Optimizing Maintenance Strategies for Public Fire Doors in Apartment Buildings: Study on Deterioration Patterns and Replacement Timing

윤성 김; 유림 이; 연희 손; 영진 권

doi:10.9798/KOSHAM.2023.24.3.115

Abstract

This study aimed to identify factors contributing to the performance degradation of aging fire doors and determine their appropriate replacement time by analyzing the probability of operation of fire doors using building statistics and expert surveys. Aged fire doors with degraded performance should be repaired or replaced quickly; however, there is no clear standard for fire door repair or replacement. Therefore, we analyzed the operation probability of fire doors and conducted expert surveys to determine the proper replacement timing of fire doors and identify the performance degradation factors. The fire door operation probability survey results showed that fire doors operating for those more than 15 years had more than 20% probability of operation failure, and the main causes of operation failure improper installation, insufficient management, or poor performance. The expert survey results indicated that the optimal replacement period for fire doors is 10 to 15 years. The primary factors contributing to performance deterioration were identified as twisting and corrosion (27%), dents (24%), and damage (20%).

Keywords: Aging Fire Door, Probability of Operation of Fire Door, Expert Surveys, Appropriate Replacement Time, Factors of Performance Degradation

요지

본 연구는 건축물 통계 자료를 통한 방화문 작동확률 분석과 전문가를 대상으로 한 설문조사를 통해 노후화 방화문의 성능 저하 요인 및 적정 교체시기를 설정하는 것을 목적으로 한다. 사용중 노후화로 인해 성능이 저하된 방화문은 신속하게 수리되거나 교체되어야 하지만 방화문 수리 및 교체에 대한 명확한 기준이 없는 실정이다. 따라서 방화문의 작동확률의 통계적 분석 및 전문가 설문조사를 통해 방화문의 적정 교체 시기 및 성능 저하 요인에 대해 분석하였다. 방화문 작동 확률 조사 결과 15년 이상 경과된 방화문의 작동 실패 확률이 20% 이상인 것으로 나타났으며, 작동 실패 원인은 주로 미설치, 관리 및 성능 부족으로 나타났다. 전문가 설문조사 결과 방화문의 적정 교체 시기는 10~15년으로 조사되었으며, 성능저하 요인으로 ‘비틀림’과 ‘부식’이 27%, ‘찌그러짐’이 24%, ‘파손’이 20%로 조사되었다.

핵심용어: 노후 방화문, 방화문 작동확률, 전문가 설문조사, 적정 교체시기, 성능 저하 요인

1. 서 론

방화문은 ‘KS F 2268-1 (2021)’ 및 ‘KS F 2846 (2013)’ 등의 기준에 따라 차염, 차연 등의 성능을 검증받는다. 그러나 성능이 검증된 방화문이라도 시간이 지남에 따라 외력에 의한 파손, 자연부식 등의 이유로 점차 성능이 저하되어 화재 시 본래의 기능을 하지 못할 수 있다. 특히 공동주택의 한 세대에서 사용하는 세대 방화문 보다 사용 빈도가 높은 공용 방화문이 비교적 빠르게 노후화될 것이다. 이러한 이유로 정부에서는 ‘건축물 정기 점검 매뉴얼(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2021)’, ‘화재안전정보조사 체크리스트(National Fire Agency, 2020)’ 및 ‘소방시설 자체점검 사항 등에 관한 고시(National Fire Agency Notice, 2019)’ 등을 통해 정기적인 방화문 점검을 수행하도록 하고 있으나 노후화 방화문에 요구되는 수리 및 교체에 대한 기준점과 시기에 대한 구체적인 내용은 없는 실정이다.

따라서 방화문의 노후화에 따른 성능 저하 시기 및 요인을 파악하여 적정 수준 이하로 성능이 저하된 방화문의 수리 및 교체에 대한 기준적 대책이 필요할 것으로 생각된다(kim et al., 2022; Ha, 2020; Kim et al., 2021).

