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J. Korean Soc. Hazard Mitig. > Volume 23(6); 2023 > Article
성능위주설계 시 근린생활시설의 수용인원 산정 문제점

Abstract

The criteria for calculating the occupant load factor are crucial for predicting the evacuation behavior of occupants during a fire, determining the size of the evacuation capacity, and significantly influencing the calculation of the Required Safe Egress Time (RSET) during fire safety assessments. There are currently 11 categories for classifying safe evacuation area installation targets for neighborhood living facilities; eight of these categories allow for various numerical values to be applied. However, applying numerical values from a conservative perspective results in excessive designs with larger occupant loads. Therefore, to address this issue, this study conducted a theoretical review of occupant loads and investigated and analyzed relevant domestic and international regulations. Subsequently, one of the buildings subject to a performance-based design in City 00 was selected, and occupancy criteria were applied based on the purpose of the space. A safety assessment of the evacuation was performed. The results show that, evacuation safety was not ensured at the two exits when the occupant load factor was below 4.6 m2/person. However, when the occupant load factor was greater than 9.3 m2/person, evacuation safety is guaranteed at all exits. Through this analysis, this study aims to raise awareness of issues related to the criteria for calculating the maximum occupancy in neighborhood living facilities and the need for revisions.

요지

수용인원 산정 기준은 화재 시 재실자의 피난행동을 예측하고, 피난용량의 크기를 결정하며, 피난 안전성 평가 시 적용되는 피난완료시간(RSET) 계산에 매우 큰 영향을 미친다. 현재 근린생활시설의 경우 피난안전구역 설치대상 용도에 따라 분류하면 11가지 용도 중 8가지 용도로 다양한 수치를 적용할 수 있지만, 보수적인 관점에서 수치를 적용하여 수용인원이 많아지는 과다 설계를 초래하고 있다. 따라서, 이러한 실태를 알리고 검증하기 위해 본 연구에서는 수용인원에 대한 이론적 고찰과 국내⋅외 관련 법령을 조사⋅분석한 후 00 광역시에서 수행되었던 성능위주설계 대상물 중 하나를 선택하여 수용인원 산정 기준에 대한 용도별 기준 수치를 적용하고 해당 공간의 피난 안전성 평가를 수행하였다. 수행한 결과 수용인원 산정 수치가 4.6 m2/인 이하일 경우 출입구 2곳에서는 피난 안전성이 확보되지 못했지만 9.3 m2/인 이상일 경우 모든 출입구에서 피난 안전성이 확보되었다. 이것을 통해 근린생활시설의 수용인원 산정 기준에 대한 문제점과 개정 필요성에 대한 인식을 제고시키고자 한다.

1. 서 론

최근 인간의 삶의 질 향상과 건설기술의 발달, 대지의 한계성과 다양한 욕구 등을 충족시키기 위해 건축물은 초고층화, 복합 대형화, 지하 심층화되어가고 있고 이로 인한 새로운 공간 또는 비정형화된 공간이 창출되면서 피난 동선도 복잡⋅다양해지고 길어져 연면적⋅높이⋅층수 등이 일정 규모 이상인 대통령령으로 정하는 특정소방대상물에 성능위주설계 시 화재로 인한 재실자의 피난 안전이 더욱더 중요하게 대두되고 있다(Song et al., 2021). 재실자 피난 안전을 확보하기 위해 수용인원, 피난거리, 수평⋅수직 피난 속도, 출입구 개수, 비상구의 폭⋅통과 속도 등 다양한 요인이 있으며 그중에서 특히, 수용인원 산정 기준은 피난 안전성 평가를 수행할 때 사용되는 가장 중요한 요소로 재실자의 피난완료시간(Required Safe Egress Time, RSET)에 절대적인 영향을 미친다. 또한 피난 용량을 정량적으로 산출하고 화재 시 재실자의 피난 행동을 예측하여 피난 규정 적용에 필요한 한계선을 결정할 수 있는 매우 중요한 기준이 된다(Park and Hwang, 2014; Seo and Hwang, 2019).
그러나, 현재 국내 법령에서 적용되고 있는 수용인원 산정 기준은 법령 간 공간용도 분류체계가 서로 다르고, 사용 형태상 같은 공간용도 임에도 불구하고 법령에서 정한 목적과 정의에 따라 각각 다른 수치를 제공하고 있다(Park and Hwang, 2014). 특히, 주택가와 인접해 주민들의 생활에 편의를 제공해주는 근린생활시설의 경우 「건축법 시행령」 [별표 1]의 용도별 건축물의 종류에 따라 ‘제1종 근린생활시설’과 ‘제2종 근린생활시설’ 2가지로 분류하고 있는데 이것을 「건축물 피난⋅방화구조 등의 기준에 관한 규칙」 [별표 1의2]의 피난안전구역 설치 대상 용도에 적용하면 11가지 용도 중 8가지 용도에 해당되어 수용인원 산정 시 1.02~22.3 m2/인 등 다양한 수치를 적용할 수 있지만 성능위주설계 기획⋅계획 단계에서 근린생활시설의 용도가 구체적으로 정해지지 않아 성능위주설계 시 일반적으로 보수적인 관점에서 상업(판매) 용도인 2.8~3.7 m2/인 수치를 적용하여 수용인원이 많아지는 과도한 설계를 초래하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 수용인원에 대한 이론적 고찰로 피난과의 상관관계를 먼저 살펴보고 국내⋅외 관련 법령을 조사, 분석한 후 00 광역시에서 수행되었던 성능위주설계 대상물 중 하나를 선택하여 수용인원 산정 기준에 대한 용도별 기준 수치를 적용하고 해당 공간의 피난 안전성 확보 여부를 나타내어 근린생활시설의 수용인원 산정 기준에 대한 문제점과 개정 필요성에 대한 인식을 제고시키고자 한다.

