한국건설기술연구원

재난상황 대응을 위한 유해가스 측정기 개발연구 재난상황 대응을 위한 유해가스 측정기 개발연구 ▲ 심재웅 화재안전연구소 수석연구원 들어가며 전 세계적으로 사용되고 있는 상업용 화학물질은 1,500만 종 이상으로 알려져 있다. 이들 중 약 7만여 종 이상의 화학물질이 우리 생활에 밀접하게 사용되고 있으며, 매년 1t 이상 생산되고 있는 화학물질은 1,000여 종에 달한다. 우리나라에서 산업공정에 사용 및 유통되는 화학물질의 수가 약 4만여 종에 달하는 등 현대사회 산업발전에서 차지하는 화학물질의 중요도와 범위는 상당하다고 볼 수 있다. 하지만 화학물질 생산과 사용이 증가함에 따라 경제적 손실을 초래하는 화학사고의 발생빈도와 피해규모 또한 지속적으로 증가하고 있다. 특히 우리나라에서 발생한 2012년 구미 불산사고로 인하여 화학사고가 지니는 위험성에 대해 각인되었으며 화학사고에 대한 안전대책을 다시 돌아보는 계기가 되었다. 이후에도 각종 화학사고가 발생하면서 화학물질을 철저하게 등록 및 관리 하여 피해를 방지하기 위하여 2015년부터 화평법(화학물질의 등록 및 평가 등에 관한 법률)과 화관법(화학물질관리법)이 시행됨으로써 유해화학물질에 대한 안전을 근본적으로 관리하고자 하였다. 유해화학물질 안전관리에 대한 대응 체계에 맞춰서 우리나라의 화학물질 사고를 저감하기 위해 2014년부터 출연(연)간 공동 융합시범 과제가 시행되었으며 14개 기관이 참여, 245억 원의 연구지원으로 ‘화학물질사고 예방, 감시 대응기술 개발’ 연구를 수행한 바 있다. 당시 산업공정에서 발생 가능한 유해가스 및 휘발성 유기화합물에 대하여 원거리에서 실시간으로 모니터링이 가능한 기술을 통해 화학적 사고발생을 예방하고자 하는 연구가 시작되었다. 이후 다부처 연구 과제를 통해 소형·경량화 유해화학 측정 센서를 무인기에 장착하여 원거리 가스 모니터링 기술 개발연구가 수행되었다. 해당 연구에 대한 주요 내용은 화학적 가스누출 등 재난이 발생한 곳에 신속하게 도착하여 실시간으로 누출 가스를 측정 및 분석하여 재난상황에 대응하고 안전지역을 확보하는 것이다. 국내외 정책 및 기술 동향 국내외 현황 및 정책 화학물질 사고는 유형별로 화재, 폭발, 질식 등 단일유형으로 나타나기도 하지만, 각 유형들의 복합적 사고발생이 많이 나타난다. 특히 화재가 전체의 43%, 누출 23%, 폭발 19%로 전체 유형의 상위 3가지로 85%를 차지하고 있다. 화재나 누출과 같은 사고의 경우 울산, 여수, 경기 지역 등 석유화학단지나 공단 등 대규모 산업단지가 위치한 지역에서 다수 발생한 보고가 있다. 화학물질을 취급하는 사업장, 보유자들의 취급 부주의, 안전의식 부재 등으로 인한 사고가 일반적으로 보고되고 있으며, 현재 화학물질로 인한 사고예방과 대응체계와 관련된 내용은 화학물질관리법에 구체적으로 명시되어 있다. 국외의 경우 유해가스 배출 관리 정책을 통해 대부분의 산업공정은 다양한 설비로 구성되어 부분적 손상으로 인한 기체/액체 형태의 화학물질 외부 누출 가능성을 방지하여 화학적 재난을 최소화 하고자 각국에서는 산업공정에서 정기적 누출검사와, 즉각적 수리를 규정하고 있다. Leak Detection and Repair(LDAR : 배출탐지기술)는 산업공정 중 발생하는 위험성 배출을 방지하기 위한 프로그램으로 이를 통해 산업체의 화재 및 폭발 방지, 근로자 보호 등의 효과를 보고 있다. 미국의 경우 EPA를 중심으로, FDA, DOE, USDA,NIH, NIEHS 등의 국가기관들이 연계하여 신종 유해화학물질 모니터링 및 노출관리 관련 정책을 마련하고 있다. 유럽의 경우 환경기술관련 연구 대부분이 Framework Programme에서 수행하고 있고, 오염자부담원칙과 사전오염예방원칙에 근간한 신화학물질 정책인 REACH(Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals)를 마련하여 2007년 6월부터 법안을 시행하고 있다. 