1. 서론
현대에는 대도시의 발달과 더불어 대지값 상승으로 인하여 지상공간의 초고층화와 지하공간의 심층화 및 대형화가 이루어지고 있다.
지하공간은 지하가, 지하철, 지하공동구 등 다양한 형태로 정의한다. 지하공간의 환경적 특성으로는 지하공간의 활용 면 적을 제한하게 되어 건축물 기획시 선큰 설치를 위한 의사결정에 어려운 문제가 발생한다. 또한, 지하 공간이므로 건축물 내부 전체에서 큰 순환류가 발생하고, 외벽이나 창을 통한 외 기와의 접촉이 없으므로 공기의 공급경로가 불분명하다. 더불 어 피난통로가 복잡하여 미로가 되기 쉽고, 전체상황에 대한 자신의 인지능력의 저하로 비상시에 적절한 의사결정에 의한 대응이 불가하다. 이와 같은 특성으로 지하공간에서 화재가 확대됨에 따라 이산화탄소 (CO2) 등 다량의 유독가스에 의한 인명피해가 많이 발생하고 있다.
초고층 건축물은 『건축법』시행령 제 34조제3항및 4항에 의거하여 지상 30층마다 피난안전구역을 설치하도록 규정하 고 있다. 이와 관련하여 건축물의 『피난·방화구조 등의 기준 에 관한 규칙』제 8조의2에 피난안전구역의 설치기준을 규정 하고 있다.
화재에 취약한 지하공간에 대해서는 현재까지 피난안전구역 설치기준이 마련되어있지 않다. 규정 미비의 이러한 현실 적인 문제점을 보완하기 위하여 일부 역사에는 타 규정을 참 고한 임의 규격의 피난안전구역이 설치되어있다. 즉, NFPA 에 서 규정하고 있는 승강장 탈출시간 4분과 역사탈출시간 6분을 벗어나는 지하공간에 피난안전구역이 임의로 설계·설치되어있다. 적절한 관리 규정도 마련되어 있지 않아 실효상의 문제점이 대두되고 있는 실정이다. 비상시 이 피난안전구역의 활용에 대한 구체적인 지침조차 마련되어 있지 않다.
최근 123층 초고층 건축물의 안전성 평가를 위해 논란의 중 심에 있었던 L타워 역시 안전성 확보를 위해 피난의 문제점을 해결하고자 임의의 공간에 지하 대피소를 설치하여 운영 중이다. 물론 사전재난영향성평가 등의 심의가 이루어졌지만 대피소의 위치, 규모, 내부시설물 등에 대한 구체적인 기준 없으므로 설계 시부터 많은 문제점이 지적되어 오고 있다. 특히 비상시 이 공간의 활용에 관한 구체적인 매뉴얼이 부족한 상태에서 공간 확보 중심으로 설계되어 있어 활용성에 관한 구체적인 검토가 뒤따라야 할 것으로 지적되고 있다.
향후 증가할 대심도 역사, 장대터널 등에 최소한의 안전공 간이 피난안전구역의 설치가 적극적으로 검토되어야 한다. 이를 위하여 제도적인 보완이 필요한 실정에 있다. 현행과 같이 객관화된 규정 없이 정부, 건설사, 시공사, 관리자 등의 이해 관계가 얽혀 있는 상태에서 선의만으로 안전시설에 대한 자발적인 설치 및 유지관리를 기대하는 것은 불가능하며 지속 적인 유지관리 또한 기대하기 어렵다.
앞서 언급한대로, 현재 지하연계복합건축물법에 지하대피 소를 설치해야 한다고만 규정되어 있고, 설치 위치 규정 방법, 대피 인원 산정의 객관화, 소방시설 및 인명구조안전장비의 종류와 수량의 객관화, 유지관리 등 지하대피소로서 세부적인 규정이 누락된 상태이다.
