1. 서 론
1.1 연구의 필요성
요양병원은 의료법 시행규칙 제36조에 따라 노인성질환자, 만성질환자, 외과적 수술 및 상해 후 회복기간에 있는 자가 입원하여 치료하는 병원을 말한다(National Law Information Center, 2021c). 통계청은 한국의 전체 인구 중 65세 이상 고령인구 비중이 2012년 11.5%를 기준으로 해마다 증가하여 2021년에는 16.5%에 이르고(National Statistical Office, 2021), 2067년까지 46.5%까지 증가할 것으로 예측하였다(National Statistical Office, KOSIS, 2021). 과학 기술 및 경제 생산성의 발전과 더불어 의학 기술의 발달로 사람들의 기대수명이 점차 증가하고 있다. 이에 따른 고령화의 빠른 진전과 함께 핵가족화, 가족 구성원의 경제활동 참여가 증가하면서 사회적⋅국가적 책무가 강조되고 있다. 그의 일환으로 사회보험 방식 및 조세 방식으로 그 재원을 마련하기 위해 장기요양보장 제도를 2007년 10월 1일부터 시행하였고, 요양병원의 수도 2010년 대비 2019년 181.9% 증가한 1,577개소에 이르고 있다(Health Insurance Review and Assessment Service, 2020; National Law Information Center, 2021b).
소방청에 따르면 최근 10년간 423,317건의 화재가 발생하였다. 그중 의료시설의 경우는 1,678건으로 전체 화재발생 건수 대비 0.4%에 불과하지만, 부상자 수는 19,068명 중에 1.84%인 350명, 사망자 수 3,085명 중에서 71명으로 2.3%의 비율을 보이고 있다(National Fire Information System, 2021). 화재발생 건수 대비 부상자 수는 4.6배, 사망자 수는 5.75배에 이르고 있다. 특히 요양병원은 입원환자 대부분이 자력대피가 힘든 노인 및 장애인이 입원하고 있으며, 거동 불가능으로 자력대피가 불가능하여 침상을 이용해 피난할 수밖에 없는 사람들(이하 “피난약자”라 한다)이 입원하여 화재 등 재난 발생 시 인명피해 규모가 다른 대상물에 비해 커지고 있다. 사망 5명 이상 또는 사상자 10명 이상 발생하거나, 50억 원 이상 재산피해가 발생하여 대형화재(National Law Information Center, 2021a)로 분류되는 최근 요양병원 주요 화재 발생 현황을 살펴보면, 2010년 11월 12일 경북 포항시 남구 인덕노인요양원에서 화재로 재산피해는 9백만 원으로 작지만 사망자는 10명에 이르고 있다(Fire Department, 2011). 2014년 5월 28일 전남 장성군 삼계면 효사랑요양병원에서 방화로 추정되는 화재로 사망 21명, 부상 8명이 발생하였다(Fire Department, 2015). 2018년 1월 26일에는 경남 밀양시 가곡동 세종병원 화재로 사망자 39명, 부상자 151명이 발생하였고(Fire Department, 2019), 2019년 9월 24일 경기 김포시 풍무동 요양병원에서 화재로 사망자 3명, 부상자 56명이 발생하였다(Fire Department, 2020).
요양병원은 ｢의료법｣에 의한 의료기관으로 그에 대한 시설기준은 ｢같은 법 시행규칙｣ [별표]에서 시설기준을 규정하고 있다. 시설기준에서 2층 이상인 요양병원에는 계단과 피난용 승강기를 설치해야 하고, 층간 경사로를 설치한 경우는 피난용 승강기(이하 “승강기”라 한다.)를 설치하지 않을 수 있다고 규정하고 있다. 요양병원은 법에서 경사로와 승강기를 모두 설치해야 하는 의무 규정이 없어 2층 이상의 입원실에 입원한 자력대피가 불가능한 환자의 경우 승강기 또는 경사로 중 한 가지 방식만을 이용하여 피난할 수밖에 없는 실정이다. 승강기만을 이용해 피난하는 경우는 승강기를 이용하기 위해 대기하는 동안 연기를 흡입할 수 있는 위험성에 노출되고, 전력공급의 차단으로 승강기 이용이 불가능한 경우가 발생할 수 있다. 또한 승강기 이용 중 화재 층에서 승강기 문의 개방 등으로 인해 위험성이 있으며, 경사로만을 이용해 피난하는 경우는 자력대피가 불가능한 환자의 특성상 조력자의 수가 많이 필요할 것으로 예상되어, 이에 대한 대책을 마련하기 위한 연구가 필요하다.
