1. 서 론
1.1 연구배경
현대사회의 화재는 도시의 고도화와 에너지원의 다양화로 인해 화재 유형에 따른 피해양상이 복잡하게 변화하고 있다.
이에, 화재현장에서 국민의 생명과 재산을 보호하는 소방공무원의 수요가 증가함에 따라 소방공무원의 공상자 수, 직업성질환 등의 수치도 계속 증가하는 추세이다.
직업성질환이라 함은 어떤 직업에 종사함으로서 발생하는 질병을 뜻하는 말로 궁극적으로는 작업 중에 노출된 특정한 유해물질이 원인이 되어 생긴 질병으로서 그 원인이 확인되고, 측정할 수 있고, 대책을 강구할 수 있는 질병을 말한다. 소방직무는 위험한 현장 상황의 직무 특수성에 따라 많은 신체적 위험과 정신적 위험에 노출되어 있어 대조군에 비해 높은 직업성질환이 나타난다(Han, 2019).
2019년 소방청에서 발표한 최근 3년간(2015년~2017년) 소방공무원 직업병 건강이상자 분석 보고에 의하면, 일산화탄소, 광물성 분진 관련 직업성 질환자가 2015년 각각 1.0%, 1.3%, 2017년 0.7%, 0.9%로 높은 비중을 차지하고 있고 소방공무원의 건강이상자 비율은 매년 4~5%씩 증가 추세에 있다(Han, 2019).
1.2 화재조사관의 업무환경 및 직무특성
화재조사 및 보고규정 제2조(용어의 정의)에 의하면 ‘조사관’이란 화재조사업무를 수행하는 소방공무원으로 정의하고 있다.
화재에 대응하는 소방관의 활동 단계는 크게 2 가지로 불길이 왕성할 때 화재와 직접 싸우면서 불길을 잡는 진압 단계와 숨어있는 불씨를 천정, 벽 사이, 바닥 속 등에서 찾아내는 잔불정리 및 화재 원인 조사단계이다(Kim, 2005).
화재조사관은 화재 원인 조사단계에서 정밀 감식과 피해규모 조사 등을 위해 현장에 투입되는 인력으로써 화재현장의 다양하고 높은 농도의 유해화학물질에 간헐적이지만 단기간에 집중적으로 노출되고 있다.
화재조사관의 업무환경은 열, 연기, 유독가스 등의 위험요인이 많은 악조건하에서 진행되면서 일산화탄소, 아크롤레인, 염화수소, 시안화수소, 이산화질소 등의 화재 연소 부산물을 흡입하게 되고, 이로 인해 호흡기 질환, 심혈관계 질환, 신경계 질환, 암 등의 직무상의 위험환경에 놓이게 된다(Table 1).
Table 1
특히, 소방대원의 직업적 위험성과 암 발생은 아주 밀접한 관계를 가지고 있다. 폐암, 식도암, 위암, 췌장암, 전립선암, 고환암, 피부암 등 다양한 암이 소방대원과 관련된 주요 직업적 위험 인자에 영향을 미친다.
화재조사관은 큰 불길이 잡히고 잔불 정리가 시작되는 시점에 현장에 투입된다. 하지만, 이때 유출되는 유해물질의 농도가 인체에 상당히 위험한 수준이라는 점이 문제이다.
부산소방재난본부가 2017년에 실시한 조사결과에 따르면, 화재조사관들이 화재현장에 머무는 시간은 평균 1시간 10분으로 화재진압대원에 비해 평균 30분 이상 길었으며 포름알데히드와 시안화수소 등의 유해물질은 화재진압 후에도 2시간까지 잔존하는 것으로 나타났다(Choi, 2017).
사진 촬영과 발굴하는 정교한 조사 업무의 특성상 가볍고 활동성이 좋은 방진마스크를 착용하거나 적절한 호흡보호 장비 없이 현장업무를 진행하고 있으며, 커뮤니케이션을 위해 통신이 필요한 경우 호흡보호구를 벗고 통신장비를 사용하여 추가적인 노출의 위험성이 큰 실정으로 대부분의 화재조사관이 열악한 보호장비 탓에 장시간 유해물질에 노출되고 있다(Fig. 1).
‘잔여화재 조사시 소방관의 독성물질 노출에 관한 소고’에 따르면, 화재와 화재 진압시 연기에 어떤 종류의 독성화학물질들이 함유되어 있고, 소방관들이 이들 물질에 어느 정도 노출되고 있는지에 대해서 국제적으로 많은 연구들이 진행되었다. 또한, 화재 진압시 진압대원을 위한 호흡보호구의 연구도 다각도로 이루어졌다(Kim, 2001).