국내에서는 전술한 내용에 대한 문제를 인식하여 이에 대한 해결책에 대해 지속적인 연구를 수행하고 있다. In (2012)은 방화문의 성능 실패 요인을 차연성 미확보, 6 mm 이상의 균열 및 가스켓 화염으로 보았으며 유지관리 단계에서 현장 점검 시 철판의 상태, 가스켓의 재질 및 형상 등을 확인하도록 권장하였다. Shin (2019)은 공용부에 설치된 방화문의 주요 불량요소는 문짝의 틈 또는 문틈에 설치된 가스켓 등의 소모품인것 으로 보고 방화문의 내화성능 확보를 위해 방화문 외형 손상방지, 소모성 자재의 교체 및 변형 방지를 통한 관리 방법을 제시하였으며, Park (2019)은 영국그랜팰타워 및 제천 스포츠센터 화재에서 방화구획의 문제점으로 유지관리의 미흡을 지적하고 체크리스트를 통한 유지관리 방안을 제시하였다. 또한 Yoon (2021)은 방화문 소송 사례를 조사함으로써 방화문의 문짝과 문틀이 가장 문제가 되고 있는 것을 확인하였다. 방화문 성능의 미흡함에 대해 지적하고 유지관리 대책에 대한 사항을 제시하는 연구가 지속적으로 수행되고 있으나 노후화가 됨에 따라 저하되는 성능에 대한 궁극적인 유지관리 대책에 대한 연구는 미흡하다. 이에 따라 Kim et al. (2022)은 국내외 관련 기준 분석을 통해 방화문의 점검 항목 및 방법 및 점검 주기 등에 대해 조사하여 현장조사를 통해 점검할 항목 및 조사 방법을 도출하였다. 이후 충청남도와 경기도 일대에 위치한 신축건축물부터 20년 이상 경과된 건축물에 설치된 방화문 약 2,095개를 조사하였다. 조사 결과에 따르면 15년 이상 경과된 공동주택에 설치되어있는 공용방화문의 불량률은 20% 이상이었으며 주요 불량요소는 자연적 노후화, 개폐장애, 구멍 및 틈새발생, 가스켓 및 도어클로저 등 부속품의 고장 및 마모로 나타났다. 또한 10년 이상 경과된 방화문에서 10 mm 이상의 틈새가 발생하는 것이 빈번한 것으로 조사되었다.

상기 연구 결과에 따라 공동주택에 설치된 상당수의 공용방화문이 수리나 교체되지 않고 방치되는 것을 알 수 있었다. 그러나 Kim et al. (2022)에서는 일부 지역 건축물에 설치된 방화문만을 조사하였기 때문에 전국 방화문을 대상으로 한 추가적인 연구가 필요하다. 또한 노후화 방화문의 적정 교체 시기 및 성능 저하 요인에 대한 전문가의 견해가 필요할 것으로 판단된다.

따라서 본 연구는 노후화 방화문의 유지관리 대책 개선을 위한 연구로서 방화문 작동확률 분석과 전문가 설문조사를 수행하여 적정 교체 시기 및 성능 저하 요인을 파악하여 공동주택 노후화 방화문의 유지관리 대책을 제안하는 것을 목적으로 한다.

2. 방화문 작동 확률 분석을 위한 통계분석

2.1 방화문 작동확률 분석에 대한 개요 및 방법

2.1.1 방화문 작동확률 분석 개요

본 연구에서는 공동주택에 설치된 방화문의 사용 연수에 따른 작동여부를 분석하기 위해 소방청에서 제공한 10년 동안의 화재통계(2009~2018)를 사용하여 공동주택에 설치된 방화문의 작동확률을 분석하였다.

방화문 작동확률 분석 방법은 한국건설기술연구원에서 수행한 ‘건축물의 화재취약 특성을 반영한 화재위험 평가 기술 개발(2/3)’ (KICT 2021-128, 2021)에서 도출된 ‘방화문 작동 신뢰성 분석 방법’을 사용하였다. 여기에서 제시된 방법은 데이터 정제, 시나리오 설정, 화재통계 데이터 분석 등으로 구성되어있다. 다만, 본 연구에서는 건축물의 사용연수에 따라 방화문의 작동확률이 저하되는 정도를 통계적으로 분석하는 것이 목적이기 때문에 추가적으로 건축물 사용승인일과 화재발생 연도를 비교하는 과정을 더하였으며, 자세한 분석 방법은 2.1.2~2.1.5에 후술하였다(Michigoe, 2012; Jin et al., 2021).

