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최신 방화 엔지니어링 기법의 활용
1. 서론
1.개요
- 선진국은 오래전부터 기업의 위험관리를 중요시하여 각 기업간 위험을 분산하기 위해 대기업을 중심으로 위험관리 전문가를 중점양성, 신위험에 대한 관리기법 및 소프트웨어를 지속 개발하고 있으나, 국내에서는 선진국의 신기술 도입 및 제품의 대량 생산에 급급하여 이에대한 안전관리가 다소 미흡하는등 위험에 대한 중요성을 인지하지 못하고 대부분 위험을 보험으로만 전가시키고 있는 실정이다.
따라서 최근 국내에서의 안전사고가 대형화 되면서 재해발생시 인·물적 손실은 물론, 경우에 따라서는 기업 이미지 손실로 인한 경영상의 과대로 기업의 존폐여부가 결정되고 나아가 사회적 문제로까지 확산되고 있다.
성수대교 붕괴, 아현동 가스폭발, 화학공장의 폭발, 고층건물의 화재사고 사례에서 보듯이 기계·전기설비의 자동화, 대형화, 고기술화에 따른 안전에 대한 대응책 미흡과 선진사의 기술 도입시 안전 경시로, 잠재되어 있는 위험을 정확하게 진단하고 대책을 제시할 수 있는 전문기술인력의 부족등이 지적되었고, 또한 U.R에 따른 시장 개방과 병행하여 일부 장치산업의 경우 외국 엔지니어가 국내 Project에 직접 참여 하는등 일부 기업에서는 국내 엔지니어의 기술진을 불신하는 경우까지 발생하고 있으며,
또한 국내의 잦은 대형사고로 인해 외국 재보험사의 보험인수 기피 현상과 보험료 대폭상승으로 기업의 경제적 부담을 가중시키는 등 이러한 국내의 열악한 현실을 감안할 때, 대형 장치산업을 중심으로 안전에 대한 투자의 비용차원을 넘어선 확고한 안전확보의 측면에서 리스크(Risk)의 중요성을 인식하고 또한 이에대한 시설투자 및 각 분야별 전문 인력 양성은 물론 국내 안전에 대한 국제적 경쟁력 강화를 위해 재조명해야 하는 중요한 시점이라 하겠다.
위험관리는 1992년 미국에서 보험의 수요자인 기업이 기업보험의 공동연구시 사용하기 시작한 용어로서 기업 경영상 수반되는 제반위험을 사전에 최저의 비용과 합리적인 안전관리 및 진단으로 위험발생시 기업경영에 미치는 악영향과 비효율적인 요소를 극소화 시키는 기술을 일컫는다 하겠다.
최근의 위험관리는 종전과는 달리 과학적인 방법을 근거로하여 실제 긴급한 상황과 근접하게 접근하여 이에 따른 방향을 수립하고 있는 추세로 과거 위험관리와는 많은 차이가 있다. 위험관리에는 많은 종류의 기법이 활용되고 있으나 아직 국내에 일부 중요산업을 제외하고는 다소 미흡한 실정이라 하겠다. 또한 과거 국내 대부분의 기업들이 대량 생산에만 치우치는등 환경부문의 경시와 시설의 노후에도 불구하고 안전에 대한 투자가 따르지 않아 대형사고가 빈번히 발생, 기업에 막대한 손실을 주었다는 것을 알고 있다.
국내의 L공장 ABS 분진폭발 사고(1989년)를 비롯하여 광주 H도시 가스폭발사고(1991년), K정유사의 두차례에 걸친 화재폭발사고, C방직공장화재사고 등으로 한국에 대한 해외 보험사의 한국에대한 인식이 사고 다발지역으로 보험인수를 기피하고 또한 K정유의 경우, 2회의 폭발사고로 인해 보험혜택을 받지못한 관계도 경영에 치명적인 타격을 입어 타사로 흡수된 경우를 기억하고 있다.
또한 미국 및 태국등에서 발생한 화학공장의 대형사고는 그 나라의 경제까지 파급효과가 미쳐 국가경제에 많은 손실을 입혔으나 반면 동종업계의 국내·외 타 화학업계는 호황 이었음을 볼때 위험관리가 얼마나 중요한가를 우리에게 입증해준 좋은 사례라할 수 있다.
국제적 여건으로는 먼저 U.R에 따른 시장개방 정책으로 국내보험시장의 개방이 예측되고 있다는 점이다. 즉, 정부의 통제범위에서 벗어나 각 보험시간의 보험 요율 경쟁이 예상되며, 이에따른 보험물건의 위험경감을 위한 각 보험사의 Risk Survey 부문이 강화되고 위험성의 평가, 분석 기능을 갖춘 전문업체 활용의 필요성이 증대되는 한편, 소방시설의 기준도 국제화됨에 따라 선진국에서 보편화되고 있는 위험조사.분석.평가등 위험관리 관련 전문회사의 국내진출이 예상되고 있다는 점이다.