국내외 기술동향 국내외 가스 형태의 화학(대기)물질(환경규제물질)을 진단 및 측정하는 기술은 지속적으로 발전하고 있다. 앞서 언급된 LDAR은 적외선(IR) 탐지와 같은 광학 이미지 시스템을 적용하며, 광범위한 지역의 배출상태를 신속히 확인하는 데 유용하다. 광학 영상화 기술이 도입되어 화학물질 누출을 관리하는 데 활용하며 무선전송기술, Taglee LDAR, 상대위치정보시스템(RPS) 등과 같은 기술이 접목된 새로운 측정기술이 지속적으로 개발 및 활용되고 있다. 광학 기술 중 대중적으로 보급화 된 적외선영역 기술은 누출, 배출되는 가스의 적외선 흡수를 통해 특정 파장을 분석함에 따라 IR 모니터에 표시하거나, 카메라처럼 영상으로 확인할 수 있도록 개발된 바 있다. 현재까지 대기 중 가스 측정에서 일반적으로 사용되는 대기오염 측정기들은 대부분 기계 내부의 소형 펌프를 이용하여 공기샘플을 측정기 내부로 흡입한 후 설치지점의 오염농도를 측정하는 지점 모니터링(point monitoring) 방식을 사용하며, 최근 몇 년 사이 광투과 방식을 이용한 원격측정장치인DOAS(Differential Optical Absorption Spectrometer), FTIR(Fourier Transform Infrared Spectrometer) 등의 첨단 환경계측기들이 개발되어 보급되고 있는 추세이다. 적외선 분광분석 적외선 분광분석이란 적외선 영역의 스펙트럼인 약 12,800㎝-1 내지 10㎝-1 범위의 주파수 또는 0.78㎛ 내지 1,000㎛ 파장을 갖는 복사선을 이용하여 정성 및 정량 분석에 널리 응용되고 있다. 적외선에 노출된 분자는 분자의 진동이나 회전운동으로 인한 에너지의 변화를 일으킨다. O2, N2 또는 Cl2와 같은 동핵 화학종의 진동이나 회전에서는 쌍극자모멘트의 알짜변화(net change)가 일어나지 않는다. 이러한 몇 가지 종류의 화합물을 제외하고는 모든 분자화학종은 독특한 적외선 흡수스펙트럼(그림 1)의 특징을 나타내기 때문에 특정 화합물의 정성 및 정량에 효과적으로 활용되며, 대기오염물질의 분석에 많이 활용된다. 액체와 고체에서는 분자의 회전이 크게 제한되어 불연속적인 진동선 및 회전선들은 안 보이고, 분자 간의 충돌과 상호작용 때문에 넓게 펴진 봉우리들이 나타난다. 그러나 기체상태에서는 몇 개의 회전에너지 상태가 존재하므로 적외선 스펙트럼은 일련의 밀집된 선들로 구성되며 명확하고 sharp한 peak을 가지게 된다. 그림 1은 표준가스를 사용하여 적외선 분광분석기로 분석한 화학종의 고유 흡수스펙트럼을 나타낸다. 유해화학물질 선정 및 DB 구축 유해화학물질로 선정할 수 있는 다양한 가스 중 산업에서 많이 사용되고 있는 가스 10종과 CO, CO2를 포함한 총 12종(질산, 암모니아, 염화수소, 황산, 톨루엔, 불화수소, 아크릴로나이트릴, 황화수소, 벤젠, 메틸에틸케톤)을 선정하였다. 대기 중에서 가스를 측정하기 위해서는 기존에 보유한 데이터를 바탕으로 정량 및 정성분석을 수행하게 된다. 따라서 선정된 가스의 표준 가스들을 이용하여 연구 중 개발한 챔버(ZnSe window chamber)에 표준가스를 주입하여 농도에 따른 검량선을 작성하였다(그림 2). 해당 검량선을 바탕으로 가스의 정량·정성 분석을 할 수 있는 DB를 구축하였다. 유해가스 측정기 개발연구 유해가스 측정기 개발을 위하여 NDIR 방식을 적용하여 개발 연구를 진행하였다. NDIR 측정방식은 광학식 센서(Pyroelectric sensor)를 이용하여 가스분자의 광 흡수도를 측정하여 농도로 환산하는 방식인 비분산적외선 방식(NDIR : Non-Dispersive Infrared)이며, 이는 선택적 가스 검출이 가능하여 측정 정확도가 높고, 센서 수명이 길어서 경제성 또한 확보할 수 있다. 