지하연계복합건축물 RSET 산정 프로세스 모델 개발
A Study on RSET(Required Safety Egress Time) Computation Process Model Development in Underground Link Multi-Complex Building
Article information
Abstract
지하연계 복합건축물의 건립이 급증함에 따라 건축물의 피난 성능이 중요시되고 있으며 복잡 ·다양해진 피난유도에 대한 피난시설 배치와 RSET(Required Safe Egress Time) 이 필수적으로 관련 지침에 명시되고 있다. 그러나 RSET 에대한 신뢰성 검증및용도별 수용 인원 산정 방법이 주관적인 관점에 의해 제시되고 있으며 이런 검증 자료의 검토기준이 정량적이지 않아 안전성 확보가 이뤄지지 않고 있는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 지하연계 복합건축물의 피난 안전성 확보를 위해 A-ASET(Absolute-Available Safety Egress Time) 기반의 정형화된 RSET 산정 프로세스를 개발하였고 현재 시공중인 동대구 복합환승센터를 대상으로 피난시뮬레이션을 수행하였다. 수행 결과, 수평 및 수직 RSET 값을 설계 전후로 비교분석하여 피난안전성에 대한 검증을 확보하였다.
Trans Abstract
As the construction of the underground complex structures linking the growing importance and complexity, architecture and performance of the evacuation facilities made for a variety of deployments and RSET has been specified in the relevant guidelines as necessary. However, the reliability verification, application and capacity calculation method for RSET is presented by the subjective point of view, it has a reality that is not based on a review of this verification data is secure not quantitative safety. In this study, we developed the RSET calculated based on A-ASET formal processes for evacuation safety of underground building associated complex were carried out evacuation simulations currently targeting complex Dong-Daegu Transit Center under construction. Performing a result, as compared to the horizontal and vertical analysis values before and after the design was RSET ensure the verification of the safety evacuation.
1. 서론
1.1 연구의 필요성
최근 복합용도의 대형건축물의 건립이 급증함에 따라 초고 층 및 지하연계 복합건축물의 신축 및 증축, 용도변경을 함에 있어「초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법」에 의거 사전재난영향성검토가 필수적으로 협의되고 있다.
특히 2012 년「초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법」의 시행에 따라 초고층 및 지하연계 복합건축 물의 정의는 명확하게 구분되었으나, 피난에 대한 세부적인 규정 및 지침은 정형화 되어있지 못하고 있다.
또한 국내 건축법령에서는 성능에 따른 피난시설의 설계 방법이 아닌 보행거리 또는 양방향 피난경로 확보 등 물리적인 규제만으로 설계검토하고 있어 수용인원의 대소 또는 복합용 도에 따른 다양성 등을 반영하지 못하고 있다.
물리적인 규제로 요구되는 최소 보행거리에 따른 피난 계단 의 개수만을 설계 반영하여도 법 ·제도에는 만족하나, 실제로 피난시뮬레이션 활용을 통해 필요피난소요시간1) (이하 ‘RSET’ 이라 한다.) 값을 확인하여 절대적 가용피난소요시간2) (이하 ‘A-ASET’ 이라 한다.)을 초과하는 경우가 대부분으로 판명되고 있다.
따라서 지하연계복합건축물의 RSET 산정 프로세스 방법의 구축이 시급하다. 또한 RSET 산정 값을 기준으로 현실적인 피난안전성을 확보하기 위해 피난시뮬레이션을 통한 실효성 있는 RSET 의 검증이 필요하다.
본 연구에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 지하연계 복합건축물에 정형화된 RSET 산정 프로세스 모델을 제안하고 피난시뮬레이션을 통해 피난안전성을 검증하였다.
1.2 연구대상 및 방법
본 연구에서는 「초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법」제 2조에서 정의하는 지하연계 복합건축물을 대상으로 지하연계 복합건축물의 피난 성능을 향상 시키고자 RSET 산정 프로세스의 정형화 모델을 제시하였다. 또한 대구 광역시의 대표적인 지하연계 복합건축물인 동대구 복합환승 센터를 대상으로 RSET 산정 프로세스 모델의 피난안전성을 검증하였다.
RSET 산정 프로세스의 정형화 모델을 제시하기 위한 기반으로
첫째, RSET 과 A-ASET 을 정의하고 분석하였다. 수평 6분 과 수직 30분의 A-ASET 을 통해 피난이동시간만을 산정하여 지하연계 복합건축물 RSET 에 대입하였다.
두 번째, 피난안전성 확보를 위한 법 ·제도를 조사하여 피난 안전구역과 피난시설의 설치에 요구되는 국내외 법 ·제도를 분석하였다. 지하연계 복합건축물에 요구되는 사전재난영향 성검토협의 피난분야 지침에 의거하여 피난안전구역과 출입 문폭의산정 값, 피난계단실의 수와 최소보행거리를 도입하였다.
