초고층 건축물에서 피난시간 단축방안에 관한 연구

황현수 가천대학교 글로벌캠퍼스 일반대학원 2025 국내박사

초고층 건축물에서 피난시간 단축방안에 관한 연구 황 현 수 가천대학교 일반대학원 소방·방재공학전공 지도교수 최 돈 묵 초고층 건축물에서 각층의 모든 거주자들이 옥외로 피난하는 총피난시간 에 대한 명확한 법규정은 국내와 국외 모두 없었다. 일반적으로 화재시뮬레이션에서는 하나의 층 또는 하나의 공간에서 사람 이 거주할 수 있는 최대시간인 피난허용시간을 화재시뮬레이션을 통하여 산 출한다. 그리고 해당 층이나 해당 공간에서 피난시뮬레이션을 수행하여 피 난허용시간 이내에 피난함을 입증하는 방식으로 피난안전성을 검증하여 왔 다. 그러나 2001년 9월 11일 WTC(World Trade Center) 테러 사고 등과 같은 초대형 재난상황 발생 시에는 건축물 전체의 거주자들이 동시에 피난하는 것이 필요하게 되었고, 건축물 전체의 피난허용시간은 여러 층이 있기 때문 에 화재시뮬레이션을 통하여 구할 수 없는 실정이었다. 그래서 NIST(National Institute Standard Technology) 논문에 나와 있는 주 요구조부 내화시간의 50%를 최대 피난허용시간이라고, 관행적으로 사용하여 왔다. 일반적으로 주요구조부 내화시간이 3시간이기 때문에 전 세계 대부분의 초고층 건축물에서는 주요구조부 내화시간의 절반인 90분을 최대 피난허용 시간이라고, 정의하여 사용하여 왔다. 그러나 이것은 건축물의 층수, 용도, 면적, 형태 등이 다른 모든 건축물들 에서 동일하게 적용하는 데에는 다소 합리적이지 않은 점이 있었지만 초고 층이라는 복잡성을 고려하면 대안은 없는 실정이다. WTC 사고를 계기로 2018년에 개정된 IBC(International Building Code)에서 는 총피난시간이 1시간 이내가 되어야 한다고 새로운 규정을 도입하였다[3]. 참고적으로 기존에 건축된 브르즈칼리파(162층)는 89분, 롯데월드타워(123 층)는 63분, 상하이타워(128층)는 90분 등 총피난시간이 모두 NIST 논문의 90분이라는 최대 피난허용시간 기준을 이용하고 있다. 이는 NIST 논문에서 총 피난시간은 90분이라는 근거가 있었기 때문에 관행적으로 사용된 것이었 다[2]. 2018년 이후에는 IBC에서 1시간으로 제한하였기 때문에 2018년 이후 에 건축되는 초고층 건축물에서는 피난시간의 단축은 매우 중요한 문제가 될 것이다. 또한 우리나라는 2024년 1월 소방청에서 작성하여 배포한 성능위주설계 가이드라인에 IBC 기준을 도입하여 건축물에서의 총 피난시간이 1시간이 되 도록 개정되었다. 이는 성능위주설계 대상이 30층 이상(아파트는 50층) 또는 높이 120m 이 상이기 때문에 대부분 고층건축물 또는 초고층 건축물이 적용된다고 할 수 있다[4]. 총피난시간 1시간은 초고층 건축물에서 달성하기 매우 어려운 문제이다. 또한 고층 건축물 중에서도 수용인원이 많은 용도가 있는 경우에는 피난설 계에서 많은 어려움이 예상된다. 반면에 1시간 이내에 모두 피난한다면 초고층 건축물이나 고층건축물에서 의 재난 시에 인명피해를 많이 줄일 것으로 판단되므로 긍정적인 변화라고 생각되며, 피난시간의 단축을 위한 많은 연구가 필요하다. 본 논문의 목적은 향후 설계되는 초고층 건축물에서 총피난시간이 1시간 이내가 되기 위하여 단순히 피난층 전용승강기의 숫자만 증가시키는 것이 아니라 다양한 피난시간 단축방안에 대해서 피난시뮬레이션 검증을 통하여 연구하였다.