연구를 통해 개발한 시작품의 경우 1㎏ 미만의 센서 개발이 연구목표이기 때문에 최소한의 광원과 검출기를 이용해야 하여 측정 거리는 10m로 제한하였으나, 고정식 측정 방식으로 바꾸게 되면 측정거리는 충분히 늘릴수 있다(그림 3). 시작품으로 화학종별 가스분석을 수행한 결과 분석대상이 다중으로 존재할 경우 화학 종간 중적외선 영역에서 간섭현상이 발생하기 때문에 이를 화학종별 고유 스펙트럼으로 분리하여 확인하고자 파장별 보정인 PCA(주성분분석법) 통계법을 활용하여 보정에 따른 화학종의 정량분석 정확성을 상승시켰다. 유해가스 측정기는 다양한 디자인 변경 및 거리별 측정 연구 등 챔버를 이용하여 실내에서 연구를 수행하였고, 외부 태양 빛 간섭, 온습도 보정, 실내 비행시험 등을 통해 지속적으로 시작품의 성능을 향상시켰다. 특히 개발된 유해가스 측정기는 항온·항습시험, 방수·방진시험, 전자파 규격시험등 기본적인 환경시험을 통과하였다(그림 4). 이후 과제 내 타 기관에서 개발한 무인비행체와 유해가스 측정기의 짐벌을 통해 개발 시작품을 장착하여 한국항공우주연구원 고흥비행센터에서 비행실험을 수행하였다. 실내 챔버를 이용하여 12종의 가스를 측정 및 농도확인은 하였으나, 대기 중에 고 위험군 유해가스를 누출하기가 어려워 소형 화염에서 발생되는 CO와 CO2 를 비행을 통해 가스 측정을 확인하였다(그림 5). 맺음말 본 연구는 사람이 들어갈 수 없는 재난상황 중 유해가스를 파악하고 신속하게 안전지역을 확보하기 위한 목적으로 진행되었다. 특히 드론이라는 장비를 이용하여 사람이 파악하기 어려운 대규모 충전시설이나 사업장 등에 본 기술이 적극 활용 가능할 것으로 사료된다. 능동적 감시 및 관리를 통해 재난상황이 발생하지 않으면 좋겠지만, 발생하더라도 신속하게 확인 및 안전지대 확보를 통해 국민 모두에게 안전한 삶을 누릴 수 있기를 기대하는 바이다 전체 게시일2022-02-18 조회수 2216

건축물 단열재 화재안전 및 안전진단, 물류창고 화재안전 개선방안 고찰 건축물 단열재 화재안전 및 안전진단 ▲ 채승언 화재안전연구소 수석연구원 소방청의 2021년 상반기 화재통계 결과에 따르면, 전국에서 19,300건의 화재로 161명이 사망하고, 1,061명이 부상을 당했으며 6,434억 원의 재산피해가 발생하였다고 한다. 이를 하루 평균으로 분석하면 107건의 화재, 7명의 인명피해, 36억 원의 재산피해가 발생한 것으로서 작년 상반기와 비교하면 화재 건수와 사망자는 일부 감소한 것으로 보인다. 하지만 재산피해 규모는 108.2%(3,343억 원) 증가한 것으로 확인된다. 이러한 차이는 지난 6월 경기도 이천시 물류창고 화재로 인하여 큰 재산피해가 발생한 것 때문으로 보인다. 지속 반복적으로 발생되는 대형 화재사고의 저감을 위해서 화재위험에 대한 요인 분석과 차단 이전의 화재안전연구소에서 개발한 통합 화재안전 진단 평가 모델(K-FRA)을 통한 종합 위험도 평가 결과 도출 방법을 소개하고자 한다. 특히, 코로나19(COVID-19) 팬데믹 시대를 맞이하여 급속히 증가하는 배달 문화로 인하여 물류창고 등의 수요가 급증하고 있으며, 도심지 외곽에 주로 위치한 물류창고들은 작은 형태의 도심지 물류창고로써 우리의 생활 속에 파고들기 시작하였다. 이번 호에서는 지속적으로 발생하는 물류창고 화재 사고 등의 위험을 예방 및 개선하기 위한 물류창고 특성에 적합하고 안전성을 확보한 맞춤형 화재대응기술의 개발과 제도화의 진행 방향에 대하여 소개하고자 한다. 또한, 재난상황 중에 유해가스를 신속하게 파악하여 인명의 안전한 피난을 확보하기 위해 광학식 센서(Pyroelectic sensor)를 이용한 NDIR 방식과 이를 드론과 결합하여 사람이 파악하기 어려운 대규모 시설 등에 활용할 수 있는 방안을 소개하고자 한다. 