세 번째, 지하연계 복합건축물의 RSET 산정 프로세스 모델 을 제시하였다. 국내·외 상용화되어 피난안전성 검증에 적용 되고 있는 피난시뮬레이션 S/W(Path-Finder) 를 통해 피난경로 설정 방법을 분석하여 가장 현실적인 환경을 조성할 수 있 는 모드를 적용하였다. 또한 용도별로 실제 거주자들이 사용 하는 공간의 면적 (Net Area) 을 산정하여 수용인원을 차감하였다. 설계된 층별 출구를 피난에 용이하도록 배치하고 병목 현상이 예상되는 곳 주변 코어에 추가적으로 출구를 설치하였다. 이와 같이 현실적인 피난경로 설정 후 Net Area 에 의한 수용인원 산정, 수평 피난 출구 적정배치의 프로세스를 하나 의 정형화된 RSET 산정 모델로 제시하였다.
네 번째, 제시한 RSET 산정 프로세스 모델의 피난안전성 검증을 위해 동대구 복합환승센터 각 층별 평면도 캐드파일 을 추출하여 이를 3D 모델링하였다. 입체적 건축물 모형을 실제치수로구축한 후, 용도별 Net Area 수용인원 산정 값으로 최초설계와 RSET 산정 프로세스 모델을 도입한 변경설계 의 피난 시뮬레이션을 각각 수행하였다.
시뮬레이션 수행 결과, 최초설계에서 A-ASET 을 초과하는 RSET 값을 분석하여 변경된 설계를 통해 병목현상을 최소화 하였다. A-ASET 범위 안으로 RSET 값을 단축하고 제시한 RSET 산정 프로세스 모델의 피난안전성을 검증할 수 있었다.
2. RSET 과 A-ASET 분석
RSET이란 사건이 발생 후 거주자가 재난을 인지하고 피난 을 개시하여 피난안전구역 또는 피난층 등 안전한 공간에 도 달하여 피난문을 통해 외부로 탈출하는데 필요한 피난안전소 요시간을 말하며 아래의 행위가 연속으로 이뤄지는 모든 시 간을 합한 값이다.
여기서, TDET = 감지시간, TALARM = 경보시간, TPRE = 피난개시시간, TTR = 피난이동시간.
본 연구에서는 기존에 계산방법으로 산정한 위의 RSET 값 이 아닌 절대적 가용피난시간만을 산정하고자 TDET 와 TALARM, TPRE 은 고려하지 않고 피난이동시간만을 산정하였다.
이러한 RSET 은 현재 국내 소방방재청 관할의 특별법 및 기준에 의거하여 A-ASET 기반의 안전성 검토를 사전재난영 향성검토협의에서 수행하고 있다.
사전재난영향성검토는「초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법」에서 명시하고 있는 사전재난영향성 검토협의 지침에 의거하여 피난분야에서 RSET 기반의 안전 성 검증을 시행하고 있다. 사전재난영향성검토협의의 수평피 난 RSET 은 NFPA(미국방화협회) 130 Code 에서 명기한 피난 알고리즘 계산을 통해 6분 이내 완료로 제한하고 있다. NFPA 130 Code 에서 요구하는 지하역사에 대한 시설안전기준을 검토한 결과 안전구역까지의 최단피난거리를 91.4 m 로 하여 가 장 먼 지점에서 안전구역까지의 최대피난시간을 6분으로 산 정하였다. 이는 피난시 E/S 의 작동불량과 미사용, 관계자의 피난유도를 가정한 산정 기준으로 피난자가 초당 이동해야 하는 거리는 0.25 m/s 이며 몰림에 의한 충돌과 병목현상을 반영한 값이다.
위의 기준은 현재 미국의 대형 건축물 중 지하연계 복합건축물의 피난안전성 검증에 유연하게 적용하고 있으며 유·기 체 역학에 따른 유동 시뮬레이션이 안전성을 기반하고 있으며 사전재난영향성검토협의 피난분야 지침에서는 피난 소프트웨어를 적용함에 있어 Table 1, 2 와 같이 산정조건을 제시 하고 있다.
Demand Calculation Terms of Horizontal RSET Assesment of Impact on Pre-Disaster
Demand Calculation Terms of Vertical RSET Assesment of Impact on Pre-Disaster
또한 수직피난 RSET 은 유럽 피난 가이드라인 및 미국 WTC 9.11 사고시 창문청소부가 50층에서 지상층까지 탈출 하는데 소요된 시간이 53분(Silonen& Hakonen, 2003, p.80) 임을 감안하여 30분 이내 완료로 제한하고 있으며, 산정조건 은 아래 표와 같다.
이러한 사전재난영향성검토협의의 대상은 위의 특별법에서 정의하는 지하연계 복합건축물이다.