이렇게 위험관리는 손해보험사업와 밀접한 관계를 갖고 있으며 보험사에서 보험종목의 선택, 보험요율 및 보험료의 결정등은 해당 기업의 위험도에 의해 좌우됨에 따라 더욱 위험관리의 중요성이 강조되고 있다.
따라서 위험관리는 위험요인의 조기발견, 위험영향이 미치는 영향 분석·평가 및 측정, 예상되는 위험으로부터 대처할 수 있는 적절한 방안의 연구수립, 결과의 재평가로 기존방법의 수정 및 효율적인 방안 강구하여 기업의 경영손실을 최소화하는 것이 선행되어야 하겠으며 이러한 부문을 감안 국제화 및 개방화가 가속화되고 있는 현 시점에서 국내의 소방발전을 위해 전문적인 방화엔지니어링 기법의 도입에 보다 적극적 대응을해야 할 시기라 하겠다.
국외
 -1974년, 영국의 Flixborough, 사이클로핵산 폭발, 사망 29명
 -1976년, 이태리의 Seveso, 디이옥신 누출, 가축 2176두 몰살 주민강제 퇴거, 22만여명 증상호소(EC에서 Seveso 지령 하달→지정된 위험 물을 취급하는 화학공장에서는 안전조업을 위한 방책을 강구, 관할관청에 신고 및 주민설명회 의무화)
 -1984년 맥시코의 Maxico City, LPG폭발, 사상자 500인 이상
 -1984년 인도의 Bhopal, 이소시안산 메틸(MIC) 누출, 사망 2000명 추정 20만~30만여명 부상
 -1989년, 美 텍사스주 Philliphs社, 석유화학제품(폴리엔틸렌)폭발, 사망 23명, 부상자 314명, 10시간동안 폭발 지속→OSHA에서 PSM 시행규정 공포
 -1990년, 美 찬넬뷰 아코社, 석유화학제품 사망 17명
 -1994년, 11. 이집트 드롱카, 원유탱크 폭발(폭우로 인한 누전) 사망 69명 이상, 폭우로 63명 이상
 -기타, 태국의 고층빌딩 화재사고 등

국내
 -1970년, 대연각 및 대왕코너 화재사고
 -1980년, 빌딩(지상30층, 지하5층), EPS 화재사고
 -1989년, ABS 분진폭발사고
 -1992년, 광주도시가스 폭발사고
 -1992년, 부산 K시장 화재사고
 -1994년, 서울 종로통신구 화재사고 서울 아현동 가스시설 폭발사고
 -기타 , C방직공장 화재사고등

2. 본론
1.방화엔지니어링 기법
1-1.방화엔지니어링 이란?
- 방화엔지니어링은 화재로부터의 손실을 줄이기 위한 과학과 기술의 응용으로 여기서의 손실이란 인명과 재산, 생산성(기업의 휴지, 고객감소, 기업 이미지손상) 등에 대한 영향을 뜻하며,
손실을 줄이는 방법에는 화재가 일어날 수 있는 확률을 줄여주는 방법과 화재로 인한 피해의 크기를 줄여 주는 방법으로서 기본골자로는 공정안전관리 업무지원 점검 및 위험관리업무지원, 공학적 분석적인 설계 및 평가, 소방 및 건축법규검토, 연구 및 시험, 훈련 및 비상대책수립, 시뮬레이션 등을 기본으로 전문성이 부여된 엔지니어링을 일컫는다 하겠다.
1-2.방화공학의 이해
- 방화에 있어서는 많은 문제해결이 관련법규 및 규칙에 의거한 Check List와 주관적인 경험에 의해서 이루어졌으며 또한 객관성과 공학적인 분석방법이 결여되어 왔다. 이러한 주관적인 방법은 정량적인 공학적 방법이 부재했던 과거에는 아무런 문제없이 사용되어 왔으나 현대 기술은 경험에 의한 시행착오를 절대 범하지 않아야 한다.
다행스럽게도 방화공학의 급속한 발전은 방화문제에 있어서 보다 많은 정량적인 접근과 공학적 분석을 가능케 하였고, 오래전부터 공학적분석 방법을 실제 업무에 도입하여 많은 문제를 해결하고 있다.
1-3.화재 모델의 이해
- 화재모형작업은 실제 화재를 경험치 않고 특정장소(화학공장, 건물등)의 화재성장 및 진행과정을 예측해 보고 이에대한 결과치로 대책방안을 모색, 보완함으로써 소중한 인적, 물적피해를 줄이고자 하는 목적으로 선진방화 공학자들에 의해 연구·발전되어 왔다.