본 연구에서는 우선 지하공간의 피난 특성을 고려하여 지하 공간의 피난안전구역 필요성에 대해 검토한 후, 둘째 미국 NFPA 101 인명안전코드 및 Fig. 1 에 나타낸 바와 같이 현재 우리나라 초고층 건축물의 피난안전구역을 조사·분석한다. 셋 째 우리나라의 지하공간에 적합한 피난안전구역의 구조와 위 치, 피난안전구역 내에 갖춰야 할 시설 (장비)에 대한 최소한 의 기준을 제안하여, 결과적으로 지하공간의 피난안전구역에 대한 객관화된 규격화를 제안하고자 한다.
2. 지하공간의 특성 및 현장조사
지하공간은 구조상 지상 건축물과 달리, 외기에 접하지 않 아 공기의 순환이 원활하지 않다. 또 화재시 불완전연소로 인하여 연기 및 유독가스의 확대가 급속히 이루어 질 수 있다는 특성이 있다. 또한, 심리적으로 불확실성이 많이 작용한다. 이로 인해 지하공간에서의 화재는 대형 피해가 발생할 우려가 높다.
지하공간은 구조적인 특성이 있다. 공간자체가 제한된 구조 이다. 이 공간에 화재가 발생하면 화원의 확인과 화재진압 및 인명구조가 난해하며 피난통로의 설치가 제한적이어서 피난 에 혼란이 초래될 수 있다. 또한 공공시설의 경우 수용인원이 많아 비상시 큰 혼란에 발생할 수 있다. 불특정다수인의 이동 및 병목현상으로 인해 피난의 문제 발생 가능성이 높다. 뿐만 아니라 노약자, 장애자의 피난, 정전 등으로 인한 시야장애, 격리공간으로서 정보의 단절 등 많은 취약요인을 안고 있다.
현재 우리나라 지하역사에 피난안전구역이 설치된 곳은 총 2개 역사이다. 2014 년에 개통한 K공사 S역 지하피난안전구역의 면적은 592.08 m2이고, 출입구에는 갑종방화문이 설치 되어 있다. 출입문에는 전실을 설치하여 급기가압방식으로 제 연이 이루어지는 구조이다. 내부에는 공기조화설비, 옥내소화 전설비, 스프링클러설비, 자동화재탐지설비, 비상통화장치, 시각경보기, 발신기, 비상콘센트설비 등이 설치되어 있다. Fig. 2 는 S역사에 설치된 피난안전구역이다. 이 역사는 환승 역으로 백화점 지하와 연결되어 있어 사전재난안전성평가 대상으로 심의에 의해 지하에 피난안전구역이 설치되었다.
2006 년에 개통한 D도시철도 D역의 경우, 지하피난안전구역 면적은 32 m2이고 출입구는 갑종방화문이 설치되어 있으나 피난안전구역 내부에 제연설비가 갖춰져 있지 않는 등 대 피소기능을 만족하지 못해 현재는 다른 용도로 사용하고 있다.
2곳중 1곳은 용도 변경된 상태이며 운영 중인 1곳의 경우 도 무단출입 등을 막기 위해 폐쇄운영되고 있어화재 시피난 안전구역으로의 기능이 유지되기 어려운 실정에 있다.
2곳 모두 피난안전구역 내에 스프링클러설비가 미설치되어 있었으며, 비상조명등, 급수전, 인명구조장비 (방독면, 공기호 흡기등)도 설치되어 있지 않았다. 결과적으로 현장 점검한 도시철도지하구간의 피난안전구역은 화재시 인명구조를 위 해 전혀 활용할 수 없는 공간임을 확인할 수 있었다. 이에 대 해 시설규정 및 관리규정 등의 규격화가 시급함을 인지할 수 있었다.
특히 1곳의 경우 제연설비가 설치되어 있지 않았으며 출입 문이 방화문이 아닌 양방향 오픈이 가능한 유리문이었다. 다 시 말해 이 상태로는 피난안전구역으로서의 역할과 기능이 거의 불가한 실정이다.
