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J. Korean Soc. Hazard Mitig. > Volume 16(6); 2016 > Article
대규모 전시공간에 있어서 피난유도설비 인지에 관한 실험적 연구

Abstract

A large space buildings tends to have a large number of indoor occupants and various factors such as a temporary structure that become obstacles for evacuation. Especially, in case of a large-scale exhibition center, the flow of escape route changes continuously due to the installation of exhibition booths and it is practically difficult to expect the effectiveness of installed evacuation guidance systems. Therefore, actual status was determined through the actual condition survey of large exhibition centers and the factors that may become obstacles for evacuation were determined in this study. Also, the experiment on various hindrance factors was carried out, confirming as a result that the effectiveness of evacuation guidance systems was insufficient. In addition, the viewing angle of each subject was measured, confirming as a result that the upper viewing angle significantly varied according to the hindrance factors.

요지

대공간 건축물은 재실자의 수가 많고 가설 구조물 등 피난에 장애가 되는 요인이 다양하다. 특히 대규모 전시장의 경우는 전시부스 설치로 인해 피난경로의 흐름이 계속적으로 변경되기 때문에 설치되는 피난유도설비의 실효성은 사실상 기대하기 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 대규모 전시장의 실태조사를 통해 그 현황을 파악하여 그 결과로서 피난시 문제가 될 수 있는 요인을 파악하였다. 또한 문제가 될 수 있는 다양한 요인에 대하여 실험을 실시하고 그 결과로 피난유도설비의 실효성이 미흡하다는 것을 확인하고, 피험자별로 시야각 측정결과 상부의 시야각은 저해요인에 따라 상당히 차이나는 것을 확인하였다.

1. 서론

1.1 연구의 필요성 및 목적

대공간 건축물은 연료지배화재(Fuel Controlled Fire)로 환기지배화재(Ventilation Controlled Fire)인 구획된 일반건축물에 비해 화재성장률(Fire Growth Rate)이 급격하게 나타나지는 않지만 수용하는 재실자의 수가 많고, 가설 구조물 등 피난에 장애가 되는 요인이 다양하기 때문에 화재안전에 대한 설계 및 평가의 중요도가 높은 건축물이다. 대공간 건축물의 정의는 현재 제도적으로는 마련되어 있지 않지만 KICT(2015)의 연구를 살펴보면, 대규모 복합용도건물로서 바닥면적 3000m2 이상으로 장스팬 수평구조를 포함하고 수용인원 100인 이상과 연료지배형 화재특성을 만족하는 건축물로서 정의하고 있다. 국내에서 발생한 대공간 건축물의 화재사례는 대구 나이트클럽 화재(1991), 강원도 왕국회관 화재(1992), 대구 할인매장 화재(2001), 국립현대미술관 화재(2012) 등과 같이 건축물의 용도가 다양하기 때문에 다각적인 측면에서의 화재안전설계 대응이 필요하다.
특히 대규모 전시장은 설계당시에는 무주공간(Column-free space)으로 설계·평가가 진행되지만 실제로 사용되는 공간에는 전시부스(Exhibition booth) 등 가설 구조물을 전시목적에 따라 설치함으로서 동선설계와 전시기획 등 설계 당시와는 다르게 운영되는 특징이 있다(Yun, 2001). 더욱이 전시장의 임대가 종료된 후에는 다른 전시를 위해 철거되고 새로 설치되는 일을 반복하게 되며 이때마다 공간의 구조가 변경된다. 다시 말하면 피난경로가 수시로 변경된다는 의미이기도 하다. 또한 전시장을 사용하는 이용자는 내부 또는 외부의 공간구조 정보에 대하여 미숙한 인원이 대부분이기 때문에 유입된 피난구를 파악하여 피난하는 것이 어려울 수 있기 때문에 피난유도설비에 의존하여 피난하는 것이 일반적이다(BRI, 2011). 하지만 대공간 건축물의 피난특성을 반영한 기준은 현재 전무하고, 유도등 및 유도표지의 화재안전기준(NFSC 303)에 의거하여 설치되는 것이 대부분이다.
피난유도에 관련한 국내의 선행연구로는 시스템적 관점에서는 Kim et. al. (2006)은 지능형 유도시스템을 이용하여 양방향 유도시스템에 대하여 제안하였고, Shin et. al. (2007)은 건물 화재시 최속경로 알고리즘(Quickest path algorithm)을 이용한 적정피난경로 유도방안을 분석하였다. 또한 피난유도장치의 기술적 효과 및 피난성능을 평가하는 관점에서는 Na et. al. (2006)은 가시거리, 밝기, 크기, 소리 등에 따른 유도성능을 평가하였으며, Oh (2016)은 피난유도등의 색상, 가시거리에 따른 인간의 인지능력에 대한 평가를 수행하였다. Baek et. al. (2011)은 대공간 건축물(실내경기장)에서 피난유도음에 대하여 선행음과 후속음에 대한 효과를 분석하였고, Park et. al. (2011)은 자체발광식 피난유도선 설치에 따른 피난성능을 평가하였다.
국내의 선행연구는 주로 실험을 통해 피난유도시스템을 개선하거나 피난유도장치의 개발 등으로 효율적인 피난유도설비 설치를 제안하는데 초점이 맞춰져 있다. 하지만 대공간 건축물의 피난유도설비 인지능력 및 특성에 대한 기초연구 및 피난유도설비의 현장실태를 조사한 연구는 미흡하다.
따라서 본 연구에서는 전시장과 같은 대공간 건축물에서의 피난유도설비의 인지범위에 대하여 실태조사를 실시하고, 피난유도설비의 위치 및 재실자의 시야범위에 대하여 실험을 실시해 대공간 건축물의 피난유도설비 실효성 확인과 시야범위에 대한 기초적 자료를 제공하는데 목적이 있다.