2. 수용인원 산정의 이론적 고찰

2.1 수용인원 산정의 정의

수용인원 산정은 건축물 구획 내에 있는 인원수와 바닥면적의 비율로 Eq. (1)과 같다.
(1)
Pc=AF/NP
여기서, PC: 수용인원, AF: 바닥면적, NP: 인원수
수용인원 산정은 바닥면적과 재실자 인원의 관계로 재실자 밀도로도 알려져 있으며 1인당 바닥면적(m2/인)으로 많은 국가에서는 규정하고 있지만, 일부 국가에서는 바닥면적 당 인원수(인/m2)로 표현하기도 한다(Seo and Hwang, 2016). 일반적으로 수용인원은 공간 용도별로 구분하여 규정하고 있으며, 해당 건축물의 바닥면적 또는 공간의 바닥면적에 나누거나 곱하는 방법으로 재실자의 인원을 예측 및 활용하고 있는데 건축물 내 피난 인원을 예측하는 척도가 된다(Seo and Hwang, 2018).

2.2 수용인원 산정의 필요성

건축물의 피난안전설계 시 피난 행동을 예측하고, 안전성을 평가할 때 가장 중요한 요소 가운데 하나는 건축물 내에 존재할 것으로 예상되는 수용인원의 수이다. 특히, 피난완료시간(RSET) 계산 수행 시 수용인원, 신체 지수, 재실자 비율, 보행속도, 피난 지연시간 등 다양한 요소가 필요로 하지만 이 중에서 수용인원을 산정하는 것이 피난 용량의 크기를 결정하므로 매우 중요한 요소가 된다. 수용인원 산정 기준은 성능위주설계와 화재위험성 평가 등을 수행할 때 사용되는데 수용인원 산정 기준이 실제 공간 용도의 인원과 차이가 큰 경우 안전성 측면에서 위험해지거나 반대로 피난 용량의 과다 설계를 초래할 수 있다. 국외의 사양설계에서도 수용인원에 따른 피난 용량 계산을 중요하게 고려하고 있고 특히, 결정론적 방법의 성능위주설계에서는 피난완료시간(RSET)에 많은 영향을 미치기 때문에 대다수 국가가 수용인원을 매우 중요한 요소로 인식하고 있다(Seo and Hwang, 2019).
상기에서 언급한 바와 같이 수용인원이 피난 용량을 결정짓는 척도로 활용되기 때문에 실제 건축물을 사용하는 인원에 대한 정확한 자료가 요구된다. 이는 피난에 있어서 안전한 설계를 지향하는 것과 사회적 비용이 무분별하게 사용될 수 있는 과다 설계 등의 문제와도 직결되어 있기 때문이다.

3. 수용인원 산정 기준의 국내외 관련 법령

현재 국내⋅외에서 적용되고 있는 수용인원 산정 기준에 대한 현황을 살펴보면 국내 관련 법령에는 「소방시설 설치 및 관리에 관한 법률 시행령」 [별표 7], 「소방시설 등의 성능위주설계 방법 및 기준」 [별표 1], 「건축물 피난⋅방화구조 등의 기준에 관한 규칙」 [별표 1의2], 「초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법 시행령」 [별표 1] 등이 있고, 국외 관련 기준에는 International Code Council (2012)의 IBC, Section 1004 Occupant Load, Table 1004.1.2. Maximum Floor Area Allowances Per Occupant, NFPA 101 (2018), Section 7.3.1 Occupant Load, Table 7.3.1.2 Occupant Load Factor, Building Act, The Building Regulations- Approved Document B 등이 있다.