3. 피난안전구역의 필요성
지하공간화재 특성은 전형적인 환기지배화재로서 화재의 확대에 따라 산소결핍, 이산화탄소 (CO2) 등 많은 유독가스 등 폐쇄공간으로 연소열이 축적되고 제연설비 용량부족 및 제연 설비의 관리부실로 인하여 연기의 배출이 곤란하여 농연이 축적되어 인명피해가 많이 발생하고 있다. 연기 건물내 이동 속도는 외기 및 화재실의 온도에 따라다르지만, 일반적으로 상온에서 연기수평방향으로는 0.5~1 m/s, 수직방향은 2~3 m/s, 계단실내의 수직이동속도는 3~5 m/s 이다. 인간보행속도는 평균 1.33 m/s 이며, 걸음이 빠른 사람은 2.0 m/s, 또 느린 사람은 1.0 m/s 이므로 지하공간에서 화재발생시 연소생성물의 수직 상승속도가 재실자의 이동속도보다 빨라 재실자가 연소생성을 흡입하여 많은 인명피해가 발생한다. 특히, 노약자와 장애 자는 지상방향인 수직상부로 피난이 어려워 인명피해가 많이 발생하게 된다. 인명피해를 줄이기 위해서는 지하공간에서 체류 가능시간을 연장하고, 피난시간을 줄이는 공간계획이 요구된다.
지하공간에서 체류가능시간 크게 하는 방법으로는 Passive 와 Active의 대책으로 구분할 수 있다.
Passive 대책은 화재하중을 줄이고 구획화하는 방법과 피난 시간을 단축하는 방법으로는 피난통로 폭을 넓게 하고 피난 동선을 짧게 한다. 양방향 피난을 가능하게 하여 피난용량을 늘린다. 그러나 지하공간의 특성을 고려하면 이러한 고려가 용이하지 않으며 경제성을 고려하다면 지하공간에 피난안전 구역을 설치하는 방안이 고려될 수 있다.
Active 대책으로는 화재를 초기에 감지하여 연기·열제어 하는 방법이다. 화재의 조기감지, 제연설비와 자동식소화설비를 설치하여 화재확산을 차단하여 허용피난시간을 연장하는 방 안이다. 지하공간의 안전대책으로는 인명안전을 위하여 제한 된 범위 내에서 피난안전구역의 설치를 검토해볼 수 있으며 구조 및 소방시설, 설치인명구조기구 등에 대한 법령 제정 등 제도적인 대책 마련이 필요하다고 판단된다.
4. NFPA 및 국내 초고층 관련 규정
지하공간의 피난안전구역에 대한 국내·외 관련 규정은 다음과 같다.
4.1 NFPA
지하공간의 피난안전구역은 미국 NFPA 101 인명안전코드 핸드북과 NFPA 5000 건축물 구조 및 안전코드를 참조할 수 있다.
관련 코드는 장애인의 피난을 좀 더 여유 있게 할 수 있도록 배려한 대피공간 개념을 두고 있다.
면적기준은 휠체어를 타는 장애인을 고려하여 거주자 200 명당 1대의 휠체어 면적을 산정하고 있으며 휠체어가 이동할 수 있는 경사로 또는 수평 바닥으로하고 통과할 수 있는 출입 구 너비 90 cm 이상 확보를 요구하고 있다.
소화·방화성능은 스프링클러설비를 갖추고 방연칸막이에 의해 구획과 대피공간의 각 부분은 동일 층의 나머지 공간으로부터 구획 된다. 방화성능은 최소한 1시간 이상 요구 및 대 피공간의 방화문은 최소 20분의 방화성능 및 화재시 자동으로 밀폐되어야 한다.
