Study on the Improvement of Fire Safety Standards Related to Domestic Railway Vehicle

대건 오; 돈묵 최

doi:10.9798/KOSHAM.2023.24.3.17

Abstract

This study proposes the enhancement of fire safety standards by analyzing issues within the current domestic railway vehicle fire test standards. Overseas railway vehicle operators are requesting the application of more stringent European fire test standards that domestic railway vehicles currently do not satisfy. To address this discrepancy and ensure that domestic railway fire safety standards are robust and in alignment with international requirements, this study analyzes the shortcomings of the existing fire test standards and proposes specific improvements.

Keywords: Fire Safety, Fire Protection, Rolling Stock, Fire Testing, EN 45545

요지

본 논문은 국내 철도차량 화재시험기준의 문제점 분석을 통한 해당 화재안전기준에 대한 개선방안에 관한 연구이다. 해외의 철도차량 발주처는 강화된 유럽의 철도차량 화재시험기준을 적용하도록 요구하고 있는 추세이나 이와 관련한 국내 철도차량 화재시험기준은 해외의 요구사항을 만족하지 못하고 있는 실정이다. 이에 해외 철도차량 요구사항을 만족하는 강화된 국내 철도 화재안전기준 확보를 위하여 국내 철도차량 화재시험기준의 문제점을 분석하여 그 개선방안을 도출하였다.

핵심용어: 화재안전, 소방화재, 철도차량, 화재시험, EN 45545

1. 서 론

1.1 연구배경

최근 철도차량을 운영하고 있는 해외 발주처에서는 철도차량 화재와 관련하여 엄격한 기준을 적용하고 있다. 특히 유럽 및 그 접경 지역에서 최근 발주되고 있는 철도차량 제작 프로젝트는 유럽 철도차량 화재기준을 의무적으로 적용하여 설계하도록 요구하고 있는 상황이다.

반면 국내의 철도차량 화재기준은 2014년 철도차량 기술 기준 내 화재안전기준을 포함한 이후 10여 년 동안 철도차량 관련 국제화재안전기준의 강화된 기준 개정 추세를 반영하고 있지 못하고 있는 것은 상당히 아쉬운 점이다.

본 논문은 국내 철도차량 화재기준의 문제점을 분석하여 해외 철도차량 화재기준 동등 이상의 국내 화재 기준 개선안을 제시함으로써 강화된 철도차량 화재 안전성 확보를 통해 철도차량의 화재 시, 철도차량 내의 승객과 승무원의 피해가 최소화하는데 도움이 되고자 한다.

1.2 선행연구

국내는 철도안전법과 철도차량 기술기준(한국철도기술 연구원(Korea Railroad Research Institute, 2023a, 2023b, 2023c)) 내의 화재안전기준을 별도로 관리하지 않은 반면, 유럽은 철도차량 화재안전기준을 별도로 제정하여 개정 관리하고 있다.

국내 철도차량 기술기준은 2014년 제정된 후 2023년 1월 최신 개정하였으나, 철도차량 주요장치 개발 연구에 초점이 맞추어져 진행되었다. 이런 연구 환경에서 별도로 철도차량 화재안전기준에 대한 연구, 개정 검토 및 안전기술기준 변경은 거의 이루어지지 않았다.

철도차량 화재와 관련한 연구로는 차량 복합재(Yeon et al., 2019)와 차량용 시트커버(Park, 2018)에 대한 연구를 확인할 수 있었으나, 그와 관련한 차량 부품 화재안전기준이 제시되거나 제정된 바는 없다.

반면 유럽 및 영국은 철도차량 화재안전기준에 대한 별도의 화재시험규격을 제정하고, 해당 화재시험규격에 대한 지속적인 개정을 통해 철도차량관련 설계 및 시험규격들에 반영하여 의무적으로 준수하도록 2019년에 공표되었다 (2008/57/EC, 2008; 1304/2014/EU, 2014; 2016/797/EU, 2016; 2019/776/EU, 2019).

