireproof construction
|
X
|
X
|
◯
|
◯
|
|
Non-combustible materials
|
X
|
X
|
◯
|
◯
|
|
Door
|
X
|
◯
|
◯
|
◯
|
|
Window construction
|
◯
|
X
|
◯
|
◯
|
|
Ancillary room
(area)
|
X
|
X
|
◯
(6 m2)
|
국내는 건축물의 내부에 설치하는 피난계단, 외부에 설치하는 피난계단 및 특별피난계단으로 구분하고 있으며 중국은 피난 계단실, 특별피난 계단실, 방연
계단실 및 옥외 피난계단으로 구분하고 있다.
국내 및 중국 법을 비교하면 중국은 피난 계단 및 옥외 피난계단은 구조적 규정보다는 계단실 내부에 가연성 물질 사용에 대한 규정이 엄격하며, 초고층
건축물에 설치하는 특별피난계단(방연계단실)에서는 전실의 크기가 국내보다 3 m
2 넓은 것으로 확인되었다.
수직피난의 피난용량을 늘이는 가장 효율적인 방법은 Park
(1)의 연구와 같이 계단실을 추가하는 것이 좋다고 밝혔다.
3.3 피난안전구역 피난
계단을 통하여 피난안전구역으로 피난한 재실자들은 옥상 또는 옥외 출구를 통해 지상으로 최종적인 피난을 하게 된다. 피난안전구역 관련 각국의 비교는
Table 5와 같다.
Table 5. Refuge safety areas related provisions
|
Division
|
Contents
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|
Korea
|
1. Installing more than one point for each of up to 30 floors from ground level to
the high-rise buildings.
2. Install gave 1 point from the layer within the upper and lower five floors corresponding
to 1/2 of stories on high-rise buildings.
|
|
China
|
1. In the public buildings that exceed the height of 100 m per 15-floor mid-tier installation
is recommended evacuation.
2. Minimum standards for the area to evacuate floor 1 m2/5 people in Must use an entire
layer, the facility can be installed with respect to the area portion.
3. The evacuation must be based on a separate floor evacuation stairs of the upper
and lower layers.
|
국내는 초고층 건축물에는 피난층 또는 지상으로 통하는 직통계단과 직접 연결되는 피난안전구역을 지상층으르부터 최대 30개 층마다 1개소 이상 설치하여야
하며 준초고층 건축물에는 피난층 또는 지상으로 통하는 직통계단과 직접 연결되는 피난안전구역을 해당 건축물 전체 층수의 2분의 1에 해당하는 층으로부터
상하 5개 층 이내에 1개소 이상 설치하도록 하고 있다. 국내에서는 2009년 7월부터 피난안전구역을 피난층으로 인정하고 있다.
중국은 높이 100 m를 초과하는 공공건축물에서 15층 마다 중간 대피층 설치를 권장하고 있다.
중국의 경우 15층 마다 설치를 권장하고 있어 국내기준보다 강화되어 있는 것으로 조사되었다.
Lee et al.
(2)의 연구에서는 피난안전구역의 첫 번째 층은 업무시설은 15층(층고 4.5 m), 공동주택은 20층(층고 3 m)에 설치하는 것이 유리하다고 밝혔다.
4. 피난시뮬레이션 분석
4.1 개요
건물의 피난성능평가는 구조가 복잡하거나 대형건축물에서 많은 사람들이 피난하는 상황을 컴퓨터상에서 시뮬레이션 할 수 있는 것으로 스코틀랜드의 IES사에서
개발한 2D 시뮬레이션 프로그램인 Simulex를 이용하여 재실자 피난시간을 평가하였다.
시뮬레이션 분석을 위한 건축평면은
Fig. 2와 같고, 재실자의 피난은 중국의 피난안전구역 설정층 기준인 15층을 대상으로 피난을 분석하였다. 건축물에 적용하는 입력 데이터는
Table 6과 같으며 프로그램에 입력된 재실자의 신체크기는
Table 7(3)과 같다.
Fig. 2. Plan of Architecture.
Table 6. Input data
|
Division
|
Korea
|
China
|
|
Occupants number(per floor)
|
85 person, 139 person
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|
Occupants type
|
all 1 m/s
|
|
Response time
|
0 m/s
|
|
Corridor width
|
85 person
|
1.8 m
|
1 m
|
|
139 person
|
1.8 m
|
2 m
|
|
Ancillary room area
|
3 m2
|
6 m2
|
|
Door width
|
0.9 m
|
|
Stair width
|
1.2 m
|
|
Stair length
|
3.4 m(left), 2.5 m(right)
|
Table 7. Occupants body size
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Body type
|
Torso radius R(t)(m)
|
Shoulder radius R(s)(m)
|
Difference of shoulder center and torso radius S(m)
|
|
Average
|
0.25
|
0.15
|
0.1
|
|
Male
|
0.27
|
0.17
|
0.11
|
|
Female
|
0.24
|
0.14
|
0.09
|
|
Children
|
0.21
|
0.12
|
0.07
|
|
Body index
|
|
중복도의 경우 복도폭을 국내는 1.8 m 이상으로 하고 있으나 중국은 1 m 기준으로 하고 추가로 100명당 1 m를 넘지 않도록 하고 있다. 재실자수는
85명과 각 실당 2명을 추가한 139명을 기준으로 하였다. 재실자의 이동시간은 피난시간을 비교하기 위해 모두 1 m/s의 속도로 하였으며 반응시간은
없는 것으로 하였다. 피난시뮬레이션은 다음과 같은 조건으로 실시하였다.