물류창고 화재안전 개선방안 고찰 ▲ 김정엽 화재안전연구소 연구위원 들어가며 물류시설의 개발 및 운영에 관한 법률에서 물류창고는 “화물의 저장·관리, 집화·배송 및 수급조정 등을 위한 보관시설·보관창고 또는 이와 관련된 하역·분류·포장·상표부착 등에 필요한 기능을 갖춘 시설”로 정의되어 있다. 최근 비대면 사업 및 물류산업의 비약적 발전과 함께 물류창고가 크게 증가하고 있으나, 대규모 물류창고 화재사고 또한 다수 발생하고 있어서 이에 대한 효과적인 대응이 요구되고 있다. 즉 최근 5년간 물류창고는 연평균 362개소가 신규로 등록되고 있으며, 화재사고는 연평균 1,445건 발생하고 있다. 물류창고는 구조와 보관형태 등에 따라 높은 화재하중, 다량의 유독가스 발생, 냉장·냉동 기계설비, 대규모 공간, 지하층 포함, 화재진화·피난 곤란 등의 화재안전 측면에서 위험성이 높은 특성이 있다. 한편 물류창고는 분류와 유형에 따라 화재위험도와 피난특성 등이 상이한데, 국내 화재안전 기준에서는 ‘창고시설’로 단순히 용도분류되어 물류시설의 분류와 유형에 관계없이 유사한 접근을 하고 있다. 최근 물류창고는 택배 물량 증가, 보관 외 포장·가동 기능 등 물류창고 기능 확대, 물류배송 속도 증가, 저온상품 증가 등으로 인해 사고 위험성이 증가하고 있다. 또한 물류창고가 대형·첨단화 추세이고 설비 추가와 전력수요 확대가 이루어지고 있으나 물류창고의 안전관리는 미약한 현실이다. 이 글에서는 이러한 물류창고의 현황에 대한 분석을 언급하고 이를 바탕으로 물류창고의 화재대응에 대한 개선방안을 제시하고자 한다 물류창고 등록 및 화재발생 현황 2020년 12월 현재 표 1과 같이 물류시설법 등에 따라 등록된 물류창고는 4,522개소로서 최근 5년(’16∼’20)간 연평균 362개소가 신규로 등록하고 있으며, ’20년에는 732개소로 급증하고 있다. 시도별로는 경기 (1,491개소, 33.0%), 경남(582개소, 12.9%), 부산(399개소, 8.8%) 순으로 분포되어 있다. 물류창고에서 발생하는 화재사고는 지난 10년간 매년 1,000여 건 이상으로 지속적으로 발생하고 있고, 화재사고에 따른 피해현황으로 매년 수십명의 인명피해와 수백억 원의 재산피해가 발생하고 있다. 구체적으로는 최근 5년간(’16~’20) 총 7,227건(연평균 1,445건)의 물류창고 화재가 일어났으며, 인명피해 측면에서는 5년간 총 258명(사망 55명, 부상 203명), 연평균 51명(사망 11명, 부상 40명)의 피해가 발생하였다. 특히, 표 2와 같이 최근 군포 복합물류터미널화재 (’20.4., 창고건물 2개층 전소), 이천시 물류창고 공사현장 화재 (’20.4., 사상자 48명, 사망 38명), 용인시 양지 물류센터 화재(’20.7., 사상자 13명, 사망 5명), 덕평물류센터 화재(’21.6., 사상자 2명, 사망 1명) 등 대규모 화재가 발생하였다. 물류창고 화재특성·차이점 분석 및 화재안전 개선방안 검토 물류창고는 표 3과 같이 기본적으로 수용물품이 많고 집중화되어 있어서 화재하중이 일반 건축물에 비해 수 배에 이르는 것으로 추산되며 화재거동에 가장 크게 영향을 미치는 화재강도 또한 수 배에 이를 것으로 예측되고 있다. 수용물품이 대량·집중화되고 고천정화로 연기발생량이 수배 증가되고 화염확산 방지를 위한 방화구획의 대단면화로 방화구획 성능확보에 어려움이 발생할 수 있다. 또한 선반과 랙의 다단·다열 구조로 인해 화재시 스프링클러에서 방출되는 소화수가 화염에 접촉되기 곤란할 수 있고, 대공간·고천정화로 인해 화재감지에 시간이 소요된다. 물류창고는 저온상품 수요 증가로 냉장·냉동 설비가 증가하고 있고, 자동 운송·적재 설비 등 대규모 설비가 설치되어 상시 운전되는 운영환경에 놓여 있다. 건축 구조 및 재료적 특성으로는 철골조에 패널마감 구조가 많으며 이에 따라 패널자재와 단열재 등의 다량 사용으로 화재하중 증가 및 유독가스 발생이 예상된다. 