1.3 연구범위 및 분석 방법

연구범위로 국내는 최신 개정된 국내 철도차량기준을 대상으로 하였으며, 해외는 미국, 영국 및 유럽의 철도차량 화재안전기준을 대상으로 하였다.

연구 분석 방법은 국제 철도차량 화재안전기준을 기준으로 국내 철도차량 화재안전기준의 문제점을 분석하고, 국내 철도차량 화재안전기준을 보안하여 강화된 화재 안전성을 확보할 수 있는 방안을 제안하였다.

2. 국제 철도차량 화재안전기준 분석

2.1. 유럽 철도차량 화재안전기준

유럽은 철도차량에 대한 화재안전기준을 별도로 제정하였으며, 철도차량 부품에 대한 화재안전기준은 2020년에 최신으로 개정하였다. 해당 화재안전기준은 EN 45545 시리즈로 Table 1과 같이 구성되어 있다.

Table 1

Structure of EN 45545 Series

Standard No.	Part No.	Title	Remark
EN 45545-1 (2013)	Part 1	General	Total
EN 45545-2 (2020)	Part 2	Requirements for Fire Behavior of Materials and Components	Component
EN 45545-3 (2013)	Part 3	Fire Resistance Requirements for Fire Barriers	Fire Barriers
EN 45545-4 (2013)	Part 4	Fire Safety Requirements for Rolling Stock Design	Rolling Stock
EN 45545-5 (2015)	Part 5	Fire Safety Requirements for Electrical Equipment Including that of Trolley Buses, Track Guided Buses and Magnetic Levitation Vehicles	Electrical Equipment
EN 45545-6 (2013)	Part 6	Fire Control and Management Systems (CMS)	Fire CMS
EN 45545-7 (2013)	Part 7	Fire Safety Requirements for Flammable Liquid and Flammable Gas Installations	Liquid and Gas

철도차량 부품에 적용되는 화재안전기준인 EN 45545-2 (2020)는 철도차량 전 부품을 대상으로 적용하도록 되어 있으며, 실내외부품, 가구, 내장재, 전자제품류 및 기계부품류로 목록화 되어 있다. 목록 이외의 부품들에 대한 화재시험은 부품의 중량 및 노출표면적에 따라 적용 여부를 판단하게 된다. 이와 관련하여 시험요구사항은 R1~R28로 정리되어 있다.

해당 시험 요구사항은 시험 항목으로 연기밀도, 독성지수, 수직화염전파 등으로 구성된다. 통로연결막의 경우, 시험 요구 사항은 R1/R7로 최대 평균열방출률(MARHE) 시험, 화염전파 시험, 연기밀도시험 및 가스유독성 시험을 하도록 되어 있다.

2.2 영국 철도차량 화재안전기준

유럽 화재규격으로 통합 적용되기 이전, 영국에는 철도차량 화재시험규격 BS 6853 (1999)을 적용하였다. 이 화재시험 규격은 차량의 종류와 운행유형에 따른 화재 위험수위에 따라 차량의 범주를 분류한 것이 특징이며, 이 부분은 유럽 화재규격에 반영되었다.

철도차량 부품설치 위치 및 종류에 따라 차량 내부, 외부, 실내외 사용되는 재질 중량, 의자, 섬유류, 매트리스 및 전선류 등으로 구분하여 화재시험규격을 사용하고 있다. 철도차량 내부 및 외부에 설치되어있는 부품들 중 수직 또는 수평으로 설치되어 있을 경우 적용되는 시험방법은 BS 6853 (1999)의 ‘Tables 1~6’이 적용된다. 실내외 사용되는 재질 중량에 따라 BS 6853 (1999) ‘Tables 7~8’을 적용한다. 의자의 경우, BS 6853 (1999)의 ‘Tables 9~10’이 적용되며, 섬유류는 BS 6853 (1999)의 ‘Table 11’, 매트리스는 BS 6853 (1999)의 ‘Table 12’ 및 실내외 케이블은 BS 6853 (1999)의 ‘Tables 13~14’가 적용된다. 현재 해당 시험규격은 폐지되었으며, EN 45545를 적용하고 있다.