1.2 선행연구 분석 및 연구의 목적
Jeon et al. (2018)은 FDS 및 Pathfinder를 이용한 노인의료복지시설의 피난시간 산정을 통해 소방시설의 작동 점검 등의 안전관리 및 적정한 보조인원수를 제시하였고, 거동이 불편한 환자의 배치 방식등을 제시하였다. Lee (2019)는 노인요양병원의 피난계획 개선 방안을 위해 피난시뮬레이션 프로그램을 활용하여 효과적인 피난시간 단축 방법을 제시하였다. Jung and Kwon (2020)은 요양병원 화재 상황에서 보조기구 이용자와 조력자의 규모와 공간적 배치에 따른 정체 구간, 피난시간 및 과밀화 공간 도출을 통해서 피난 성능을 분석하고 개선점을 제시하는 분석 모델을 제안하였다.
요양병원과 같은 피난약자 시설에 계단이나 피난기구를 이용하여 피난층까지 수직으로 피난할 능력이 부족한 노인이나 장애인 등을 위해 대피공간을 설치토록 하는 건축법 시행령이 2015년 9월 22일 개정되어 시행 중이다(National Law Information Center, 2021b). 하지만 이러한 대피공간은 법률 개정 이후 부칙에 건축허가를 신청하는 요양병원에만 적용하도록 규정하였다. 이러한 제도적 개선에 따른 요양병원의 피난안전성에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
법은 그 시행 이후에 성립하는 사실에 대해서만 효력을 발하고, 과거의 사실에 대해서는 소급하여 적용될 수 없는 법률불소급원칙이 한국에서는 지켜지고 있다. 하지만 대국민 안전 담보를 위해 소방 관련 법률은 화재 시 대형인명피해가 우려되는 부분에 대해서만 예외적으로 소급적용하고 있다(National Legal Information Center, 2005).
2011년 10월 28일 ｢화재예방, 소방시설 설치유지 및 안전관리에 관한 법률(이하 “설치유지법”이라 한다) 시행령｣ [별표 4] 개정에 따라 노유자시설에는 간이 스프링클러 설비, 자동화재탐지설비 및 자동화재속보설비를 설치해야 하며, 이미 건축된 노유자시설은 이 영 시행 후 2년 이내에 소급하여 설치하도록 하였다(National Law Information Center, 2011). 2012년 1월 31일 ｢같은 법｣ 개정으로 인해 노인요양병원이 포함된 노유자시설로서 이미 건축이 완료된 경우는 이 영 시행 후 2년 이내에 간이스프링클러설비, 자동화재탐지설비 및 자동화재속보설비를 설치하도록 하였으며(National Law Information Center, 2012), 2015년 6월 30일 ｢같은 법｣ 개정으로 이미 건축이 완료된 요양병원은 2018년 6월 30일까지 스프링클러설비, 간이스프링클러설비, 자동화재탐지설비 및 자동화재속보설비를 설치하도록 하였다(National Law Information Center, 2015). 2019년 8월 6일 ｢같은 법｣ 개정으로 이미 건축이 완료된 종합병원, 병원, 치과병원 및 한방병원은 2022년 8월 31일까지 스프링클러설비, 간이스프링클러설비 및 자동화재속보설비를 설치하도록 현재 경과조치가 진행 중이다(National Law Information Center, 2019).
이러한 연구의 필요성과 문제 개선 방안을 탐색하기 위해 이 연구는 현재 운영 중인 요양병원에 대해 성능위주설계 기준을 적용한 시나리오를 작성하여 피난시뮬레이션 프로그램에 적용해 피난소요시간을 비교⋅분석하고자 한다. 또한 기존 법령에서 규제를 완화하여 다양한 피난 수단을 면제한 결과를 분석하여 그에 따른 문제점을 도출, 재실자 및 피난약자의 안전한 피난방안을 제시하고자 한다.
2. 본 론
2.1 연구모델
연구의 목적에 따른 연구모형은 Fig. 1과 같으며, 설정한 연구의 문제는 다음과 같다.
첫째, 요양병원에서 승강기가 없이 경사로만을 이용한 피난안전성은 양호한가?
둘째, 경사로 없이 승강기만을 이용한 피난안전성은 어떠한가?