(1950년 후반 시작) 이러한 화재모델에서는 실제의 화재현상 자체를 표현하는 것은 불가능하다. 따라서 실제 크기의 화재를 표현하는 수학적모델을 이용한 시뮬레이션이 필요하게 되고 컴퓨터의 발전과 함께 현실화 되고 있다.
화재의 위험분석을 지원하기 위해서는 컴퓨터 프로그램을 활용하며 이 프로그램들은 격리된 실내에서의 화재, 불꽃, 가연성 액체의 화재, 방화시스템의 반응속도 그리고 비상탈출시간 등을 정량 분석하는데 사용된다.
이와함께 화재시 연기의 발생과 확산을 분석하여 연기 제어장치의 효율성을 평가하며, 철구조물의 화재노출정도를 분석하고, 이에따른 철구조물의 내화도를 평가한다. 따라서 이 컴퓨터 프로그램은 철구조물에 대한 내화성을 산출하는 데에도 사용된다.
또, 화재안전 이격거리 및 방화기준을 정하기 위하여 각종 화재 성상으로 부터의 복사열 전달을 정량분석하며 고객의 특별한 요구에 맞는 새로운 프로그램의 개발도 하게 되며, 공정과 생산과정을 검토하며 화재의 규모 및 확률을 예측한다.
HAZOP이나 Event Tree 등을 활용하여 공정과 단위조작이 화재, 폭발에 미치는 영향 및 화재시 효율성을 평가하게 된다.
1-4.화재 모델의 종류
- "화재 모델"을 말할 때 보통 의미하는 것은 화재에 의한 건축공간내의 온도상승 및 연기의 유동등의 환경변화를 예측하는 수치적 모델이며 Field Model과 Zone Model 2종류로 구분한다.
Field Model은 공간내 임의의 점에 대해 유체 밀도, 속도, 온도, 압력 등을 고려하여 그 사이에서 성립하는 질량보존식(연속식), 운동방정식 및 에너지 보존식 등의 방정식을 기초로 화재상태를 분석한다. Field Model 의 기초방정식은 다른 야의 유체해석과 거의 동일하며 화재시 흐름의 해석도 유체의 수치해석과 함께 발전해 왔다.
반면 Zone Model은 건물내의 최소한의 검사체적(Zone)을 정의하고 그 내부는 동일한 것으로 간주하며 Zone 의 경계를 통하여 출입하는 흐름을 조사하면서 물질수지(질량 및 에너지보존)등의 평균값을 도출한다. Zone Model은 Field Model에 비해 주어야 할 변수가 적으므로 단시간의 노력으로 좋은 결과를 얻을 수 있어 실용성이 뛰어나며 Zone Model은 건물의 공간을 동일하게 간주하는 1층 모델과 상부고온층(열기층)과 하부고온층(냉기층)으로 분리가정하는 2층 모델로 대별할 수 있는데 일반적으로 2층 모델을 활용하고 있다.
이렇게 방화공학은 화재 모델링까지 발전하였으며 또한 인명안전 피난에 대한 시뮬레이션등이 활발히 연구되고 있으며 인명 및 재산보호·예방 차원에서 선진사에서는 아직도 많은 연구와 투자가 지속적으로 이루어지고 있다.
2.방화엔지니어링의 업무절차
2-1.방화설계 및 평가 (Fire Protection Design and Evaluation)
- 방화시스템에 대한 개념설계는 실행기준, 설계구속사항, 예비도면 및 계산 등이 포함되며, 개념 설계치는 관리자 혹은 설계사무소나 엔지니어링사에서 방화시스템의 공사예산등 소방설비 제품선정 등을 위해 주로 시행된다. 이 개념설계는 고객의 요청에 따라서 상세설계로 이어지며 설계기준은 국내 소방법은 물론 보험할인 및 국제기준(NFPA, FM) 등을 적용할 수 있다.
또한 방화시스템의 기본설계의 평가는 현재 설비가 국제적으로 통용되고 있는 규격에 적합하게 설계되었는가를 검토하고 최대 소화용수량 등을 공학적인 분석 기법을 통해 진단하고 이를 통해 사업장의 방화설계를 개선함에 있어서 기본적인 자료가 될 뿐만 아니라 증설시에도 참고할 수 있는 중요한 자료가 된다.
기본 방화설계의 평가 대상은 아래와 같다.
