초고층 건축물에서 피난시간 단축방안에 관한 연구 = A Study on Measures to Reduce Evacuation Time in Super High-Rise Building

국문 초록 (Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• I 서 론 1
• 1. 연구 배경 및 목적 1
• 2. 연구동향 4
• 2.1 국내 4
• 2.2 국외 5
• 3. 연구범위 및 방법 6
• II 이론적 고찰 9
• 1. 초고층 건축물 화재 주요 인자 9
• 1.1 용어의 정의 9
• 1.2 초고층건축물에서 나타나는 현상들 17
• 1.3 피난안전구역 및 선큰의 기준 21
• 2. 피난용승강기 및 피난층 전용승강기 23
• 2.1 승강기의 개요 23
• 2.2 피난용 승강기 25
• 2.3 피난층 전용승강기 26
• 3. 수용인원 30
• 3.1 수용인원의 정의 30
• 3.2 국내법에 의한 수용인원 31
• 3.3 해외 법에 의한 수용인원 35
• 4. 초고층 건축물의 화재사례 40
• 4.1 해외 초고층 건축물의 화재 사례 40
• 4.2 국내 초고층 건축물의 화재사례 48
• III 시뮬레이션을 이용한 피난시간의 분석 52
• 1. 일반사항 52
• 1.1 연구대상 건축물 52
• 1.2 사용 프로그램 (Pathfinder) 56
• 1.3 수용인원 산출 58
• 1.4 시나리오의 설정 73
• 1.5 시뮬레이션 입력 값 81
• 2. 피난계단을 이용한 피난시간 분석 88
• 2.1 분석조건 88
• 2.2 분석 결과 90
• 3. 피난층 전용승강기만을 이용한 피난시간 분석 107
• 3.1 분석 조건 107
• 3.2 Case별 분석 결과 111
• 4. 피난안전구역의 배치 및 간격에 따른 피난시간 분석 118
• 4.1 분석 조건 118
• 4.2 Case별 분석 결과 122
• 5. 피난계단과 피난층 전용승강기를 병용한 피난시간 분석 136
• 5.1 분석 조건 137
• 5.2 분석 결과 140
• 5.3 1층 출입문 폭 변경에 따른 시뮬레이션 결과 분석 156
• IV 시뮬레이션 결과 분석 및 피난시간단축 원칙 제시 176
• 1. 수용인원 176
• 1.1 수용인원과 피난시간의 상호관계 176
• 1.2 수용인원과 피난계단의 상호관계 180
• 1.3 수용인원과 피난안전구역의 상호관계 183
• 1.4 수용인원과 피난층 전용승강기의 상호관계 186
• 2. 피난계단 189
• 2.1 피난계단과 피난안전구역의 상호관계 189
• 2.2 피난계단과 피난층 전용승강기의 상호관계 191
• 2.3 피난계단의 폭과 피난시간의 상호관계 192
• 2.4 피난계단과 피난시간의 상호관계 193
• 3. 피난안전구역 194
• 3.1 피난안전구역과 피난층 전용승강기의 상호관계 194
• 3.2 피난안전구역과 피난계단의 상호관계 195
• 3.3 피난안전구역과 피난시간의 상호관계 196
• 4. 피난층 전용승강기 197
• 4.1 피난층 전용승강기의 필요성 197
• 4.2 피난층 전용승강기와 피난용승강기의 상호관계 198
• 4.3 피난층 전용승강기와 피난시간의 상호관계 199
• 5. 피난계단과 피난층 전용승강기의 병용 200
• 5.1 피난계단과 피난층 전용 승강기 이용율 200
• 5.2 피난계단과 피난층 전용승강기의 병용시 피난시간 분석 202
• 6. 피난시간 단축 5원칙 204
• 6.1 피난시간 단축 전제 조건 204
• 6.2 피난시간 단축 5원칙과 Block Diagram 208
• V 결론 214
• References 216