(1) 1개 층을 대상으로 한국은 복도폭을 1.8 m, 중국은 1 m와 2 m를 재실자수 85명과 139명을 대상으로 실시한다. 전실은 한국 3 m
2, 중국 6 m
2로 하며, 출구는 전실에서 재실자의 유동현상을 알아 보기위해 계단입구에 둔다.
(2) 15개 층을 대상으로 한국은 복도폭을 1.8 m, 중국은 1 m와 2 m를 재실자수 1,275명과 2,085명을 대상으로 실시한다. 전실은
(1)과 같다.
4.2 피난시뮬레이션 수치해석
4.2.1 1개 층에서의 수치해석
재실자수가 85명인 경우 국내의 경우 57초, 중국의 1 m일 경우 60초로 분석되었으며, 재실자수가 139명인 경우 국내의 경우 85초, 중국의
2 m일 경우 83초로 분석되었다.
Fig. 3에 85명을 대상으로 30초,
Fig. 4에 139명을 대상으로 40초 피난상태를 나타내었으며
Fig. 5에는 5초 단위로 정리한 재실자 이동분포를 나타내었다. 5초당 최대 피난자수는 10명으로 나타났으며, 10초까지는 85명인 경우 1명, 139명인
경우 2명만이 피난하였다. 중반부에 이동분포가 가장 많았으며 후반으로 갈수록 작아지는 현상을 보였다.
Fig. 3. 85 person 30 second Evacuation status(Korea-left, China-right).
Fig. 4. 139 person 40 second Evacuation status(Korea-left, China-right).
Fig. 5. Occupant movement distribution(1 Foor).
이 경우 전실 면적이 상이하더라도 전실에서의 재실자의 유동현상은 정체현상이 없어 큰 차이가 없었다. 그러나 중국의 경우 복도폭이 1 m인 경우 폭이
좁아 재실자가 길게 늘어지는 현상을 볼 수 있었다.
4.2.2 15개 층에서의 수치해석
재실자수가 1,275명일 경우 국내의 경우 1,027초, 중국의 1 m일 경우 1,178초 분석되었으며, 재실자수가 2,085명일 경우 국내의 경우
1,638초, 중국의 2 m일 경우 1,543초로 분석되었다.
Fig. 6과
Fig. 7에 국내와 중국의 재실자수 1,275명 180초,
Fig. 8과
Fig. 9에 2,085명 180초 피난상태를 나타내었으며
Fig. 10에 5초 단위로 정리한 재실자 이동분포를 나타내었다. 5초당 최대 피난자수는 피난시간 25초에 중국의 2 m인 경우 19명이 피난하였다. 이는 저층부에
순간적 정체현상이 없었던 것으로 판단된다. 나머지 시간대에서는 일반적인 정체현상으로 인해 평균적인 분포를 나타내었다.
Fig. 6. 1,275 person 180 second Evacuation status(Korea, left-5 floor, right-10 floor).
Fig. 7. 1,275 person 180 second Evacuation status(China, left-5 floor, right-10 floor).
Fig. 8. 2,085 person 180 second Evacuation status(Korea, left-5 floor, right-10 floor).
Fig. 9. 2,085 person 180 second Evacuation status(China, left-5 floor, right-10 floor).
Fig. 10. Occupant movement distribution(15 Foor).
이 경우 재실자는 계단을 통해 피난하게 되며 계단에서 정체현상이 발생하고 출입문에서는 병목현상으로 인해 전실에서도 정체현상이 발생하게 된다. 이와
같은 현상으로 인해 전실 면적에 따라 재실자의 유동현상이 다르게 나타나는 것을 볼 수 있었다. 중국의 경우 전실 면적이 넓어 재실자를 전실에 수용할
수 있어 전실문을 통과하는데 한국의 경우보다 빨리 통과하는 것을 알 수 있었다. 이 때문에 화재층에서의 층피난은 중국이 빨리 피난할 수 있을 것으로
판단된다. 특히 복도폭이 2 m인 중국의 경우 복도폭도 넓고 전실 면적도 넓은 관계로 피난시간도 단축시키는 것을 알 수 있었다. 국내의 경우도 재실자수에
따라 복도폭과 전실 면적을 별도로 규정할 필요가 있다고 판단된다.
5. 결 론
본 연구에서는 오피스 빌딩을 대상으로 수평 및 수직 피난, 피난안전구역 피난에 관한 국내 법을 중국 법과 비교한 후 시뮬레이션을 실시한 결과는 다음과
같다.
(1) 1개 층의 경우 전실 면적에 따른 재실자의 유동현상은 큰 차이가 없었으나 중국의 경우 복도폭이 좁아 재실자가 길게 늘어지는 것을 볼 수 있었다.
(2) 15개 층의 경우 전실 면적에 따른 재실자의 유동현상은 다르게 나타났다. 중국의 경우 전실 면적이 넓어 재실자를 전실에 수용할 수 있어 전실문을
빨리 통과했으며, 복도폭과 전실 면적이 넓어 피난시간도 줄일 수 있는 것을 알 수 있었다.
국내의 경우도 재실자수에 따라 복도폭과 전실 면적을 별도로 규정할 필요가 있다고 판단된다.