1  Detection & Alarm System (탐지 및 경보 시스템)
2  Fire Suppession System (소화시스템 : 스프링클러, 스프레이 시스템, 이 산화탄소 시스템, 하론 시스템, 폼시스템, 드라이케미칼 시스템)
3  Passive Fire System (구조방화 시스템 : 방화벽, 방화문, 방화댐퍼, 방화 피복, 관통부위 방화밀폐등)
4  Maximum Fire Water Demand (최대소화용수량)
5  Fire Water Supply (소화용수 공급)등
2-2.화재위험 분석 (Fire Hazards Analysis)
- 화재위험분석은 각 건물내에 분포되어 있는 화재 위험요수(건물의 구조, 가연성 물질의 종류 및 량, 가연성 물질의 분포상태, 점화원의 종류 및 위치, 공정으로부터의 화재 위험요소)들을 작성하고 화재시 발생하는 열에너지 및 연기 등의 발생 및 이로 인한 2차 화재 및 재해를 분석함으로써 위험물의 안전관리 및 종합적인 화재 예방을 기획하고 차후 화재 모델링 시행시 기초 자료로 활용하게 된다.
일반적으로 화재 위험 분석은 정해진 틀은 없으나 오랜 경험을 통한 숙달된 엔지니어에 의해 분석된다.
화재위험 분석은 다음과 같은 세부사항으로 진행된다.
1  화재노출평가: 위에서 언급한 화재 위험요소를 건물별로 확인하여 정해진 양식에 따라 기록한다.
2  노출대상확인:
1차 화재시 화재에 노출되는 대상을 위험도 별로 구분하여 기록한다.
3  노출대상의 화재시 반응에 대한 정량분석 :
1차화재의 형상을 정량분석하여 노출되어 있는 2차 화재 대상물에 대한 화재발전을 분석한다. 이러한 분석 작업은 위험도가 높은 방화대상물의 정밀분석을 가능케 하며 이러한 정밀분 석을 통하여 대상물의 화재 안전도를 높일 수 있는 방법의 개발을 가능하게 한다.
2-3.위험성평가 (Risk Assessments)
- 위험성 평가는 사업장내에 분포되어 있는 각종 위험을 정량평가하여 경영진이 위험관리를 과학적으로 수행할 수 있도록 한다. 각 사업장내에 잔재 되어 있는 위험을 발견하고 위험의 크기를 정량평가한 후 순위를 부여함으로써 경영진으로 하여금 투자 우선 순위를 결정할 수 있게 할 뿐만아니라 위험을 줄일수 있는 구체적인 방향을 제시함으로써 선택의 폭을 넓혀준다.
위험성 평가를 구성하고 있는 요소는 아래와 같다.
1  Hazard Identification (잠재위험의 발견)
2  Estimate Severity (피해크기 예상)
3  Estimate Probability (위험발생 빈도수의 추정)
4  Find Alternative (위험을 줄일수 있는 대안의 발견)
Radiant heat flux(kw/㎡) Observed effect
0.67  Summer sunshine in UKa
1  Maximum for indefinite skin exposure.
6.4  Pain after 8s skin exposureb
10.4  Pain after 8s skin exposureb
12.5  Volatiles from wood may be ignited by pilot after prolonged exposure(see Section 6.3)
16  Blistering of after 5 sb
29  Wood ignites spontaneously after prolonged exposurea (see Section 6.4)
52  Fibreboard ignites spontaneously in 5 sa
<복사열에의해 미치는 영향> 
2-4.화재 모델링 (Fire Modeling)
- 화재 모델링은 위험도가 높은 대상물을 선정하여 화재 상황을 시뮬레이션 해 봄으로써 화재시 실내의 온도상승, 연기의 생성 및 이동, 안전거리계산, 작업원들의 안전대피시간 계산, 스프링클러헤드 및 연감지기 등의 작동 시간 등을 계산해 봄으로써 최종적으로 대상물의 화재 안전을 점검하고 모델링의 기술자료는 차후에 방화설비의 개선시 기초자료로 활용된다.
시행할 화재 모델링의 종류는 아래와 같다.
1  Celing Jet Temperature (화재시 시간에 다른 실내온도의 상승계산)
2  Egress Time Estimate ( 화재시 안전 대피시간 계산)
3  Safety Distance (주요 방화대상물간의 안전가리 계산)
4  Smoke Flow (연기의 생성 및 이동)
5  Sprinkler Detector Response (스프링클러의 열감지기의 작동시간 계산)
※ 부인선언
미국 상무부에서는 화재 모델 프로그램인 HAZARD I 화재위험 평가방법과 그 관련 컴퓨터 프로그램의 사용자에게 어떤 명시 또는 무시적 보장도 제공하지 않으며 그 사용에 대한 어떤 책임도지지 않는다.
HAZARD I 의 사용자는 모든 특정 응용에서 그 사용의 적절성 결정, 사용 결과로부터 도출된 결론등, HAZARD I 을 사용하여 수행된 분석결과로서 취하거나 취하지 않은 모든 조치 등에 대해서 연방 및 주법하에서 모든 책임을 진다.