Table 2

Analysis Result of International Fire Safety Standards

	Europe	U.K.	USA
Standard	EN 45545	BS 6853 (1999)	NFPA 130 (2023) ASTM E 662 (2021)
Target component	All vehicle parts	Vehicle main parts	Vehicle main parts
Fire standard in Korea	Chair assembly EN 45545-2 (2020) Annex B	Toxic index test BS 6853 (1999) Annex B.2	Smoke density test ASTM E 662 (2021)
Note	subdivided to apply to all component of railway vehicle	Classify vehicle categories according to fire risk level depending on vehicle type and operation type.	Fire tests can be applied to each major vehicle component.
Limitations	Only mandatory in Europe	Abolition and Replaced by EN 45545	Applies only to the US and nearby countries

Table 3

Abolished Fire Test Standards

Components	Test item	Abolished fire test standards
Interior plate	Toxic index test	BS 6853 (1999) Annex B.2
Chair
Gangway
Flooring
Insulator
Carbody exterior
Electric cable		BS 6853 (1999) Annex B.1
Chair	MARHE (kW)	EN 45545-2 (2020) Annex. B

Table 4

Applied Standard For Smoke Density Of Domestic Components

Components	Test item	Fire standard in Korea
Interior plate	Smoke density	ASTM E 662 (2021)
Chair
Gangway
Flooring
Insulator
Carbody exterior
Electric cable

Table 5

Domestic and International Testing Standards for Smoke Density of Domestic Components

Components	Test item	Fire standard	Applied region	Hazard level [1]	Hazard level [2]	Hazard level [3]	Hazard level [4]
Interior plate	CFE 2 (kW/m )	ISO 5658-2	Korea	≥ 15	≥ 18	≥ 20	≥ 20
Interior plate	CFE 2 (kW/m )	ISO 5658-2	International	≥ 20	≥ 20	≥ 20	≥ 20
Gangway	Smoke density	ASTM E 662 (2021) Ds (4.0 min)	Korea	≤ 400	≤ 300	≤ 200	≤ 200
Gangway	Smoke density	ISO 5659-2 Ds max	International	-	≤ 600	≤ 300	≤ 300
Flooring	Smoke density	ASTM E 662 (2021) Ds (4.0 min)	Korea	≤ 400	≤ 300	≤ 250	≤ 200
	Smoke density	ISO 5659-2 Ds max	International	≤ 600	≤ 300	≤ 150	≤ 150
	CFE 2 (kW/m )	ISO 5658-2	Korea	≥ 4.5	≥ 4.5	≥ 7	≥ 7
	CFE 2 (kW/m )	ISO 9239-1	International	≥ 4.5	≥ 6	≥ 8	≥ 8

Table 6

Alternatives for Abolished Fire Test Standards

Components	Test item	Abolished standards	Alternative standard
Interior plate	Toxic index test	BS 6853 (1999) Annex B.2	EN 17084 Method 1
Chair
Gangway
Flooring
Insulator
Carbody exterior
Electric cable		BS 6853 (1999) Annex B.1	EN 50305
Chair	MARHE (kW)	EN 45545-2 (2020) Annex B	EN 16989

Table 7

Alternatives for Stronger Fire Safety Criteria

Components	Test item	Fire standard	Hazard level [1]	Hazard level [2]	Hazard level [3]	Hazard level [4]
Interior plate	2 CFE (kW/m )	ISO 5658-2	≥ 20	≥ 20	≥ 20	≥ 20
Flooring	Smoke density	ISO 5659-2 Ds max	≤ 600	≤ 300	≤ 150	≤ 150
Flooring	2 CFE (kW/m )	ISO 9239-1	≥ 4.5	≥ 6	≥ 8	≥ 8
Electric cable	Unburned length	EN 60332-1-2	burned part ≤ 540 and unberned part > 50	burned part ≤ 540 and unberned part > 50	burned part ≤ 540 and unberned part > 50	burned part ≤ 540 and unberned part > 50