3. 피난안전성 확보를 위한 법 ·제도 조사
지하연계 복합건축물에 피난안전성 확보를 위해 피난 요소 중 법적으로 강제하고 있는 피난안전구역과 피난시설 (출구폭, 출구 개수, 피난계단실 최소보행거리, 막다른 복도)에 대한 설 치 방법과 국외 선진국의 법 ·제도를 조사하였다.
3.1 피난안전구역의 설치
현재 「초고층 및 지하연계복합건축물 재난관리에 관한 특 별법」에서는 16층 미만의 지하연계복합건축물 및 50층 이상 의 초고층 건축물을 대상으로 피난안전구역을 설치하도록 의 무화 하고 있다. 지하연계 복합건축물에서 지하층 선큰의 경우 계획상 외부로의 출구가 요구되어 설치가 불가능 할 경우 가 발생하게 된다. 따라서 이러한 경우 전체 또는 선큰 면적 의 부족분을 피난안전구역으로 설치하여 요구면적을 확보할 수 있도록 규정하고 있다. 지하연계복합건축물의 피난안전구 역을 설치할 때 지상층인 경우에는 거주밀도가 1.5 인/m2>를초 과하는 용도를 대상으로 해당용도 바닥면적의 1/10 을 피난안 전구역으로 설치하도록 요구하고 있다. 단, 지하인 경우의 피 난안전구역의 면적은 해당층 수용인원의 10% 를 수용할 수 있는 공간으로 설치하되 1인당 필요 점유면적은 0.28 m2>/인으 로 규정하고 있다.3)
초고층인 경우에는 건축법 시행령에 의거하여 50층이 넘는 건축물의 경우에는 최대 30개 층마다 1개 층의 피난안전구역 설치를 의무화 하고 있으며 30층 이상 49층 미만의 고층 건축 물일 경우에는 해당 건축물 전체 층수에 1/2에 해당하는 층으로부터 상하 5개층 안에 피난안전구역을 설치해야 한다.
이처럼 피난안전구역은 지하연계 복합건축물에 설치하는 피난안전구역과 고층 및 초고층 건축물에 설치해야 하는 피난 안전구역 두 가지로 분류된다. 이렇게 피난안전구역이 두 가 지로 분류되어지는 이유는 지하연계 건축물과 초고층건축물 의 피난 특성이 다르기 때문이며 초고층건축물의 경우 거주 자가 안전구역으로 대피하여 구조를 받을 수 있도록 대기하 는 보호구역의 개념이고, 지하연계 복합건축물의 경우 거주자 대피에 있어서 계단실에서 발생하는 병목현상을 방지하고 피 난가능시간을 확보하기 위한 전실구역의 개념으로 사용되어 지기 때문이다.
3.2 피난시설의 설치
피난출구는 거주자가 비상시에 외부로 피난하기에 용이하도록 배치하여야 그 효과를 발휘할 수 있다. 피난출구는 건축 계획 시 다음과 같은 원칙을 고려하여 배치하여야 한다.
피난계획이란 건물에 있는 재관자의 피난행위를 이행하는 데 필요한 피난경로를 알기 쉽게 배치하는 계획이다. 피난경로를 알기 쉽게 배치한다는 의미는 건축물의 용도별로 다른 재관자의 피난행동특성을 배려하여 간단명로하게 배치 계획을 수립하여야 한다는 뜻이다. 사무실용도, 상가용도는 거주 자가 항상 깨어 있는 상태(awake) 로 거주하는 반면에 주택, 호텔과 같이 취침(sleeping) 을 하는 거주자가 많거나 또는 병 원, 노인시설과 같이 자력으로 피난이 곤란한 사람이있는 경 우 등을 고려하여 사용용도에 적합한 거주자의 피난행동 특 성을 배려하여 피난경로를 배치하여야 한다.
거주자가 고층부에 위치하는 경우에는 하부로 내려가야만 피난층에 도달하며, 반대로 지하층에 위치하는 경우에는 상부 로 올라가야만 지상에 도달하므로 지상으로 직접 빠져나가는 출구를 통해 탈출하는 것이 가장 보편적인 피난행동이다. 따라서 이런 보편적인 피난행동 특성을 고려하여 피난시설을 적절하게 배치하는 방법은 거주자를 거실로부터 복도, 로비 등과 같은 수평피난통로로 피난 가능하도록 해야 한다.
국내 「건축법」시행령 및 「건축물의 피난방화구조 등의 기준에 관한 규칙」에서는 출구 유효 폭을 최소 0.75 m 이상으로 규정하고 있으며 피난계단의 수는 Table 4 와 같이 용도 의 면적에 따라 2개 이상 설치해야 한다.
More than Two Escape Stair of Installation target in the Domestic
Refuge Area of Position and Area
피난계단실의 최소보행거리는 아래와 같이 피난층을 제외 한 층과 피난층으로 구분되며 출구에서 문 출입구까지의 거 리를 나타낸다. 최소보행거리에 따른 이격거리는 서울시 건축 심의기준에서 건축물 장변 길이의 1/3 이상으로 명시하고 있으며 막다른 복도의 보행거리는 20 m 이하로 제한하고 있다.