피난계단과 대피층의 연결은 대피공간은 2이상의 피난통로를 통하여 접근이 가능한 공간을 요구한다. 또한 응급설비는 양방향 통신설비를 하도록 규정하고 있다. 대피공간의 성능지 표에서 이 공간은 자동식 스프링클러설비에 의해 철저히 방 호되어야 하고, 피난안전구역으로 연결되는 출입문 등 모든 개구부는 제연설비를 설치한 전실을 통하도록 구획하여 한층 강화된 방연기능을 갖추도록 요구하고 있다.
4.2 국내 관련 규정
건축법 시행령 제 34조 3항 따라 국내 초고층 건축물에는 피 난층 또는 지상으로 통하는 직통계단과 직접 연결되는 피난 안전구역을 지상층으로 부터 최대 30개 층마다 1개소 이상 설치를 규정하고 있다.
건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제 8조의2 에 따른 피난안전구역의 공간구조는 내화구조로 구획하여야 하고, 내부마감은 불연재료, 피난안전구역으로 통하는 계단은 특별피난계단의 구조로 설치, 비상용 승강기는 피난안전구역 에서 승하차 할 수 있는 구조, 피난안전구역에는 식수공급을 위한 급수전을 1개소 이상, 예비전원에 의한 조명설비, 관리 사무소 또는 방재센터 등과 긴급연락이 가능한 경보 및 통신 시설, 피난안전구역 면적은 (피난안전구역 윗층의 재실자 수 ×0.5)×0.28 m2 이상, 피난안전구역의 높이는 2.1 m 이상, 제연설비를 설치를 규정하고 있다.
초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법제 18조와 동법 시행령 제 14조에 따라 지하층이 둘 이상의 용도로 사용되는 경우 피난안전구역 면적은 (사용형태별 수용인원 의합 ×0.1)×0.28 m2이상, 피난안전구역에 소방시설 설치기준은 소화설비 중 소화기구, 옥내소화전설비 및 스프링클러설비 규정과 경보설비 중 자동화재탐지설비를 규정하고 있으며, 피난설비 중 방열복, 공기호흡기, 인공소생기, 피난유도선, 피난안전구역으로 유도하기 위한 유도등·유도표지, 비상조명등 및 휴대용 비상조명등, 소화활동설비 중 제연설비, 무선통신보조설비를 규정하고 있다.
초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법 시행규칙 제 8조에 따라 자동제세동기 등 심폐소생술을 할 수 있는 응급장비와 피난안전구역이 설치된 층의 수용인원의 10분 의 1 이상 방독면 비치를 하도록 한다.
하지만, 지하공간에 대한 피난안전구역에 대한 규정은 마련 되어 있지 않다.
5. 지하공간 피난안전구역의 발전적 제안
지하공간의 특성 분석과 현장조사를 통해 피난안전구역의 문제점의 도출과 관련 국내·외 규정을 분석한 결과, 지금까지 언급한 피난안전구역에 대해 다음과 같이 제안한다.
5.1 지하피난안전구역의 구조
Fig. 3 에 나타낸 바와 같이 지하 피난안전구역의 구조는 화 재로 인하여 화재확산 및 화세강도를 낮추기 위하여 불연재료 마감이 필요하고 붕괴되는 것을 방지를 위하여 국토교통 부고시 제 2015-843 호 ‘내화구조의 인정 및 관리기준’ 별표5 에서 최대표시인 3시간 이상의 내화구조로 이루어진 공간구획이 요구된다.
피난안전구역으로 장애인 및 노약자피난을 위하여 휠체어 이동을 위하여 출입구 너비 90 cm 이상 확보하여 출입이 원활하도록 하여야 한다.
또한, 피난안전구역 출입구 출입문은 피난자의 안전을 확보 하기 위하여 연기유입을 방지하기 위한 방연 성능의 확보가 요구되며, Fig. 4~6 에 나타낸 바와 같이 복사열을 차단할 수 있는 차열방화문 설치가 요구된다.
