A Study on the Fire Life Safety Improvement in Deteriorated Buildings - Focus on the Jongro Goshiwon Fire Analysis

노후 건축물의 화재인명안전 개선방안에 관한 연구 - 종로 고시원 화재사고의 분석을 중심으로 -

Abstract

In this study, to recognize the limitations and problems of fire safety in existing deteriorated buildings in Korea, and to analyze the fire case of Jongno Gooshiwon, the fire life safety assessment was performed and analyzed through fire egress simulation and analyzed the domestic and foreign related codes and regulations. In order to secure the fire safety of existing deteriorated buildings, it is necessary to adopt the systematic introduction and application of fire safety performance evaluation of buildings based on quantitative and objective indicated method for performance maintenance and management for fire life safety.

본 논문에서는 국내의 기존 노후 건축물 화재안전의 제도적 한계와 문제점을 인식하여 개선방안을 도출하고자 하였다. 이에 따라 최근 종로 고시원 화재에 대한 분석으로 화재상황을 고려한 화재피난시뮬레이션을 통해 인명안전 성능평가를 수행하였다. 또한 국내외 관계 법규 및 제도에 대해 비교검토 하였다. 이를 통해 기존의 노후건축물의 장기간 사용에 따른 화재 시 취약점과 인명안전과 관련 피난불능의 한계를 화재피난시간 분석을 통하여 확인하였다. 국내 노후건축물 중 고시원 같은 특정용도에 대해서는 완공되어 사용승인되는 당시의 법에 의해 관리되고 있다. 이로 인해 건물의 노후에 따른 화재안전 취약점에 대한 관리 및 개선을 기대할 수 없다. 노후건축물의 화재인명안전성을 확보하기 위해서는 건축물의 완공 이후의 인명안전을 위한 성능유지와 관리를 위해, 정량적이고 객관적인 지표를 기반으로 하여 노후건축물 화재안전성능평가의 제도적 도입과 적용이 필요할 것으로 판단된다.

1. 서론

지난 2018년 11월 9일 종로에 위치한 고시원 건물에서 화재로 인해, 18명의 사상자(7명 사망)가 발생하였다. 해당건축물은 1983년에 완공되어 지상 3층 규모로 2층과 3층이고시원으로 운영되고 있던, 약 30년 이상 사용된 노후 건축물이다.

건축물은 일반적으로 경년변화에 따라 건축물의 사회적, 기능적 경제적 측면 등에서 현 시대에 요구되는 수준대비, 기능의 저하가 발생된다. 화재안전의 측면에서의 요구 성능은 시간의 흐름에 따라 증가된다. 그러나 건축방화, 피난시설, 소방시설 등은 자연히 그 성능이 감소된다.

노후 건축물에 대한 정의는 다양한 평가방법 또는 각 지자체별 기준에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로 준공 후 20~30년 이상 된 건축물로 구분할 수 있다. 2017년 국토교통부 통계에 따르면 30년 이상 노후건축물은 약 260만동으로 조사되었다. 국내 화재안전인식의 변화와 사회적 요구, 건축법과 소방 관계 법규의 강화로 인해, 연간 화재 발생건수는 2018년 상반기 기준으로 22,776건으로 이전 5개년(2013~2017년) 평균 대비, 약 7% 감소하고 있는 추세지만, 화재피해규모는 5개년 평균대비하여 인명피해는 약 20% 증가하였고, 재산피해는 약 10% 증가한 것으로 분석되었다. 이는 지난 2017년 12월 발생한 제천화재(29명 사망, 37명 부상)와 2018년 1월에 발생한 밀양화재(46명 사망, 109명 부상)와 같이 기존 노후 건축물에서는 건축물의 불법적설계시공과 사용, 피난시설, 소방시설의 유지관리 실패로 인해서 화재 시, 많은 인명피해와 재산손실의 결과를 가져올 수 있는 대형화재를 초래할 수 있다.

본 논문에서는 이러한 국내의 기존 노후 건축물 화재안전의 제도적 한계와 문제점을 인식하고, 종로 고시원 화재에 대한 분석과 검토를 기반하여, 화재인명안전의 개선방안을 도출하여 제시하고자 한다. 이를 위해 실제 화재상황을 고려한 화재피난시뮬레이션을 통해 인명안전성능평가를 수행하고, 고시원 화재와 관련하여 국내외 관계 법규 및 제도에 대해 분석하는 연구를 진행하였다.

2. 고시원화재의 화재피난안전성평가

2.1 화재피난안전성평가

노후 건축물의 고시원과 같은 화재취약지역에서 화재발생시, 인명안전과 피난에 대한 영향과 현상분석을 위해서 소방 성능위주설계 등에서 널리 사용되는 화재피난시뮬레이션을 수행하여 결과를 분석하였다.

화재시뮬레이션은 미국 National Institute of Standards and Technology (NIST)에서 개발된 ‘Fire Dynamics Simulator (FDS)’를 사용하였다. 시뮬레이션을 위해 보도된 종 로고시원의 건축과 최대한 근접한 모델을 제작하여 다음과 같은 입력 값과 가정을 통해서 화재상황을 구현하였다.