셋째, 승강기와 경사로를 모두 이용해 피난하는 경우 피난안전성은 어떠한가?
넷째, 대피공간을 기존 요양병원에 소급 적용할 경우의 피난안전성은 어떠한가?
2.2 피난시뮬레이션
이 연구는 Thunderhead Engineering 사의 Pathfinder 프로그램을 이용하여 요양병원 재실자의 피난소요시간에 대해서 분석했다. Pathfinder 프로그램은 기본적인 피난 시뮬레이션뿐만 아니라 재실자의 움직임과 군집밀도를 분석해 보행 흐름을 예측할 수 있다. 또한 재실자의 군집밀도, 출입구의 위치, 출입구의 크기에 따라 피난 속도를 비교, 분석할 수 있다. 재실자의 군집밀도가 높아졌을 때 시뮬레이션 상으로 보이지 않지만, 재실자들이 서로 겹치면서 충돌되는 것을 반영하며, 해당 지역 재실자의 군집밀도가 증가하는 것에 비례하여 피난 속도가 느려지는 원인인 병목현상을 반영한다. 또한 긴급한 상황에서 빠르게 가는 사람, 대피 경험이 없는 어린이, 보행에 불편이 있는 장애인, 자력대피가 불가능한 침대 사용자 및 휠체어 사용자까지 피난 속도를 다르게 입력할 수 있어 다양한 상황에 대한 피난시간의 예측이 가능하다. 출입구의 출입 인원 제한 및 동작 옵션을 설정하는 시뮬레이션 방식은 Steering 시뮬레이션 방식을 적용하였다. Steering 시뮬레이션 방식은 재실자들이 다른 사람과 상호작용하면서 이동하고, 출입문의 출입 인원의 제한 없이 시뮬레이션을 구동하기 때문이다.
2.3 건축물의 구조
Fig. 2에서 OOO요양병원은 전북 전주시 완산구에 위치한 요양병원으로 2007년 개원하여 2013년 증축한 후 현재까지 운영 중이다. 지하 1층과 지상 10층으로 이루어진 건축물로, 주요시설로는 지하 1층은 기계실, 1층은 건강검진센터, 일반인 진료실 등으로 사용하며, 2층은 재활병동 및 입원실로 사용하고 있다. 3층은 자력대피가 어려운 중증 환자가 있는 집중치료실과 일반 입원환자가 입원해 있는 입원실이 있으며, 4층부터 8층까지는 입원실 전용 요양병원으로 사용되고 있다. 9층과 10층은 직원들이 이용하는 사무실, 회의실 및 식당 등이 배치되어 있다. 층간 높이는 1층과 2층 사이가 3.9 m, 나머지 층의 층높이는 3.6 m이다. 계단은 2개소가 있으며, 층간 중간 부분에 계단참이 있다. 1개 계단의 폭이 2 m, 계단의 길이는 3.9 m, 다른 하나의 계단 폭은 1.2 m, 계단 길이는 2.9 m이다. 승강기는 총 4대가 설치되어 있다. 3대는 1회 운행 시 2개의 침대 운반이 가능하며, 문 폭은 1.1~1.3 m까지이고, 나머지 하나는 침대의 운반이 불가능한 승객 전용으로 이용되고 있다. 건축물의 총면적은 13,564.01 m2이고, 건축면적은 2,004.89 m2이다. 피난층으로 통하는 출입구는 4곳이며, 출입구의 크기는 건물 정면 출입구는 2.4 m, 좌측 출입구는 0.9 m, 우측 출입구는 1.2 m이며, 후면 출입구는 1.2 m이다. 지하 1층부터 8층까지 전용 계단과 침대 운반이 가능한 승강기로 연결되어 있으며, 9층과 10층은 직원 전용 승강기와 별도의 계단이 설치되어 있다.
2.4 수용인원의 산정
시뮬레이션 분석을 위한 인원 배치는 ｢설치유지법｣에서 규정하고 있는 ｢소방시설 등의 성능위주설계 방법 및 기준｣(이하 “성능위주설계 방법”이라 한다) 별표 1. 화재 및 피난시뮬레이션의 시나리오 작성 기준 중, 불특정 다수가 이용하는 경우는 수용인원 산정기준을 적용하였고(National Legal Information Center, 2021a), 입원환자는 허가받은 인원수를 적용하였으며, 직원의 경우 병원에서 제시한 실제 근무 인원수를 배치하였다. 1~2층 중에서 불특정 다수가 이용하는 건강검진실, 물리치료실 등은 수용인원 산정기준인 22.3 m2/인을 기준으로 1층은 57명을 배치하였고, 2층 입원실을 제외한 물리치료실은 실제 면적인 702 m2를 기준으로 31명을 배치하였다. 2층 입원실은 허가받은 인원인 46명을 배치하였고, 3층 이상의 입원실은 병원에서 허가받은 인원수로 배치하였으며, 배치현황은 Table 1 및 Fig. 3과 같다.