2.1.2 방화문 작동확률 분석을 위한 통계 데이터 정제

본 연구에 사용된 데이터는 소방청에서 제공한 데이터로서 공사⋅철거⋅개축⋅사용 중인 건축물, 임야 등 모든 장소에서 발생한 화재의 다양한 정보를 담고 있다. 그러나 사용 중이 아닌 건축물은 방화문을 임의로 정지시켜두거나 사용 중인 건축물과는 내부의 특성이 다를 것으로 판단되어 사용 중인 건축물에서 발생한 화재만을 취급하였다. 또한, 방화(放火)의 경우 인위적으로 화재를 발생시켜 일반적인 화재 성상과는 다른 양상을 보일 것으로 예상되어 본 연구에서는 제외하였다. 이외에도 방화문의 데이터가 기록되어 있지 않은 건축물은 연구대상에서 제외하였다.

방화문의 작동확률 분석을 위해 통계 데이터를 정제한 결과, 분석된 모든 건축물의 총 화재건수는 433,734건이며 이 중 사용 중인 건축물은 256,056건, 사용 중이 아닌 건축물은 177,678건으로 나타났으며, 사용 중인 공동주택은 40,570건으로 나타났지만, 제공된 자료에 입력된 방화문의 설치 및 작동 여부에 대한 통계 데이터는 약 1,102건에 불과했다. 이 중 방화(放火) 건수는 332건으로 나타나 770건이 방화가 아닌 원인으로 발생한 화재임을 도출하였다. 또한, 방화(防火)구획의 설비가 기록되어 있는 건수는 346건으로 조사되었으며 346건 중 건축물의 주소지와 비교가 가능한 데이터는 229건으로 본 연구의 분석 데이터로 활용되었다.

2.1.3 작동확률 분석 시나리오 패턴 설정

화재 발생으로 인해 방화문 작동 이후 화재억제 성공 및 실패의 분석 시나리오 패턴을 정의하기 위해 Table 1과 같은 시나리오를 설정하였다.

Table 1

Fire Door Operation Scenario

Fire door Operation conditions
Fire Door Operation Scenario	(S1)	Operation Successful
	(S2)	Suppression Successful
	(S3)	Suppression Failed
	(S4)	Inoperative

방화문 작동 이후 작동에 성공하여 화재확산을 억제하는 패턴을 S1, 방화문은 정상작동하였으나 문의 틈새 등으로 화염 및 연기의 일부가 확산되는 패턴을 S2로 구분하였다. 또한, 방화문이 정상작동 했음에도 불구하고 유지관리미비 등의 원인으로 화재확산을 억제하지 못해 화재가 확대된 패턴을 S3, 방화문의 관리미흡 등의 원인으로 인해 작동하지 않은 패턴을 S4로 구분하였다. 위 4가지 시나리오를 바탕으로 통계자료를 활용하여 각각의 작동확률을 도출하였다.

2.1.4 화재통계데이터 분석 방법

방화문의 작동유무 및 효과에 관한 화재통계 데이터에서는 방화문작동의 항목을 미작동 및 효과 없음을 개방, 장애물적치 및 폐쇄로 분류하고 있으며 미상은 미상으로 분류한다. 또한, 효과적인 작동은 정상으로 분류한다. 그러나 미상 건수의 경우 방화문의 작동여부를 정확하게 분석할 수 없을 것으로 판단되어 확률분석에서 제외 하였다. 각각의 시나리오 패턴의 확률을 도출하기 위한 조건은 Fig. 1과 같다. 정상작동여부와 억제성공의 확률을 산출하기 위해 정상작동일 경우 정상건수를 분류하여 데이터를 분석하였다. 이 중 작동성공의 소손면적 조건은 ‘화재조사 및 보고규정 제30조: 화재의 소실정도 부분소 기준(National Fire Agency instruction No. 45, 2018)’에 따라 소손면적비율(소손면적/바닥면적) 30% 미만 건수의 데이터를 분석하였다. 작동성공 데이터 중 연소확대범위가 발화지점만 연소가 아닌 경우 소손면적비율(소손면적/바닥면적) 30%를 기준으로 하여 미만일 경우는 억제성공, 이상일 경우에는 억제실패로 분류하였다. 사망자가 발생하거나 부상자가 5인 이상 발생한 경우에는 억제실패로 분류하였다. 또한, 방화문이 정상적으로 작동했음에도 불구하고 화재가 느리게 확대된 경우에는 작동성공이 아닌 억제성공으로 분류하였다. 이에 따라 억제성공의 소손면적 조건을 산출하기 위해 방화문이 정상적으로 작동 한 데이터 중 발화지점만 연소하거나 사상자가 발생하지 않은 데이터 중 소손면적 비율(소손면적/바닥면적)이 30% 이상일 경우에만 억제성공으로 분류하였다.