하지만, 화재가 진화된 후 잔여화재를 조사하는 과정에서 화재조사관들의 업무특성에 맞는 호흡보호구 개발에 관한 연구는 매우 미흡한 상태이다.
화재조사결과가 사회에 미치는 영향이 크고 화재조사의 과학성과 중요성이 강조되는 가운데 화재조사관 전용 호흡보호구 및 통신기기 개발에 관한 연구가 필요한 실정으로 이에 대한 연구를 위해 소방공무원의 의견수렴을 통한 전용 장비 개발이 필요하다고 판단된다.
1.3 연구 범위 및 방법
화재조사관 업무환경 및 직무특성 분석을 통해 화재현장에서의 ‘조사’ 업무특성에 맞는 화재조사관 전용 호흡보호구 및 통신기기 개발을 목적으로 화재조사관을 대상 현장실태조사를 실시하였다.
Fig. 2에 연구 진행 과정을 Flow-Chart에 나타내었다.
2. 화재조사관 대상 현장실태조사
2.1 현장실태조사
본 연구의 현장실태조사는 소방청에 공식적인 협조를 통해 전국 소방서의 화재조사관 195명을 대상으로 진행하였다.
현장실태조사에 앞서, 조사를 위한 설문지 구성 및 내용은 현재 재직 중인 화재조사관 또는 화재조사관 유경력 소방공무원의 자문을 받았으며, 이를 통해서 화재조사관의 현장조사 업무와 사용하는 장비에 대한 전반적인 애로사항을 파악했다. 특히, 화재조사관은 업무의 후유증으로 호흡기계 및 외부에 노출될 수 있는 점막부분 관련 질병의 경험이 많은 것으로 나타났고, 그 원인이 화재조사관이 사용하는 호흡보호구의 성능 및 업무의 특성 관련이 있다는 것을 파악하였다. 때문에 조사는 호흡보호구를 중심적으로 진행하였으며, 업무의 특성과 관련하여 통신기기와 관련된 부분을 추가적으로 진행하였다.
현장조사의 목적은 화재조사 시에 사용하고 있는 호흡보호구 및 통신기기의 분석과 문제점 조사, 업무의 특성 분석을 통해 위험요인을 도출하여 화재조사관의 의견을 반영한 장비의 개선을 목적으로 진행하였다.
설문지의 구성은 설문제작 자문에 응한 소방서의 화재조사관을 대상으로 예비조사를 실행하여, 중복 질문을 확인, 문항의 이해에 대한 이상 여부, 적절성을 확인하였다. 그리고 설문조사 신뢰도를 높이기 위해서 문항에 오해가 발생하지 않도록 짧고 간단한 질문을 위주로 구성하였으며, 명확한 단어를 사용하여 설문 대상자에게 혼동을 주지 않도록 구성하였다.
설문 문항은 화재조사관의 사용 장비 및 업무의 위험요인과 관련하여 총 4개의 부분으로 나누어 총 17개의 문항으로 구성하였다.
첫 번째는 화재조사 현장의 위험요인, 두 번째는 현재 사용 중인 호흡보호구의 현황에 대해서, 세 번째는 사용 중인 통신기기의 현황에 대해서, 마지막으로는 화재조사관 전용 장비 개발을 위한 필요성능에 대한 조사로 구성하였다(Table 1).
설문 분석은 각 항목에 대해 우선순위 선택 보기의 범위를 넘어선 경우를 대비하여 기타 의견을 기록할 수 있는 문항을 추가하였으며, 주관적인 답변을 기입하도록 구성하였다. 또한, 주관식 문항의 경우, 반복되는 빈도수가 높은 단어를 추출하는 워드클라우드 기능을 사용하여 해당 문항에서 요구되는 중점 요인을 도출하여 분석을 진행하였다.
2.2 문제점
화재조사관 사용 장비개선이 필요한 부분을 요인에 따라 구분하여 구체적으로 개발이 필요한 부분을 특정하기 위해 문제점을 특성에 따라 업무환경, 직무특성, 사용 장비의 요인으로 구분하였다.