영유아 어린이집 화재위험성 평가를 통한 피난 안전 개선 방안에 관한 연구

조아라 서울과학기술대학교 2018 국내석사

This study assessed the fire risk of day care centers which is located in Daegu, using Pathfinder and FDS, and deals with the improvement of evacuation safety. Because Day care centers have infants who are not able to evacuate by themselves and toddlers who need helpers to evacuate, fire is more likely to cause a catastrophe. The fire risk has been assessed based on Case1 applied to the number of current nursing teachers for infants under the age of one and Case2 which enables them to evacuate in both directions. According to the number of nursing teachers based on infant child care act, a nursing teacher for less than one-year-old infants is allowed to nurture 3 toddlers. The result of fire risk assessment shows that Case1 makes it impossible to evacuate because RSET(Required Safe Egress Time) overruns ASET(Available Safe Egress Time) on first and second floor. Based on the number of nursing teachers given from infant child care act, there should be a nursing teacher per an infant under the age of one, so there are twelve infants and four nursing teachers on the first floor, and bottleneck phenomenon happened at the exit leading to outside. In Case2, there should be a nursing teacher per two infants, and there are twelve infants and six nursing teachers. After adding one more exit on the second floor, it turned out to be safe because RSET is within ASET. Through this study, it is aimed to raise awareness about the necessity of fire risk assessment of day care centers where there are infants who lacks the ability to handle the crisis. In addition, the fire evacuation is improved for infants as the weak and it is expected that infants as our society's dream and future will stay in more safe day care centers. 본 연구에서는 대구에 위치한 한 직장형 어린이집을 대상으로 피난시뮬레이션(Pathfinder) 과 화재시뮬레이션(FDS) 를 이용하여 화재위험성 평가를 진행 하고 화재위험성 결과에 따라 피난 안전 개선 방안에 관하여 연구하였다. 어린이집은 자력으로 피난이 불가한 영아 및 피난에 조력자가 필요 한 유아들이 재실하고 있어 화재 시 대형 참사로 이어질 수 있다. 대상 어린이집은 현 보육인원을 적용한 Case1 과 1세미만의 보육교사를 충원하고 2층의 양방향피난이 가능하도록 적용한 Case2 의 경우로 화재위험성 평가를 실시하였다. 영유아보육법의 보육교사 배치기준에 따르면 1세미만의 보육교사1명당 영아3명을 보육 할 수 있다. 화재위험성평가 결과 Case1에서는 1층과 2층에서 필요피난시간(RSET)이 허용피난시간(ASET)보다 많이 나타나 피난이 불가한 것으로 나타났다. 1층에서는 영유아보육법 보육교사배치기준에 따라 1세미만 영아3명당 보육교사 1명으로 영아12명과 보육교사4명이 재실하고 있었으며, 2층에서는 외부로 통하는 출구에서 병목현상이 나타났다. Case2에서는 영아2명당 보육교사 1명으로 영아12명과 보육교사6명, 2층 출구를 1개소 늘여 평가를 진행 한 결과 필요피난시간(RSET)이 허용피난시간(ASET)안에 들어와 안전한 것으로 확인 되었다. 본 연구를 통하여 위기 대처 능력이 부족한 영유아가 재실하고 있는 어린이집의 화재위험성 평가의 필요성을 인지하고 피난 약자인 영유아들의 화재 시 피난성능이 향상되어 우리 사회의 꿈과 미래인 영유아들이 더욱 안전한 어린이집에서 생활 할 수 있기를 기대한다.