Table 1
○○○ Nursing Hospitals Capacity
직원에 대한 배치현황은 지하 1층에 시설관리원 30대 남자 2명이 근무하며, 1층에 직원 30명이 근무 중으로 50대 의사 남자 6명, 여자 2명, 간호사 40대 여성 3명, 간호조무사 40대 여성 2명, 행정직원 20대 여자 5명, 30대 남자 2명, 40대 남자 2명, 물리치료사 30대 남자 6명, 여자 2명이 근무하고 있으며, 2층 물리치료실은 물리치료사 30대 남자 2명, 20대 여자 2명이 근무 중으로 해당 인원을 배치하였고, 2층 이상의 입원실은 병원에서 제시한 직원의 수를 각각 배치하였으며, 배치현황은 Table 2와 같다.
Table 2
○○○ Nursing Hospitals Staffing Status
이용객은 일반인이 이용하는 1층 전체와 2층 입원실을 제외한 건강검진실, 외래진료실 등에서 계산된 수용인원 1층 57명, 2층 31명에 대하여 전라북도 2020년 인구통계에서 차지하는 20대에서 50대까지 인구를 합하여, 각각 연령대 인구가 차지하는 비율을 계산하여 20대 21.84% (남자 54.00%, 여자 46.00%), 30대 19.52% (남자 51.56%, 여자 48.43%), 40대 27.71% (남자 51.56%, 여자 48.43%), 50대 30.93% (남자 51.71%, 여자 48.29%)의 비율로 배치하였다(Statistics Korea, 2021). 3층 집중치료실은 18병상으로 허가받아 중환자실로 운영되며 자력으로 대피가 불가능한 상황을 반영하여, 침대에 누워 조력자의 도움을 받아야만 피난이 가능한 18명을 배치하였으며, 2층 입원실과 3층 이상의 입원환자는 2020년 전라북도 인구통계 중 65세 이상 인구 비율 중 남자 42.07%, 여자 57.93%를 허가받은 인원을 적용하여 배치하였으며, 배치현황은 Table 3과 같다.
Table 3
○○○ Nursing Hospitals User Arrangement
2.5 재실자의 입력값
요양병원 화재 시 Pathfinder 피난시뮬레이션을 위한 재실자의 입력변수는 신체 특성을 고려해 직원과 이용객은 연령대별로 남성과 여성으로 구분하여 입력하였고, 입원환자는 60세 이상만 입원한 것으로 남성과 여성을 구분하여 입력하였다. 자력으로 대피가 불가한 피난약자의 경우 침대의 규격을 일원화하여 조력자의 도움 없이는 피난하지 못하는 것으로 입력하였다. 보행속도는 부산광역시 소방본부 소방시설 등의 성능위주설계 평가 가이드라인을 참고하여 입력하였고, 계단에서의 이동속도는 0.6 m/s로 입력하였다(Busan Fire and Disaster Headquarters, 2020). 피난약자의 이동속도는 소방청 피난약자시설 대피공간 등 설치 및 안전관리 가이드에서 제시한 0.5 m/s를 적용하여 입력하였다(Fire Department, 2021). 시뮬레이션에 필요한 입력값은 Table 4로 정리하여 나타내었다.
Table 4
Input to Simulation (Size Korea, 2021)
2.6 시나리오의 구성 및 피난소요시간 분석
시뮬레이션 설정은 요양병원 화재로 발생할 수 있는 최악의 기준을 가정하여 허가받은 최대 입원환자 수와 최대 이용객 수의 합인 660명이 재실하고, 최대 직원 수인 104명이 근무한다는 상황을 가정하여 총 764명을 대상으로 하였다. 이 연구의 대상이 되는 요양병원은 침대의 이동이 가능한 승강기가 설치되어 있고, 경사로가 면제된 상태이다.