업무환경의 문제점으로 화재진압이 종료된 후에도 현장에 장시간 잔류하는 일산화탄소, 아크롤레인, 시안화수소, 염화수소 등의 잔류 유해물질이 존재하며, 이러한 유해물질에 노출될 경우 각종 급성⋅만성 질병의 발생 위험성이 존재한다. 또한, 잔류 유해물질이 완전히 사라질 정도의 시간 경과 후 화재조사를 시작하면 된다고 생각할 수 있지만, 화재현장의 화재증거는 화재 및 화재진압의 영향으로 인해서 시간이 지날수록 그 증거가 빠르게 소실되기 때문에 조사 개시를 미룰 수 없는 것이 현실이다.
직무특성의 문제점으로 화재조사관은 다양한 장비를 소지 및 사용하고 있어 조사 도구와 보호구, 통신기기 등과 간섭이 발생할 수 있다. 또한, 조사에 대한 정확성을 높이기 위해 팀원들 간의 의사소통과 사고에 대한 빠른 대응을 위한 조사 현황 보고가 필수적이다. 그리고 화재조사 업무는 평균적으로 3시간 이내로 진행이 되는데 이 시간 동안 팀원 간 의사소통이나 통신기기 사용을 위해 일부 보호장비를 해제한 후 활동을 하여 현장의 유해물질에 노출되는 경우가 있다.
사용 장비의 문제점으로 현재 다수의 화재조사관이 화재조사현장의 유해물질을 막아줄 수 있는 방독 기능의 정화통이 아닌, 방진 기능만 가지고 있는 정화통이나 산업용, 보건용 마스크를 사용하고 있다는 것이다. 이것은 먼지나 검댕 같은 것의 흡입은 차단이 되지만 화재로 인해 발생하는 유독가스에는 그대로 노출이 되기 때문에 문제가 된다. 또한, 호흡보호구를 착용 시, 명확한 의사소통 및 통신기기의 의사전달이 힘들어, 호흡보호구를 해제한 후, 업무를 진행하는 문제가 발생한다.
2.3 개선방향
본 연구에서 화재조사관의 요인별 문제점 중, 업무환경의 문제점은 화재의 빠른 진압 그리고 정확한 원인의 조사를 위해서 발생한 문제이기 때문에 현시점에서는 개선이 난해하다고 판단되었다.
이에 직무특성의 문제점과 사용 장비의 문제점을 중점적으로 개선 방향을 제시하고자 한다. 화재현장에서 발생하는 모든 유독가스의 흡입을 예방하기 위해서는 정화통이 그만큼 다양한 필터를 적용해야하기 때문에 크기나 무게 등의 문제로 불가능하다. 하지만 화재조사현장에서 빈도수가 높게 검출되는 유해물질을 선별하여, 해당 유독가스들의 흡입을 막을 수 있는 기능의 정화통 개발이 필요하다.
또한, 팀원 간의 활발한 의사소통이 요구되는 업무 특성상, 호흡보호구를 착용한 상태에서도 정확한 의사전달이 가능하고, 장비를 해제하지 않고도 통신기기의 사용이 가능한 형태여야 한다. 그리고 화재조사를 진행할 때 다양한 조사 도구를 사용하는 만큼 손을 사용하지 않아도 문제가 없는 형태의 통신기기가 필요하다. 호흡보호구를 착용한 상태에서는 음성이 외부와 차단된 호흡보호구를 거쳐서 나오기 때문에 정확한 의사전달이 힘든 것인데, 이것과 위의 문제점을 개선하기 위해서 호흡보호구과 통신기기를 일체형으로 만들어 호흡보호구 내부에서 나오는 음성을 통신기기가 바로 인식하여 전달할 수 있는 형태의 장비를 개발함으로써 문제를 해결하고자 하였다.
3. 화재조사관 전용 호흡보호구
3.1 기존 호흡보호구 분석
호흡보호구의 구조분석을 위해 미국, 일본, 한국 등에서 사용되고 있는 제품의 분석을 통해 연구에서 개발하고자 하는 호흡보호구의 구조 및 재질 등 적용 가능한 부분을 도출하였다.
Table 2에 따르면, SP.1과 SP.3이 다른 제품에 비해서 330 g~160 g까지 질량의 차이가 나는 것을 확인할 수 있다. 이는 재질과 구조의 특성 차이에 의해서 질량 차이가 나타난 것인데, SP.1의 경우 제작사 고유의 합성고무 사용과 머리끈의 4점식 구조 사용을 통해서 질량을 감소시켰고, SP.3은 렌즈의 인서트 성형 방식을 사용하여 질량을 감소시켰다. 그리고 재질 등과 별개로 질량의 차이가 나는 경우가 있는데, 전체적인 프레임의 형태와 크기, 렌즈로 구성된 범위 등에 따라서도 차이가 났다. 이를 참고하여, 내구성에 문제가 없는 범위에서, 프레임 부분을 얇게 구성하고, 시야 확보를 위해 렌즈로 구성된 부분을 최대한 넓게할 필요가 있는 것으로 분석된다.