대심도 지하역사 화재안전성 향상을 위한 환기설비 최적 운영 방안 연구

김영매 한국교통대학교 교통대학원 2020 국내박사

지하 철도의 노선이 증가함에 따라 지하역사의 심도(深度)가 더욱 깊어지고, 이로 인해 화재 시 피난자의 이동거리가 늘어나므로 인명피해가 더 크게 발생할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 지하역사에서 열차 화재 시 화재안정성 향상을 목적으로 다양한 환기설비의 운전모드를 조합하여 전산유체해석(CFD)을 통해 제연효과를 정량적으로 분석하였다. 화재 시나리오 3개와 제연 시나리오 25개가 조합된 총 75개 시나리오를 전산유체해석(CFD)을 통해 온도, 매연(Soot) 농도, CO 농도에 따른 인명피해 기준을 고려하여 허용안전피난시간(ASET)을 계산하였고 화재안전성 향상을 위한 환기설비의 최적 운영방안을 제시하였다. 해석결과를 토대로 지하역사 열차 화재 시 굴뚝 효과(Stack effect)가 발생하였다. 정거장 운전모드(Mode_Station)의 제연풍량이 크기 때문에 터널 운전모드(Mode_Tunnel)보다 제연효과에 미치는 영향이 더 큰 것으로 확인되었다. 정거장에서 급기가압하여 화재 연기가 승강장으로 유입되지 않도록 하고 터널 환기설비를 이용하여 제연하는 방식이 기존의 방식보다 화재안전성을 향상시킬 수 있다. 화재 차량 위치에 따라 끝단 차량 화재의 경우 터널에 있는 환기구 팬(TVF)을 이용하여 화재 차량과 가까운 환기구에서 배기하는 것이 가장 효율적인 제연효과로 나타났고, 중앙 차량 화재의 경우 터널의 환기구 팬(TVF)을 이용하는 것보다 정거장 공조설비(SVR)를 이용하여 전체 급기하거나 또는, 승강장에서 배기, 대합실에서 급기하는 조합이 제연에 효율적인 것으로 확인되었다. With the increasing number of underground railway lines, the depth of underground station is getting deeper and deeper. In the event of a fire, more casualties are expected to occur as the route of evacuation is extended. In this study, the operation modes of various ventilation facilities are combined to improve the fire stability in the event of a train-fired in underground station. The available safe egress time (ASET) of a total of 75 scenarios combined with 3 fire scenarios and 25 smoke-control scenarios was calculated considering the criteria for human casualties according to temperature, Soot concentration, and CO concentration through the CFD. The smoke-control effects of 75 scenarios were compared and analyzed to present the optimal operation plan of ventilation facilities for fire safety improvement. Based on the analysis results, a stack effect occurred during the train-fired in the underground station. Due to the larger amount of ventilation of Mode_Station, it has been found to have a greater impact on the smoke-control effect than the Mode_Tunnel. The method of preventing fire smoke flow into the platform by supplying air from the station and smoke-control using tunnel ventilation system can improve the fire safety compared to the existing method. Depending on the location of the fire vehicle, the most efficient smoke-control effect was to use the Tunnel Ventilation Fan (TVF) to exhausted air where the fan was closed to the fire vehicle. In the case of a central vehicle fire, it has been confirmed that supplied air using the Station Ventilation of Registers (SVR) or exhausted air in platform and supplied air in waiting room was more efficient on the smoke-control effect than using the Tunnel Ventilation Fan (TVF).