시나리오의 구성은 피난약자의 피난수단을 비교하여 피난소요시간을 분석하였다. 피난약자가 경사로를 이용하고 나머지 재실자들은 계단과 경사로를 이용한 피난소요시간을 분석한 후, 피난약자가 승강기를 이용한 피난소요시간을 분석하였으며, 피난약자가 승강기와 경사로를 함께 사용하여 피난하는 시간을 분석하였다. 마지막으로 같은 조건에서 대피공간을 추가한 상황에서의 피난소요시간을 비교⋅분석하였다.
Table 5에서 시나리오 1은 ｢의료법 시행규칙｣에서 경사로와 승강기 중, 한 가지 면제가 가능하여 승강기가 면제된 상황을 가정하여 피난약자가 경사로만을 이용하여 피난하는 것으로 설정하였으며, 시나리오 2는 피난약자가 경사로 없이 승강기만을 이용하여 피난하는 것으로 설정하였다. 시나리오 3은 경사로와 승강기가 모두 설치되어 피난약자가 경사로 또는 승강기를 선택하여 이용하여 피난하는 것으로 설정하였다. 시나리오 4~6은 시나리오 1~3의 조건에서 대피공간을 추가로 설치하여 입원환자가 대피공간으로 피난하는 것으로 설정하였다.
Table 5
Scenario
Table 6은 층별 입원환자에 대한 대피공간 면적 산출내역 및 피난가능인원 현황을 표로 나타내었다. 2015년 9월부터 시행하고 있는 요양병원 등 피난약자시설에 계단이나 피난기구를 이용하여 피난층까지 수직으로 피난할 능력이 부족한 노인이나 장애인 등을 위하여 대피공간을 설치하도록 ｢건축법 시행령｣이 개정되어 시행하고 있으나, 신규로 허가를 받는 요양병원만 설치하는 현실을 반영하여 대피공간을 소급적용하여 설치할 경우의 피난소요시간을 비교하도록 설정하였고 허가된 병상의 수를 고려하였다(National Legal Information Center, 2021b). 대피공간의 면적 기준은 입원환자의 50%를 기준으로 인당 0.28 m2를 확보하게 되어 있어 대피공간에는 입원환자의 50%만 피난하고 나머지 입원환자는 계단과 경사로를 통하여 피난하도록 설정하였다.
Table 6
Calculation of Evacuation Space for Inpatients by Floor and Number of People Who Can Evacuate (Busan Metropolitan City Fire and Disaster Headquarters, 2020)
화재가 발생하는 경우 승강기 이용이 금지되고 있으나, 연구의 목적상 자력으로 피난 불가능자들이 승강기를 이용하여 피난하는 경우와 경사로를 이용해 피난하는 경우의 피난소요시간 비교연구를 위해, 자력으로 대피가 불가한 사람에 한정해 화재 시에도 조력자의 도움으로 승강기를 이용해 피난하는 시나리오를 구성하였다.
연구 대상 요양병원은 층수가 5층 이상으로서 3,000 m2를 초과하는 특정소방대상물로서 화재발생층 및 직상층 우선경보방식이 적용된다(National Legal Information Center, 2021c). 지상 1층에서 화재가 발생한 것으로 가정하여, 최초 화재가 발생하여 감지기가 작동하는 시간, 수신부에서 화재신호를 수신하는 시간 및 화재신호를 수신하여 음향장치가 경보하는 시간 등을 고려하여, 지하 1층 및 1층에서 3층은 피난 개시 시간은 최초 화재발생 후 60초 이후로 설정을 하였고, 나머지 층은 추가로 60초 이후에 피난하도록 시나리오를 설정하였다.
요양병원 피난수단에 따른 재실자의 피난시뮬레이션 결과 분석은 개별 재실자의 위치에서 화재가 발생했을 시 각자의 위치에서 지상 1층 출입문을 통하여 외부로 마지막으로 피난하는 재실자의 피난소요시간을 비교⋅분석하였다. (National Legal Information Center, 2021d).
3. 결과 및 분석
3.1 실험결과
Figs. 4~9의 각 (a) 그림은 실제 피난시뮬레이션 진행 과정 중 피난소요시간 비교⋅분석을 위하여 피난소요시간이 가장 적게 소요된 시나리오 6의 피난소요시간인 477초에서의 피난 불가능 인원을 비교⋅분석하였다. Figs. 4~9의 각 (b) 그림은 3층 좌측 계단 앞에서의 병목현상을 분석하였다. 3층 좌측 계단 앞부분은 집중치료실의 자력대피가 불가능한 침대피난 인원과 계단과 경사로를 이용하는 재실자들이 몰리면서 재실자의 군집밀도가 높아지고, 이동속도가 낮아지는 병목현상이 발생하여 분석 지점으로 선정하였으며, 병목현상 지속시간, 재실자의 군집밀도 및 이동속도에 대해 분석하였다.