Fig. 1

Fire Door Operation Probability Analysis Method

미작동의 경우 방화문이 개방되어있거나 장애물이 적치되어 작동에 장애가 나타났을 경우의 데이터로 산출하였다.

2.1.5 방화문 작동확률 도출 방법

S1~S4에서 정의된 화재 패턴의 발생확률을 도출하기 위해 작동성공(P_normal), 억제성공(P_prevention), 미작동(P_failure)에 대한 발생확률을 화재통계 데이터를 통해 산출하였다. 억제실패와 미작동은 방화문의 효과 없이 확대된 것으로 판단하여 미작동과 동일하게 취급하였다. 작동성공, 억제성공, 미작동의 확률 산출 식은 Eqs. (1)~(3)과 같다.

(1)

Pnormal=Nno/Nt

(2)

Pprevention=Npr/Nt

(3)

Pfailure=(Nfail+Npr fail)/Nt

2.1.5.1 작동성공 확률(P_normal) 산출방법

방화문 작동 이후 화재가 억제되었을 경우의 확률을 도출하기 위하여 방화문이 설치된 공동주택 중 본 연구의 분류방법을 통해 작동성공으로 분류된 화재 건수 N_no와 전체 분석화재 건수 N_t와의 비율을 계산하여 작동확률을 산출하였다.

2.1.5.2 억제성공 확률(P_prevention) 산출방법

방화문 작동 이후 화재가 일부 억제했을 경우의 확률을 도출하기 위하여 방화문이 설치된 공동주택 중 본 연구의 분류방법을 통해 억제성공으로 분류된 화재건수 N_pr와 전체 분석 화재건수 N_t와의 비율을 계산하여 작동확률을 산출하였다.

2.1.5.3 미작동 확률(P_failure) 산출방법

방화문 작동 이후 작동하지 않거나 억제 실패한 경우의 확률을 도출하기 위하여 방화문이 설치된 공동주택 중 본 연구의 분류방법을 통해 억제실패 N_fail및 미작동 N_{pr fail}으로 분류된 화재 건수와 전체 분석화재건수 N_t와의 비율을 계산하여 작동확률을 산출하였다.

2.1.5.4 건축물 사용연수에 따른 방화문 작동 확률 도출 방법

위 방법으로 도출된 방화문의 작동확률 분석 데이터를 건축물 사용승인일과 화재 발생 날짜를 비교하여 방화문 사용연수에 따른 작동확률을 분석하였다.

2.2 사용기간에 따른 방화문 작동확률 분석 결과

공동주택에 대한 방화문 정상작동 건수 분류 결과 총 229건으로 나타났다. 발화지점 외 연소된 화재 중 소손면적 비율이 30% 미만 화재 및 방화구획이 확보된 화재 25건을 억제성공으로 분류하였다. 개방, 장애물 적재 및 폐쇄 1건은 미작동으로 분류했으며, 발화지점 외 화재 중 소손면적비율 30% 이상, 발화지점만 연소 및 사상자가 발생하지 않은 화재 건에 있어서 소손면적 비율이 30% 이상 화재 중 방화구획이 설치되지 않은 화재인 억제실패는 7건으로 분류하였다.