영국 Approved DOC. B 는 출구 유효폭을 최소 0.75 m 로 규정하고 있으며 51~110 명 이하의 경우 0.85 m, 111~220 명 이하의 경우 1.05 m 로 구분하고 있으며 220 명을 초과할 경우 1인당 0.005 m 를 곱한 값 이상으로 명시하고 있다. 이에 따른 피난계단을 60명 미만의 경우 1개소, 60~600 명 이하의 경우 2개소, 600 명 초과의 경우 3개소로 분류하고 있다.
미국 IBC(International Building Cod) 에서는 출구 유효폭 을 0.813 m 이상으로 명시하고 있으며 최대 1.219 m 를 넘지 못하도록 제한하고 있다.(단, 의료시설 1.054 m 이상, 교정시 설 0.711 m 이상, 주거시설은 제외한다.)
영국 Approved DOC. B 와 미국 IBC 에서 명시하는 최소보 행거리는 아래와 같이 분류되어 있으며 이격거리는 9.144 m 이상 또는 건축물 전체 장변의 1/4 이상으로 배치해야 한다. 3 개 이상의 계단을 설계할 경우 2개 이상의 계단이 적용되어야 한다(단, 인터로킹 또는 가위형 계단은 하나로 간주하여 이격 거리를 산정). 막다른 복도의 경우 용도의 위험도에 따라 최 소 9m에서 25 m 까지 분류하고 있다.
건물 내의 화재, 유독가스 누출 등의 재난사고는 규모면에 서 차이는 있어도 건물 내의 모든 공간에서 동시 다발적으로 발생할 가능성은 거의 없다. 즉 거의 모든 재난사고는 한곳에 서 발생하여 확산되는 것이 보통이므로 적어도 2방향 이상의 피난경로가 있으면 재난사고가 발생한 지점에서 멀리 떨어진 피난 경로를 이용할 수 있다. 어쩔 수 없이 막다른 공간일 경 우, 일부에 계획되는 한이 있더라도 2방향 피난경로를 원칙으 로 배치계획을 수립하여야 한다. 즉 하나의 피난출구가 사용 불가 하더라도 다른 방향에 또 하나의 피난출구가 있다는 확신을 재실자에게 줄 수 있도록 패일세이프 원칙을 적용하여 야 한다.
4. 지하연계 복합건축물 RSET 산정 프로세스 모델 제시
본 장에서는 지하연계 복합건축물의 RSET 산정 프로세스 모델을 제시한다. 이 모델은 동대구 복합환승센터의 피난시설 과 피난시뮬레이션 S/W Path-Finder 를 기반으로 피난경로의 설정을 분석하여 2가지 모드를 접목시켜 현실성이 높은 모드 를 적용하였다. 또한 용도별 수용인원 산정을 기존 건축현황 에 제공되는 면적 산정 (Gross Area) 이 아닌 실제 거주자들이 사용하는 공간의 면적 산정 (Net Area) 을 적용하여 두가지 산 정방법을 비교분석하여 차감 수용인원을 도출하였다.
마지막으로 최초설계된 피난 출구에서 수용인원 밀집공간 및 병목현상 예상공간을 선정하여 피난 출구 적정 배치하였다.
이와 같이 ①현실성 높은 피난경로 (SFPE+Steering) 설정,②Net Area 산정에 따른 수용인원 ③밀집공간 및 병목현상 예상공간을 고려한 피난출구의 적정배치의 순서를 통해 RSET 산정 프로세스 모델을 제시하였다.
Prosses Model Concept Map of RSET Calculation in Underground Multi-Complex Building
4.1 시뮬레이션 적용 대상의 피난시설 현황 분석
동대구 복합환승센터는 대구광역시 동구 신천동 329-3 번지 일대에 여객자동차터미널, 판매시설, 문화 및 집회시설, 운동 시설 등으로 사용되는 지하 7~ 지상 9층의 신축 건축물로 동 대구 지하 도시철도와 쇼핑센터가 상호 연결되는 지하연계 복합건축물이다.
해당 건축물은 용도의 특성상 불특정 다수의 인원이 주간시간대에 집중되어 있어 건물 내 수용인원의 피난 특성상 불특정 다수의 군집피난에 따른 피난출구 병목현상이 발생할 수 있다. 또한 수용인원의 대다수가 비상주 인원으로 피난시설 위치 파악이 정확하지 않아 피난시 혼란을 초래 할수 있어 피난경로의 배치가 중요하다.
이에 따라 지하층은 피난안전구역을 통해 피난시 병목현상 발생 중에도 안전을 확보하도록 지하 1층및 2층에 설치하였다. 그러나 지상층의 피난에 있어 현재 법규에 따라 피난시설 을 설치하였으나, 그에 따른 피난 안전성 검증이 되지 않은 상태이다.