3.1 소방시설 설치 및 관리에 관한 법률

「소방시설 설치 및 관리에 관한 법률」은 특정소방대상물 등에 설치하여야 하는 소방시설 등의 설치⋅관리와 소방용품 성능관리에 필요한 사항을 규정하는 법률로서 동법 시행령 제17조 관련 [별표 7]에서 수용인원 산정 방법을 명시해주고 있으며, 이것을 나타내면 Table 1과 같다.
Table 1
Calculation Method of Occupant Load (Act on Installation and Management of Firefighting Systems)
Subject Facilities Occupant load
Lodgings subject to fire protection system Lodgings with beds Number of staff + Bed (Double beds count as two)
Lodgings without beds Number of staff + (Total floor area / 3 m2)
All others subject to fire protection system Lecture halls, Administrative office, Counseling office, Labs, Break areas Total floor area / 1.9 m2
Auditorium, Culture Assemblies, Sporting facilities, Religious facilities without seats Total floor area / 4.6 m2
with seats Fixed chairs Number of fixed chairs
Long chairs Front width / 3 m2
All others subject to fire protection system Total floor area / 3 m2

3.2 소방시설 등의 성능위주 설계 방법 및 기준

「소방시설 설치 및 관리에 관한 법률」 제8조(성능위주설계)에서는 연면적⋅높이⋅층수 등이 일정 규모 이상인 대통령령으로 정하는 특정소방대상물(신축하는 것 만 해당)에 소방시설을 설치하려는 자는 성능위주설계를 하도록 규정하고 있고, 성능위주설계를 위해 「소방시설 등의 성능위주설계 방법 및 기준」 제4조 관련 [별표 1]의 ‘3. 시나리오 적용기준 다.’에서 사용 용도별 수용인원 산정 기준을 명시하고 있으며[이 고시는 폐지(2022.12.1.)되었으며, 화재⋅피난 시나리오 수정이 필요하여 개정 중에 있고 보완이 완료되면 ‘표준 가이드 라인’에 반영하여 운영할 예정이지만 아직 표준 가이드라인이 제정되지 않아 본 논문에서는 참고하여 진행하였음], 이것을 나타내면 Table 2와 같다.
Table 2
Occupant Load Factor (Performance Design Methods and Standards for Firefighting Systems)
Usage m2/person Usage m2/person
Assembly Mercantile
Concentrated use (no fixed seats) 0.65 Retail area in refuge floor 2.80
Less Concentrated use (no fixed seats) 1.40 Retail area in 2nd floor or above 3.70
Bleach-type seats 1 person / 45.7 cm Retail area underground 2.80
Fixed seats N* Care center
Kitchens 9.30 Care center 3.30
Library stack area 9.30 Health care
Library reading rooms 4.60 In-patient care area 22.3
Swimming pools 4.6 (Water surface) Sleeping area 11.1
Swimming pool decks 2.80 Public order and safety 11.1
Exercise rooms with equipment 4.60 Residential
Exercise rooms without equipment 1.40 Hotel, dormitories 18.6
Stages 1.40 Apartments 18.6
Narrow entrance/exit, aisles, corridors 9.30 Large scale lodgings 18.6
Casinos and etc. 1.00 Industrial
Skating rinks 4.60 General, High hazard 9.3
Educational Special over occupancy
Classrooms 1.90 Business 9.3
Snacks, libraries, workshops 4.60 Storage (not for business use) over occupancy

