방재도시 구축을 위한 도시화재 위험성 평가 시스템의 구축 및 적용성 검토에 관한 연구
A Study on the Applicability and Development Utilization of Assessment System of Urban Fire Risk for Disaster Prevention City
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Abstract
우리나라의 도시는 인구 및 도시 시설이 밀집되어 있으며 지진 및 화재에 의한 도시화재 위험성이 증가하고 있다. 따라서 밀집시가지의 화재 위험성을 예측하고 화재 피해 저감 및 방재도시 구축을 위한 위험성 평가방법의 구축이 필요하나 이에 대한 연구가 부족하다. 본 연구에서는 일본의 도시화재 위험성 평가방법의 국내 적용성을 검토 하였으며, 건축물 Data Base 구축 및 시뮬레이션의 개선을 통해 국내 실정에 적합한 평가방법의 구축이 필요할 것으로 판단된다.
Trans Abstract
Korea cities, population and derepit facilities are concentrated and scattered all over the downtown. The incidence of earthquake in Korea has been gradually increased and there is growing concern that fire will be escalated into urban fire in earthquake. For that reason, the development of model that can evaluate fire proof and insulation performance is urgently required to realize disaster prevention cities that can prevent human victims and property damages in urban fire. But, research is insufficient for this. In this study, based on the Japanese Urban fire risk assessment method, suitability of fire risk assessment were reviewed. For Urban fire risk assessment of domestic urban fire in Korea, is considered that it is necessary to build the appropriate evaluation method through Architecture Data Base construction and improvement of simulation.
1. 서론
우리나라의 현대도시는 고도의 경제성장에 의해 도시 시설 및 인구가 밀집되어 있어 재난에 취약한 구조를 가지고 있다. 이러한 밀집 지역에서 지진 및 기타 원인으로 인한 화재가 발생할 경우 인접한 건축물로 화재가 빠르게 확대되어 대형 도시화재가 발생할 위험성이 높다. 국내에서는 지진으로 인한 대형화재의 발생 사례는 적으나 2014년 구룡마을화재, 2015년 의정부 화재 등 밀집지역에서의 화재가 대형 도시화재로 확대되는 사례는 빈번히 발생하고 있다. 또한 국내에서도 2016년 경주 지진과 같이 대형지진이 발생할 가능성이 점차 증가하고 있어 이에 대한 대응방안의 구축이 필요한 실정이다.
도시화재는 Fig 1.과 같이 접염, 복사, 대류, 불티로 구성되어 있으며, 화재 발생 시 개구부를 통해 분출한 화염에 의해 인접한 건물로 화재가 확대된다. 또한, 분출하는 화염으로부터 발생된 불티는 인접한 건물뿐 아니라 강풍 등에 의해 먼 거리를 이동하여 다른 건물로 화재를 확대 시켜 대규모 피해의 원인이 된다. 이러한 도시화재는 국내의 경우 Fig 2.에 나타낸 바와 같이 2013년 인사동화재, 2014년 구룡마을 화재를 포함하여 매년 시장 및 목조건물밀집지역 등에서 지속적으로 발생하고 있다. 따라서 도시화재(Urban Fire)에 관한 공학적인 분석과 더불어, 화재 위험성이 높다고 판단되는 지역에 거주하는 주민 및 관계자에게 화재 위험성을 충분히 인지시키고 구체적인 정보를 토대로 한 대책 마련을 촉구할 필요가 있다. 즉, 밀집시가지의 위험성에 대해 객관적이고 공학적인 평가를 할 수 있는 도시 화재위험성평가 기법이 필요하다.
Mechanism of Urban Fire.
The Case of Urban Fire.
하지만 국내의 경우 이러한 도시화재 위험성 평가에 관한 연구는 화재 통계를 통한 분석에 의존하고 있는 현실이다. 뿐만 아니라 구체적인 위험성 평가 방법의 부재로 인해 화재경계 지구 및 방화지구 등의 지정 기준조차 모호한 실정이며, 이들 지역에 대한 관리 또한 단순 소방시설 점검에 그치고 있다. 반면, 일본의 경우는 1990년대 중반부터 일본 건축연구소를 중심으로 도시화재에 관한 연구가 지속적으로 이루어져 시뮬레이션 등을 활용한 도시화재 위험성 평가를 통해 방재도시 구축을 위한 자료로서 활용하고 있다.