Tables 7~12는 피난소요시간 분석을 위하여 시나리오 6의 피난소요시간인 477초에서의 피난인원, 피난 불가능인원 및 피난소요시간을 분석하였다. Table 13과 Fig. 10은 전체적인 피난소요시간을 비교하여 정리하였다.
Table 7
Scenario 1
| Required time to evacuate | 852.5 sec |
| Difference between scenario 6 and evacuation time | 375.2 sec |
| Number of persons unable to evacuate at 477 sec (persons) | 334 persons |
Table 8
Scenario 2
| Required time to evacuate | 733.3 sec |
| Difference between scenario 6 and evacuation time | 256.3 sec |
| Number of persons unable to evacuate at 477 sec (persons) | 297 persons |
Table 9
Scenario 3
| Required time to evacuate | 694.5 sec |
| Difference between scenario 6 and evacuation time | 217.5 sec |
| Number of persons unable to evacuate at 477 sec (persons) | 267 persons |
Table 10
Scenario 4
| Required time to evacuate | 633.8 sec |
| Difference between scenario 6 and evacuation time | 156.8 sec |
| Number of persons unable to evacuate at 477 sec (persons) | 35 persons |
Table 11
Scenario 5
| Required time to evacuate | 595.3 sec |
| Difference between scenario 6 and evacuation time | 118.3 sec |
| Number of persons unable to evacuate at 477 sec (persons) | 34 persons |
Table 12
Scenario 6 Evacuation Status by Time Period
| Required time to evacuate | 477 sec |
| Number of persons unable to evacuate at 477 sec (persons) | 0 persons |
Table 13
Classifying the Evacuation Method and Evacuation Status
화재가 발생하여 감지 후 피난을 시작하여 피난층으로 통하는 출입구를 마지막 재실자가 통과하는 시간까지의 시간을 피난소요시간이라 명명하였다.
3.2 실험분석
Fig. 4와 Table 7에서 시나리오 1은 승강기가 면제되고 경사로가 설치된 상황에서 자력대피 불가능자들이 경사로만을 이용하여 피난하는 과정을 분석하였다. 화재 초기 60초부터 120초까지는 자력대피 불가능자들이 경사로를 이용하여 원활하게 피난을 하였으나, 120초 이후 각 층의 재실자들이 경사로에 몰리면서 3층 좌측 계단 앞부분에서 병목현상이 발생하였다. 병목현상 지속시간은 모든 시나리오 중 가장 긴 시간 동안 지속되어 약 480초간 지속되었으며, 재실자의 군집밀도는 최고 0.83 명/m2를 기록했고, 이동속도는 최저 0.03 m/s의 속도를 보였다. 자력대피 불가능자들이 초기에는 원활히 피난하였으나, 일반 재실자들이 3층 좌측 경사로에 몰리면서 일반 재실자들의 피난이 완료된 이후에 피난하는 모습을 보였다. 피난소요시간은 852.5초로 가장 많은 시간이 소요되었다.
Fig. 5와 Table 8에서 시나리오 2는 자력대피 불가능자들이 승강기만을 이용하여 피난하는 과정을 분석한 것으로 초기 60초 이후 지하 1층부터 지상 3층까지 재실자들이 2개의 계단과 비상구를 이용해 빠르게 피난을 하였으나, 120초 이후 나머지 층의 재실자들이 3층 자력대피 불가능자들과 함께 피난하는 과정에서 3층 좌측 계단 앞부분과 승강기 입구에서 병목현상이 발생하였다. 병목현상은 약 120초간 지속되었으며, 재실자의 군집밀도는 최고 0.65 명/m2를 기록했고, 재실자 이동속도는 최저 0.02 m/s의 속도를 보였다. 피난소요시간은 앞선 시나리오 1보다 119.2초가 감소하여 733.3초가 소요되었다.