Table 2
Domestic⋅Foreign Protector Characteristics
3.2 호흡보호구 개발
본 연구에서 개발하고자 하는 호흡보호구는 착용 상태에서도 원활한 통신을 위해 통신기기와 일체형 구조로 설계하기 위해 제품 질량의 감소와 원활한 화재조사를 위한 시야의 최적화에 초점을 맞춰 설계를 진행했다.
질량의 감소를 위해 Table 2에서 조사한 합성고무와 인서트 성형 방식 두 가지의 적용을 고려했는데, 합성고무의 경우 특유의 단단함으로 인해 장시간 착용 시, 착용자에게 통증을 유발할 수 있고, 안면과 밀착성이 떨어져 유해가스에 노출이 될 수 있다는 단점이 존재했다.
인서트 성형 방식의 경우, 안경태 방식에 비해 렌즈 손상 시, 보수하는 부분에서 어려움이 따르지만, 렌즈의 하드코팅 처리를 통해서 렌즈의 손상을 예방할 수 있어 해당 방식을 적용하여 호흡보호구의 무게를 감소시켰다.
그리고 통신기기 및 정화통의 연결부를 제외한 전면부를 렌즈로 하여 시야를 최대한 확보할 수 있는 구조로 설계했다(Table 3).
3.3 정화통 개발
정화통의 개발은 일반적으로 위험물 흡수제의 종류와 충진량을 결정 후, 그 용량에 따라 정화통 케이스의 크기 및 형태를 결정한다.
흡수제의 종류에는 활성탄, 알칼리제제, 소다라임 등의 다양한 종류가 있으며, 각각의 흡수제마다 사용처가 다르면 특정 물질을 흡수하여 차단하는데 특화되어있는 경우가 많다. 본 연구에서는 흡수제 중, ABEK 첨착 활성탄을 적용하였다. ABEK 첨착 활성탄이란, 유기화합물, 할로겐, 황화수소, 시안화수소, 아황산가스, 암모니아 등 흡수제 중, 화재현장에서 발생하는 대표적 유독가스의 대부분을 차단할 수 있는 기능을 보유하고 있기 때문이다.
또한 같은 ABEK 첨착 활성탄이어도 제조사에 따라 그 성능이 상이하기 때문에 국내 방독마스크 활성탄 성능시험 기준에 따라 가장 적절한 활성탄을 선정하기 위해 시험을 진행하였다.
시험과정은 국내 보호구 안전기준에 준하여 C6 H6, HCN, SO2, NH3 4종의 가스를 대상으로 했다. 각 가스의 농도를 1,000 ppm으로 하여 각각 4개의 샘플 활성탄 100 cc가 충전된 정화통을 통화시켜 정화통의 파과시간을 측정했다.
Table 4의 결과에 따르면 sp1이 가장 적정하다고 판단되었다. 단, sp1도 SO2 와 NH3 의 기준을 만족하지 못했는데, 활성탄의 경우 충전량이 증가할수록 파과시간이 정비례하기 증가하기 때문에 시험에 사용된 활성탄의 양 100 cc를 기준으로 안전기준을 만족하려면 200 cc가 필요할 것으로 계산되며, 정화통의 안전계수를 고려하여 약 20% 양을 추가한 240 cc를 충전하는 것으로 선정했다.
Table 4
Canister Test Results
정화통의 구조는 사용자의 질량 부담을 줄이기 위해서 양구형으로 하며, 경우에 따라 다른 보호구에도 적용할 수 있도록 연결부를 표준 규격인 DIN3182를 적용했다. 사이즈는 선정된 활성탄의 양과 시야의 방해 여부를 고려하여 외부 직경 109 mm, 높이 21 mm로 설계했다.