1.2 연구의 방법 및 범위

본 연구는 대규모 전시공간에 대하여 피난유도설비의 실효성을 파악하기 위해 대규모 전시장을 대상으로 피난 시 시야범위를 저해할 수 있는 요인에 대하여 실태조사를 실시하였다. 실태조사는 조사인원이 다양한 위치로부터 정적 시야범위에 대한 것을 사진 촬영을 통해 분석한다. 이러한 시야범위를 저해하는 요인에 대하여 실험(피난유도설비 인지에 따른 실험, 피난유도설비 종류에 따른 인지측정 실험, 피험자별 시야범위 측정실험)을 통하여 피험자별 시야범위 측정실험을 제외하고는 설문조사를 통해 피험자별 주관적 판단에 근거하여 결과를 마련하였다. 또한 시야범위 측정실험은 실험장치를 고안하여, 각 위치에 따른 상부, 좌측, 우측 시야범위를 측정하였다.
연구의 범위로서는 기초적 자료제공을 목적으로 조도 및 설치위치와 피험자의 연령 및 성별에 따른 변수는 논하지 않는 것으로 한다.

2. 대규모 전시공간 현장실태조사

2.1 조사의 개요 및 방법

대규모 전시공간의 피난유도설비의 실태를 파악하기 위하여 국내 대표적인 대공간 건축물을 선정하는 것은 매우 주요한 사안이다. 대공간의 형태는 다양하게 분포될 수 있으나 본 연구는 전시 등을 목적으로 설계단계 이후에 피난경로가 변경될 수 있는 대규모 전시장을 선정하였다. 대규모 전시장은 피난로의 위치를 숙지하지 못하는 불특정인원이 재실하고 있고, 전시부스 설치 등 다양한 위험성을 확인하는데 원활할 것으로 판단된다. 따라서 다수의 피난유도설비의 인식여부에 대하여 조사하였으며, 특히 전시부스 설치에 따른 시야범위를 집중하여 조사하였다. 조사대상물은 전시장으로서 NFSC 303 제4조에 의거하여 대형피난구유도등과 통로유도등의 설치가 의무화되어 있다. 한편, 전시장의 특성상 통로유도등은 거실통로유도등의 설치가 요구되지만 설계당시에는 거실의 통로가 되는 공간은 존재하지 않기 때문에 거실통로유도등은 설치되어있지 않다. 다만 대형 축광식 유도표지를 건축물 상부에 설치하여 거실통로유도등을 대신하고 있다.
조사방법은 전시부스의 설치 및 기타 현장여건에 따른 축광식 유도표지 및 통로유도등 등의 인지여부에 대하여 위치별로 촬영하여 재실자의 시야범위를 확인하는 방식으로 진행하였다. Fig.1 은 전시부스 설치에 따른 시야범위 제한에 대하여 나타낸 개념도이다.
Fig. 1
Conceptual Diagram of Limited Visibility due to Install Exhibition Booth.
KOSHAM_16_06_029_fig_1.gif
조사의 기본원칙은 전시장내 복도 또는 통로 등의 위치에서 피난유도설비를 인지할 수 있는지에 대하여 평가하는 것이며, 다각도에서 촬영을 진행하였다. 촬영 및 피난유도설비의 위치를 Fig.2 에 나타내었다.
Fig. 2
Overview of Investigation.
KOSHAM_16_06_029_fig_2.gif