N* : Fixed number of seats

3.3 건축물 피난⋅방화구조 등의 기준에 관한 규칙

이 규칙은 「건축법」 제49조에서 제53조 및 제64조에 따른 건축물의 피난⋅방화 등에 관한 기술적 기준을 정하는 규칙으로 「건축법」 제50조의2에서 ‘고층건축물에는 대통령령으로 정하는 바에 따라 피난안전구역을 설치하거나 대피공간을 확보한 계단을 설치하여야 한다.’라고 규정하고 있으며, 「건축물의 피난⋅방화구조 등의 기준에 관한 규칙」 제8조의2제3항제7호 관련 [별표 1의2] ‘피난안전구역의 면적 산정기준’에서 건축물 사용 형태별 재실자 밀도를 제시해주고 있다. 이것을 나타내면 Table 3과 같다.
Table 3
Occupant Load Factor by Type of Use according to Building Use (Building Act)
Usage Type of use Occupancy (m2/person)
Culture Assembly Space without fixed seats 0.45
Space with seats but not fixed seats 1.29
Space with bleachers -
Space with fixed seats -
Stag 1.40
Space for gaming 1.02
Sporting Sports facilities 4.60
Educational Libraries Bookshelf area 9.30
Reading area 4.60
School and academies Classroom 1.90
Nurture Care center 3.30
Health Care In-patient caring area 22.3
Sleeping area 11.1
Public safety Correctional institutions and probation offices 11.1
Residential Hotels and other lodgings 18.6
Residential housing 18.6
Services Service facilities, transportation facilities, and other facilities 9.30
Retails Underground and ground floor 2.80
Other floors 5.60
Delivery dock 27.9
Storage Storage, auto related facilities 46.5
Industrial Factories 9.30
Manufacturing facilities 18.6

3.4 초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법

「초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법」은 초고층 및 지하연계 복합건축물과 그 주변 지역의 재난관리를 위하여 재난의 예방⋅대비⋅대응 및 지원 등에 필요한 사항을 정하여 재난관리체제를 확립하기 위한 특별법으로 동법 시행령 제5조제1항제3호, 제12조제2항제1호 및 제14조제1항제2호 관련 [별표 1]에서 용도별 거주밀도를 명시하고 있으며, 이것을 나타내면 Table 4와 같다.
Table 4
Occupant Load Factor (Enforcement Decree of the Special Act on Management of Disasters in Super High-rise Buildings and Complex Buildings with Underground Connections)
Usage Type of use Occupancy (person/m2)
Culture Assembly Theater, auditorium, exhibition halls and other similar spaces with seats Fixed seats Number of seats
Movable seats 1.30
Standing 2.60
without seats 1.80
Auditorium 1.50
Stage 0.70
Gaming 1.00
Night clubs 1.70
Exhibition halls (Industrial exhibitions) 0.70
Mercantile Retails 0.50
Mall type stores Stores 0.50
Aisles 0.25
Storage and delivery docks 0.37
Restaurants⋅bars⋅cafe 1.00
Business Office areas above 60 m from the ground 1.25
Office areas below 60 m from the ground 0.25
Residential Residential housing R*+1
Hotels 0.05
Educational Libraries Bookshelves⋅aisles 0.10
Reading area 0.21
Schools Classrooms 0.52
Other facilities 0.21
Sporting Sporting facilities 0.21
Health care In-patient care 0.04
Sleeping area (hospitalization and others) 0.09
Nurture Care center (Child care center, old age homes) 0.30

R* : Number of rooms per household

3.5 미국, 영국의 수용인원 산정 기준

미국의 수용인원 산정 기준은 ‘IBC, Section 1004 Occupant Load’, Table 1004.1.2. Maximum Floor Area Allowances Per Occupant와 ‘NFPA 101, Section 7.3.1 Occupant Load’, Table 7.3.1.2 Occupant Load Factor에서 공간 용도별 수용인원을 명시하고 있는데 IBC Code의 Gross, net의 값과 다른 기준과의 직관성 확보를 위해 m2/person으로 변환하여 표현한 값을 나타내면 Table 5와 같다. 영국은 ‘The Building Regulations-App roved Document B’에서 공간 용도별 수용인원을 명시하고 있는데 이것을 나타내면 Table 6과 같다.
Table 5
Maximum Floor Area Allowances Per Occupant (IBC Code 2021) (m2/person)
Function of space (gross) or (net)* Function of space (gross) or (net)*
Accessory storage areas, mechanical equipment room 27.87 (300) Exercise rooms 4.645 (50)
Agricultural Building 27.87 (300) Group H-5 Fabrication and manufacturing areas 18.58 (200)
Aircraft hangars 46.45 (500)
Airport terminal industrial areas 9.286 (100)
 Baggage claim 1.858 (20) Institutional areas
 Baggage handling 27.87 (300)  Inpatient treatment areas 22.296 (240)
 Concourse 9.286 (100)  Outpatient areas 9.286 (100)
 Waiting areas 1.3935 (15)  Sleeping areas 11.148 (120)
Assembly Kitchens, commercial 18.58 (200)
 Gaming floors (keno, slots, etc.) 1.0219 (11) Library
 Exhibit gallery and museum 2.787 (20)*  Reading rooms 4.645 (50)*
Assembly with fixed seats N*  Stack area 9.286 (100)
Assembly without fixed seats Locker rooms 4.645 (50)
 Concentrated (charis only-not fixed) 0.6503 (7)* Mall buildings-covered and open N**
 Standing space 0.4645 (5)* Mercantile 5.574 (60)
 Unconcentrated (tables and chairs) 1.3935 (15)*  Storage, stock 27.87 (300)
Bowling centers 0.6503 (7)* Parking garages 18.58 (200)
Business areas 13.935 (150) Residential 18.58 (200)
Courtroom 3.716 (40)* Skating rinks, swimming pools
Day care 3.2515 (35)*  Rink and pool 4.645 (50)
Domitories 4.645 (50)  Decks 1.3935 (15)
Educational Stages and platforms 1.3935 (15)*
 Classroom area 1.858 (20)* Warehouses 46.45 (500)
 Shops and vocational room areas 4.645 (50)*