또한 사용자는 HAZARD I 이 화재 안전 분야에 유능한 사람에 의해서만 사용되도록 의도 되어 있으며, 자격있는 사용자의 지각 있는 판단을 보완하는 데에만 목적이 있음을 유념하여야 한다. 광범한 HAZARD I 인 화재 위험 평가방법 밖에서 사용될 경우 HAZARD I 소프트웨어 팩케이지 특정의 실제적 여건에 적용될 때 예측적인 가치를 가질 수도 그렇지 않을 수도 있는 컴퓨터 모델이며 지각 있는 사용자에 의해 적절히 평가되지 않을 경우 잘못된 결론에 도달할 수 있을수 있다고 명시하였다.
2-5.소방법 및 건축법등의 검토 (Fire and Building Code Service)
- 소방법 및 건축법등에 있어서 문제가 되는 점은 계속해서 개정되고 있는 실정으로 법규가 모든 상황을 만족시킬수 없다는 점이다. 법규의 변화에 민감하게 대처할 수 있을 뿐 아니라 기술기준의 변경에 참여하는 것이 Key Point가 된다.
또한 법규에서 요구하는 사항뿐만 아니라 건축주의 요구에 따라 기술기준을 제공할 수있으며, 설계 당시나 기존건물에서 법규의 예외사항은 공학적인 방법으로 보완할 수 있어야 한다.
아울러 법규는 최소한의 기준이며 특별한 시설의 목적에 따라서 변할 수도 있다는 점을 감안해야 하며, 건축, 화재에대한 법규검토, 설계기준 개발, 설계시방, 도면검토 및 법규준수여부등 광범위하게 방화엔지니어링 업무를 수행하여야 한다.
일단 방화설계의 기준이 설정되면 설계서류에 법규의 요구사항을 기록하는일이 중요하다 이들 세부사항이 준수되지 않으면 공사시 시공이 부실해 진다. 또한 건축, 구조, 기계, 전기 시방의 방화측면에서의 검토는 이들 세부사항들 이 서로 연관성을 확신할 수 있게 해주며 아울러 심도 깊은 분석을 통하여 불필요한 투자를 제거함으로써 시공비를 절감할 수 있다.
법규준수여부 조사를 위해서는 시설 변경시 건물의 개.보수시 혹은 기존 시설물을 구매할 때에 각기 경우에 따른 법규의 적용 및 준수여부를 조사하게 된다. 이때 검토해야 할 가장 중요한 사항은 인명안전, 소화용수공급, 구조방화, 화재감지, 화재경보, 소화설비등이라 하겠다.
2-6.비상대응 계획 (Emergency Prepardness Planning)
- 비상대응 계획으로는 잠재적인 인명안전문제, 접근 및 탈출·내화·방화벽내의 개구부·환기시스템 등 분야별 특성에 대한 것과 구조·인접부위·중요설비, 위험스러운 노출등의 화재노출에 대한 계획과 안전조업 중단과 관련된 중요설비의 위치 및 형태에 대한 계획·가연물질·연료관리저장·전기위험·환경위험·건강위험·방사능 위험 등의 위험에 대비한 계획, 조절 및 작동, 시스템특성 소화계획의 형태, 소화전략·통신·장비위치·특수장비·고정소화설비등 고정감지 및 소화설비 계획과 아울러 각 지역의 CAD 도면이 제공되어야 한다.
그리고 이와함께 방호와 위험물의 안전문제로서 위험에 대한 교육업무와 위험폐기물 운영 및 비상대응책을 제시야 하며 특히 위험화학물질로부터의 방화 적합성 검토를 통해 자동탐지 및 소화, 수동소화, 누출계획 등을 수립하게 되며 화재, 가스방출 등의 현장 비상계획의 작성도 하여야 한다.
2-7.비상대응 계획 (Emergency Prepardness Planning)
- 교육 및 훈련의 분야로는 방화설계, 특수시설의 소화설비, 위험요소, 위험에 관한 교육 및 근로자들의 알권리, 방화기술 교육, 소방훈련, 감독자를 위한 훈련등 많은 프로그램들이 정규적으로 실시되어야 하며, 따라서는 회부강사를 초빙하여 전문적인교육 및 훈련도 시행되어야 하며 정기적으로 방화전문인을 위한 해외교육 및 견학이 실시 및 방화에 대한 세미나, 강습회에 참여할 수 있도록 지원하여야 한다.
또한 여러분야의 엔지니어, 건축가, 설계자, 방화 안전 담당자 그리고 소방대원들에게 훈련과 방화문제의 인식 및 방향 설정에 필요한 지침 등을 제공함으써 비상사태 발생시 인명 및 재산상의 피해에 만전을 기할 수 있도록 한다.