Table 8

Alternatives for International Compatibility of Domestic Fire Safety Standards (Example)

	Fire standard
	International standard	International harmonization standards
2 MARHE (kW/m )	ISO 5660-1	KS ISO 5660-1
2 Qasb (MJ/m )	ISO 5658-	KS ISO 5658-2

현재 국내 철도차량 기술기준 화재안전기준으로 가스유독성 시험은 이미 폐지된 BS 6853 (1999) Annex B.2를 적용하도록 되어 있다.

2.3 미국 철도차량 화재안전기준

미국은 기본적으로 철도차량 화재시험기준으로 NFPA 130 (2023)을 적용하고 있다. 미국에서는 화재시험 대상부품을 쿠션닝(Cushioning), 섬유류(Fabrics), 내장재(의자, 매트리스, 선반 등), 방음단열재(Thermal and acoustical insulation), HVAC덕트, 접착제 및 실런트, 전선류 등으로 구분하여 적용하고 있다. 이렇게 구분된 부품들에 대해 공통적으로 연기밀도 시험(Smoke density)은 ASTM E 662 (2021)를 적용하고 있다. 표면 화염전파(Surface flammability) 시험의 경우, 대부분 ASTM E 162를 적용하고 있으며, 쿠션닝에 대해서는 ASTM D 3675를 적용하고 있다. 연소특성시험 (Burning behavior)은 A14 CFR part 25 (2024)를 적용하고 있으며, 전선류의 경우 NFPA 130 (2023)을 따르고 있었다.

국내 철도차량 기술기준 화재안전기준으로 연기밀도시험은 ASTM E 662 (2021)를 적용하도록 되어 있다.

2.4 국제 철도차량 화재안전기준 분석 결과

국제 철도차량 화재안전기준을 분석한 결과는 Table 2와 같다.

각 지역별로 별도의 화재시험기준을 적용하고 있으며, 영국을 포함한 유럽은 별도의 철도차량 화재안전기준을 재정하여 의무적으로 적용하고 있다. 미국은 철도차량의 주요부품들에 화재시험을 적용하고 있으나, 이는 미국, 캐나다 지역에서만 적용하고 있는 한계가 있다. 영국은 별도의 화재시험 기준을 적용하였으나, 유럽 회원국이 되면서 해당 화재시험 규격은 폐지하고 유럽 화재시험규격으로 대체하였다.

유럽 화재시험규격은 미국을 제외한 전 세계 철도차량운영기관에서 적용하고 있는 추세이다. 최근에는 미국 철도차량 운영기관에서도 유럽 화재시험규격 적용을 승인하고 있는 사례가 늘고 있다.

국내화재기술기준은 의자 조립체 화재시험은 유럽 규격을 적용하고 있으며, 주요 부품에 대해 독성지수 시험은 영국 규격을 그리고 연기밀도시험은 미국 규격을 적용하고 있다. 독성지수 시험은 폐지된 영국규격을 적용하는 문제점과 함께 연기밀도 시험은 해외 발주처에서 요구하고 있는 국제규격이 아닌 특정 지역 규격을 적용하는 한계점이 발견되었다.

3. 국내 철도차량 화재안전기준의 문제점

본 연구에서는 Oh et al. (2023)의 연구를 기초로 하여 국제 철도차량 화재안전기준을 분석하고 국내 철도차량 화재안전기준의 문제점을 다음과 같이 도출하였다.

3.1 폐지된 화재시험규격 적용 유지

최근 개정된 국내 철도차량 기술기준 내 화재안전기준에서 일부 부품들이 폐지된 화재시험기준을 개정 없이 그대로 적용하고 있었다. 다시 말해 화재시험기준에 대한 관리가 제대로 이루어지지 않고 있음을 의미한다. 철도차량 부품별로 폐지된 화재시험 기준은 Table 3과 같다.