따라서 본 연구에서는 우리나라의 방재도시 구축을 위한 위험성 평가 시스템 마련을 위하여 현재 사용되고 있는 일본의 도시화재 위험성 평가 시스템을 분석한 후 국내 적용성 검토를 통해 향후 우리나라의 도시화재 위험성 평가 기법 구축에 관한 기초자료로 활용 하고자 하였다.
2. 일본의 도시화재 위험성 평가 수법
2.1 일본의 도시방재계획의 현황
일본의 경우는 1995년 한신-아와지 대 지진 당시 대규모 도시화재가 발생하여 건축물, 도로 등 도시기반 시설에 심대한 피해가 발생하였으며 이로 인해 도시화재에 대한 도시, 지구단위의 안전성과 연소차단성능의 중요성이 제기되었다. 이를 통해 방재 및 거주환경면에서 많은 과제를 지니고 있는 밀집 시가지에 대해서는 시급한 개선이 필요하다고 판단되어 일본 국토 교통성에서 “중점 밀집 시가지”를 ‘밀집 시가지 중 연소 위험성이 특히 높고 지진 등에 의해 대규모 화재로 발전할 가능성이 있으며, 향후 10년 이내에 최저한의 안전성을 확보하기 위해 중점적인 개선이 필요한 밀집 시가지’로 정의하고 있다. 이중 “최저한의 안전성”은 ‘안전성 확보를 위해 직면한 목표로, 지진 등에 의해 동시 다발적인 화재가 발생한 경우 지속적으로 연소가 확대되지 않고, 대규모 화재에 의한 물적 피해를 큰 폭으로 저감시켜, 피난 곤란자가 거의 생기지 않는 상황에서 도시가 불타기 어려움을 나타내는 지표인 불연영역율을 40%이상을 확보하는 것’으로 정하고 있다. 이 중점 밀집 시가지는 일본전역에 약 8000ha, 도쿄 및 오사카에 각각 약 2000ha가 존재하고 있다. 가나가와현에는 약 749ha가 존재하고 요코하마시에는 약 660ha가 존재한다. 전술한 바와 같이 일본의 경우 도시화재의 위험성 평가 및 대책마련을 위해 다양한 연구가 수행되어 왔으며 이를 통해 도시의 위험지구를 추출하고 이에 대한 대비책을 마련하고 있다.(Fig 3.)
The Flow of Disaster Risk Determination in Japan.
2.2 일본의 도시의 재해위험도 평가
일본의 재해 위험도 평가는 지진 등의 재난 발생 시 그로인한 건물의 붕괴, 출화의 가능성, 사상자 등의 단계를 상정하여 시가지가 잠재적으로 가지고 있는 위험성을 도시단위, 지구단위로 종합적인 평가를 하여, 방재성능이 우수한 도시를 만드는 것이 그 목적이다. 재해 위험도 평가의 결과를 토대로 정비가 필요한 위험지역을 명확하게 판단하여 각 도시 및 지역의 특성을 고려한 대응책을 마련한다.
2.2.1 재해위험도 평가의 순서
재해위험도 평가는 Fig 4.와 같은 순서로 이루어진다. 평가항목은 지구내의 연소성, 소방 활동의 곤란성, 일차 피난 활동의 곤란성, 도로 폐쇄의 가능성, 도시 전체의 연소성, 광역 피난의 곤란성을 기본 평가 항목으로서 설정하여 각각 5단계로 위험성을 평가한다. 구체적인 평가 방법은 Table 1.과 같으며 이에 따른 계산 결과를 바탕으로 Table 2.에 나타낸 것과 같은 기준에 의해 위험도 등급을 평가한다. 도시화재는 단일 및 복수의 동시다발적인 출화를 시작으로, 초기소화 및 소방력이 기능하지 않는 경우 인접건물로의 지속적인 확대가 발생한다. 또한, 건물의 붕괴는 사상자 발생의 위험성과 동시에, 도로 폐쇄를 일으켜, 피난, 구조 활동 등의 장애가 된다. 이것이 화재와 동시에 발생할 경우, 대량의 인명피해가 발생하게 된다. 따라서 이러한 항목들을 중심으로 평가항목을 설정한다. 재해위험도의 종합 평가는 도시의 연소성 및 피난위험성 등에 대하여 각각 평가한 후 Fig 5.에 나타낸 바와 같이 레이더 차트 및 상가평균에 의해서 위험도를 종합 평가 한다.