N*: Number of seats, N**: 0.00007 × Area + 25 (30-50), (net)* : It is expressed in net

Table 6
Floor Space Factor (U.K. Building Regulations-Approved Document B, 2010)
Type of accommodation (m2/person)
Standing spectator areas, bar areas (within 2 m of serving point), similar refreshment areas 0.3
Amusement arcade, assembly hall, bingo hall, club, crush hall, dance floor or hall, venue for pop concert and similar events and bar areas without fixed seating 0.5
Concourse, queuing area or shopping mall 0.7
Committee room, common room, conference room, dining room, licensed betting office, lounge or bar, meeting room, reading room, restaurant, staff room of waiting room 1.0
Exhibition hall or studio (film, radio, television, recording) 1.5
Skating rink 2.0
Shop sales area (excluding those under item 10) 2.0
Art gallery, Dormitory, factory production area, museum or workshop 5.0
Office 6.0
Shop sales area (shopping complex, department stores) 7.0
Kitchen or library 7.0
Bedroom or study-bedroom 8.0
Bed-sitting room, billiards or snooker room of hall 10.0
Storage and warehousing 30.0
Car park Two persons per parking space

3.6 수용인원 산정 기준의 국내 법령 문제점

현재 국내 법령에서 적용되고 있는 수용인원 산정 기준은 법령 간 공간용도 분류체계가 서로 다르고, 사용 형태상 같은 공간용도 임에도 불구하고 법령에서 정한 목적과 정의에 따라 각각 다른 수치를 제공하고 있다. 특히, 주택가와 인접해 주민들의 생활에 편의를 제공해주는 근린생활시설의 경우 「건축법」 시행령 제3조의5 관련 [별표 1]의 29가지 용도별 건축물의 종류 중 규모와 시설의 종류에 ‘제1종 근린생활시설’과 ‘제2종 근린생활시설’ 2가지로 분류하고 있는데 이것을 「건축물 피난⋅방화구조 등의 기준에 관한 규칙」 [별표 1의2]의 피난안전구역 설치 대상 용도에 적용하면 11가지 용도 중 8가지 용도인 문화⋅집회, 운동, 교육, 보육, 의료, 업무, 판매, 산업 용도에 해당되어 수용인원 산정 시 1.02~22.3 m2/인 등 다양한 수치를 적용할 수 있다. 이것을 나타내면 Table 7과 같다.
Table 7
Evacuation Safety Zone Installation Target Purpose (Building Act, Occupant Load Factor)
Usage Type of use Occupancy (m2/person)
Culture Assembly Class 1&2 neighborhood living facilities - Facilities that provide food and beverages, such as cafeterias, bakeries, and general restaurants 2.8~5.6
Class 2 neighborhood living facilities - Performance halls, religious assembly halls, gaming facilities 1.02
Sporting Class 1&2 neighborhood living facilities - Sports facilities 4.60
Educational Class 2 neighborhood living facilities - Academy, reading area, vocational training center 1.9~9.3
Nurture Class 2 neighborhood living facilities - Local children’s center 3.30
Health Care Class 1 neighborhood living facilities - dental, oriental medicine, acupuncture, midwifery clinic 11.1~22.3
Services Class 1&2 neighborhood living facilities - Police box, hair salon, bathhouse, laundry, photo studio 9.30
Retails Class 1 neighborhood living facilities - Retail stores such as supermarkets and daily necessities 2.8~5.6
Industrial Class 2 neighborhood living facilities - Manufacturing facilities 9.3~18.6

