KICT 한국건설기술연구원

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• 건축물 종합 화재안전 진단 평가 모델 개발 건축물 종합 화재안전 진단 평가 모델 개발 ▲ 권오상 화재안전연구소 수석연구원 들어가며 화재 사고는 인류가 불을 사용하면서부터 지속되어 왔으며, 이에 따른 인적 및 물적 피해도 동반되어 왔다. 화재사고는 수많은 원인으로 인해 발생되고 이후에 다양한 특성에 따라 대형화재로 확산되기도 하고 자연 소멸하기도 한다. 이처럼 화재는 발생에서 부터 확산되기까지 다양한 이유와 원인이 있기 때문에 이를 통해 화재위험을 예측하는 것은 기술적인 한계를 가지고 있다. 현재 IT 기술의 발전으로 CCTV 등을 활용한 영상정보, 교통 상황 및 지역 특성을 고려한 공간정보와 건축물 내의 센서 등을 활용한 데이터를 활용해 다양한 화재위험을 예측하는 기법들이 지속적으로 연구 개발되고 있지만 건축물에서 화재 특성을 반영하지 못하거나 일부 부분만 적용하고 있어 다양한 화재위험을 판단하기에는 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서 기존 건축물에서의 화재 특성을 반영한 통합 화재안전 진단 평가 모델을 제시하고 이를 향후에 앞서 제시한 IT 기술과의 융·복합을 통해 현재의 기술적 한계를 극복하고 나아가 화재에 대한 국민의 생명과 재산을 보호하는 데 도움이 되고자 한다. 국내 화재위험도 평가 기술 국내에서는 대형 인명피해를 발생시킨 화재사고로 인해 정부에서 ‘국가안전대진단’을 통해 중앙부처와 지자체, 공공기관 및 민간기관 등이 참여하여 사회 전반의 안전관리 실태를 점검하고 개선해오고 있다. 이때 사용되는 화재안전성능 평가는 표 1에 관련 예시를 나타내었다. Risk Matrix(한국산업보건공단, 2012) 건축물에서 화재위험을 정성적으로 평가하는 방법으로 가능성 등급과 사고강도 등급으로 대표되는 2차원의 위험 축으로 표현되고 이 방법은 Risk Matrix 상에서 화재발생 확률과 사고 강도에 따라 위험등급이 결정된다. 본 방법을 활용하여 결과를 도출할 때, 평가되는 위험 요소들은 개별적 빈도 수(확률)와 강도(결과)를 가지고 있으며, 평가 결과가 관련 전문가의 분석 및 판단에 의해 도출된다. 일반적으로 Risk Matrix는 정성적 평가방법으로 알려져 있으나 분석 그래프축과 설정 값을 구체적으로 수치화하여 정량적 또는 준정량적 평가 방법으로 활용할 수도 있다. 정성적 Risk Matrix에서는 평가 결과의 구체적 수치와 발생 가능성 및 평가하고자 하는 상관관계에 대한 충분한 이해가 없더라도 대략적 결과를 파악할 수 있다. 체크리스트 평가 방법 화재위험 평가에서 가장 많이 사용되는 체크리스트 평가 방법은 다양한 분야에서 평가 대상의 진행 현황 파악 및 개선점 도출에 활용되고 있다. 평가자가 평가항목에 전문성만 보유하고 있으면 평가 방법 자체의 사용성에는 어려움이 없어 가장 쉽게 접할 수 있는 형태의 위험 평가 방법이고 평가 목표를 달성할 때 발생하는 최소한의 위험을 인지하는 데 효과적이다. 또한 전문성을 갖추지 않은 건축물의 화재안전 담당자가 해당 평가항목과 적용기준을 참고하여 대상 건축물의 화재안전 확보 차원에서 무엇을 개선해야하는지 파악할 수 있는 가이드라인 역할을 할 수도 있다. 체크리스트 평가 방법은 여러 분야에서 위험 판단뿐만 아니라 일반 행정업무 및 프로젝트를 평가하거나 공정률을 확인할 때 이용될 수 있으며, 일반적으로 체크리스트는 위험요소를 확인하여 기준 절차가 지켜지는지를 확인하고 추가적으로 상세한 평가가 필요한지를 판단할 수 있다. 