Fig. 6과 Table 9에서 시나리오 3은 승강기와 경사로가 설치되어 자력대피 불가능자들이 승강기 또는 경사로를 선택하여 이용하여 피난하는 과정을 분석하였다. 초기 120초까지는 자력대피 불가능자들이 경사로와 승강기를 이용하여 원활하게 피난하였으나, 120초 이후 각 층의 재실자들이 경사로에 몰리게 되면서 병목현상이 발생하였으나, 자력대피 불가능자들이 경사로 또는 승강기를 선택하여 이용해 피난하여 앞선 두 가지 시나리오에 비하여 병목현상이 발생 시간이 단축되었다. 병목현상은 약 150초간 지속되었으며, 재실자의 군집밀도는 최고 1.02 명/m2를 기록했고, 이동속도는 최저 0.04 m/s의 속도를 보였다. 피난소요시간은 694.5초가 소요되었으며, 경사로만을 이용하는 경우에 비해 158초, 승강기만을 이용하는 경우에 비해 38.8초가 단축되었다.
Fig. 7과 Table 10에서 시나리오 4는 자력대피 불가능자들이 승강기만을 이용하여 피난하고 입원실이 있는 2층부터 8층까지 대피공간이 마련되어 입원환자의 절반인 277명이 대피공간으로 피난하고 나머지 재실자들은 계단을 이용하여 피난하는 과정을 분석하였다. 3층 좌측 계단 앞부분에 자력대피 불가능자와 나머지 재실자들이 몰리면서 병목현상이 발생하였으나, 대피공간으로 피난하는 인원수에 비례하여 병목현상 발생구간에 몰리는 인원이 감소하여 잠시 발생 후 해소되는 현상이 반복되면서 약 150초간 지속되었으며, 재실자의 군집밀도는 최고 0.75 명/m2를 기록했고, 이동속도는 최저 0.01 m/s의 속도를 보였다. 피난소요시간 633.8초가 소요되었으며, 대피공간 없이 승강기만을 이용하는 경우와 비교하여 99.5초 단축되었다.
Fig. 8과 Table 11에서 시나리오 5는 자력대피 불가능자들이 경사로만을 이용하여 피난하는 설정에 입원실이 있는 층에 대피공간을 설치하여 피난하는 과정을 분석하였다. 대피공간을 설치하지 않은 상황과 비교하여 대피공간으로 피난하는 인원으로 인해 3층 경사로 앞부분에서 병목현상 지속시간이 단축되는 결과를 보였다. 지속시간은 약 200초간 지속되었고, 재실자의 군집밀도는 최고 0.75 명/m2를 기록했으며, 이동속도는 최저 0.2 m/s의 속도를 보였다. 피난소요시간은 595.3초가 소요되였으며, 대피공간 없이 경사로만을 이용해 피난하는 경우에 비해 257.2초가 단축되었다.
Fig. 9와 Table 12에서 시나리오 6은 자력대피 불가능자들이 승강기 또는 경사로를 선택하여 피난하는 설정에서 입원실이 있는 층에는 대피공간이 설치되어 피난하는 과정을 분석하였다. 자력대피 불가능자들이 경사로와 승강기를 분산하여 피난하였으며, 대피공간이 없는 상황과 비교해 대피공간으로 피난하는 인원수로 인해 3층 좌측 경사로 앞부분에서 병목현상 지속시간이 짧아지고 병목현상이 발생하더라도 재실자들의 보행속도가 앞선 시나리오보다는 줄지 않는 모습을 보였다. 병목현상이 순간적으로 발생과 해소되는 과정을 반복하면서 지속시간은 약 100초간 지속되었고, 재실자의 군집밀도는 최고 0.55 명/m2를 기록했으며, 이동속도는 최저 0.15 m/s의 속도를 보였다. 피난소요시간은 모든 시나리오 중에서 가장 적은 477초가 소요되었다.
Table 13과 Fig. 10은 대피공간을 설치하지 않은 시나리오 1~3과 설치한 시나리오 4~6을 비교하여 분석한 결과로, 대피공간을 추가로 설치하는 경우가 그렇지 않은 경우와 비교하여 피난소요시간이 단축되는 결과를 보였다. 경사로와 승강기를 이용한 시나리오 1에 비하여 경사로와 승강기, 대피공간을 모두 설치한 시나리오 6의 결과가 최대 375.5초 피난소요시간이 단축되는 결과를 보였다.
지금까지 피난시뮬레이션 결과를 비교⋅분석한 개선 방향에 대한 제언은 다음과 같다.