1 Education (교육)
- 방화 설계 및 교육
- 특수설비 방화 교육
- 위험 요소발견 교육
- 방화 기술 교육등
2 Training (훈련)
- 소방 훈련
- 비상 대응 훈련
- 감독자를 위한 훈련등
2-8.화재모델링의 소개
1. 화재발생 시나리오
- 본 시나리오는 주방내 식용유 화재에 대한 Fire Modeling으로서 화재시 후드에 연결된 방화댐퍼가 닫히고 연소로부터 발생되는 연기 및 열기가 주방만을 채우면서 화재가 발생된 것을 가상 모델링한 것이다. (시나리오는 상황에 따라 차이가 있지만 대체적으로 최경우로 함)
2. 모델링 전개
- 실내화재 모델링에서는 시나리오에 의거하여 Flash Over 까지의 진행여부와 이때까지의 시간을 측정한다.
일반적인 실내화재에서의 시간에 따른 온도상승을 설명하고 있다. 여기서 Flash Over 란 천정부의 연소기류 속도가 약 600℃까지 상승하게 되면 여기서 생성되는 복사열에 의해 방안에 있는 가연물질이 거의 모두 연소되기 시작하므로 방안 전체가 화염에 쌓이면서 실내 온도가 급격히 상승하게 된다.
대피 및 초기 소화활동이 모두 Flash Over 현상 이내에 이루어져야 한다. Flash Over이후에는 Fully Developed 화재로 발전하는데 이때의 시점은 시간에 따른 실내온도의 변화가 된다. 이과정은 건물의 내화 피복설계의 중요자료가 되며, 초기 화재 구역밖으로의 전파여부를 가늠할 수 있는 자료가 된다. 본 자료에서는 점화부터 Flash Over까지만 모델링을 하였다.
1976년 Marchant에 의해 발표된 이론에 의하면 안전대피에 필요한 시간의 개념은다음과 같다.
tunt = td + tes +tee
 tunt : 사람이 견딜수 없는 정도의 조건까지의 시간
 td : 화재가 감지되기까지의 시간
 tes : 화재감지 후 대피를 시작하기 전까지의 시간
 tee : 안전장소로 대피하는데 걸리는 시간
따라서 Flash Over까지 이르는 시간은 안전대피를 위해서 매우 중요한 요인으로 작용한다.
Flash Over 까지 이르는 시간이 길면 길수록 화재감지 및 진화(자동 또는 수동) 와 안전대피의 성공률은 높아지게 된다.
화재발전속도는 일반적으로 가연성물질 종류, 배열상태, 방의크기, 천정높이, 창문의 높이 및 크기에 따라 달라 진다. NFAP 72 National Fire Alarm Code에서는 화재로 인한 생성열 방출량이 1,000Btu/sec(1,055㎾)까지 걸리는 시간을 기준으로 Fast, Medium, Slow 세가지 범위로 나누고 있다. 본 실내화재 모델링에서는 식용유의 가열로 인한 화재를 예상하였으므로 화재발전속도는 Fast Fire(빠른속도의 화재)로 택하였다.
모델링 결과는 (그림 3, 4)와 같으며, 여기서 화재발생 후 200초가 경과하면 천정류의 온도는 600℃가 넘게 되어 Flash Over가 예상된다. 이때 연기 및 열기의 깊이는 바닥으로부터 약 1.4m 정도로 예상되며 이때 연소의 크기는 1.8㎿ 정도로 예측된다. 따라서 화재발생 후 200초 이내에 감지, 소화, 안전대피가 이루어져야 한다.
특히 안전대피는 거주가능 지역에 이루어져야 하며, 이 온도는 일반적으로 200℃로 규정하고 있다. 따라서 화재 발생 후 약 110초 내에 안전대피를 완료해야 하는 것이다.
주방이 구조상 화재시 주방요원들이 이토록 빠른 시간내에 대피할수 있을지는 의문시 되며 (그림 3)에서는 시간에 따른 온도의 상승을, (그림 4)에서는 시간에 따른 천정류의 깊이를, (그림 5)에서는 시간에 따른 화재의 크기를 그래프로 보여주고 있다.
3. 스프링클러 작동시간
- 화재발생 직후 스프링클러가 작동하는데 까지 걸리는 시간을 모델링하여 보았다. 일반적으로 스프링클러 헤드는 작동시간 및 작동시간 지수(Response Time Index)를 제작자가 표시하게 되어 있으나, 작동온도밖에 알수가 없어 RTI 는 기존 설치거리에 의해 추측, 입력 시켰다.