따라서 국내·외에서 상용화되어 적용되고 있는 피난시뮬레 이션 S/W 를 통해 가장 최적화 되어 있는 피난경로 설정과 현 실적인 수용인원 산정, 출구수 추가 및 적정 배치에 대한 설계방법을 분석하였다.
4.2 피난시뮬레이션 S/W(Path-Finder) 개요
Path-Finder 는 미국 Thunderhead Engineering 사에 의해 개발되었으며, CAD 파일을 기반으로 하여 3D 가시화를 시킬 수 있는 능력이나 각 요소 배치 및 설정의 용이성이 뛰어나 사용자 환경에 많은 노력을 기울인 프로그램이다. 에이전트 (Agent) 를 기반으로 하여 피난과 인간행동을 시뮬레이션하는 모델 프로그램으로 기존 상용모델들에 비해 강화된 3D 공간 의 가시화 능력과 다양한 이동현상 구현방법 등의 장점을 가 지고 있다. 특히 이 모델은 에이전트 기반 모델 (Agent Based Model) 이라고 할 만큼 각 에이전트 별 행동예측을 기반으로 전체적인 피난현상을 예측하는 미시적 모델(Microscopic Model) 로서 매우 뛰어나다고 할 수 있다. 이 모델의 이론적 장점은 3가지 이동현상 구현방식을 가지고 있다는 점이다. 이는 하나의 공간과 설정에 대하여 3가지 다른 방식(SFPE, Steering, SFPE+)의 접근을 통한 분석이 가능하다는 것을 의미한다 (Thunderhead Engineering, Path-Finder User Manual 2009) Pathfinder 의 특징은 다음과 같다.
Execution of Path-finder
① CAD 도면을 모델빌더에서 직접 추출할 수 있다.
② SFPE Handbook third edition 의 3-14 장(Emergency Movement) 에서 제시하는 피난이동 메커니즘을 반영한 알고리즘을 사용하고 있다.
③ 시뮬레이션 결과는 3차원으로 출력되며, 거주자의 움직임이 매우 사실적으로 표현된다.
④ 시뮬레이션이 끝난 후 결과에 대한 그래프가 자동으로 생성된다.
4.3 피난경로 설정 방법 분석
Path-Finder 는 에이전트의 피난경로 설정에 대한 로직을 3 가지 방식(Thunderhead Engineering, Path-Finder Technical Reference 2009)으로 접근하고 있다.
첫 번째로 SFPE Mode 는 기존의 다른 시뮬레이션 S/W에 서도 사용되고 있는 것으로 SFPE 방화공학핸드북 2003 에서 제시된 비상시 이동 (Emergency Movement) 에 제시된 수력학 적 피난계산 (Hydraulic Calculation Method) 또는 흐름기반 피난모델링기법 (Flow-based Egress Modeling Technique) 을 사용하여 모델링을 구현한다. 이 모델에서 제시한 문과 복도에서는 보행속도와 유속 등을 사용하는데 보행속도와 문에서 의 통과문제는 밀도의 함수로 처리한다. 문에 대한사항에서 최대흐름을 적용할 경우 문의 유효 폭 (Effective Width) 에대 해 1.32persons/m·s 의 유동계수를 적용하여 통과를 산정하도록 하고 있으며, 밀도 계산 선택시 SFPE 계산방법에서 제시 된수식에 의해 유동계수를 결정하게 된다. 타 에이전트와의 충돌에 있어 자유통과권의 부여로 겹침현상을 통해 영향을 무시하고 이동하는 방법을 취하고 있다.
두 번째로 Steering Mode 는 에이전트가 의도된 경로에 따 라 진행하는 도중 변화된 환경에 반응하는 것이 특징이다. 자 신의 위치와 목표지점을 연결하는 선택된 경로를 유지하며 이동도중 타인과의 충돌 및 분쟁 현상과 같은 요소를 나타내 지만 다시 선택된 경로를 유지하기 위한 움직임을 나타낸다. 충돌과 회피에 대한 반응에서 벽과의 충돌만 고려하거나 벽 과 에이전트 모두의 충돌을 고려한다. 병목과 같은 타 에이전트와의 경쟁은 출구와의 거리로 우선순위를 통해 해결한다.
마지막으로 SFPE+ Mode 는 SFPE Mode 에서 추가적으로 충돌을 고려하는 것으로 Steering Mode 와 동일하게 충돌 및 분쟁을 해결한다.
본 연구의 피난경로 설정은 SFPE 모드에서 적용하는 기법 에 에이전트 간의 충돌을 고려한 Steering 모드를 접목시켜 최대한의 현실적인 환경을 조성하였다.
