1. 서론
2014년 아모레퍼시픽 물류창고 화재 등 최근 대형물류창고에서의 화재가 빈번하게 발생하고 있으며, 인명 및 경제적인 피해규모가 크다. 물류창고의 화재는 크레인과 같은 기계적인 점화요인, 방화 등의 인위적인 요인 등 화재에 취약한 요소들에 의해 발생한다(Ha et al., 2015). 특히, 창고 화재는 창고에 적재된 물품, 배열 형태, 적재 방식에 따라 화재하중이 다르며, 이는 화재 규모와 진행속도에 큰 영향을 미친다(Seok, 2015). 이와 같은 물류창고의 적재물품에 따른 용도를 고려하여 건축구조 및 재료를 선정하는 등 요구성능이 달라져야 하지만 저렴한 가격으로 인한 경제성 및 공사기간이 짧다는 이유로 화재에 취약한 철골구조와 샌드위치 패널을 사용한 물류창고가 많은 실정이며, 화재 시 붕괴 위험성이 가중되어 피해가 크다. 40명의 사망자가 발생한 2008년 이천 냉동창고 화재, 약 9억원의 재산피해가 발생한 안성 냉동창고 화재 등 대형 화재가 난 창고들도 샌드위치패널로 시공된 건축물이었다(Shin et al., 2013). 이와 같은 이유로 화재발생 시 불길에 오래 견뎌 대피 및 화재진압을 위한 시간을 확보할 수 있는 내화구조, 불연성 재료 그리고 난연성 재료에 대한 중요성이 부각되고 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 물류창고의 현장 실태조사를 통해 건축구조의 사용실태와 특성을 파악하고, 이를 기반으로 건축적 대응방안으로 건축구조 및 재료 측면에서의 표준화 작업 수행을 위한 방향을 제시하고자 한다.
2. 샌드위치 패널 물류창고
국토교통부에서는 2012년부터 물류창고업 등록제를 시행하고 있으며, 2016년 4월까지 총 4,655개의 물류창고가 등록되어 있다. Fig. 1과 같이 보관 및 창고업이 3,974개로 전체의 85%로 가장 많은 비율을 차지하고 있으며, 그 뒤로 운송 및 택배업, 판매업, 제조업, 기타 순으로 분류되어 있다. 일반적으로 창고는 물품을 보관하는 건물 및 시설물을 의미하며, 보관은 물품을 저장 관리하는 것을 말한다. 최근에는 단순히 저장 및 보관의 기능만이 아닌 공급망의 개념으로 그 기능이 확장되어, 상품을 보관하면서 하역과 출고, 배송의 기능을 수행하는 물류거점 시설을 의미한다(Moon, 2014). 이처럼 다양한 프로세스를 처리하기 위해 물류창고는 대형화, 고층화 및 고천장화의 특징을 가지고 있다.
2.1 샌드위치 패널
샌드위치 패널(sandwich panel)은 양면의 표면재 강판사이에 단열성과 보온성이 우수한 스치로폼(expanded polystyrene) 등을 심재로 이용하는 샌드위치 타입의 패널로 국내 대부분의 물류창고, 공장, 냉동창고, 주차타워, 상가 및 전시장, 사무실 등 건축물의 내·외장재로 사용되는 조립식 패널이다. 이와 같은 복합재료의 특성으로 인해 화재 시 내부로의 물의 침투를 막아 진압이 어렵고, 유독가스를 발생시킨다(Yoo, 2008). Table 1은 샌드위치 패널의 종류와 특징이다. 국내에서 샌드위치 패널은 건축물 내부마감재료 사용제한 규정을 적용받으며, 건축법 제52조 및 동법 시행령 제61조의 규정에 따라 불연재, 준불연재, 난연재의 난연성 등급의 재료를 사용하도록 제한하고 있다.
Table 1
Types and Characteristics of Sandwich Panel
특징은 가격이 저렴하여 경제적이고 공기단축 효과가 크며 우수한 단열성과 보온성이 장점이나 화재 시 취약하다. 그러나 최근 개발된 폴리우레탄과 그라스울 패널은 내화성도 우수하나 가격이 비싸다는 점 때문에 잘 사용되지 못하고 있다.