Figure 1. FDS simulation geometry.

2.2 화재시뮬레이션 적용 가정과 시나리오

화재 시나리오는 계단 앞의 실에서 발화 후 화재가 성장하여 지상3층 전체로 열과 연기가 전파되는 시나리오로 성능위주설계 가이드라인 중 시나리오 6번에 해당하는 건축물의 일반적인 사용 특성과 관련하여 화재하중이 가장 큰장소에서 발생한 심각한 화재를 가정하였고, 설계화재값(Design Fire)은 최대 열방출율 약 2000 kW의 화재를 가정하였다. 화재시뮬레이션의 해석공간의 격자는 0.2 m × 0.2m × 0.1 m 로 총 162,000개의 셀로 구성되었고 모델링 공간은 Figure 3과 같다.

화원의 위치는 실제 고시원 화재조사에 기반하여 계단인근의 방으로 선정하였고, 정확한 시뮬레이션 값의 측정을 위한 각 측정점은 Figure 2 와 같이 배치하였다. 측정점은 한국사람의 평균적인 신장과 호흡선을 고려하여 바닥으로부터 1.8 m 높이에서 화재인명안전 평가항목인 온도, 가 시도, CO와 CO₂의 농도 등을 확인하여 허용피난시간을 측정하고자 하였다.

Figure 2. FDS simulation fire and device location.

 

 

Figure 3. Egress simulation layout.

화재시뮬레이션을 통해 허용피난시간을 확인하고, 피난시뮬레이션을 수행하여 구한 피난한계요구시간과 비교하여 화재인명안전성을 평가한다.

Table 1. FDS Fire Scenario Input

Table 2. Egress Simulation Input

2.3 피난시뮬레이션 적용 가정과 시나리오

피난시뮬레이션은 화재 시 건축물 내의 사람들이 대피하는데 소요되는 시간을 예측하고, 특정 시설의 개선 또는 피난 절차의 개선이 피난 활동의 지연을 얼마나 감소시킬 수 있는지 평가 가능한 미국 Thunderhead Engineering사에서 개발된 ‘Pathfinder’를 활용하여 화재피난성능평가를 진행하였다.

피난시뮬레이션에서 각 실의 재실자 배치는 사고조사보고를 근거하여 다음과 같이 배치하였다.

2.4 화재피난시뮬레이션 결과 분석

화재시뮬레이션 수행결과, 화재발생 후 77 s에 화재감지기가 작동되어 화재실의 피난이 개시되었다. 실제 화재 시에는, 감지기의 고장으로 작동되지 않아 피난개시가 더 지연되었을 것으로 판단된다. 그 후 피난인지 및 지연시간을 건물의 용도와 화재감지 및 경보시설을 고려하여 W3 등급을 가정하면, 화재발생 후 377 s 후에 비화재실에서 피난이 시작되었다. 그러나 고시원 복도 내에서는 화재발생 후 163 s에 연기로 인해 가시도가 5 m 이내로 떨어졌으며, 250 s에는 전체 복도의 가시도가 2 m 이내로 떨어져, 재실자들의 피난이 불가능할 것으로 분석된다. 고시원 내의 화재로 인한 온도를 측정해보면, 화재발생 후 250 s에 유일한 계단인근의 온도가 80 ℃에 도달함을 알 수 있다. 그리고 화재발생 후 300 s에는 고시원 전체 복의 온도가 80 ℃ 이상에 도달함을 알 수 있다. 일반적으로 60 ℃ 이상의 온도에서는 인간이 열에 의한 피해를 입을 것으로 가정하여, 60 ℃에 도달하기 전까지를 허용피난시간으로 산정한다. 화재피난시뮬레이션의 분석결과, 고시원의 경우에는 실제 상황보다 개선된 가정을 하였지만, 화재 발생 후 피난이 불가능하여, 현재 건축배치는 화재인명안전성을 고려하면 부적합한 것으로 평가할 수 있다.

Figure 4. Simulation at 77 s - visibility.

Figure 5. Simulation at 250 s - visibility.

Figure 6. Simulation at 250 & 300 s - temperature.

Figure 7. Simulation section view- smoke movement.

Figure 8는 시뮬레이션에 적용된 화재시나리오의 화원성장곡선을 그래프로 나타내었다. Figure 9는 화재시뮬레이션의 가시도, 온도 등의 각 평가항목에 대한 자세한 평가결과를 그래프를 통해 정량적으로 정리하였다.

Figure 8. Simulation HRR.

Figure 9. Simulation graph result.

고시원의 화재피난안전성평가에서 Table 3의 분석결과와 같이 가시도, 온도, CO 농도, O₂ 농도, CO₂농도는 각 위치별로 재실자들의 피난완료시간 이전에 한계기준에 도달하였으며, 피난시뮬레이션과 비교분석 결과 피난안전성이 확보되지 못한 것으로 평가되었다.