J고등학교 기숙사의 피난안전성 평가를 통한 소방안전교육 개선방안

문영주 우석대학교 일반대학원 2026 국내박사

This study aims to deeply analyze fire safety in high school dormitories through an integrated approach combining engineering evacuation simulation and empirical verification of educational effectiveness, and to explore practical strategies for improving fire safety education based on the findings. To this end, fire simulations were performed using FDS-based PyroSim on a specific high school dormitory to calculate the Available Safe Egress Time (ASET). Concurrently, the time required for students to evacuate was measured through actual evacuation drills, defining this as the Required Safe Egress Time (RSET). Furthermore, the empirical effectiveness of fire safety education was statistically verified through pre-and post-tests by assigning 50 dormitory students to an experimental group and 54 non-dormitory students to a control group. The key findings are as follows. First, PyroSim simulation results indicated that the ASET for the high school dormitory was approximately 280 seconds after ignition. Notably, structural vulnerability was identified as the main evacuation corridor reached the danger threshold earliest. Second, the RSET measured during the actual drill was 264 seconds. Although evacuation was possible as this was shorter than the ASET (280 seconds), the safety margin was only 16 seconds, indicating a very high potential risk. Third, fire safety education statistically significantly improved students' safety awareness in the areas of fire prevention, preparedness, and initial response (p<.05). However, no significant change was observed in the "evacuation" domain, suggesting a need for the advancement of educational content and methods to strengthen actual evacuation behavioral competence. Fourth, the student's home environment (specifically parental support) was found to influence educational effectiveness, confirming the importance of fire safety education that considers building a safety culture linked with the family. In conclusion, this study empirically demonstrated, through the objective indicator of "safety margin," that securing fire safety in high school dormitories requires simultaneous reinforcement of human capabilities (reducing RSET) and assurance of physical safety through facility improvements (extending ASET). By proposing a "280-second Golden Time" based on ASET analysis as a practical evacuation training goal and suggesting urgent policy measures such as customized education and sprinkler installation, this study offers significant practical and policy contributions to the fields of education and building fire protection. 이 연구는 고등학교 기숙사의 소방 안전성을 공학적 피난 시뮬레 이션과 교육 효과의 실증적 검증이라는 통합적 접근을 통해 심층적 으로 분석하고, 이를 기반으로 실질적인 소방 안전교육 개선 방안을 모색하는 데 목적이 있다. 이를 위해 J고등학교 기숙사를 대상으로 FDS 기반의 PyroSim을 활용하여 화재 시뮬레이션을 수행하고, 피 난 허용 시간(ASET)을 산출하였다. 이와 같이 실제 대피 훈련을 통 해 학생들의 피난 소요 시간을 측정하고, 이를 요구 피난 시간 (RSET)으로 정의하였다. 또한, 기숙사 학생 50명을 실험집단으로, 비 기숙사생 54명을 통제집단으로 설정하여 소방 안전교육의 실증 적 효과를 사전-사후 검사를 통해 통계적으로 검증하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, PyroSim 시뮬레이션 결과, 고등학교 기숙사의 ASET은 화재 발생 후 약 280초로 분석되었다. 특히, 주 피난 통로인 복도에서 가장 먼저 위험 한계에 도달하는 구 조적 취약성이 확인되었다. 둘째, 실제 대피 훈련에서 측정된 RSET 은 264초였다. 이는 ASET(280초)보다 짧아 피난은 가능했지만, 안 전 여유 시간(Safety Margin)이 16초에 불과하여 잠재적 위험도가 매우 높은 것으로 평가되었다. 셋째, 소방 안전교육은 학생들의 안 전의식(화재 예방, 대비, 초기 대응 영역)을 통계적으로 유의하게 향 상시켰으나(p<.05), ‘피난’ 영역에서는 유의한 변화가 관찰되지 않아 실제 피난 행동 역량 강화를 위한 교육 내용 및 방법의 고도화가 필 요한 것으로 나타났다. 넷째, 학생의 가정환경(부모의 지지)이 교육 효과에 영향을 미치는 것으로 나타나, 가정과 연계하는 안전 문화 구축을 고려한 소방 안전교육의 중요성을 확인하였다. 결론적으로, 고등학교 기숙사의 소방 안전 확보는 인적 역량 강 화(RSET 단축)와 시설 개선을 통한 물리적 안전성 확보(ASET 연 장)가 동시에 요구됨을 ‘안전 여유 시간’이라는 객관적 지표를 통해 실증적으로 입증하였다. 이 연구는 ASET 분석에 기반한 ‘280초 골 든 타임’을 실질적인 피난 훈련 목표로 제시하고, 맞춤형 교육 및 스 프링클러 설치 등 시설 개선의 시급성을 정책적으로 제언함으로써, 교육 및 건축 방재 분야에 있어 실무적·정책적 기여를 제공한다.