2.1.1 표면재 강판
샌드위치 패널 겉면의 금속재를 표면재라고 하며, 건축물의 내벽, 외벽, 지붕 등의 용도로 사용되기 때문에 일정 기준 이상의 강도가 필요하다. 대표적인 표면재로는 철판 0.5~ 0.8mm 착색 아연도금(244~255g/m2) 강판이 주로 사용된다. 최근에는 우수한 실리콘 폴리에스테르코팅이나 불소코팅을 하여 내식성, 내후성, 내구성, 내마모성이 뛰어나며 아름다운 외관과 에너지 절감 효과가 크다.
2.1.2 내부 심재
단열, 차음, 난연 등의 기능을 위해 사용하는 심재는 재질에 따라 EPS(expanded polystyrene), PUR(poly urethane) 또는 PIR(poly-isocynurate) 그리고 그라스울(glass wool) 등이 주로 쓰이고 있다. EPS는 스치로폼을 적용한 패널이며, PUR(poly urethane)은 내화성에서 EPS패널에 비해 우수하나 유독성가스가 발생하고, PIR(poly-isocyanurate form)패널은 양호한 방.내화성으로 난연 3급 성능이 있다. 그라스울 패널은 무기질계 재료로 화재시 화염전파나 유독가스 발생이 거의 없으며 시공 중 비산분진 물질의 안정성 문제가 있으나 KS에서 지정하는 난연 2급의 성능을 지니고 있다. 또한 미네랄울 패널은 무기질광물섬유로 우수한 불연성, 경량성, 단열성, 흡음성과 내구성을 갖춘 내화구조로 사용된다.
2.2 물류창고 건축구조 시스템
샌드위치 패널이 적용된 물류창고의 건축구조 형식으로 철골(steel frame structure) 구조, P.E.B(Pre-Engineer Building System) 구조, P.C(Precast Concrete) 구조가 있으며, 철골구조가 일반적으로 널리 쓰이고 있다(Lee, 2013). Lee(2007)가 조사한 자료에 의하면 일반 상온창고의 경우 철골조+샌드위치패널이 60%, 철근콘크리트조는 28%, 조립식 패널은 6%, 기타 6%로 사용면적의 효율성이 높은 철골조+샌드위치 패널 구조가 가장 많이 사용되고 있다. 이와 같은 철골조는 화재 시 열에 의해 인장강도가 급격히 저하되고 하중을 견디지 못해 붕괴로 이어진다. 각 건축구조 형식의 특징은 다음과 같다.
2.2.1 철골 구조
철골구조는 다양한 H형, I형강 등으로 된 철골과 강판을 조립하여 리벳으로 조이거나 용접한 구조를 말하며 철근콘크리트에 비해 자중이 가볍고 인성이 크다. 또한, 공장 가공 후 현장 조립으로 공기를 단축할 수 있고 기상조건이나 시공기술에 관계없이 정밀도가 높은 구조물을 얻을 수 있다. 하지만 비내화적인 특성으로 설계 및 시공에 적절한 내화피복 방법을 강구해야하며, 단면에 비하여 부재의 길이가 길고 두께가 얇아 좌굴되기 쉽다.
2.3 물류창고 화재발생 현황
국민안전처에서 운영하고 있는 국가화재정보센터에 따르면, 2013년부터 3년간 총 3,375건의 창고시설에 화재가 발생하였으며, 2013년 1,169건, 2014년 1,070건, 2015년 1,136건으로 매년 1,000건 이상의 화재가 발생하고 있었다. 피해규모로는 사망 7명, 부상 78명으로 총 85명의 인명피해가 발생하였고, 2,277억의 재산피해가 발생하였다. Table 3은 국가화재정보센터에서 집계한 대형물류창고 화재의 통계자료로 하역장, 냉장⋅냉동창고, 물품저장 창고 기타의 분류별 화재발생 및 피해 현황이다.