3.7 근린생활시설 수용인원 산정 기준의 고찰

현재 「소방시설 등 성능위주설계 평가 운영 표준 가이드라인」 [6-6 특정소방대상물 용도별 최대수용인원 및 재실자 특성 반영 부분]의 ‘가. 건축물의 용도에 따라 해당 건축물을 이용하는 수용인원의 수가 다르기 때문에 건축물의 용도에 맞는 재실자의 수를 계산하여야 함.’ ‘나. 하나의 건축물에 여러 가지 용도가 복합적일 경우에는 각 용도 별로 재실자의 수를 설정하여 시뮬레이션을 수행할 것.’이라 명시하고 있으므로 근린생활시설과 같이 용도가 복합적일 경우에는 각 용도 별로 재실자의 수를 설정하는 것이 바람직 할 것이다. 그러나 성능위주설계의 시점이 건축허가 단계 이전에 있고 성능위주설계 1차 사전검토 단계에서는 기본설계 자료만 요구되고 있어 근린생활시설의 용도가 구체적으로 정해지지 않아 용도의 평균값을 적용하거나 통계치에 근거한 자료를 적용해야 하는 등의 기준 또는 자료가 적용되어야 하지만 현재까지 검증된 기준이나 자료가 제공되지 않아 설계업체에서는 보수적인 관점에서 일반적으로 가장 위험한 조건이라고 할 수 있는 상업(판매) 용도인 2.8~3.7 m2/인 수치를 용도에 구분 없이 획일적으로 적용하여 수용인원이 많아져 피난시설의 크기, 수량 등이 과도해지는 설계를 초래하고 있는 것이 현실이다.

4. 모델링 및 피난 안전성 평가

4.1 피난 안전성 평가 대상 모델링

본 논문에서 수행된 피난 안전성 평가는 실제 현장에서 수행되고 있는 피난 안전성 평가와 같은 방식으로 진행하였으며 피난 안전성 평가 대상은 실제 성능위주설계를 수행한 00 광역시에 세워진 지하 4층, 지상 46층, 최고높이 150 m, 연면적 66,924.83 m2의 주상복합 건축물 중 지상 2층 근린생활시설을 모델로 선정하였다. 선정 모델은 팬룸 포함 23개의 공간으로 구성되어 있으며 적용된 전용면적은 2,552.5 m2, 공용면적 1,201.5 m2, 기타 공용면적 1,075.5 m2이다.

4.2 화재 시뮬레이션 모델링

화재 시뮬레이션 프로그램은 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD)과 저속 열유동 해석에 적합한 Navier- Stokes 방정식을 기본으로 하는 fire dynamics simulation (FDS) Version 6.5.3을 사용하였다. 모델링 시 적용된 화재는 소방청 국가화재정보센터의 2019년 화재통계연감자료를 바탕으로 발화요인별 화재 현황 중 근린생활시설에서 가장 높은 비율을 차지하는 전기적 요인을 선택하여 오래 사용한 냉장고에 쌓인 먼지에 습기로 인한 누전으로 전기가 흘러 화재가 발생한 것으로 가정(Fire Statistical Yearbook of National Fire Data System, 2019)하였으며, 화원의 크기는 1 m × 1 m로 가정하였다. 열방출률은 3,051 kW로 한국건설기술연구원, “지하공간 환경개선 및 방재기술 연구사업 제1세부과제”, P45 그림 3.13 싱크대, 냉장고 화재특성 평가 실험 결과인 실물화재곡선을 적용하였고, 연소물질은 냉장고 구성물질 중 인명안전기준에 가장 먼저 도달하는 가시거리에 영향이 가장 큰 SOOT_yield를 기준으로 발연량이 다른 물질에 비해 매우 높은 물질에 속하는 Polyurethane-GM29를 선정하였다. 그리고 해석공간의 mesh 크기는 0.2 × 0.2 × 0.2 m를 적용하였고 해석공간의 적정성 검사인 NUREG의 민감도 수용범위(4~16)에 만족하는 7.6을 적용하여 수행한 후 모델링 하였다. 화재 시뮬레이션 모델링 입력값을 나타내면 Fig. 1과 같다.
Fig. 1
Fire Simulation Modeling of Neighborhood Living Facilities
kosham-2023-23-6-187gf1.jpg
화재로 인한 영향과 감지 시간을 측정하기 위해 감지기와 측정장치를 설치하였으며, 감지기는 연기감지기를 설치하여 감지 시간을 측정하였다. 인명안전기준에 도달하는 시간을 측정하기 위해 최종 피난완료 시점인 피난계단 입구에 감지장치를 설치하였다. 감지장치와 측정장치의 설치 위치를 나타내면 Fig. 2와 같다.
Fig. 2
Location of Measuring Devices and Sensors
kosham-2023-23-6-187gf2.jpg

