1. 서 론

최근 건축의 기술발달과 공간의 활용으로 운동시설을 위한 다양한 체육관의 사용이 늘어나고 있다. OO도 OO시 OO구에 위치한 OO 실내체육관내에서 운동을 하는 선수들과 관객, 그리고 직원들을 대상으로 화재발생시 피난에 소요되는 시간을 통하여 안전에 관심을 갖고자 한다. 실내운동시설은 불특정 다수인들이 이용할 수 있도록 OO시에서 자체적으로 운영하며 많은 사람들이 방문할 수 있는 공간으로 계획된다. 건강한 삶과 관련된 문제의 해결을 위한 방법으로 현대인에게 중요시 되는 신체활동, 즉 체육활동에 참여도가 높다는 관점에서 지자체에서의 추가지원이 빠르게 진행되리라 본다. 국민의 체육활동 참여를 증진시키기 위한 요인 중에서 지자체에서 강조되고 있는 부분은 앞으로도 건축되어야 할 운동시설 부족에 대해서는 향후 개선될 문제로 거론되어 왔다. 앞으로는 사람들의 체육활동 참여를 위해서 정부와 지자치단체에서 공공시설 체육관 건립 및 운영할 수 있는 방안을 적극 검토하여야 한다. 또한 국내의 체육시설에 성능설계도 본격 도입되면서 방화 및 내화 설계뿐만 아니라 건축물의 인명 안전과 직결되는 피난설계에서도 성능위주의 설계 도입의 필요성이 대두되고 있다. 성능설계에서의 목적은 방문자가 화재 발생시에 안전하게 대피하는데 있으며, 이러한 성능목표를 달성하기 위해서는 특히 방문자들이 대피할 때 피난소요시간은 매우 중요한 요소로 작용된다. 이러한 방문자의 피난소요시간은 화재 발생시 연기 확산 속도, 화원의 크기 등에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 이러한 상황에서 피난의 기본적인 정의에 근거하여 방문자가 건물 내부에서 외부로 빠져나가는 것을 고려한다면 계단폭 및 외부로 연결된 출입문의 폭이 피난 시간에 매우 큰 영향을 미친다고 볼 수 있다. 따라서 이 연구에서는 실내체육관에 화재가 발생하면 방문자들이 체육관내에서 밖으로 안전하게 대피할 수 있도록 1층에 비상문에 화재감지기와 연동되어 잠금장치로 잠겨진 문이 개방될수 있는 자동개폐장치[1]가 설치 되어있는데 이 또한 피난시 피난장애가 되는 경우를 피난시뮬레이션 프로그램을 사용하여 피난소요시간의 단축방안을 개선하고자 한다.

김보정, 전규엽(2017)[2]의 연구에서는 계단의 설치에 따른 기준을 개정하도록 공공건축물을 대상으로 계단의 배치현황을 분석하고 효율적인 피난이 진행되도록 계단 설치기준의 개선방안을 토대로 연구하였다. 김종윤, 전용한(2015)[3]의 연구에서는 Pathfinder인 피난시뮬레이션 프로그램을 이용하여 건축물에 화재가 발생하면 다양한 위험요소로 방문자들의 안전성을 인지하고, 피난 및 방화시설의 적합여부을 검토하여 안전하게 피난을 유도하도록 피난계획을 수립하는 연구를 하였다. 전인범 외(2018)[4]의 연구에서는 소규모 노인의료복지시설에서 실제로 피난이 가능한지 여부를 피난시뮬레이션인 Pathfinder를 이용하여 화재 발생시 피난하는 피난시간을 산정하였다. 이 준(2013)[5]의 연구에서는 특정인인 보행자들의 보행행태가 일상생활에서 이동하는 경우와 화재 발생 상황의 긴급한 경우에 보행행태로 분리하여 보행특성을 파악한느 연구를 하였다. 최용석 외(2011)[6]의 연구에서는 최근 설계계획안으로 안정성을 검토하여 차후 계획설계 될 실내 스포츠시설의 방재계획을 개선하는 연구를 하였다. 김보정, 전규엽(2017)과 이 준(2013)의 연구에서는 보행자가 이동할 때 이격거리와 일상생활의 보행행태 특성의 안전성을 연구하였고, 김종윤, 전용한(2015)과 전인범 외(2018)의 연구에서는 피난시뮬레이션인 Pathfinder의 프로그램을 사용하여 재실자가 화재 발생시 피난에 장애요인과 노인의료복지시설의 피난시간 산정을 연구하였다.