체크리스트를 사용하여 얻은 정성적인 결과는 상황에 따라 변하지만 일반적으로 기준 절차에 대한 ‘yes or no’의 결정으로 나타낸다. 화재위험도지수(FRI: Fire Risk Index) 화재성장 과정은 화재위험 예측에 가장 영향을 주는 요소이기 때문에 이를 Event Tree Analysis 개념을 적용하여 나타낸 방법이 화재위험도 지수이다. 이 지수는 화재통계의 분석결과를 기본 위험도로 산정하고 화재의 발생이나 그 위험을 증가시킬 수 있는 요소와 피해를 경감시킬 수 있는 요소를 고려하여 화재위험도 지수를 도출한다. 화재위험도 지수는 특수 건물의 과거 5년간 업종별 화재통계 자료에서 기본 지수를 구하고 화재위험 증가요인과 관리체계를 고려하여 잠재 화재위험 지수를 결정한 후 화재피해 경감요인을 반영한 지수이다. 화재위험도 지수 모델은 특수건물이 업종별 화재통계와 화재발생 가능성 증가요소 및 화재피해 경감에 기여할 수 있는 요소에 바탕을 두고 있어 화재로 인한 물적 손실 가능성과 피해범주를 이들 개념만으로 분석해야 하는 한계가 있다. 또한, 본 평가방법은 사실적인 현장조사나 점검을 통해 객관적 평가결과를 얻을 수 있기 때문에 화재위험도 지수 모델을 이해하지 못한 경우에는 신뢰도에 문제가 생길 수 있다. 국외 화재위험 평가 기술 B-Risk는 2013년도에 뉴질랜드 건축 및 건설연구기관인 BRANZ의 Colleen Wade가 뉴질랜드 건축법 NZBC(New Zealand Building Code)를 바탕으로 하여 모델설계 및 개발을 진행하였다. 이전 Tool로 BRANZ-Fire가 존재하지만 이는 2012년도까지 활용되었으며 이후는 업데이트되고 있지 않다. Zone Model(정성적방법론이 기반이 되는 구획공간 모델)을 활용한 이전 버전의 BRANZ-Fire와의 가장 큰 차이점은 Latin-Hypercube Monte-Carlo Simulation(정량적으로 샘플링할 수 있는 시뮬레이션)을 활용하여 확률적으로 화재위험성을 평가할 수 있다. CESARE-Risk는 2000년도에 호주의 건축법위원회 ABCB(Austalian Building Code Board)와 관련 기관들이 개발한 정량적 화재위험평가 도구로 A.M. Hasofer, J. Qu, V.R Beck이 함께 개발하였고, Beck의 방법론을 토대로 모델을 설계하였다. 건물 및 화재 조건에 대해서 설정하는데 건물에 대한 기본 전제 등은 정적 이벤트 트리로 구성하고, 화재성장 및 화재확산의 불확실성은 동적 이벤트 트리로 구성되어 있다. 이를 통해 비용-효율적인 측면을 고려하여 정량적으로 화재위험도를 평가할 수 있다. CESARE-Risk는 2001년도에 FIRE-RISK라는 이름으로 변경되었고 이는 컴퓨터 프로그램으로 활용되기도 하지만 방법론 및 모델의 알고리즘에 집중하여 이를 전반적으로 활용할 수 있도록 업데이트가 되었다. FiRECAM은 1999년도에 캐나다 건축법(National Building Code for Canada)을 근거로 David Yung 등 5명의 연구진이 모델 설계 및 개발을 진행하였으며, 15개의 서브모델로 구성되어 화재가 발생하였을 때의 단계별로 화재성장, 연기확산, 재실자 응답, 소방대 개입의 동적상호작용을 적용하여 화재위험도를 평가하는 프로그램이다. 통계 데이터를 활용하여 비용-효율적인 측면을 고려하는 정량적 방법이고, 시나리오의 개수는 설계화재의 유형, 스프링클러의 설치유무, 개구부 등으로 나누어서 설정하도록 되어 있다. F.R.A.M.E은 2008년도에 벨기에의 Erik De Smet에 의해 개발된 준-정량적 평가방법을 활용한 도구이며, 그리테너의 방법론을 활용하여 잠재위험, 수용수준, 보호수준에 해당하는 각각의 계수를 계산하여 건물 내의 화재위험도를 도출하는 방식이다. BS9999, NFPA 551, EU Guideline등 해외 기준들에 활용되고 있고, 비용-효율 측면과 내부 활동, 요구자의 성능에 따라 대체설계를 고려할 수 있다. 