4.3 피난 시뮬레이션 모델링

피난 시뮬레이션의 입력 조건에는 재실자 비율, 재실자의 신체 치수, 보행속도, 감지 시간, 비화재실의 피난 지연시간, 수용인원 등을 입력하였다. 피난개시시간은 화재 인지 후 피난을 시작할 때까지의 시간을 의미하며, 화재실과 비화재실로 나누어 피난 개시시간을 적용하였다. 화재실의 경우 ‘일본건축방재계획지침’의 바닥면적을 통해 산출한 값(aT0=2√110.75≒22 s)과 감지기가 작동하는 시간(18 s)을 비교하여 둘 중 큰 값을 적용하는데, 30 s 미만이어서 30 s를 적용하였다. 비화재실에서의 피난개시시간은 감지기 작동시간(18 s)과 ‘소방시설 등의 성능위주 설계 방법 및 기준’ [별표1]의 피난 지연시간 기준 W1 (120 s)을 더하여 138 s를 적용하였다.
수용인원은 Table 7과 ‘소방시설 등의 성능위주 설계 방법 및 기준’ 별표1의 기준인 1.02, 2.8, 3.3, 3.7, 4.6, 5.6, 9.3, 11.1, 22.3 m2/person 중 중간값인(5.6 m2/person은 상업용도 기준의 범위 중 하나라 제외) 2층 이상 판매지역의 상업 용도인 3.7 m2/person, 헬스장의 운동 용도인 4.6 m2/person, 사무실의 업무 용도인 9.3 m2/person, 수면구역(구내숙소)의 의료 용도인 11.1 m2/person 4가지 Case를 적용하였으며, 배치된 수용인원의 계산된 값을 나타내면 Table 8과 같다.
Table 8
Number of Occupants by Evacuation Simulation Modeling
Scenario Occupancy (m2/person) Floor area (m2) Number of occupants (person)
Case 1 3.7 1,754.246 1,754.246 m2 ÷ 3.7 m2/person = 475
Case 2 4.6 1,754.246 m2 ÷ 4.6 m2/person = 382
Case 3 9.3 1,754.246 m2 ÷ 9.3 m2/person = 189
Case 4 11.1 1,754.246 m2 ÷ 11.1 m2/person = 159

4.4 수용인원 변화에 따른 피난 안전성 평가

화재 시뮬레이션을 수행하여 각각의 위험 요소에 대한 피난허용시간(Available Safe Egress Time, ASET)을 산출하여 비교하면 모든 출입구에서 가시거리에 의한 영향이 가장 빠르게 나타나므로 가시거리를 피난허용시간(ASET)으로 설정하였다. 각 출입구의 피난허용시간(ASET)을 나타내면 Table 9와 같다. 피난 시뮬레이션을 수행하여 피난개시시간 138 s에 Case 1의 이동시간 55~85 s, Case 2의 이동시간 48~84 s, Case 3의 26~62 s, Case 4의 24~56 s을 더하여 피난완료시간(RSET)을 산출하여 비교하면 Point 4에서 가장 빠르게 피난이 완료되며, Point 6에서 가장 늦게 피난이 완료된다. 수용인원 변화에 따른 피난 시나리오별 각 출입구의 피난완료시간(RSET)을 나타내면 Table 10과 같다. 수용인원 변화에 따른 피난 안전성 평가 수행 시 수용인원이 상업 용도인 3.7 m2/person과 운동 용도인 4.6 m2/person인 Case 1, Case 2에서는 Point 3, Point 4에서 피난 안전성이 확보되지 않지만, 업무 용도인 9.3 m2/person과 의료 용도인 11.1 m2/person인 Case 3, Case 4에서는 모든 Point에서 피난 안전성이 확보되는 것으로 나타났다. 즉, 근린생활시설이라는 같은 공간임에도 불구하고 용도에 따라 수용인원 기준 수치를 다르게 적용하는 경우 피난 안전성 여부가 상반된 결과로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이것을 나타내면 Table 11과 같다.
Table 9
ASET by Fire Simulation Modeling
Division Item Visibility Heat CO CO2 O2 ASET (sec)
Criteria 7 m 60 °C 1,400 ppm 5% 15%
Point 1 447 ≥ 600 ≥ 600 ≥ 600 ≥ 600 447
Point 2 522 ≥ 600 ≥ 600 ≥ 600 ≥ 600 522
Point 3 188 488 ≥ 600 ≥ 600 ≥ 600 188
Point 4 175 573 ≥ 600 ≥ 600 ≥ 600 175
Point 5 331 ≥ 600 ≥ 600 ≥ 600 ≥ 600 331
Point 6 350 ≥ 600 ≥ 600 ≥ 600 ≥ 600 350
Table 10
RSET by Evacuation Start Time
Scenario Division Evacuation start time Travel time RSET (sec)
Detection time Delay time
Case 1 (3.7 m2/person) Point 1 18 s 120 s 84 222
Point 2 74 212
Point 3 76 214
Point 4 55 193
Point 5 79 217
Point 6 85 223
Case 2 (4.6 m2/person) Point 1 18 s 120 s 74 212
Point 2 60 198
Point 3 63 201
Point 4 48 186
Point 5 61 199
Point 6 84 222
Case 3 (9.3 m2/person) Point 1 18 s 120 s 36 174
Point 2 48 186
Point 3 32 170
Point 4 26 164
Point 5 57 195
Point 6 62 200
Case 4 (11.1 m2/person) Point 1 18 s 120 s 29 167
Point 2 39 177
Point 3 28 166
Point 4 24 162
Point 5 51 189
Point 6 56 194
Table 11
Evacuation Safety Evaluation according to Changes in the Occupant Load Factor
Division ASET (sec) Case1 (3.7 m2/person) Case2 (4.6 m2/person) Case3 (9.3 m2/person) Case4 (11.1 m2/person)
RSET Evaluation RSET Evaluation RSET Evaluation RSET Evaluation
Point 1 447 222 212 174 167
Point 2 522 212 198 186 177
Point 3 188 214 × 201 × 170 166
Point 4 175 193 × 186 × 164 162
Point 5 331 217 199 195 189
Point 6 350 223 222 200 194