주요부품들의 독성지수 시험은 국내철도기술기준에 영국의 BS 6853 (1999)을 적용하도록 하고 있으나 이 규격은 현재 폐지된 상태이다. 또한 의자조립체에 대한 화재시험은 EN 45545-2 (2020) Annex B를 적용하고 있으나, 유럽에서는 해당 규격을 개정하여 별도의 화재시험규격으로 분리하여 적용하고 있다.

3.2 특정 국가규격 및 시험기준 적용

국제 화재시험과 비교했을 때, 국내에서 적용하고 있는 철도차량 화재안전기준의 일부 시험기준은 Table 4와 같이 특정 지역 규격에서만 적용하고 있는 기준을 사용하고 있다. 해당 규격의 적용 시험기준은 국제 화재시험기준에 비해 다소 완화된 기준을 적용하고 있다. 국내 주요부품의 국내외 연기밀도 시험기준에 대한 비교결과는 Table 5와 같다.

연결막과 바닥재는 해외 발주처에서 요구하고 있는 국제 시험규격 대신 미국지역 시험규격을 사용하고 있었다. 연기 밀도 기준의 경우, 국내는 Ds (4.0 min)를 적용하는 반면, 해외에서는 높은 화재 안전성 확보를 위해 Ds max 적용하고 있었다. 내외장재의 화재열전파시험(CFE)의 경우, 국내에서 적용하고 있는 화재시험 기준보다 해외 발주처에서 요구 하는 국제 화재시험 기준이 높았다.

3.3 해외 철도운영기관의 요구사항 충족 미흡

해외 철도운영기관에서 적용하고 있는 국제화재시험기준과 비교했을 때, 국내 철도차량 화재시험기준은 다소 미흡하다. 특히 유럽 화재시험기준의 경우 철도차량 전 부품에 대해 적용 가능하도록 평가 절차 등이 마련되어 있으나, 국내는 주요부품 8종에 대해서만 적용하도록 되어 있다. 유럽 화재시험규격은 철도차량 내 설치되는 전기전자제품에 대해서 전기전자제품의 주요부품의 중량(100 g)과 화재 시 노출되는 면적을 기준(0.2 m²)을 초과하여 탈 수 있는 부품들을 모두 화재시험 적용대상으로 하고 있으나, 국내 화재시험규격은 명확하게 기술되어 있지 않은 상황이므로 해외 발주처의 요구사항을 만족하기 위해 개정해야 한다.

4. 개선방안

해외 발주처에서 적용하고 있는 유럽, 미국 및 영국의 철도차량 화재규정을 기준으로 국내철도차량 화재안전기준에 대한 문제점을 분석하여 향상된 화재 안전성을 확보하기 위해 국내 화재안전기준을 제안한다.

화재안전기준의 개선제안 사유는 다음과 같이 분류하였다.

• 폐지된 화재시험규격을 최신 국제화재시험규격으로 개정
• 강화된 화재 안전성 확보
• 국내 적용 중인 화재시험규격의 국제 부합화

4.1 최신 국제 화재시험규격 개정

국내 화재안전기준의 독성지수시험 중 주요부품들은 폐지된 화재시험규격을 사용하고 있다.

폐지된 화재시험규격을 적용하고 있는 국내 철도차량 화재안전기준은 Table 6과 같이 최신 국제 화재시험규격으로 개정할 것을 제안한다.

내장재, 의자, 연결막, 바닥재 등의 주요부품의 독성지수 시험은 폐지된 BS 6853 (1999) Annex B.2를 EN 17084로 대체하고, 전선류의 경우는 폐지된 BS 6853 (1999) Annex B.1을 EN 50305로 대체할 것을 제안한다. 의자 조립체의 시험은 개정되어 삭제된 EN 45545-2 (2020) Annex B를 EN 16989로 대체할 것을 제안한다.

4.2 강화된 화재 안전성 확대

국내에서 적용하고 있는 철도차량 화재안전기준은 Table 7과 같이 해외 화재시험규격과 동등 이상의 기준으로 개정할 것을 제안한다.