선행연구에서는 대형건축물과 실내공간에서 화재가 발생할 경우 피난행태와 피난계단의 개선에 관한 연구를 많이 다루어 화재발생시 대피할 수 있는 피난시간의 안전성은 찾아보기에 어려웠다. 실내체육관에서 화재가 발생하면 불특정인의 방문자들이 실내에서 안전구역으로 빠져나가는 피난허용시간을 여러 가지 조건에 맞게 피난시뮬레이션 프로그램을 이용하여 진행해본다. 1층에 설치된 비상문 중에 일부가 유지관리를 위해 잠금장치가 설치되어 있는데 화재발생 시 감지기 동작상태와 연동되어 개방되는 자동개폐장치가 설치되어 있어 폐쇄되었던 문도 개방시키고 건물을 담당직원들이 빠른 시간에 잠겨진 문을 개방해서 긴급한 상황을 대응하도록 피난시뮬레이션 프로그램인 Pathfinder를 사용하여 피난시간을 최소화할 수 있는 방안을 연구할 필요성이 있다.

이 연구에서는 실내체육관에서 발생되는 화재로 인한 피해를 최소화하기 위하여 운동선수 및 관객들의 안전한 피난을 유도하기 위하여 구조개선을 하고자 한다. 국내에서 화재발생 시 문제되는 피난활동의 연구를 토대로 하여 피난시뮬레이션 프로그램인 Pathfinder를 사용하여 피난행태를 파악하여 실내에서 외부로 연결되어 있는 각 실과 통로 및 계단, 문을 통해 체육관 외부로 안전하게 대피하기 위한 피난소요시간을 최소화하도록 개선 하고자 한다.

2. 피난시뮬레이션

2.1 시뮬레이션의 구성

Pathfinder는 Thunderhead Engineering사에서 FDS기반 Pyrosim과 연동된 에이전트 기반의 모델을 이용하여 피난시뮬레이션을 실행할 수 있는 프로그램이다.[7] 피난 시뮬레이션 프로그램으로는 Simulex나 Building Exodus 있지만, Pathfinder는 요즘 주로 사용되는 피난 시뮬레이션 프로그램으로 실내공간의 재실 밀도에 따른 보행 속도가 결정되며, 문들의 폭에 따라 흐름을 결정하는 알고리즘으로 실행할 수 있는 프로그램이므로 사용하게 되었다. Pathfinder는 대피인원이 가상이므로 한쪽방향으로 모여드는 병목구간에서 발생되는 위험조건이 그대로 반영되지 않아 현실과는 차이가 있을 수 있다. 계단을 내려올 때도 긴급한 상황에서처럼 뛰어 내려오는 사람도 있고 거동이 불편해서 보폭이 늦어지는 사람도 있는데 프로그램에 따른 가상공간이므로 설정된 보행속도만 유지가 되고 넘어지거나 밀치는 현상이 반영되지 않아 피난의 2차적인 위험성은 고려되지 않았다.