모델링의 결과는 화재 발생후 약 150초 내에 화원에서 가장 가까운 스프링클러가 작동하게 된다. (그림 6)
  Time Temp Temp Layer Layer Fire Fire
Heat lossn fraction = 6
Fire height = 3.28084 ft
Modeling ; scenario I
Room height = 7.545931 ft 2.3m
Room area = 2561.811
sq ft 238sq m
sec
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
110.0
120.0
130.0
140.0
150.0
160.0
170.0
180.0
190.0
200.0
F
71.5
81.0
97.9
118.4
414.4
167.9
196.7
228.3
263.0
300.9
342.5
388.3
438.7
494.6
556.6
626.0
70.07
791.3
890.5
100.03
1311.6
C
22.0
27.2
36.5
48.0
61.0
75.5
91.5
109.1
128.3
149.4
172.5
197.9
225.9
257.0
291.5
330.0
373.2
421.8
476.9
539.5
610.9
ft
7.5
7.5
7.5
7.5
7.4
7.3
7.3
7.2
7.1
7.0
6.8
6.7
6.5
6.3
6.1
5.9
5.7
5.4
5.2
4.9
4.6
m
2.3
2.3
2.3
2.3
2.3
2.2
2.2
2.2
2.2
2.1
2.1
2.0
2.0
1.9
1.9
1.8
1.7
1.7
1.6
1.5
1.4
kw
0.1
4.7
18.6
41.9
74.6
116.5
167.8
228.3
298.2
377.5
466.0
563.9
671.0
787.5
913.4
1048.5
1193.0
1346.7
1509.8
1682.3
1864.0
BTU/s
0.1
4.4
17.7
39.8
70.7
110.5
159.1
216.6
282.9
358.0
442.0
534.8
636.5
747.0
866.3
994.5
1131.5
1277.4
1432.1
1595.6
1768.0
<그림 6. 실내화재 모델링 결과치> 
- 모델링 결과에 의하면 스프링클러 작동후 50초 이후에 Flash Over가 일어나게 됨으로 화재상황이 너무 촉박하게 된다.
일단 Flash Over로 상태가 발전하면 실내의 연소가 급격히 진행되므로 스프링클러로 진압하기 어렵게 된다.
또한 조리대 바로 윗부분에는 후드가 설치되어 있어 가장 가까운 스프링클러의 열기류 흐름을 방해하고 있으므로, 스프링클러 작동까지는 더 많은 시간이 경과할 것으로 예상된다. 작동시간을 줄려면, 스프링클러의 설치간격을 줄이거나 RTI 수치가 낮은 것을 사용하면 된다.
(그림 7)에서 시간대에 따른 스프링클러 헤드의 온도 변화를 보여준다.
Time(sec) RHR(kw) Jet(C) Heat/det.(C)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
0
5
19
42
75
117
168
228
298
377
466
564
671
788
913
23
30
43
58
75
93
113
1347
156
179
202
227
252
278
305
23
23
23
24
26
28
31
35
40
46
53
61
70
80
92
<그림 7. 시간대에 따른 스프링클러 헤드의 온도변화> 
4. 의견
- 본 화재 모델링은 일반빌딩 주방을 샘플링하여 실행한 것이다. 상기 모델링에서는 단지, 연기 및 온도의 성상에 대해 논하였지만 소화를 위해 사람이 화재에 접근할 수 있는 복사열까지 산출이 가능하고, 또한 폭발시 거리별로 피해 상황에 의해서도 모델이 가능하다.
아직 국내에는 이러한 기법이 소개되지 않았지만 우리나라에도 향후 불특정자수인이 출입하는 호텔이나 나이트클럽, 백화점, 상업용빌딩 등의 공공장소에는 필히 인명의 안전과 재산을 보호한다는 취지하에 건축전 화재모델링을 실시하고 스프링클러 설비의 압력, 유량, 설치갯수 및 감지기 위치, 피난구 길이, 폭 등 다양한 방화엔지니어링 기법을 통해 문제점을 분석하여 이를 기초로 상세설계가 이루어져야 하겠다.
2-9.피난 분석 시뮬레이션 소개
1. 개요
- 본 프로그램은 1995년 영국 Edinburgh 대학의 Dr. Thompson과 Dr. Marchant 개발한 것으로 MS윈도우 3.1이나 윈도우 95와 8Mb이상의 RAM을 갖춘 486/팬티엄 PC에서 설치 사용가능하다. 고층건물 및 특수장소등 다수의 인원이 근무 상주하는 곳에서 유사시 화재가 발생할 때 피난 상황을 컴퓨터를 통해 동화상으로 직접 볼 수 있는 시뮬레이션으로, 이를 통해 사전 분석으로 피난 및 훈련대책과 이결과를 또한 상세설계에 반영하는데 주 목적을 둔다.
2. 시뮬레이션 방법
1. 피난의 방향을 결정하기 위한 피난로 지정
이는 피난계단에서 가장 가까운곳으로 인명이 피난할수 있도록 평면상에 사전 Program을 사전 입력시킨다.