2.2 조사결과 및 분석

전시장은 전시하는 대상의 성격 등에 따라 전시부스 등이 다양하게 설치될 수 있으나 유도등 및 유도표지는 항상 고정되어 있는 설비이기 때문에 다양한 여건에 따라 시야범위가 제한된다. 이에 따라 측정위치별 시야범위 및 현장상황을 종합하면 Table 1 과 같이 나타낼 수 있다. 시야범위 제한에 관련한 사항으로 A1~A5 로 구분할 수 있으며 이에 대한 구체적인 사항을 나타내면 다음과 같다.
Table 1
Results of Investigation (State of Affairs).
A1 A2 A3 A4 A5
Affairs Limited field of view due to installing exhibition booth Unrecognized exit marking due to installing banners Installed exhibition booths in front of the exits Loaded booth components front of the directional sign None evacuation guidance application
Images KOSHAM_16_06_029_fig_3.gif KOSHAM_16_06_029_fig_4.gif KOSHAM_16_06_029_fig_5.gif KOSHAM_16_06_029_fig_6.gif KOSHAM_16_06_029_fig_7.gif
첫 번째로 전시부스 설치로 인하여 육안으로 유도표지의 확인이 불가능한 곳이 다수 존재(A1)하였다. 대형유도표지를 설치하고는 있지만 전시부스의 높이는 대부분 2.8~3.9m 정도로 육안으로 식별이 불가능한 위치가 존재하였다.
두 번째로는 유도표지 앞에 현수막 등의 설치로 인하여 시야확보가 불가능한 부분이 존재(A2)하였다. 전시장은 대부분 현수막 등의 설치가 반드시 필요하지만 피난유도설비의 시야범위를 고려하여 설치하지 않는 것이 주요한 사항으로 분석되었다.
세 번째로는 비상구 앞 전시부스를 설치하여 비상구의 사용이 불가능한 공간이 존재(A3)하고, 통로유도등이 존재하였지만 이 부분은 전시장 내에서도 상당히 사각지대에 위치하고 있었고, 그 이유로 인해 전시부스의 자재 또는 그 외 자재 등을 적재(A4)하고 있었다.「화재예방, 소방시설 설치·유지 및 안전관리에 관한 법률」제10조제1항제2호에 의하면 피난시설, 방화구획 및 방화시설의 주위에 물건을 쌓아두거나 장애물을 설치하는 행위는 금지하고 있으나 전시장의 특성상 단기간에 설치와 해체가 자주 발생되기 때문에 유지관리측면에서의 대책이 논의되어야 할 것으로 판단된다.
마지막으로 피난유도설비가 존재하지 않는 공간(A5)으로서 이는 현재 적절한 기준이 없기 때문에 사양기준에 만족하여 제도적으로 제제할 방법이 없다. 또한 대부분의 유도표지가 대공간 건축물 특성상 상부에 설치되어 있지만 화재발생시 연기는 상부로 상승하고 이에 가시거리 확보가 어려워 질 수 있는 사항도 존재하였다.
대공간 건축물은 향후에도 다양하게 건설될 것으로 전망되기 때문에 피난유도설비에 관하여 다양한 문제를 해결할 수 있는 대책마련이 시급하며 적절한 제도적 개선을 위해서는 우선적으로 대공간 건축물에 있어서 재실자의 피난특성 등에 대한 기초자료 마련이 선행되어야 할 것으로 판단된다.

3. 피난유도설비 인지 및 시야범위 실험

3.1 실험의 개요

대공간 건축물에서 피난유도설비의 인지능력을 실험하기 위해 3가지의 실험(피난유도설비 인지에 따른 경로선택 실험, 피난유도설비 종류에 따른 인지측정실험, 피험자별 시야범위 측정실험)을 실시하였다. 피험자는 대학생으로 평균연령 22세이며, 총 116인(남성 95인, 여성 21인)을 대상으로 하였고 평균 신장은 172cm이며 최대 192cm, 최소 153cm 이다. 각 실험의 방법 및 결과를 다음에 나타낸다.