2.2 건축물의 구조의 개요

대상건축물은 2003년 3월에 건축허가 및 착공허가을 받아 2004년 08월에 준공된 OO시 OO구에 설치된 OO체육관으로 주민들의 편의시설로 농구, 헬스클럽 및 집회시설이 갖추어진 대상물이다. 본 건물은 지하1층 지상 2층으로 건축면적이 2,657.82 ㎡, 건폐율은 14.92 %로 총 연면적은 3,028.71 ㎡으로 지하1층은 전기실, 기계실 등으로 면적은 326.67 ㎡, 1층은 체육관, 헬스클럽, 사무실 등으로 면적은 2,373 ㎡, 2층은 관람석과 영사실, 조명실로 면적은 1,021.26 ㎡으로 설계되어 있다. 체육관 1층의 정면입구에서 앞쪽으로 무대공간, 실내 중앙에는 농구시설이 이동식으로 설치되어 있으며, 2층은 “ㄷ”자 형태로 경기를 관람할 수 있도록 1,000여개의 고정식 객석이 설치되어 있다. 1층 정면출구는 2개의 방화문이 설치되어 있고, 무대부 좌, 우측에 방화문은 양개문으로 설치되어 있는데 문을 개방할 수 있도록 힌지가 설치되어 있어 사람이 이동할 수 있는 출구규격은 1500mm이다. 무대부 좌, 우측 문으로 이동하면 한쪽방향의 출입문에 자동개폐장치가 설치되어 개방시 사람들이 실외로 나갈 수 있는 출구규격은 750mm가 개방이 된다. 다음 [Figure 1]은 체육관에서 사람들이 외부로 나갈수 있도록 1층과 2층의 건축도면에 긴급 상황시에 안전하게 피난할 수 있는 방향을 표시하고 있다.

2.3 건축물내의 수용인원 배치기준

시뮬레이션을 사용하기 위한 건축물의 1층 배치인원은 현재 근무중인 직원으로 관리실 6인, 헬스코치 2인, 기타 사무실 4인, 미화 1인으로 근무직원과 체육관내에 운동선수 포함 200명이고 2층은 <Table 1>의 수용인원 산정기준에 따라 1000개의 고정좌석에 1000인과 조명실에 3인으로 배치하였다. 화재가 발생되면 2층 관람석에서 1000여명이 많은 인원이 4개소의 계단을 이용하여 1층으로 이동한 후 일부는 1층 무대부 좌, 우측의 출입문에 설치된 자동개폐장치가 작동하여 잠금장치가 해정되면 그 출입문을 열고 피난한다.

2.4 재실자 입력변수

농구경기를 응원하는 수용인원으로 시뮬레이션의 입력변수는 <Table 2>와 같이 25~30대의 재실자로 구성되어 보행속도, 반응시간을 산정하기 위한 신체치수를 선정하였다. Pathfinder 프로그램은 신체치수 중 어깨너비와 키[8]를 기준으로 남성과 여성을 구분하였고 배치인원으로는 남성 60%, 여성 40%를 가상 배치하였으며 보행속도는 25~30대를 기준하여 젊은층으로 설정하여 입력값을 적용하였다.

피난시뮬레이션 프로그램에 필요한 피난가능시간은 레져스포츠센터, 그 밖의 문화집회시설로서 거주자가 상시 깨어 있으나 건물의 내부, 경보, 탈출로에 익숙하지 않으므로 관리실에서 CCTV 설비가 갖춰진 방송을 통해 육성 지침을 제공할 수 있도록 되어 있으므로 2분미만으로 적용하였다.[9]

2.5 시나리오의 구성

2.5.1 시나리오 1

2층 관중석의 인원이 객석 중간부분에 설치된 2개의 계단은 난간이라 위험하여 좌,우측에 설치된 4개의 계단을 이용하여 내려온 후 1층의 밖으로 이동할 경우 4개소의 출입문 중 무대부를 중심으로 좌, 우측 출입문에 설치된 자동개폐장치가 자동 및 수동 작동 고장으로 개방이 안되고 직원의 외근중인 경우 자동개폐장치의 고장으로 개방이 안되는 문을 사용하지 않았을 경우에 다른 출입문을 이용하여 실외로 대피할 수 있는 시간을 파악한다.

2.5.2 시나리오 2

2층 관중석의 인원이 객석 중간부분에 설치된 2개의 계단은 난간이라 위험하여 좌, 우측에 설치된 4개의 계단을 이용하여 내려온 후 1층의 밖으로 이동할 경우 4개소의 출입문 중 무대부를 중심으로 좌, 우측 2개의 출입문에 설치된 자동개폐장치가 화재감지기와 연동이 되어 한쪽 문만 개방이 되는 경우에 실외로 대피할 수 있는 시간을 파악한다.