Table 2
Building Structure System of Warehouse
Table 3
Fire Accident of Warehouse in 2013~2015
3. 현장 실태조사 분석
3.1 조사 대상
샌드위치 패널이 적용된 물류창고의 건축적 특성 파악을 위한 기초자료를 확보하기 위해 전국에서 물류창고가 가장 밀집되어 있는 경기도내 5개 도시 물류단지의 26개 창고를 방문하였다. 이 중 인터뷰 등을 통해 설계도면 및 시방서 등의 자료 확보가 가능했던 8곳의 물류창고를 중심으로 분석을 수행하였으며 그 유형은 Table 4와 같다. 물류창고의 조사대상을 적재물품(의류, 약품, 서적 등)의 성격에 따른 연관성 파악을 위해 적재물품이 각각 다른 곳을 선정하였으며, 창고의 면적, 층수 등 규모에 대한 제한은 두지 않았다. 창고의 유형으로는 일반창고와 랙크식 창고를 대상으로 조사를 진행하였으며, 냉동창고는 총괄 과제 연구 대상에서 제외되어 배제하였다.
Table 4
Warehouse Type for the Field Survey
3.2 현장 실태조사 결과 분석
창고 건물의 규모, 구조형식, 외장 마감재, 피난 개구부의 수 및 위치를 중심으로 실태 조사를 진행하였으며, 개구부는 하역장을 제외한 출입문만을 대상으로 선정하였다. 문구류를 수용하고 있는 Case A 물류창고의 경우 일반적으로 많이 볼 수 있는 창고 유형으로 지상 2층 규모에 철골 및 EPS 샌드위치 패널로 지붕과 내⋅외벽을 마감하였다. Fig. 2와 같이 다수의 창이 설치되어 있지만 피난개구부는 1개의 주출입구만 설치하여 화재 시 대피로가 충분히 확보되지 않은 것으로 판단된다. Case B는 지하 1층, 지상 10층, 연면적 327,161.03m2의 규모로 조사를 진행한 물류창고 중 규모가 가장 크고 다양한 생필품을 수용하고 있었다. 철근콘크리트와 철골 구조 형식이 적용되어 있으며, 콘크리트로 외벽 마감이 되어 있었다. 창고로 쓰는 공간은 2개의 층을 하나로 사용하고 있었으며 층고는 7.5m, 기둥간격은 12m이다. 외기에 면한 피난개구부는 2개소로 15m 간격이었다. Case C는 2014년에 완공된 건물로 약품을 적재하고 있으며, 지하 1층에서부터 지상 5층까지는 철근콘크리트와 프리캐스트 콘크리트 구조가 더해진 공법이 적용되어 있고 6층은 PEB 구조로 시공하여 내부에 기둥이 없어 넓은 공간을 활용하고 있다. 사무동의 외벽 마감은 커튼월, 창고동은 난연 2급이상의 그라스울 패널이 적용되어 있다. 외기에 면한 피난 출입개구부는 사무동 1개, 창고동 2개소이나 피난구간 거리가 15 m로 집중되어 있고, 출입구의 반대쪽은 피난구가 없어 화재 시 대피로를 위한 추가 피난공간이 필요할 것으로 판단되었다.
Case D 물류창고는 음식물을 저장하고 있는 건물로 상온창고와 냉동창고가 각각의 동으로 분리되어 있었다. 지하2층, 지상 4층 규모로 철근콘크리트구조가 적용되어 있으며, 내화성이 우수한 우레탄 패널로 마감이 되어 있었다. 층고는 상온창고 10m, 저온창고 8.5m로 설계되어 있다. 외기에 면한 출입구는 사무공간으로 바로 연결되는 곳 2개소, 창고로 바로 연결되는 곳 2개소로 총 4개소로 간격은 15~20m로 확보되었다. Case E는 서적을 보관하고 있는 물류창고로 Case E는 지하1층, 지상 4층 규모의 물류창고로 철근콘크리트 및 EPS 샌드위치패널 구조가 적용되어 있으며, 층고는 3.5m로 시공되어 있다. 출입구는 전 후면에 각 1개소씩, 하역을 위한 1개소로 총 3개에 가장 먼거리는 25m 확인되었다. Case F는 해외이사 등의 짐을 보관하는 랙크식 창고로 다양한 종류의 적재물품이 복합적으로 수용되어 있었다. 지상 1층과 지상 2층의 2개의 건물로 이루어져 있으며, 건축구조는 철골구조가 적용되었다.
또한, 난연 등급 인정받지 못한 EPS 샌드위치 패널로 마감되었으며, 층고는 1층은 7m, 2층은 3.5m로 시공되어 있다. 출입구는 주출입문 1개로 확인되었으며, 규모가 작지만 다양한 적재품이 보관되어 화재 시 피난을 위해서는 출입구 반대편 등 추가 출입구가 반드시 필요할 것으로 판단되었다.