4. 호흡보호구 부착용 통신기기
4.1 통신기기 하드웨어
Fig. 3은 화재조사관이 사용하기 위한 통신모듈의 내부 부품 블록도이다. 통신모듈의 하드웨어는 팀원 간의 동시 통화를 가능하게 하는 블루투스 모듈, 마이크와 이어폰을 통해 디지털 신호와 아날로그 신호를 변경하여 소리를 전달하는 코덱, 전원 공급 및 배터리 관리를 위한 배터리 충전 IC, 블루투스의 안정적인 장거리 통신을 가능하게 하기 위한 전력 증폭기로 구성되어 있다. 각각의 부품은 통신기기의 관리 및 업무 중 사용에 있어 통신의 안정성 및 편의성을 높이기 위해 구성하였다.
4.2 통신기기 소프트웨어
Fig. 4는 통신기기의 다중연결을 위하여 인터컴 기능을 구현한 것을 나타낸 다이어그램이다. 인터컴 기능이란, 상호 통신 방식을 의미한다. 통신연결 방식에서 인터컴 기능을 적용한 이유는 첫 번째, 다수의 인원이 작업할 때, 동시에 지시를 내리거나 의견을 교환하는데 있어 유리한 방식이다. 두 번째, 기존의 무전기와 같은 통신기기의 경우 송신을 할 때, 특정 버튼을 누른 상태로 송신을 하는데, 이와 같은 경우 통신기기 사용을 위해 잠시 작업을 중단해야 하는 경우가 있다. 하지만 해당 기능을 사용하면, 처음 기기작동을 한 후, 지속적으로 통신이 연결되어 있어 별도의 동작 없이 송, 수신을 지속할 수 있다.
Fig. 5는 마스터 디바이스의 작동방식을 나타낸 다이어그램이다. 마스터로 기기를 작동 시, 주변의 연결 가능한 기기를 스캔하여 통신을 연결하는 과정을 나타냈다.
Fig. 6은 슬래브 디바이스의 작동방식을 나타낸 다이어그램이다. 슬래브로 기기를 작동 시, 다른 기기(마스터)의 연결 시도를 대기하는 상태가 되며, 연결 시도를 스캔하여 통신을 연결하는 과정을 나타냈다.
5. 결 론
본 연구에서는 화재조사관의 업무로 인해 발생하는 직업성질환의 문제를 개선하기 위한 전용 호흡보호구에 대해 연구를 진행하였다. 문제발생의 원인을 파악하기 위해 화재조사관 업무환경 및 직무 특성에 대해서 조사했으며, 현장실태조사와 더불어 화재조사관 대상의 자문을 통해 전반적인 문제 발생에 대한 원인을 파악했고, 이를 바탕으로 장비의 문제점과 개선 방향을 도출했다. 그리고 그 결과를 분석하여 화재조사관 전용 호흡보호구 및 통신기기 개발에 반영하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1) 소방청 자료의 직업병 건강이상자 분석통계와 화재조사관의 업무환경 및 직무특성, 과련 선행연구의 조사를 통해서 위험에 노출되고 있는 원인과 위험요인을 분석하였다.
2) 화재조사관 대상의 설문조사 및 자문 등 현장실태조사를 통해 환경, 직무, 장비 등 요인별 문제점을 파악하고, 이에 따른 개선방향을 도출하여 화재조사관의 직업성질환 발생을 예방할 수 있는 장비개선 방안을 제시했다.
3) 업무의 접근성을 높이기 위해 렌즈의 인서트 성형 방식을 적용하여 호흡보호구의 질량을 감소시키고, 통신기기 및 정화통 접합부를 제외한 보호구의 전면부를 모두 렌즈로 하여 최대한 넓은 시야를 확보할 수 있도록 했다.
4) 유해가스 흡입에 대한 문제를 해결하기 위해 정화통 활성탄 성능시험을 통해서 화재현장에 최적화된 활성탄의 종류, 충진량을 선정하고, 그에 따른 정화통의 크기를 설계했다.
5) 화재조사관 업무의 특성상, 다수의 조사도구를 사용하면서, 통신을 할 때마다 조작을 위한 버튼을 사용해야하는 등 힘든 점을 파악하고, 기기작동 시, 별도의 조작이 필요 없는 양방향 통신 및 관리, 사용의 편리를 위한 하드웨어와 소프트웨어를 구축하였다.
6) 화재조사현장에서 노출될 수 있는 유해물질은 화재요인 및 현장에 따라 종류나 농도가 매우 다양하기 때문에 완벽한 차단이 어렵다. 그렇기 때문에 장비의 개선뿐 아니라 화재조사의 매뉴얼이나 규정 등 위험요인에 대한 노출 예방을 위한 대책과 그에 따른 추가적인 연구가 필요하다.
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