4.4 용도별 수용인원 산정기준 분석
기존 건축면적에 의거하여 수용인원을 산정 할 경우 건축현황에 제공되는 면적산정4)(Gross area) 에 따라 계산을 하게 되 어 불필요한 벽체, 공용면적 등 까지 면적 산정되어 확실한 수용인원을 적용할 수 없으며 실제 거주자들이 사용하는 공 간의 면적산정5)(Net area) 만을 반영하고 피난에 필요한 용도별 거주밀도를 산정해야 정확한 피난안전성을 검증할 수 있 고 결과 값도 신뢰성을 가질 수 있게 된다.
현재 건축물의 성능설계에서 사용되는 화재시뮬레이션의 경우 Gross area 을 통하여 산정하기 때문에 수용인원의 산정 기준이 적절하다고 판단되지 않고 있는 실정이며 이에 따라 Net area 에 의해 수용인원을 산정하는 것이 적절하다.
Table 7은 동대구 복합환승센터를 대상으로 층별 Gross area 와 Net area 를 각각 분석하여 비교한 결과이다.
Comparison Analysis for Floor Capacity Calculation
Escape Stair Room and Minimum Walk Distance in the Domestic
Escape Stair Room and Minimum Walk Distance out of Country
위의 그림과 같이 실질적으로 사용되는 용도에 따라 구획을 하고 이에 따라 “초고층 및 지하연계복합건축물 재난관리에 관한 특별법” 별표 1의 용도별 거주밀도 산정기준으로 수용 인원을 배치하였을 때 현실적으로 줄어든 수용인원 수의 적 용이 가능하다.
또한 단순화 되었던 구획을 세부적인 형성을 통해 보다 구 체적인 평면으로 설계하여 재난 발생시의 수용인원 및 피난 이동경로의 현실성을 극대화 하였다. 이는 세부구획의 형성으로 구획내 통로가 형성되며 거주밀도에 의한 수용인원을 재 산정한 결과 설계변경 후의 수용인원이 설계변경 전보다 전 층에 15,601 명이 감소한 것으로 확인되었다. 추가적으로 막다른 복도는 확장하여 통로를 추가하고 계단실의 문 폭을 약1.5 배로 증가시켜 피난성능을 확보된 것을 확인할 수 있다.
4.5 피난 출구 적정 배치 분석
동대구 복합환승센터의 지상층을 실사용 면적 (Net area) 과 초고층 및 지하연계복합건축물「초고층 및 지하연계복합건축 물 재난관리에 관한 특별법」별표 1에 만족하는 수용인원, 피난할 수 있는 출구폭의 합계를 산정하여 최초 설계와 설계변경에 따른 출구 수 변화를 분석하였다.
각 층별 출구는 지상 9층은 3개 출구 3~8층은 4개의 출구를 추가하였고 이에 따라 출구폭이 넓어지거나 출구가 분산 되어 수용인원의 수평피난이 보다 원활해진 것을 확인할 수 있었다. 또한 출구 수를 증가시킴에 있어 코어 면적의 최적화를 위해 같은 코어에서 출구 방향을 다르게 하여 설치함에 따 라 피난활동에 병목현상을 최소화하였다. Table 9는 동대구 복합환승센터의 설계변경 전후를 비교한 평면도로써 증가 및 변경된 출구의 위치를 확인할 수 있다.
Comparison Analysis for Exit Area about Design Change
Comparison Analysis for Exit width and Number of way out about Design Change
5. 피난 시뮬레이션을 활용한 피난설계 수평 및 수직 RSET 의 피난 안전성 검증
본 장에서는 위에서 제시한 지하연계 복합건축물 RSET 산 정 프로세스 모델의 피난 안전성을 검증하고자 동대구 복합 환승센터의 최초설계 도면과 제시한 모델에 의한 변경 도면 을 시뮬레이션을 통해 비교·분석하였다. 이에 최초설계의 AASET 을 초과한 층에서 발생한 출구부족 및 병목현상 등의 문제점을 분석하였고 변경설계를 통한 문제점 해결을 통해 피난 안전성을 검증하였다. 수평 RSET의 피난안전성 검증에 따라 수직 RSET 역시 연속적으로 피난안전성을 검증할 수 있었다.
5.1 수평 RSET 의 피난안전성 검증
외부출구로 이루어진 지상 1층과 중층형의 지상 2층을 제 외한 지상 3층부터 지상 9층까지의 최초설계 수평 RSET을 실험한 결과 지상 4층과 5층 8층에서 절대적 가용피난소요시 간인 6분(360 초)이 초과되는 것을 알 수 있었다. 이에 따라 설 계변경된 평면도로 출구수 및 출구폭을 증가시켜 다시 시뮬레이션을 수행한 결과 모든 층이 절대적 가용피난소요시간을 만족하였으며 모든 RSET 이 최적화된 시간으로 나타나는 것 을 확인할 수 있었다.