건축물 종합 화재안전 진단 평가 모델(K-FRA) 개발 건축물에서 화재사고에 따른 인명과 재산 피해를 저감시키고 사전에 화재사고에 대한 예방 차원의 대응을 위해 한국건설기술연구원에서는 건축물에 대한 통합 화재안전 평가기술을 바탕으로 K-FRA(KICT Fire Risk Assessment)를 개발하였다. K-FRA는 화재가 발생되는 화재실에서의 화재확산 위험을 바탕으로 건축물 내의 재실자 피난 위험과 내화구조의 위험을 분석하고 이를 통해 건축물에서의 통합 화재안전도를 평가하는 데 목적을 가진다. 화재확산 위험 평가는 건축물에서 화재가 발생될 경우에 화재의 확산 위험을 평가하는 방법으로 건축물의 화재심각도와 건축물의 화재대응도로 총 5등급으로 제시된다. 화재 심각도는 건축물의 용도, 구성재료의 가연성 여부와 화재성장률을 통해 결정되고 화재 대응도는 건축물의 층수, 인접도로, 내화시간과 방화관리자 특성과 같은 소방력을 통해 결정된다. 피난위험 평가는 총 3단계를 거쳐 5등급으로 제시된다. 1단계에서는 화재실의 면적평가, 피난용량평가 및 피난위험평가로 구성되고 층에 존재하는 화재실을 평가하게 된다. 2단계에서는 상정되는 화재실을 기반으로 화재조건에 따른 재실자의 안전성을 ‘안전’ 또는 ‘불안전’으로 평가하고 이를 통해 최종 3단계에서 사상자 발생확률과 재난약자 상주여부에 따라 총 5등급으로 나타낸다. 내화구조 위험평가는 건축물의 준공 이후 실사용 중인 기존 건축물을 대상으로 내화구조의 화재위험도를 예측 및 평가하는 데 목적을 가지며, 실사용 기존 건축물 주요 구조부재의 내화성능 취약요인 모니터링과 더불어 화재 시 건축물의 구조적인 붕괴 가능성을 미연에 예방 및 대비하는 데 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 앞서 평가된 건축물에서의 화재확산, 피난 및 내화구조 위험의 결과를 바탕으로 통합적인 화재안전을 A~E의 총 5등급으로 나타내게 된다. 통합 화재안전 평가는 다양한 분야에서 과거부터 널리 사용되고 있는 퍼지추론 이론을 활용하여 3개의 위험분석 파트 결과에 따라 발생할 수 있는 모든 가능성을 고려하여 결과를 도출한다. 예를 들어 모든 위험요인의 평가 등급이 2등급으로 나타낼 경우, 사전에 계산된 확률 라이브러리를 바탕으로 Min-Max 연산을 통해 B등급에 속할 가능성을 분석하고 최종적인 등급을 제시하게 된다. 맺음말 건축물에서의 화재사고는 지속적으로 발생되고 있으며, 대형화재가 지속적으로 발생되어 다수의 인명 및 재산 피해도 나타나고 있다. 반복적인 화재사고를 저감하기 위해서는 사전에 화재위험에 대한 요인을 분석하고 차단하는 것이 가장 효율적이지만 복잡하고 다양한 화재 발생 및 확산 원인으로 인해 한계가 있다. 본 연구에서는 국내외에서 제시 및 사용되고 있는 화재위험 평가 방법 및 기술에 대하여 소개하였고 이러한 방법 및 기술들에 한계와 제약 등을 극복하기 위해 한국건설기술연구원에서 국내 실정을 고려하고 화재 공학적 분야들을 통합하여 개발한 건축물의 통합 화재안전 평가 기술을 제시하였다. 또한 이를 통해 국내에서 발생되는 화재사고의 피해를 저감하고자 다양한 현장적용 및 기술의 신뢰성 확보가 향후에 이뤄질수 있을 것으로 판단된다. 화재안전연구소 게시일2022-01-25 조회수 1426

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