건축물 등록 대장 및 소방청의 화재 통계 데이터를 비교하여 건축물 사용연수에 따른 방화문 작동 확률을 분석한 결과 Figs. 2, 3과 같이 사용연수가 증가함에 따라 작동성공 확률은 36%에서 12%로 크게 감소하였다. 작동실패 확률은 건축물 사용연수가 증가함에 따라 증가하였으며, 15년 이상 경과된 경우에는 작동 실패 확률이 20% 이상인 것으로 나타났다. 또한 작동 실패 원인은 크게 미설치, 관리부족, 성능부족으로 나타났다.

Fig. 2

Probability of Success (%)

Fig. 3

Probability of Failure (%)

3. 전문가 설문조사

3.1 전문가 설문조사 개요 및 방법

3.1.1 전문가 설문조사 개요

노후화 방화문 현장조사, 작동확률조사에 대한내용을 검증하기 위해 방화문 관련 업계에서 종사하는 전문가 100명을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 본 설문조사는 단계별로 구분된 지문을 통해주로 방화문의 성능 저하 원인 및 적정 교체 시기에 대한 질문이 포함된다.

3.1.2 전문가 설문조사 방법

설문조사 항목은 Fig. 4와 같이 국내외 기준 및 기존연구 조사, 현장조사 데이터, 방화문 소송사례, 화재사례 등을 분석하여 나타난 문제점을 바탕으로 방화문 노후화에 따른 현황 등을 도출하기 위하여 제작하였다. Table 2와 같이 설문조사는 2022년 6월 1일부터 동년 8월 10일까지 총 100명의 전문가를 대상으로 진행되었다.

Fig. 4

Survey Paper Development Method

Table 2

Expert Survey Overview

Classification	Content
Data Collection	2022.06.01.~2022.08.10.
Survey Target	100 professionals in the relevant industry Architects, fire technicians, university professors, manufacturing, management, fire officials, etc
Necessity of Survey	Establish comprehensive opinions on fire door inspection and service life
Main Purpose	Comprehensive expert opinion on the appropriate service life, inspection, and management of fire doors Appropriate service life and defect cause investigation

위와 같은 방법으로 제작된 설문지의 1단계는 유의사항 및 인적사항이며 2단계는 방화문 이해도 조사, 3단계는 방화문의 적정 교체시기 조사, 4단계는 방화문의 불량 원인 조사로 구성되었다.

1단계에서는 연구의 내용 및 설문방법 숙지 및 전문가의 경력 및 기본 인적사항을 조사하였다. 2단계에서는 방화문에 대한 전반적인 이해도를 파악하고, 방화문의 실사용 조건 및 정비빈도에 대한사항을 조사하였다. 3단계에서는 설치된 방화문의 적정 교체 시기 및 요구되는 교체 원인을 조사하였다. 마지막으로 4단계에서는 설문에 참여한 전문가가 담당하거나 상주하는 건축물에서 발견된 성능저하 원인을 조사하였다.

3.2 전문가 설문조사 결과 및 고찰

3.2.1 1단계: 기본 인적사항 조사 결과

1단계에서는 본 설문조사에 대한 전반적인 설명과 기본 인적사항을 조사하였다. 먼저 설문조사 응답자의 직종 조사 결과는 제조업 25%, 소방관 및 방재팀 등이 21%, 점검업 및 연구업 19%, 설계 및 시공업 16% 순으로 나타났다.

연령은 35세 이하 52%, 36~40세 이하 17%, 41~45세 이하 11%, 46~50세 이하 7%, 51세 이상 13%으로 나타났으며 평균 근무 연수 10년 이상의 전문가를 대상으로 설문을 실시하였다.

10년 이상 경력의 관련 분야 전문가를 대상으로 한 설문으로서 설문 결과에 대한 신뢰성이 있을 것으로 생각된다.

3.2.2 2단계: 방화문 이해도 조사 결과

2단계에서는 방화문의 이해도를 조사하기 위하여 방화문의 실사용조건, 정비빈도의 적절성, 정비빈도 판단근거 및 적정 정비빈도에 대하여 설문하였다.

방화문의 정비 빈도에 대한 적절성을 조사한 결과는 Fig. 5와 같이 ‘매우 부적절하다’가 34%, ‘부적절하다’가 29%, ‘보통이다’와 ‘적절하다’가 16%, ‘매우 적절하다’ 5% 나타났다. 즉, 현재 국내에서 시행하는 방화문의 점검 빈도가 대체로 미흡한 것으로 나타났다.