Table 10 은 지상 3층에서 9층 중 6분(360 초)을 초과한 지상 4, 5, 8 층의 최초와 변경설계에 따른 RSET 비교·분석 시뮬레이션 결과이다.
Comparison Analysis for Evacuation Simulation RSET about Exceed Floor at A-ASET six minutes
Comparison Analysis for Bottleneck Phenomenon Design Change of Exceed Maximum Time Floor(5th Floor)
Comparison Analysis for Bottleneck Phenomenon Specify Exit of Exceed Maximum Time Floor(5th Floor)
Comparison Analysis for Bottleneck Phenomenon Design Change of Exceed Maximum Time Floor(5th Floor)
시뮬레이션 검증에서 추가시킨 출구는 별도의 코어를 생성 하지 않고 기존에 생성되어 있던 코어부에 출구방향으로 다르게 하여 추가시킴으로써 건설사의 시공비용 및 추가설계 비용을 최소화시킬 수 있도록 하였으며 용도별 사용면적의 와 같이 동일 시간대 더 많은 인원이 피난을 완료한 것으로 분석 되었다.
또한 전체인원 중 10% 를 건축물의 출구 위치를 알고 있는 상주인원으로 가정하여 사용율이 낮은 계단에 피난유도를 지 정하였다. 이에 따라 10% 의 인원들이 지정된 출구로 이동하 고 병목위치의 인원 중 소수가 그들을 따라 피난하여 시간이 단축될 수 있었다.
5.2 수직 RSET의 피난안전성 검증
위의 수평 RSET 에 대한 검증을 기반으로 동일한 조건을 통해 전관동시 수직피난 시뮬레이션을 수행한 결과 최초 ASET 으로 지정한 30분을 초과한 36분 43초가 나왔다. 이는 수평 RSET 에서 분석한 바와 같이 출구의 개수와 배치, 출구 폭에 따라 병목현상이 지속된 결과이다. 이에 따라 설계변경 된 도면을 통해 출구수 49개를 추가함에 따라 출구 폭 17.9 m 를 확장하였다. 시뮬레이션 결과 21분 3초로 15분 40초가 단축되었으며 ASET 30 분 미만으로 안전성을 확보할 수 있었다. 아래 그림은 피난안전성을 확보한 수직 피난 시뮬레이션의 수행 결과이다.
5.3 수직·수평 RSET 산정 프로세스 정형화 모델 제시 및 피난안전성 검증
위의 시뮬레이션 결과에 따라 대형건축물의 피난안전성을 검증함에 있어 각각의 검증 요소를 통해 3D 피난시뮬레이션 기반으로 정형화된 RSET 산정 프로세스 모델을 제안하였다.
건축물의 설계가 완성되면 그에 따라 시뮬레이션 수평 피난 안전성을 우선적으로 검토해야하며 안전성 검토 내용은 6분 이내로 RSET 의 확보여부를 확인해야 한다. 또한 RSET 이 6 분 이내로 나왔다고 하더라도 시뮬레이션 내용을 검토하여 몰림현상이 발생하는 곳의 위치를 찾고효율적으로 피난유도를 계획을 수립하여 몰림현상을 최소화 시켜야 한다.
하지만 모든 건축물은 그 용도에 따라 거주밀도 및 용도 특성이 다양하기 때문에 설계변경를 실행하지 않는다면 6분이 내의 RSET 을 확보하지 못하는 부분이 생겨나게 되며 그에 따른 시뮬레이션의 결과 값을 토대로 피난요소의 재배치 및 재구성을 해야 할 필요성이 있다.
가장 먼저 재구성해야 할 부분은 피난 용량 산정 부분이며 수용인원에 따른 피난출구의 폭6)을 확보하였는지 검토하는 것이 가장 중요하다. 출구폭의 확보와 RSET 의 값은 상호 연관성이 크기 때문에 적절한 계획이 요구되며 출구폭을 만족 시킨 후 피난요소에 대한 검토가 이루어 져야 한다.
대표적인 피난요소 검토로는 계단실의 개수 및 위치, 거주 자 피난유도를 활용하여 피난성능을 향상시키는 방법이 있다. 막다른 통로를 줄이고 양방향 피난이 가능하도록 계단실의 위치를 잡아야 거주자들이 균등하게 계단실을 사용할 수 있 다. 또한 계단실 주변의 복도 및 거실출구 폭이 부족하게 되 면 지근거리로 피난하는 거주자들이 출구에 뭉쳐 시간이 지연되는 상황이 발생하기 때문에 계단실로 향하는 복도나 출 구의 위치를 잘 분배해야 한다.
마지막으로 수행해야 하는 방법은 피난유도(출구지정)를 통하여 사용률이 낮은 계단실 및 외부 출구로 대피를 하도록 유 도하는 방법이다. 거주자의 탈출 위치를 적절하게 잡아줄수록 몰림현상이 줄어들고 계단실 및 출구의 사용성도 높아져 빠른 피난이 이루어 질 수 있기 때문이다.