내장재의 경우, 국내는 위험등급별로 화재시험기준을 달리 적용하고 있으나, 해외에서는 위험등급과 무관하게 높은 화재 안전성을 확보하기 위해 CFE (kW/m²) (≥ 20)를 적용하고 있으므로, 국내도 국제화재시험기준 이상을 적용할 것을 제안한다.

바닥재의 경우, 국내에서는 연기밀도시험 기준으로 지역 규격인 ASTM E 662 (2021) Ds (4.0 min)를 적용하고 있으나, 국제화재시험기준인 ISO 5659-2 Ds max을 적용을 통해 강화된 화재 안전성 확보할 것을 제안한다.

전선류 화재시험 중 국내에서는 적용하고 있지 않으나 해외 발주처에서 철도차량 화재시험으로 적용하도록 요구 하고 있는 Unburned length (EN 60332-1-2)을 추가할 것을 제안한다.

4.3 국내 화재안전기준의 국제 부합화

국내 철도차량 화재안전기준을 효과적으로 관리하고 해외 발주처의 요구사항을 적극적으로 반영하기 위해서는 국제 화재시험규격과의 부합화를 목표로 하는 지속적인 제⋅개정 활동이 필수적인 상황이다. 그 예로 현재 적용적인 시험규격에 대해 Table 8과 같이 국제 부합화를 제안한다.

국내에서는 최대 평균열방출률(MARHE) 시험은 ISO 5660-1을 적용하고 있으며, 화염전파시험은 ISO 5658-2를 적용하고 있다. 이 국제시험규격을 KS ISO 5660-1, KS ISO 5658-2로 부합화하여 KS규격을 관리하고 있는 국가기술표준연구원에서 일괄적으로 관리할 것을 제안한다.

국제 부합화 이후 해당 시험규격은 관련 국제규격심의위원회의 참여와 국내시험규격의 개정을 통해 지속적으로 관리가 가능할 것으로 판단된다.

5. 결론

본 연구에서는 국제 철도차량 화재안전기준에 대한 분석과 함께 국내 철도차량 화재규정의 문제점을 분석하였으며, 이를 통해 식별된 문제점을 바탕으로 다음과 같이 개선방안을 제시하였다.

첫째, 국내 철도차량 화재안전기준에 대한 제정, 개정 및 관리의 미흡으로 폐지된 시험규격이 그대로 유지, 사용되고 있는 문제점이 발견되었다. 폐지된 해당 화재시험규격을 최신의 국제규격으로 개정할 것을 제안한다.

둘째, 국내에서 적용하고 있는 철도차량 화재안전기준 중 일부 시험기준이 특정 지역규격에서 적용하고 있는 기준을 사용하고 있는 점과 해당 규격의 적용시험기준이 국제화 재시험기준에 비해 다소 완화된 기준을 적용하고 있다는 문제를 확인하였다. 이를 개선하기 위해, 엄격한 국제화재시험규격을 적용할 것을 제안한다.

셋째, 국내철도차량의 화재시험기준에 대한 관리가 미흡한 부분을 보완과 더불어 국제화재시험기준과 동등 이상의 시험기준을 적용하기 위해 추후에도 지속적인 국내화재시험기준의 국제 부합화를 적극적으로 진행하여야 한다.

이러한 개선방안들은 국내 철도차량 화재 안전성을 국제 수준으로 향상시키는 데 중요한 역할을 할 것이며, 강화된 철도차량 화재 안전성 확보를 통해 철도차량의 화재 시, 철도차량 내의 승객과 승무원의 피해가 최소화하는데 일조 할 것이다. 더불어, 이 연구는 향후 국내 철도차량 주요 부품별 화재시험에 대한 최적 시험규격의 도출에 관한 추가적인 연구를 제안한다. 이는 국내 철도차량 산업의 안전성 강화와 국제 시장에서의 경쟁력 증진을 위한 기초가 될 것이다.