Disaster Risk Assessment Flow.
Standard for Assessment of Urban and District Level Risk.
Standard for Assessment of Combustion and Evacuation Risk.
Result of Disaster Risk Assessment.
2.2.2 시뮬레이션을 이용한 도시화재 위험성 평가
시뮬레이션을 이용한 도시화재 위험성 평가의 구성은 다음 Fig 6.과 같다. 평가방법은 매크로와 마이크로평가의 2단계로 설정되고 있다. 이 중 매크로 평가는 도시 전체 지역 중 어떤 지구가 방재성능에 문제가 있는지를 판단하는 평가방법 이므로, 어떤 지역에 문제점이 있는가를 이미 파악하고 있을 경우에는 반드시 실시할 필요는 없다. 마이크로 평가 수법은, 매크로 평가 수법에 의해 방재성능에 문제가 있다고 평가된 지구를 대상으로 구체적인 문제점을 파악하기 위하여 건물 및 도로의 Data를 기초로 시뮬레이션을 실시한다. 이를 통해 연소의 위험성, 도로폐쇄의 위험성, 도로폐쇄로 인한 긴급활동(피난, 소화활동, 구출, 구호)의 곤란성을 평가하는 것이다. 시뮬레이션 평가를 통해 지구내에 개선이 필요한 건축물 및 도로를 판별할 수 있다.
Urban Fire Simulation Process
Table 3.은 시뮬레이션을 수행하기 위해 필요한 데이터를 나타낸 것이며 시뮬레이션 결과를 토대로 도시의 위험성을 구체적으로 파악하고 이를 개선하기 위한 방법 및 그 실효성을 파악한다.
Necessary Data for Simulation.
3. 위험성평가수법의 국내 적용성 검토
3.1 평가대상 개요
본 연구에서는 전술한 재해위험도 평가 방법을 사용하여 국내에서의 적용성 검토 및 개선사항을 도출하고자 하였다. 평가방법 적용에 있어 국내와 일본의 가옥의 형태 및 구조의 차이가 존재하나 본 연구에서는 본 연구에서는 적용성 검토 및 이를 통한 개선점을 도출하는 목적으로 직접적인 적용을 실시 하였다.
평가 대상 지역은 과거 동일지역에서 연속적으로(2009,2008) 화재가 발생하였고 노후화된 시장이 밀집되어 도시화재 위험성이 클 것으로 판단되는 서울시 종로5가 지역을 대상으로 하였다.
3.2. 종로5가 위험도 평가
종로5가 일대를 대상으로 위험도 평가를 실시한결과를 Fig 7.에 나타내었다. 평가결과 일반주택이 위치한 지역에 비하여 시장이 위치한 지구가 화재 및 피난 위험도가 높은 것으로 나타났다. 이는 종로5가에 위치한 시장지역의 대부분의 건물이 노후화된 목조건물로 이루어져 있으며, 각 건물 간 평균 이격거리가 0.5m로 밀집되어 있기 때문인 것으로 판단된다. 또한, 연소 위험도 보다 피난 위험도가 높게 나타났다. 이는 일부 지역을 제외하고 대부분의 건물이 목조 건축물로 이루어져 있으며 도로의 폭이 좁아 건물의 붕괴로 인한 도로폐쇄의 가능성이 높기 때문인 것으로 판단된다. 뿐만 아니라 종로5가에 위치한 화재경계지구의 위험도를 레이더 차트를 이용해 표시한 결과 다른 지구에 비해 위험도가 상당히 높은 것으로 나타났다. 또한 위험도가 가장 높게 나타난 지구인 신진시장을 대상으로 시뮬레이션을 수행(Table 4., Fig 8.)하여 실제 화재 확대 사례와 비교한 결과는 Fig 9.와 같다. 시뮬레이션은 22분 후의 결과이며, 실제화재에서는 소화활동이 종료된 후의 피해결과이다. 화재 당시 소방대원이 현장에 도착했을 때 목조건물밀집지역의 특성상 시뮬레이션 결과와 같이 인근 건물로 화재가 빠르게 확대된 상태였으며, 화재건물에 대한 소화활동보다는 인근건물로의 화재 확대를 방지시키기 위한 소화활동을 한 것으로 보고되었다. 따라서 초기 확대 이후 소방력에 의해 화재전파가 진행되지 않은 것으로 판단되며, 화재전파 결과가 시뮬레이션의 초기 화재확대 성상과는 유사한 것으로 판단된다. 또한 시뮬레이션에서도 화재사례와 동일하게 지붕으로의 화재확산과 개구분출화염에 의한 확산이 주요한 원인으로 확인되었다.