Table 3. Simulation Result Summary

3. 국내외 관계 법규 및 제도 분석

3.1 국내 관계 법규 및 제도의 문제점

국내 건축법상에서는 고시원은 재실자의 거주, 특히 숙박을 목적으로 사용되고 있으나, 2종 근린생활로 분류되고 있다. 이에 피난관계 건축법이 상대적으로 완화 적용되어, 다수의 재실자가 숙박을 하는 시설임에도 1개소의 피난계단만 설치가 되어 있다. 또한 건물의 장기간 사용에 따라 내부 변경 등을 통해서, 좁은 공간에 각각의 29개의 재실공간을 만들어 사용되고 있었다. 일반적으로 주거나 숙박용도의 경우, 국내법상, 각 세대별 내화구조의 방화구획이나 이에 상응하는 조치를 하도록 요구하고 있지만, 법의 소급적용의 한계에 따라 기존의 노후 건축물에는 제외되는 문제가 있는 것으로 판단된다.

화재인명안전과 관련하여 유지관리 부분에 있어서는 소방법상에서 다중이용시설에 대한 점검과, 소방시설점검이 적용되고 있으나, 역시 건물의 사용승인 당시를 기준으로 법적용과 시설의 단순 점검만 이루어지고 있는 한계가 있다. 또한 소방시설 등의 Active System 위주로 점검이 이루어져, 건축방화, 방화구획, 피난용량의 검증과 확인의 과정이 미흡한 것으로 분석되었다.

3.2 국외 관계 법규 및 제도의 문제점

국내 관계 법규의 문제점과 한계를 확인하였고, 이를 보완하고 개선할 수 있는 국외 사례를 찾고자 국외 관계 법규 및 제도에 대한 분석을 하였다. 미국의 경우, 기존 건축물에 대한 구체적 분류와 소방시설과 피난안전기준 적용에 대해서 명확한 요구를 기준화하였다. 국내에서도 널리 사용되고 있는 ‘NFPA 101 Life Safe Code’에는 12장부터 39장까지 각 홀수번호 장에서는 용도별 기존건축물에 대한 인명안전설계기준에 대한 요구사항이 되어있다.

또한 미국의 건축법인 ‘International Building Code’에서는 2003년부터 ‘International Existing Building Code’라는 기존 건축물 전용 법규가 편성되었다. 이러한 법규와 기준을 기반으로 각 주 또는 시별 지자체에서는 노후 고층 기존 건축물을 파악하고 이에 대해 정략적 화재안전성평가를 실시하고 그 결과에 따라 수준미달인 건축물에 대해서는 보완을 하도록 하는 지침을 만들어 시행하고 있다. 총 21개의 항목에 대한 평가를 통해서 기존건축물의 구체적인 성능수준의 확인이 가능하여 정확하고 효율적인 보수관리와 개선이 가능하여, 화재안전성능 유지가 가능할 것으로 기대할 수 있다(Figure 10 참조).

Figure 10. IEBC fire safety evaluation sheet.

4. 결론

본 연구에서는 최근 발생한 노후건축물의 고시원 화재에 대해 정량적 위험분석을 위해 화재피난시뮬레이션 연구를 통해 화재피난안전성을 공학적으로 분석하였다. 그리고 국내외 관계 법규 및 제도의 분석을 통해서 현재 국내법규의 문제점을 인지하고, 그 개선방안 도출하고자 하였다. 이에 대한 결과를 종합하면 다음과 같다.

첫째, 기존의 노후건축물의 장기간 사용에 따른 화재 시 취약점과 인명안전과 관련 피난불능의 한계를 화재피난시뮬레이션 분석을 통하여 확인하였다.

둘째, 국내 노후건축물의 고시원 같은 특정용도에 대해서는 상대적으로 완화된 법규가 적용되고, 완공되어 사용승인되는 당시의 법에 의해 관리되어, 건물의 노후에 따른 화재안전 취약점에 대한 관리 및 개선을 기대할 수 없다. 미국과 같은 해외 법규 및 관계 제도에서는 기존 건축물에 대한 별도의 정의를 가지고 이에 적합한 화재안전요구를 제도적으로 시행하여 노후화되는 건축물의 화재인명안전성을 유지하려 노력하고 있다. 이에 국내에서도 나날이 증가하는 노후건축물의 화재인명안전성을 확보하기 위해서는 시대적, 사회적 요구에 따라 변하는 다양한 건축용도에 대한 정립이 우선적으로 필요하다.

셋째, 건축물의 사용용도의 명확한 이해를 기반으로 건축방화, 피난시설과 소방시설을 적용해야 한다. 또한 건축물의 완공 이후의 인명안전을 위한 성능유지와 관리를 위해, 정량적이고 객관적인 지표를 기반으로 하여 노후건축물 화재안전성능평가의 제도적 도입과 적용이 필요할 것으로 판단된다.

이 논문이 향후 국내 기존 노후 건축물의 화재안전성능유지와 향상에 대한 연구 및 제도개선 연구에 기여하기를 기대한다.