2.5.3 시나리오 3

2층 관중석의 인원이 객석 중간부분에 설치된 2개의 계단은 난간이라 위험하여 좌, 우측에 설치된 4개의 계단을 이용하여 내려온 후 1층의 밖으로 이동할 경우에 4개소의 출입문 중 무대부를 중심으로 좌, 우측에 출입문에 설치된 자동개폐장치가 작동되어 한쪽방향은 자동개방이 되고 한쪽방향의 출입문은 체육관에 근무하는 직원이 신속히 이동하여 양문을 개방하게 되어 실외로 대피할 수 있는 시간을 파악한다.

2.6 평가기준

피난 시뮬레이션의 결과는 ｢소방시설등의 성능위주 설계방법 및 기준｣의 인명안전기준에 의해 평가하였다. 이에 대한 연구결과 중에서 무대부 좌우측 출입문에 설치된 자동개폐장치의 고장 및 직원의 부재로 개방이 안되어 다른 출입문을 이용할 경우 일부인원이 한쪽방향으로 이동하므로 병목현상이 발생되어 안전한 대피가 이루어지지 않는다. 그러나 출입문 한쪽방향에 설치된 자동개폐장치가 화재감지기 작동과 연동되어 자동으로 출입문이 개방되고 다른 출입문은 직원들이 신속하게 개방하는 경우에는 실내에 있는 인원 전체가 안전하게 실외로 대피할 수 있었다.

3. 결과 및 고찰

[Figrue 3]과 같이 체육관내에서 실외로 피난할 수 있도록 시나리오는 유리문이 자동개폐장치가 설치되어 있는 부분을 집중적으로 표시하였다. 자동개폐장치의 작동여부에 따른 피난 완료 시간은 피난 시뮬레이션을 통하여 피난소요시간(모든 재실자의 RSET, Required Safe Egress Time)을 <Table 3>으로 나타내었다. 피난시뮬레이션 변수에 따르는 모든 재실자의 RSET은 출입문이 자동개폐장치로 인한 한쪽방향의 폭이 750mm 개방시에는 445초, 직원에 의해 양쪽문 폭이 1,500mm 개방시에는 337초, 자동개폐장치 고장과 직원의 부재중으로 2개소의 출입문이 개방이 안되고 다른문으로 이동하여 피난하는 경우에는 529.8초, 모든 재실자의 RSET은 출입문 개방폭이 1,500mm와 비교시 750mm는 32%, 개방이 안되는 경우는 57.2% 증가되는 것으로 나타났다.

연구 결과, [Figrue 3]과 같이 자동개폐장치 작동, 직원이 신속하게 대응한 경우와 자동개폐장치 고장, 직원의 부재중인 경우에는 수용인원의 피난소요시간은 다르게 나타났다. 이상의 결과를 종합해볼 때 자동개폐장치 고장과 직원의 부재시에 이동경로가 변경된 경우 피난계획을 고려해야 할 인간의 본능 중 추종본능상태에서 먼저 이동하는 사람의 동선을 따라 전체가 이동하다보니 피난소요시간이 증가되는 것을 알 수 있었다. 체육관내부에서 유일하게 출입문의 자동개페장치가 작동되어 폭이 감소하는 경우에도 피난안전성을 확보하지 못한 반면에 직원들이 신속히 대응하여 피난할 수 있도록 양쪽문을 개방하므로 피난안전성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. <Table 4>에 피난소요시간을 측정하고자 무대부 좌, 우측에 자동개폐장치가 설치된 유리문을 기준으로 피난소요시간이 감소하는 것을 알 수 있었다. 피난폭이 출입문 폐쇄시에는 자동개폐장치고장과 직원의 부재로 다른 문을 이용하고 출입문 폭이 750mm인 경우에는 자동개폐장치는 동작이 되어 있으나 한쪽문은 고정폐쇄되어 있고 출입문 폭이 1,500mm인 경우에는 자동개폐장치도 동작이 되고 직원이 폐쇄되어 있던 문도 개방하는 경우에 피난소요시간을 측정하였다.