계단은 연기 유입을 방지하기 위하여 전실이 있는 특별피난 계단의 구조로 반드시 설치하여야 한다.
비상용 승강기는 소방관이 소화활동과 피난자의 구조를 위 하여 피난안전구역에서 승하차 할 수 있는 구조로 설치하여야 한다.
피난안전구역에는 Fig. 7에 나타낸 바와 같이, 피난자의 식수공급을 위한 급수전을 1개소 이상 설치하여야 한다.
또한, 피난안전구역에는 피난자의 피난 및 심리적인 안정 확보를 위하여 예비전원에 의한 조명설비설치가 필요하다.
그리고, 피난안전구역 면적의 산정기준은 초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법제 14조제 1항 제3호에 ‘지하공간에서 피난자를 수용할 수 있는 (사용형태별 수용인원 의합 ×0.1)×0.28m2 이상 확보 ’하여야 한다고 규정되어 있으며, 피난안전구역의 천장높이는 2.1m 이상이 확보되어야 한 다.
피난안전구역에서 피난자의 안전확보를 위하여 이산화탄소 농도경보기 및 위생시설을 설치하고, 이산화탄소 농도기준에 따라 비상전원으로 작동하는 공조설비를 설치하여야 한다.
5.2 지하 피난안전구역의 소방시설
고층건축물의 화재안전기준 (NFSC604) 제10조관련 별표1 의 피난안전구역에 설치하는 소방시설 설치기준에 따라 제연 설비는 피난안전구역과 비제연구역간의 차압은 50 Pa(실내에 스프링클러설비가 설치된 경우에는 12.5 Pa) 이상으로 하여 야 하며, 피난안전구역의 한쪽 면 이상이 외기에 개방된 구조 의 경우에는 설치하지 아니 할 수 있다.
피난 유도선는 피난안전구역이 설치된 층의 계단실 출입구 에서 피난안전구역 주(主) 출입구 또는 비상구까지 설치하고, 계단실에 설치하는 경우 계단 및 계단참에 설치하며, 피난유 도 표시부의 너비는 최소 25 mm 이상으로 하고, 광원점등방식으로 설치하며, 60분 이상 유효하게 작동될 수 있도록 하여야 한다.
피난안전구역의 비상조명등은 상시 조명이 점등된 상태에 서 각 부분의 바닥에서 조도 10 Lx 이상이 되도록 한다.
또한, 휴대용 비상조명등은 피난안전구역 지하공간의 재실 자수의 10분의 1 이상 설치하고, 건전지 및 충전식 건전지의 용량은 60분 이상 유효하게 사용할 수 있어야 한다.
CCTV 카메라에 의한 방재센터 및 중앙감시실에서 피난안전구역 전체 감시가 가능하도록 Fig. 10 에 나타낸 바와 같이 설치한다.
5.3 지하피난안전구역의 인명구조 기구
고층건축물의 화재안전기준 (NFSC604) 제10조 관련 별표1 의 피난안전구역에 설치하는 소방시설 설치기준에 따라 방열 복과 인공소생기를 각 2개 이상 비치하여야 한다. 공기호흡기 는 45분 이상 사용할 수 있는 성능이 확보된 것으로 하며 2개 이상 비치한다. 10개 이상의 충분한 예비용기도 확보한다. 방독면은 독성가스와 연기에 각각 적응성이 있는 복합성능의 것으로 하고 피난안전구역 내에 수용할 수 있는 인원수 이상의 수량을 구비한다. 기타 인명구조 기구 등은 화재시 쉽게 반출할 수 있는 곳에 비치하고, 인명구조기구가 설치된 장소 의 보기 쉬운 곳에 ‘인명구조기구’라는 표지판을 한다.