2. 축의 구조에 대한 CAD화된 도면에 악조건하에서의 상황을 도면에 표기 한다. 즉, 책상 등의 집기비품과 통로 사람이 평상시 근무하는 위치등, 작 업환경을 정확히 입력하여야 한다.
3. 건물의 수용인원 지정 및 인원별 인적사항(남·여, 연령, 방향등)을 정 상적인 상황을 고려 도면에 입력하되 가능한 최대 수용인원을 적용한다.
4. 보행자의 간격과 보행속도 수용자의 보행속도는 보행간의 간격에 따라 계산 되며 Frantsich의 연구에 따라 계단에서는 약 50%까지 감소 된다.
3. 시뮬레이션 결과
- 본 시뮬레이션 결과는 건축물내의 안전에 대한 대기시간 및 경로를 직접 동 화상으로 확인할 수 있으며 또한 특정인에 대해서는 피난시 움직임을 예상할 수 있다는 점이라 하겠다. 따라서 피난로내 피난의 군집정도를 파악, 피난 계획을 재수립할 수 있으며 또한 피난시간 지연시 피난기 설치 및 피난로 확인등 이에대한 대책 수립을 강구할 수 있다는 점이다.
※ 참조 일반 건축물의 경우 영국기준 B(HMSO -1992)에서는 피난시간을 2분 30초로 규정하고 있으며 여기에는 피난 반응시간을 반영하였으나 다만 피난 도중 예 측하지 못한 상황이나 유독가스로 인한 피난자의 행동에 대해 반영하지 못하 여 계속적인 연구가 진행되고 있는 실정이다.
3. 결언
- 최근 국내의 소방산업도 종전과는 달리 대기업에서부터 안전분야에 주력, 종전의 통합적인 안전관리 체제에서, 별도 소방 전문가를 양성하는가 하면 소방기기 제조업 및 엔지니어링에서도 선진사의 기술도입, 기술제휴를 통해 소방기술을 향상시키기 위해 많은 노력을 하고 있으며 아울러 소방법에서도 감리제도를 법으로 제정하는등 소방에 대한 인식이 점차 변화되는 과도기라 본다.
따라서 이러한 선진사의 동향과 현 실정을 감안할때 장기적인 안목에서 국내 소방산업의 발전을 위해 지속적인 노력과 투자가 선행되어야 하겠으며 이를 추진하기 위해
첫째, 방재계획서 작성의 필요
건축시공전 소방설비 적응성, 건축물의 피난관계, 제연설비등 전반적인 사항에 대해 안전성을 분석, 평가하기 위한 방재 계획서 작성이 필요하 다 하겠다.
물론 국내에서도 대형 Project에 대해서는 사전 안전성을 검토 하는등 일부 방재 안전 계획을 사전 검토 제작 하고 있는 실정이다.
이미 미국, 일본등 외국의 경우 오래전부터 이를 추진하고 있으나 국내에 서 향후 안전제일을 우선으로 하는 입장에서 건축물 신축시 사전 방재 계 획서를 제출하여 안전성 타당을 검토하는 제도가 마련되어야 하겠다.
둘째, 위험의 정도, 산업분야별 특수성 설비에 대한 소방설비의 기술기준 정립필요. 국내소방법은 모든 건축물을 대상으로 소화 및 경보설비 등의 설치 기준 명시되어 있으나 본 기준 적용이 화학공장이나 일반 위험도가 높은 건축물과는 무관 동일하게 적용되고 있어 장기적으로 보아 건축물의 위험 도 등을 감안 특수장소별 별도의 소방시설 설치 기준 마련이 필요하다고 본다.
세째, 소방과 연관된 보험산업의 경쟁력 구축 필요. U.R의 시장개방에 대비 국내에도 이에대한 경쟁력을 구축하기 위해서는 국내 보험사의 경쟁력 구축과 소방기술 향상을 위해 고객에 대한 Risk Survey의 서비스가 강화되어야 할 것이며, 보험사가 상호 이에 대한 협력 체계 구성이 필요하다고 본다.
넷째, 분야별 전문가 양성을 위한 기술전문위원 구성. 소방분야는 기계·전기분야 차원을 넘어선 화재, 폭발에 관련된 종합적인 공학등의 통합된 분야로서 잠재적인 안목에서 보다 가가 분야별 위원회를 구성 산업 발전에 따른 위험성의 증가를 감안, 이를 연구·분석할수 있는 기술 전문위원회의 구성이 필요하다고 본다.
따라서 이러한 전세계적으로 소방안전에 대한 활동의 변화가 활발히 이루 어 지고 있음을 볼 때 국내에서도 선진사의 방화 엔지니어링 기법을 도입, 이를 지속적으로 연구, 개발하여 국내 실정에 적용할 수 있도록 방화엔지 니어링 기법을 도입함이 바람직하다고 본다.
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