첫째, 요양병원 시설기준을 정하고 있는 ｢의료법 시행규칙｣ [별표 3]의 개정을 통해 2층 이상의 요양병원에는 경사로와 승강기를 모두 설치하도록 법령 개정이 필요하다.
둘째, 요양병원 등 피난약자 시설에 설치하는 대피공간을 신축 또는 용도변경 시만 적용하도록 적용례에서 규정하고 있는 부칙을 삭제하고 일정 기간 경과조치 조항을 두고 소급 적용하여 요양병원 피난소요시간을 단축하여 안전성을 확보해야 할 것이다.
셋째, 요양병원 입원환자 중 거동이 불가능하여 수직이동이 불가능한 피난약자의 입원실 층수의 제한해, 저층에서 수평피난을 할 수 있도록 법령의 개정이 필요할 것이다.
4. 결 론
이 연구는 소방시설 등의 성능위주설계 방법 및 기준에서 정하고 있는 시나리오 작성 기준을 적용한 피난시뮬레이션을 이용하여 요양병원 재실자의 피난소요시간을 비교⋅분석한 것이다. 특히 현재 관련 법령에서 규제 완화로 승강기 또는 경사로가 면제되고 있는 현실을 반영하여 그에 따른 피난소요시간을 비교⋅분석하였다. 또한 요양병원과 같은 피난약자시설에 계단이나 피난기구를 이용하여 피난층까지 수직으로 피난할 능력이 부족한 노인이나 장애인을 위하여 대피공간을 설치해 피난수단을 추가하는 경우의 피난소요시간을 비교⋅분석하였고, 각각의 실험을 통해 도출한 결과는 다음과 같다.
(1) 경사로를 설치하고 승강기가 면제된 상태에서 피난하는 경우의 피난소요시간은 852.5초가 소요되었다.
(2) 승강기를 설치하고 경사로가 면제된 상태에서 피난하는 경우의 피난소요시간은 733.3초가 소요되었다.
(3) 승강기와 경사로가 설치된 상태에서 피난하는 경우의 피난소요시간은 694.5초가 소요되었다.
(4) 승강기가 설치되고 경사로가 면제된 상태에서 대피공간을 추가로 설치하여 피난하는 경우의 피난소요시간은 633.8초가 소요되었다.
(5) 경사로가 설치되고 승강기가 면제된 상태에서 대피공간을 추가로 설치하여 피난하는 경우의 피난소요시간은 595.3초가 소요되었다.
(6) 승강기, 경사로 및 대피공간이 모두 설치된 상태에서 피난하는 경우의 피난소요시간은 477초가 소요되었다.
승강기, 경사로 및 대피공간이 모두 설치된 시나리오가 피난소요시간이 가장 적게 소요되는 것으로 나타났으며, 그 외의 시나리오와 비교하여 최대 375.5초의 피난소요시간이 단축되는 결과를 보였다. 또한 대피공간이 없더라도 승강기와 경사로를 함께 설치하여 피난하는 시나리오가 승강기와 경사로 중 하나의 시설만으로 피난하는 시나리오와 비교하여 최대 158초의 피난소요시간이 단축되는 결과를 보였다.
이 연구에서는 각 층에 있는 피난기구의 사용을 고려하지 못하였고, 화재 시 이용을 금지하고 있는 승강기를 피난약자의 피난수단으로 사용하는 시나리오를 구성하였으며, 소방청 및 하부기관의 가이드라인을 적용하여 60세 이후 노인이 일정한 속도로 자력대피가 가능하다는 가정에 실험하여 현실적인 실험결과가 나타나지 않은 한계를 보였다. 하지만 실험의 각 시나리오에서 조건별 최대 375.5초의 피난소요시간이 단축되는 결과를 보였으며, 경사로, 승강기 및 대피공간을 모두 설치해 피난에 이용하는 시나리오가 피난소요시간이 가장 적게 소요되는 결과가 도출되어 요양병원 관련 법령 개정에 활용할 수 있는 기초자료로 근거를 마련했다는 점에서 의미 있는 실험이 될 수 있다고 할 것이다.
향후 요양병원 화재시뮬레이션 분석을 이용해 Available Safety Escape Time (ASET)을 산정하여 Required Safety Escape Time (RSET)과 비교하는 피난안전성에 대한 분석이 필요할 것이며, 대피공간 설치 시 열과 연기가 충분히 차단되는 건축물 마감재료를 연구하여 요양병원 화재 시 재실자의 피난안전성을 확보하는 추가적인 연구가 필요할 것이다.
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