6. 결론
최근 복합용도의 대형건축물의 건립이 급증함에 따라 「초 고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법」에 의거 사전재난영향성검토가 필수적으로 협의되고 있다.
그러나 사전재난영향성검토에서 요구하는 피난의 설계와 그 검증이 정형화 되어있지 못하고 있다.
또한 국내 건축법령에서는 성능에 따른 피난시설의 설계 방 법이 아닌 물리적인 규제만으로 설계를 검토하고 있어 수용 인원의 대소 또는 복합용도에 따른 다양성 등을 반영하지 못하고 있다.
따라서 지하연계복합건축물의 정형화된 RSET 산정 프로세스 방법 구축이 시급하다. 또한 RSET 산정 값을 기준으로 현 실적인 피난안전성을 확보하기 위해 피난시뮬레이션을 통한 실효성 있는 RSET 의 검증이 필요하다.
이에 본 연구에서는 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 지하연계 복합건축물에 정형화된 RSET 산정 프로세스 모델을 제안하고 피난시뮬레이션을 통해 피난안전성을 검증하였다.
지금까지 본연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었 다.
첫 번째, RSET 과 A-ASET 을 정의하고 분석하였다. 수평 6 분과 수직 30분의 A-ASET 을 통해 피난이동시간만을 산정하여 지하연계 복합건축물 RSET에 대입하였다.
두 번째, 피난안전성 확보를 위해 피난안전구역과 피난시설 의 설치에 요구되는 국내 ·외법 ·제도를 조사 ·분석하였다. 이 에 국외 선진법령과 국내 사전재난영향성검토협의 피난분야 지침에 의거하여 피난안전구역과 출입문 폭의 산정 값, 피난 계단실의 수와 최소보행거리를 도입하였다.
세 번째, 지하연계 복합건축물의 RSET 산정 프로세스 모델 을 제시하였다. 피난경로 설정 방법과 Net Area 에 따른 수용 인원 산정, 수평 출구의 적정배치를 순서대로 적용한 하나의 RSET 프로세스 모델로 제시하였다.
네 번째, 동대구 복합환승센터를 대상으로 제시한 RSET 산 정 프로세스 모델의 피난안전성을 검증하였다. 대상의 설계도 면을 활용하여 용도별 Net Area 수용인원 산정 값으로 최초 설계와 RSET 산정 프로세스 모델을 도입한 변경설계의 피난 시뮬레이션을 수행 비교·분석하여 피난안전성을 검증할 수 있었다.
마지막으로 본 연구는 화재 기반의 RSET 의 피난산정이 아 닌 사회재난에 절대적 가용피난시간만을 산정하고자 감지시간과 경보시간, 피난개시시간을 제외한 피난이동시간만을 고려하였다. 때문에 감지 및 경보시간을 감안할 경우 그 결과 값이 달라질 수 있다.
또한 컴퓨터에 의한 피난시뮬레이션 활용기법은 시나리오의 설정 근거 정확성이 결과의 신뢰성에 크게 영향을 주므로 본 연구의 시나리오 설정을 위해 사용된 동대구 복합환승센 터의 설계 도면에 오류가 발생 할 경우 본연구와 상이한 결과 가 도출되는 한계가 있다.
이러한 한계를 위해 향후 계획되어 있는 지하연계 복합건축 물에 대한 추가적인 피난안전성 시뮬레이션 검증연구가 필요 하다.
감사의 글
본 연구는 국민안전처 재난안전기술개발사업의 지원으로 수행한 ‘사회재난 대응을 위한 융·복합기술 기반의 지향성 스피커 등을 활용한 인명지킴이 시스템 개발[MPSS-사회-201544] 과제의 성과입니다.
References
Notes
필요피난소요시간 : Required Safety Egress Time
절대적 가용피난소요시간 : 유사재난사례에서 획득한 골든타임을 기반으로 설정되는 가용한 피난소요시간 (Absolute-Available Safety Egress Time)
지하층 피난안전구역의 계산 공식은 다음과 같다.
-피난안전구역의 면적 = (수용인원 ×10%)×0.28 m2
-복합용도 피난안전구역의 면적 = (각 용도별 수용인원의 합 ×10%)×0.28 m2
공용면적을 포함한 전체 층면적 : 전체 층면적 × 용도의 거주밀도
공용면적을 제외한 순면적 : 순면적 × 초고층 건축물 등의 특별법 시행령 별표 1의 용도별 거주밀도
피난출구의 종류는 계단실출구, 외부출구, 주자창출구, 피난안전구역 (선큰, 파고라포함)의 출구 등이며 수용인원에 따른 출구폭 산정은 220 명 미만시 출구 폭 1,050mm, 220 명 초과시 1인당 출구폭 5mm 가산하여 확보하야 한다.