Fig. 5

Appropriateness of Fire Door Maintenance Frequency (%)

방화문의 적정 정비 빈도를 조사한 결과는 Fig. 6과 같이 ‘연 1회’가 35%, ‘반기별 1회’가 29%, ‘월 1회’가 22%, ‘주 1회’가 3%, ‘기타’가 11%로 나타났으며 적정 정비빈도를 판단한 근거로는 Fig. 7과 같이 ‘방화문의 잦은 사용’이 39%, ‘방화문 세트의 제품 특성’이 32%, ‘전문가의 과거 경험’이 31%로 나타났다. 즉, 현재 3년마다 실시하는 방화문 점검을 보다 주기적으로 수행할 필요성을 나타낸다.

Fig. 6

Appropriateness of Maintenance Frequency (%)

Fig. 7

Reasons for Maintenance (%)

3.2.3 3단계: 방화문 내용연수 조사 결과

3단계에서는 현재 고려되고 있지 않은 방화문의 적정 교체 시기를 파악하기 위해 방화문 적정 교체시기 및 판단근거에 대하여 설문하였다. 그 결과 방화문의 적정 교체 시기는 Fig. 8과 같이 10년~15년이 67%, 16~20년이 6.7%, 9년 미만이 5.4% 순으로 나타났다. 이 결과로 보았을 때 방화문은 사용 기간이 증가함에 따라 여러 가지 이유로 성능이 저하된다는 것을 전문가도 인식하고 있는 것으로 보이며, 적절한 교체 시기를 설정한 후 정기적인 점검을 실시해야 할 것으로 판단된다.

Fig. 8

Specific Appropriate Service Life of Fire Door (%)

3.2.4 4단계: 방화문 성능저하 원인 조사

방화문 중 문짝이 사용 중 성능이 저하되는 것에 대한 원인에 대해서는 Fig. 9과 같이 ‘비틀림’과 ‘부식’이 27%, ‘찌그러짐’이 24%, ‘파손’이 20%, ‘기타’가 2%로 나타났다. 추가적으로 문틀의 성능 저하 원인으로는 ‘틈새발생’이 35%, ‘찌그러짐’이 27%,, ‘파손’이 24%, ‘부식’이 14%,로 나타났다. 또한 부속품의 성능 저하 원인은 ‘파손’이 36%, ‘비틀림’이 19%, ‘기타’가 19%, ‘찌그러짐’이 14%, ‘부식’이 12%로 나타났다. 기타 의견 중 도어클로서, 힌지 및 인위적 제거가 주요 고장 원인으로 조사되었다.

Fig. 9

The Main Causes of Faulty Fire Doors (%)

4. 종합결론

본 연구는 노후화 방화문의 유지관리 대책 개선을 위한 연구의 일환으로서 적정 교체 시기 및 성능 저하 요인을 파악하기 위해 방화문 작동확률 분석과 전문가 설문조사를 수행하였으며 결과는 다음과 같다.

방화문 작동확률 분석 결과 10년 이상 경과한 방화문의 작동 실패 확률이 34% 이상으로 급격히 증가하는 경향이 나타났다. 작동 실패의 주요 원인은 미설치, 관리부족, 성능부족으로 나타났다.

방화문 적정교체 시기 및 성능 저하 요인에 대한 설문조사 결과 현재 방화문의 관리 실태는 매우 좋지 않은 것으로 나타났으며, 적정 점검 시기를 1년으로 하는 것을 권장하였다. 또한 공용 방화문은 잦은 사용 등의 이유로 비틀림, 부식, 파손 등의 성능 저하가 나타날 것이라고 설문하였다. 방화문의 적정 교체시기는 10~15년이 적합한 것으로 나타났다.

전술한 내용과 선행되었던 연구 Kim et al. (2022)의 결과로 보았을 때 약 20% 이상의 방화문이 설치 후 15년이 이상 경과되면 점차 노후화 되어 기존의 성능에 부합하지 못하는 것으로 나타났다. 따라서 방화문에 대한 유지관리 대책에 다음과 같은 내용이 반영되어야 할 것으로 생각된다.