3.2 실험조건 및 방법

3.2.1 피난유도설비 인지에 따른 경로선택 실험

대규모 전시장에 관한 재실자의 피난유도설비의 인지여부에 따른 경로선택을 확인하기 위하여 전시장 형태의 가설구조물을 설치한 후 인지여부를 확인하는 것으로서 Fig.3 은 실험개요 및 평면도를 나타낸 것이다. 실험장소는 바닥면적 1795m2, 층고 10m 규모의 대공간이며 Fig.3(a) 와 같이 피험자가 피난유도설비의 위치를 파악하지 못하도록 배치한 후, 개별로 피난경로를 선택하여 행동하도록 사전교육 하였다. 인지여부에 대한 측정은 실험세트를 개별적으로 이동한 후 설문에 응답하는 것으로 진행하였는데 그 내용으로는 출구번호별 이동경로와 선택이유(피난유도설비 확인여부)에 대하여 진행하였다. 실험장소의 개요를 Fig.3(b)에 나타낸다.
Fig. 3
Experiments of Floor Plan and Overview.
KOSHAM_16_06_029_fig_8.gif

3.2.2 피난유도설비 종류에 따른 인지측정실험

피난유도설비는 소형·중형·대형 피난구유도등과 대형피난유도표지의 4가지로 측정하였다. NFSC 303에 따른 유도등 및 유도표지를 사용하고, 종류에 따른 크기를 Fig.4 에 나타낸다. 설치높이는 바닥으로부터 높이 6m 에 설치하고 유도등 종류에 따른 인지여부를 5점 척도(Very good, Good, Normal, Bad, Very bad)로 구분하여 그에 따른 결과를 분석하였다. 척도에 따른 분석은 식(1)과 같이 100점으로 환산하였다. 여기서, Cm은 5점 평균(Score), C100는 100점으로 환산한 수이다.
Fig. 4
Types of Emergency Exit Sign.
KOSHAM_16_06_029_fig_9.gif
(1)
(Cm1)/4=C100

3.2.3 피험자별 시야범위 측정실험

시야범위의 형태는 피험자의 연령, 장애여부 등 신체적인 영향이 가장 큰 요인이 된다. 한편 신체에 착용되는 저해요인으로서 모자 또는 옷의 형태에 따라 시야가 확보되는 것이 크게 반영하게 되는데 이에 대하여 연구를 진행한 부분은 매우 미흡하다. 따라서 본 시험에서는 모자(Cap), 후드티(Hooded T-shirt) 등으로 시야가 제한되는 부분에 대하여 일반 상황과의 비교를 통해 시야범위 차이를 살펴보았다.
Fig.5 와 같이 측정 장치를 제작하고 좌측(Left), 우측(Right), 상부(Upward)의 시야범위를 피험자가 움직이지 않는 범위 내에서 시야가 확보될 때까지의 시야각을 측정하였다.
Fig. 5
Overview of Field Angle Application.
KOSHAM_16_06_029_fig_10.gif

3.3 실험결과 및 분석

3.3.1 피난유도설비 인지에 따른 경로선택실험

전시부스가 설치된 공간에서 피난유도설비의 인지에 따른 경로선택 실험결과, 116인 중 4인(3.4%)만 피난유도설비를 인지하였다. 양방향으로 엇갈리는 복도의 형태에서의 피난유도설비의 위치는 NFSC 303에 의거하여 하부(1.5m 이하)에 설치되기 때문에 평상시 피험자가 경험을 토대로 상부의 피난유도설비를 인지하지 못하는 결과로 사료된다. 한편 피난유도설비를 인지한 4인 중에서도 방향지시에 따라 행동한 피험자는 2인에 불과하였는데 이는 피난유도설비가 피난경로 선택에 큰 영향을 미치지 못하는 결과로 유도설비의 실효성에 대한 면밀한 검토가 진행될 필요가 있다고 사료된다.