5.4 지하피난안전구역의 유지관리
피난안전구역은 유사시에 즉각적으로 사용할 수 있도록 유 지·관리되어야 한다. 대피공간에 설치한 각종 설비가 항상 유효하게 작동되기 위해서는 일상적인 유지관리가 중요하다. 소 화·경보설비 등의 시설물에 대한 유지관리 실질적인 유지 관리 대책도 완비되어 있어야 한다. 관계인에 대한 적절한 훈련 도 필요하다. 지하 공간 전체를 총괄 관리할 수 있는 관리체계의 구축이 필요하다. 이 체계는 가스사고, 테러 등에도 유기 적으로 대응할 수 있어야 한다.
예를 들어 또한, Fig. 10 에 나타낸 바와 같이 비상전원이 확보된 방송설비를 설치하고, 취약개소에 CCTV 카메라 등을 설 치하여 감시기능을 강화한다. 감시제어반은 적합한 곳에 설치 하며 충분한 기능과 성능이 담보되도록 설치한다. 감시제어반 은 사고 발생에 관련 필요한 정보를 신속·정확하게 전달할 수 있는 정보통신망을 갖춰야 한다. 뿐만 아니라 유사시 이러한 시설물들을 잘 운용할 수 있는 안전관리체계의 구축이 반드시 필요하다. 정전과 농연 등 악조건에서도 기능하기 위해서 는 지속적인 교육·훈련의 실시가 중요하다.
본 연구와 관련한 현장실사 결과, 평상시 피난안전구역의 폐쇄운영에 대한 분명한 대책의 이 필요한 것으로 나타났다. 출입문 개폐장치의 기능을 보완하고 관리지침을 정하여 노숙 자 등의 출입을 통제할 수 있으면서도 비상시 피난안전구역으로서의 역할을 할 수 있도록 하는 방안을 강구하여야 한다.
6. 결론
초고층건축물 지하공간의 안전성을 제고하기 위한 방안으로 설치된 ‘피난안전구역 ’에 관하여, 국내외 각종 관련규정의 검토, 설치사례에 대한 현장조사 분석 등의 연구를 수행하여, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1) 지하공간의 피난안전구역에 대한 규정 제정시 지하피난 안전구역의 구조는 불연재료 및 3시간 이상의 내화구조, 장애 인 및 노약자 피난을 위하여 휠체어 이동을 위하여 출입구 너 비 90 cm 이상, 출입문은 방연성능이 있는 차열방화문, 계단은 특별피난계단, 피난용 승강기, 식수공급을 위한 급수전을 1개소 이상, 예비전원에 의한 조명설비, 관리사무소 또는 방재센터 등과 긴급연락이 가능한 경보 및 통신시설을 갖추어 야 한다.
2) 지하피난안전구역의 면적은 지하공간에서 피난자를 수용 할 수 있는 (사용형태별 수용인원의 합 ×0.1)×0.28m2이상을 확보하여야 하며, 피난안전구역의 천장까지의 높이는 2.1 m 이상을 확보하여야 한다.
또한 이산화탄소 농도경보기 및 위생시설 설치하고, 이산화 탄소 농도기준에 따라 작동하는 공조설비를 설치하도록 한다.
3) 지하피난안전구역의 소방시설은 제연설비, 피난유도선, 비상조명등, 휴대용비상조명등, CCTV 카메라, 방열복, 인공소생기, 공기호흡기, 복합성능이 있는 방독면 등 적정 소방시설의 기준을 제안한다.
4) 지하피난안전구역의 안정적인 유지관리를 위해 일상적인 유지관리체계의 정비나 훈련, 소화·경보설비의 정비·점검, 특별피난계단과 피난안전구역에 있는 소방시설물 및 인명구조기구 점검 및 유지관리시스템을 확보하여야 한다.
5) 피난안전구역은 피난층으로 탈출하는 지하공간의 피난 인원에 따라 크기, 위치, 구조 등을 고려한 적극적인 설계가 필요하나 피난동선의 길이와 피난동선의 폭 등을 고려하여 일시적인 대규모 피난수요에 대응할 수 있는 정도의 용량으로 설계·설치한다.
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