Result of Risk Assessment of Jongno 5-ga.
Simulation Conditions for Shinjin Market.
Simulation Overview by Shinjin Market.
Risk Assessment of Urban Fire of Shinjin Market.
3.3 재해위험도 평가의 적용성 검토
종로5가를 대상으로 재해위험도 평가수법의 적용성을 검토한 결과 목조주택의 비율이 높은 일본에 비해 우리나라의 경우 철근 콘트리트조의 건물의 비율이 높아 국내의 건축물 비율을 고려한 평가방법의 개선이 필요할 것으로 판단된다. 또한 시뮬레이션 평가를 수행함에 있어 기존에 구축되어 있는 도시지역 건축물의 정보가 부족하여 현장조사를 통해 Data Base를 구축하여 평가 하였다. 향후 지속적인 도시지역의 위험성 평가를 위해서 도시지역에 대한 전체적인 Data Base 구축이 필요할 것으로 판단된다. 시뮬레이션을 이용한 평가 결과 화재 초기의 화재 확대 방향 및 건축물간 화재확대 범위 등은 실제 화재 사례와 유사하게 나타났으나 소방활동 등에 의한 연소 화대 지연 등을 예측하지 못하는 것으로 나타나 이에 대한 개선이 필요할 것으로 판단된다. 이러한 사항을 바탕으로 국내 실정에 적합하도록 평가 방법을 개선하여 향후 구체적인 도시화재 위험성평가 및 대책 마련에 관한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
4. 결론
우리나라의 경우 일본과 같은 대형 지진 및 대형 도시화재의 발생경험은 적으나 지진 발생빈도의 증가와 함께 도심지 내부에 위치해 있는 화재경계지구 및 화재에 취약한 지구 등이 존재하므로 도시화재에 대한 위험성을 간과할 수 없다. 이에 따라 도시화재 위험성 평가 시스템을 구축하기 위하여 종로5가 지역을 중심으로 일본의 도시화재위험성 평가수법을 이용한 우리나라의 적용성 검토를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
1) 도시화재 위험성 평가를 위해서는 각 건축물의 구조 및 개구부, 건물 간 간격 등에 관한 구체적인 수치 Data가 필요하나 국내는 이에 대한 Data Base가 구축되어 있지 않다. 따라서 정확한 위험성 평가를 위한 DB구축이 필요할 것으로 판단된다.
2) 시뮬레이션 평가 결과 건축물간 초기 화재확대 성상은 화재 사례와 유사한 경향을 나타 내었으나 소화 설비 및 소방대의 활동 등으로 인한 연소 확대 지연을 예측하지 못하므로 정확한 위험성 평가를 위해 이에 대한 개선이 필요할 것으로 판단된다. 이를 기반으로 우리나라의 실정에 적합한 도시화재 위험성 평가 시스템 구축 및 도시화재 시뮬레이션을 개발함으로써 향후 안전한 방재도시 구현을 위한 평가 기술로써 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 도시건축연구사업의 연구비 지원(16AUDP-B100356-02)에 의해 수행되었습니다. 이에 감사드립니다.