5. 결 론

수용인원 산정 기준은 화재 시 재실자의 피난행동을 예측하고, 피난 용량의 크기를 결정하며, 피난 안전성 평가 시 적용되는 피난완료시간(RSET) 계산에 매우 큰 영향을 미친다. 현재 국내 근린생활시설의 경우 다양한 수치를 적용할 수 있지만, 보수적인 관점에서 너무 작은 수치를 적용하여 수용인원이 많아지는 과다 설계를 초래하고 있다. 따라서, 이러한 실태를 알리고 검증하기 위해 본 연구에서는 수용인원에 대한 이론적 고찰과 국내⋅외 관련 법령을 조사, 분석한 후 00 광역시에서 수행되었던 성능위주설계 대상물 중 하나를 선택하여 수용인원 산정 기준에 대한 용도별 기준 수치를 적용하고 해당 공간의 피난 안전성 평가를 수행하였다. 이것을 정리하면 다음과 같다.
첫째, 국내 법령 비교 시 공간용도 분류체계가 상이하고 같은 공간 용도임에도 불구하고 각각 다른 수치를 제공하고 있다.
둘째, 근린생활시설은 규모와 시설에 따라 제1종, 제2종 2가지로 분류되지만 피난안전구역 설치대상 용도에 따라 분류하면 8가지에 해당되어 1.02~22.3 m2/인 등 다양한 수치를 적용할 수 있다.
셋째, 수용인원 산정 기준을 3.7~11.1 m2/인 4가지 Case로 변화시켜 피난안전성 평가를 수행한 결과 4.6 m2/인 이하일 경우 Point 3, 4에서 피난 안전성이 확보되지 않았지만 9.3 m2/인 이상일 경우 모든 Point에서 피난 안전성이 확보되었다.
넷째, 시뮬레이션을 통해 수용인원 기준 수치를 다르게 적용하는 경우 피난안정성 확보 여부가 상이해지는 문제점을 확인하였고 근린생활시설의 수용인원 산정 기준 개정 필요성을 제고시키고자 하였다.

References

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2. International Code Council (2012) IBC (international building code), International Code Council.

3. NFPA 101 (2018) Life safety code, 2018 edition.

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5. Seo, D.G, and Hwang, E.K (2016) A study on the adequacy evaluation of criteria of occupant load factor in residential buildings. Journal of the Korean Housing Association, Vol. 27, No. 6, pp. 145-153.
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6. Seo, D.G, and Hwang, E.K (2018) A study on the adequacy evaluation of criteria of occupant load density in school classrooms. Fire Science and Engineering, Vol. 32, No. 6, pp. 134-140.
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7. Seo, D.G, and Hwang, E.K (2019) Occupant numbers and adequacy of occupant load density standards for an exhibition hall in Korea. Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 19, No. 7, pp. 233-240.
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8. Song, Y.J, Seo, D.G, Kim, M.S, and Kim, H.J (2021) A study on the improvement plan of performance- based design of officetels of residential structure. Fire Science and Engineering, Vol. 35, No. 5, pp. 1-12.
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