4. 결 론

이 연구는 실내체육관내에서 출입문 일부분을 잠금장치로 폐쇄하고 관리하다보니 위법행위가 발생되고 이에 따른 조치로 화재발생시 감지기 신호에 따라 개방되는 출입문용 자동개폐장치를 설치하고 여러 가지 조건으로 피난소요시간을 분석하였다.

(1) 경기장 2층 관람석에서 1층 출입문으로 피난하는 경우 자동개폐장치 고장과 직원의 부재로 인해 다른 출입문을 사용함에 따른 모든 재실자의 RSET는 529.8초로 나타났다.

(2) 경기장 2층 관람석에서 1층 출입문으로 피난하는 경우 자동개폐장치 동작과 직원의 부재로 인해 750mm 출입문폭을 이용함에 따른 모든 재실자의 RSET는 445초로 나타났다.

(3) 경기장 2층 관람석에서 1층 출입문으로 피난하는 경우 자동개폐장치 작동과 직원들의 빠른 조치로 인해 개방된 1,500mm 출입문폭을 이용함에 따른 모든 재실자의 RSET는 337초로 나타났다.

결과적으로 출입문 자동개폐장치의 정상적인 작동으로 인해 피난소요시간이 단축되는 것을 알 수 있었다. 이 연구의 정책적 제언으로 첫째, 실내에서 외부로 나갈 수 있는 피난용 출입문에 잠금장치를 하지 못하도록 법적 처벌을 강화할 필요가 있다. 실내체육관에서는 출입자의 통제를 위해 일부 출입문만 개방하고 나머지는 잠금장치로 두고 점검 시에만 개방하면 출입의 통제가 용이하므로 이와 같은 방법을 주로 이용한다. 또한 자체점검을 받을 경우 출입문을 잠금장치로 잠궈 놓아도 출입문 관리에 대한 법적규정이 없다. 그러다보니 권고사항으로만 결과보고서를 제출하여 시정이 안 되기 때문에 화재 등 위급한 상황 시 개방이 되지 않아 피난시간의 지연으로 이어질 수밖에 없다.

둘째, 잠금장치가 설치된 경우에는 출입문의 유지관리를 위해 출입문용 자동개폐장치를 설치하도록 법을 개정하여 필요한 경우 자동 개방이 될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 평상시 잘 사용하지 않는 출입문에 자동개폐장치를 설치하여 화재 발생시 안전하게 대피가 이루어지도록 법으로 규정할 필요가 있다.

셋째, 넓은 공간을 사용하는 집회시설 및 체육시설에는 소방안전관리자가 상시근무를 하도록 하여 화재 시 인명피해가 최소화 되도록 할 필요가 있다. 소방안전관리자 선임은 되어있지만 소방안전관리자는 근무를 하지 않고 다른 장소에서 업무를 하는 게 일반적이어서 화재 발생 시 소방안전관리자의 부재로 인해 이용자의 피난이 늦어져서 인명피해가 증가될 수 있으므로 소방안전관리자의 상시근무가 필요하다.

마지막으로, 체육관 및 문화집회시설의 건축물 설계 시에는 피난시뮬레이션을 통해 피난안전성을 고려하는 것을 권장한다. 설계가 완료시 일부 출입문에 잠금장치 설치를 가정하고 피난시뮬레이션을 통해 이용자의 피난 안전성을 확인해야 한다. 이를 통해 필요한 경우 설계설명서 등에 출입문 자동개폐장치를 설치를 명시하여 피난 안전성이 확보되도록 할 필요가 있다. 향후 실내체육관내에서 화재발생 시 실제 인원을 대피시켜 시 시뮬레이션과 비교가 필요하고, 연기의 유동에 따른 화재시뮬레이션에 관한 추가 연구가 있어야 한다.