Case G는 의류를 저장하는 물류창고이며, 건물은 철근콘크리트, 프리캐스트 콘크리트 구조가 적용되었고, 외부 캐노피에 철골구조가 적용되어 있었다. 외벽은 내화성이 있는 우레탄 패널로 마감되었으며, 층고는 9.8m로 시공되어 있다. 또한, 외기에 면한 피난 개구부는 총 2개소로 12m 거리로 설치되었으나 화재시 피난구가 부족 할 것으로 판단된다. Case H의 경우 기본적으로 내화성이 우수한 우레탄 패널의 외벽 마감과 철근콘크리트 구조가 적용 되었으나, Fig. 2의 (b)와 같이 랙크식 자동화창고와 증축된 부분은 철골구조로 시공되어 화재 확산 위험성이 높은 적재물이 저장되어 화재에 취약한 건축구조로 되어 있음을 확인 할 수 있었다. 또한 외기에 면한 출입구는 주출입구 2개, 부출입구 1개로 총 피난개구부는 3개소에 간격은 35~50 m로 설치되어 화재 시 안전하게 대피할 수 있도록 설치된 것으로 판단되었다. 현장실태조사 분석결과를 요약하면 Table 5와 같다.
Table 5
Result of the Field Survey
4. 결론
최근 샌드위치 패널이 적용된 대형물류창고에서 화재가 빈번하게 발생되고 있다. 이와 같은 문제에 대비하기 위한 현장실태조사는 대형물류창고의 건축구조형식, 샌드위치 패널, 피난개구부의 위치 등 화재 시 소화활동에 참여하는 소방관들의 안전한 대피 방안 강구 측면에서 수행되었다. 대형물류창고의 지하층은 철근콘크리트 구조, 지상층은 철골구조에 샌드위치패널 마감재료를 사용하고 있었으며, 최근에 건설된 대형물류창고의 경우에 건물 전체가 철근콘크리트 구조를 적용한 물류창고도 있었으나 원가절감과 공기단축 등의 이유로 많은 창고가 철골구조와 샌드위치 패널을 사용하고 있었다. 이와 함께 대부분의 물류창고가 단일 적재물품의 수용을 위한 용도가 아닌 임대방식의 운영을 통해 다양한 적재물을 보관하고 있으나 대다수의 창고에 피난개구부가 부족할 것으로 조사되어 화재 시 적절한 대처가 어려울 것으로 판단되었다. 또한, 지상 1층을 기준으로 하역장을 제외한 출입구의 현황을 조사한 결과 1~4개소로 설치되어 화재 시 피난개구부가 집중되거나 간격이 짧게 설치되었으며, 주출입구 반대방향에는 출입구가 없는 등 다양한 방향으로 소방관이나 재실자가 대피하는데 피난개구부가 안전하고 충분히 배치되지 않은 것으로 판단되었다. 이는 과거 화재 시 재실자와 소방관의 원활한 대피로가 확보되지 않아 인명피해의 원인이 된 것으로 판단된다.
결과적으로, 건축적 측면에서의 대형물류창고의 방재 방안으로 다음 내용을 제안하고자 한다.
(1) 대형물류창고는 화재하중이 다른 적재물의 성격을 고려하여 건축구조 형식 및 외부 마감재를 선택하여야 한다.
(2) 위험 등급별 화재하중에 따라 난연 2급 이상 패널 사용 의무화 등 난연 3급의 샌드위치 패널 사용 제한 기준을 강화하여야 한다.
(3) 기존 샌드위치 패널 대형물류창고는 화재 시 재실자와 소방관들의 대피에 필요한 최소한의 피난개구부의 확보 및 위치 선정 등 소방건축 설계 요소의 강화를 통한 최적의 방재계획에 대한 보완이 필요하다.
(4) 향후 화재 시 건축구조물의 붕괴방지를 위하여 위험등급별 화재하중을 고려하고 대형물류창고에는 내화피복 등의 보강기준을 제시하여 내화성능을 증가시키는 내화피복재료 및 두께와 마감재료 등의 선정이 중요한 것으로 판단된다.
이를 위해 적재물의 위험등급분류체계를 고려한 건축구조의 표준화와 철골구조 내화피복 등의 보강기준 등 추가적인 연구를 수행할 예정에 있다.
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