또한 용적률 산정 시 지하층이 제외되고 열손실 감소의 이점 등으로 인해 지하층이 다수 포함되어 있다. 최근의 물류창고는 저장·보관의 단순기능을 넘어서 물류업체가 판매업체의 위탁을 받아 보관, 선별, 포장, 배송, 재고관리 등 모든 과정을 담당하는 풀필먼트(Fulfillment) 시설이 많이 증가하고 있으며, 이에 따라 재실자수가 적다는 가정은 성립되지 않고 재실자가 다수 존재하는 추세다. 또한 물류창고의 내부 환경에 익숙하지 않은 비정규 작업자가 다수 근무하고 있다. 물류창고 화재에 효과적으로 대응하기 위한 개선방안으로는 우선 앞에서 언급한 물류창고의 화재거동 특성을 반영한 맞춤형 화재대응 방안의 제시가 필요할 것으로 판단된다. 피난·방화 분야에서 물류창고는 일반 건축물에 비해 화재 리스크가 매우 높고 화재발생시 초기대응과 안전피난이 곤란한 시설로 평가되고 있어서, 이러한 물류창고의 화재거동 특성을 반영한 피난 및 방화 분야 성능향상 기술개발이 필요하다. 즉, 최근의 물류창고는 과거의 보관 중심에서 포장·가공·배송 등의 기능이 추가되는 풀필먼트 추세이며, 이로 인해 재실자 밀도가 증가하고 화재 위험도가 급상승하고 있으므로 이에 대응할 수 있는 피난안전 기준 개선이 진행되어야 한다. 현재의 물류창고 피난설계는 대단면·대공간화와 비정규 근로자 증가 및 지하층 포함 등의 물류창고 변화특성을 반영하지 못하고 있으며, 정부의 실태조사에 따른 개선안과 현장·전문가의 의견을 참조하여 피난설계 및 피난시설의 기술개발과 기준개선이 요구된다. 물류창고의 경우 국내 화재안전기준에서는 “창고시설”로 단순 용도분류되어 물류창고의 유형 및 위험도와 관계없이 유사한 접근을 하고 있으며, 이에 따라 과잉대응과 과소대응의 기준이 불명확하고 최적의 화재대응이 곤란한 실정이다. 따라서 분류와 유형에 따라 화재 위험도와 피난특성이 상이한 물류창고에 대해서 화재 위험성을 평가하고 위험도를 제시함으로써 비용효율적으로 화재안전을 확보할 수 있는 최적 화재대응 기술을 제공하여야 한다. 한편 물류창고에서 화재안전 기술의 니즈에 대응하여 민간·공공분야에서 기술개발을 추진하려 해도 밑바탕이 되는 기반자료가 미미하고, 물류창고 화재안전에 대한 전문적인 화재대응 및 안전관리 규정이 부재한 실정이므로 이에 대한 개선이 필요하다. 즉, 물류창고에서 화재안전 측면의 현황자료가 매우 부족하며, 물류창고의 화재거동에 크게 영향을 미치는 것으로 판단되는 수용물품 위험성 등급과 화재강도 및 건축구조 등에 대한 기반자료의 정립이 이루어져야 한다. 맺음말 물류창고는 화재 위험성이 높은 시설로서 화재대응·피난이 어려운 조건임에도 국내 물류창고 화재안전 기술의 개발 경험이 미미한 실정이며, 안전관리 규정이 미흡한 상황이다. 특히 물류창고 대형화(비대면 소비 증가 등), 설비추가(보관 외 포장·가공기능 확대), 전력수요 확대(저온상품 수요 증가) 등의 추세로 인해 사고 위험성이 증가하고 있으며 이에 대응하기에 한계가 발생하고 있다. 물류창고는 기본적으로 수용물품의 대량·집중 보관 기능을 가지고 이를 위한 구조 대형화의 건축구조·재료 특성과 대규모 설비 설치 등에서 일반 건축물과 큰 차이를 보이며, 최근 풀필먼트 시설 증가 등의 기능 복합화가 진행되면서 비정규 근로자 등의 재실자가 전통적 관점보다 크게 증가하고 있고 분류와 유형에서 매우 다양화되고 있다. 따라서 물류창고 화재 시 인명피해 저감과 물류창고 산업의 안전성 확보를 위해서 물류창고 맞춤형 화재대응 기술 개발과 제도화가 이루어져야 할 것이다. 전체 게시일2022-01-25 조회수 2781

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. 전체 게시일2022-01-25 조회수 2021

KICT 한국건설기술연구원

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