3.3.2 피난유도설비 종류에 따른 인지측정실험

피난유도설비 종류에 따라 인지능력을 실험한 결과를 5점 척도로 분석하여 이를 총점을 100점으로 환산하였다. 본 실험에는 피난유도설비가 동일한 공간에서 수행하여 크기가 증가하면 그 인지능력이 높아지는 것은 당연할 것으로 사료되나, 피난유도설비의 인증능력은 주관적인 판단에 좌우되기 때문에 116인에 대한 상호비교 평가는 피난유도설비의 실효성 분석에 주요한 자료가 될 것으로 사료된다. Fig.6 은 종류별 피난유도설비의 인지능력을 비교평가 한 것으로서, 크기가 증가함에 따라 인지능력은 높아졌고, 소형유도등 보다는 대형유도표지의 인지능력이 높은 것으로 나타났다. 이는 대형유도표지는 촉력(Candlepower)이 소형유도등 보다 낮지만 크기가 상대적으로 크기 때문에 인지능력이 향상된 것으로 판단된다.
Fig. 6
Results of Comparison Evaluation to Emergency Exit Sign.
KOSHAM_16_06_029_fig_11.gif

3.3.3 피험자별 시야범위 측정실험

피험자별 시야범위의 측정은 좌측, 우측, 상부의 시야각을 측정하고, 일반과 모자 및 후드티 착용에 따른 비교를 수행하였다. Fig.7 은 측정결과를 나타낸 것으로서 신체에 착용되는 저해요인에 따른 평균 시야각의 범위를 나타낸 것이다. 좌측과 우측의 측정결과는 저해요인에 따른 차이가 1~2° 차로 유사하게 도출되었다. 반면 상부의 시야각에서는 후드티를 입은 경우 13°, 모자를 착용한 경우 33°의 차이를 보여 저해요인은 상부의 시야각을 저해하는 요인으로 분석된다. 한편 피난상황에서는 피난구를 찾기 위해 얼굴 부분을 상부 방향 또는 좌측과 우측 등으로 움직이는 동적행동이 지속적으로 이루어진다. 본 실험은 정적행동에 대한 기초자료로서 향후 동적행동에 대한 피난자료 구축에 주요한 자료가 될 것으로 판단된다.
Fig. 7
Results of Field Angle.
KOSHAM_16_06_029_fig_12.gif

4. 결론 및 향후 연구방향

대공간 건축물 중 대규모 전시장을 대상으로 제도적으로 미흡한 피난유도설비의 실효성에 대하여 실태조사 및 실험을 실시하였다. 그 결과의 요약을 다음에 나타낸다.
  • 1) 대규모 전시장의 전시부스로 인해 피난유도설비를 인지 못하는 사례를 비롯하여 현수막 등의 설치에 따라 피난유도설비의 실효성에 저해되는 요인이 다양하게 존재하였다. 특히 피난유도설비의 시야범위를 고려하여 장애물(현수막, 물건비치 등)을 설치하는 유지관리 측면에서의 문제는 반드시 해결해야 할 것으로 판단된다.

  • 2) 피험자를 대상으로 피난유도설비의 실효성 및 시야각 측정을 실시한 결과, 상부에 설치되는 피난유도설비는 피험자 중 3.4%만 인지함으로서 실효성에 대한 문제점을 도출하였다. 또한 피난유도설비의 종류에 따른 실험결과, 크기가 증가될수록 인지도가 높아지는 것을 확인하였고, 반면 촉력이 높더라도 크기가 작으면 인지도가 저감되는 것을 확인하였다. 이는 연기에 따른 가시거리 및 공간의 조도 등을 분석하여야 하지만 단편적으로는 피난유도설비의 크기에 비례하는 것으로 판단된다. 시야각 측정에서는 상부 시야각에서 후드티 및 모자를 착용한 경우 시야각이 많은 차이로 저감되는 것을 확인하였다.

    대공간 건축물의 경우 화재성상과 재실자의 특성이 일반건축물과는 다르지만 실제로 피난유도설비 등의 소방시설은 대부분 규모별로 제한하고 있어 건축물의 특성을 반영하지 못하고 있다. 더욱이 성능위주설계(PBD)에서는 화재시나리오에 따른 결정론적 방법을 제시하고 있으나, 소방시설에 관한 부분은 사양기준에 의거하여 설치되고 있어 실제로 이에 대한 적절한 기준마련이 시급하다고 판단된다. 또한 전술한 연기에 따른 가시거리 및 공간의 조도 등에 따른 인지능력 실험이 추가적으로 실험되어 정량적인 자료제공이 되어야 할 것으로 사료된다.

감사의 글

본 연구는 한국건설기술연구원(KICT) “2016 대공간 건축물 피난안전 기술 개발(4차년도)”의 연구비 지원에 의해 수행되었습니다.

References

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