Apartments such as those on the 29th floor are generally classified as high-rise buildings; however, they may be excluded from certain safety regulations since they do not meet the legal definition of "high-rise" buildings. According to the Korean Building Act, buildings with 30 or more floors are typically regarded as high-rise buildings, warranting specific disaster prevention and safety standards. Nevertheless, buildings between 20 and 30 floors are often excluded from high-rise building regulations, which may lead to relatively insufficient safety standards and has been identified as a "blind spot in safety management." Enhancing appropriate safety facilities and strengthening regulations for such buildings is crucial, particularly in areas such as fire prevention, evacuation planning, and fire-fighting facilities. This study compares and examines the evacuation times of designated evacuation safety zones and emergency elevators in high-rise apartments as defined by the Building Act and in buildings constructed with floors between 20 and 30 through evacuation simulations.
1. 서 론
고층아파트란 30층이상의 아파트를 말한다[1]. 한국은 국토면적이 100,413.5km2 이며, 전체 국토면적의 약 64%가 산지이다. 인구 약 5,130만명이 좁은 국토에 거주하고 있어 인구밀도가 높으며 수도권에 인구가 집중되어 있는 현상이 뚜렷하다.
2024년 소방청 통계연보에 의하며 2023년 기준 전국의 30층 이상 고층 건축물은 6,019개이며 이중에서 아파트가 4,725개로 집계되었다. 고층 건물의 약 80%가 주거지이다[2].
과학 기술의 발달로 더욱 풍부해진 자원과 기술을 이용하여 건축물의 고층화는 세계적인 추세가 되었으며, 그중에서도 한국은 산지가 많은 국토의 특징으로 인하여 좁은 땅에 많은 사람이 거주할 수 있는 고층건축물인 아파트는 필연적인 선택이라 할 수 있겠다.
좁은 공간안에서 전체 인구의 약 70%가 거주하는 아파트라는 환경은 화재와 피난이라는 문제를 안고 위험으로부터 안전하게 피난하기 위한 다양한 방법들은 연구하게 되었다.
29층과 같은 아파트는 일반적으로는 고층 건축물에 해당하지만, 법의 적용에서는 고층 건축물로 분류되지 않아 일부 안전 규정의 적용에서 제외될 수 있다. 대한민국 건축법에 따르면 통상적으로 30층 이상의 건축물이 고층 건축물로 간주되며, 이에 따라 특수한 방재 및 안전 기준이 적용된다. 그러나 20층 이상 30층 이하의 건축물은 고층 건축물임에도 불구하고, 고층 건축물에 대한 규제의 대상에서 제외되어 상대적으로 안전 기준이 미흡할 수 있으며, 이는 "안전 관리의 사각지대"로 지적될 수 있다. 이러한 건축물에 대한 적절한 안전 설비와 규제의 강화가 필요하며, 특히 화재 예방, 대피 계획, 소방 설비 등의 기준을 강화하는 것이 중요하다.
이 연구에서는 건축법이 규정하는 고층아파트와 20층과 30층 사이에 건설된 아파트의 화재 안전에 대하여 다른나라의 규정들과 비교 하여 검토하였다.
이재훈, 이호진, 윤경환, 윤영수(2021)는 “피난시뮬레이션을 통한 고층건물 피난 안전성 및 소요시간에 관한 연구”에서 피난계단의 추가설치가 대피시간 감소에 가장 효과적이며, 도심지의 건축물의 고층화가 진행됨에 따라 건물의 재실인원에 따른 피난계단 설치대수에 대한 규제가 규정될 경우 대피시설까지 안전하고 신속한 피난이 가능하다고 연구하였다[3].
임종호(2018)는 “고층 건축물의 화재 피난 안전성에 관한 연구”에서 고층 건축물의 화재 피난 안전성에 대해 전층 피난 시뮬레이션은 순수 피난시간만을 산정한 결과로써 실제 화재 상황에서 전층 피난은 시뮬레이션 결과보다는 많은 시간이 소요되리라 예상되어 소방시설의 비상전원 용량 산정 시 전층 피난완료 및 소방대원들의 화재진압 활동시간을 고려하여 “승강기 안전관리에 관한 법률”에서 규정한 비상용(피난용) 승강기의 120분 비상전원과 동등하게 최소 120분 이상 확보되도록 “국가 화재안전기준”이 개정되어야 한다는 부분에 대하여 연구하였다[4]. 김동완, 신성호, 이경희 (2022)는 “아파트 피난시설 관련 제도 및 실태”에서 화재로 인한 피해 저감을 위한 다양한 법적인 화재 예방 규정들이 적용되고 있으나, 일관성 없이 적용되는 문제점을 파악하여 효율적인 피난 설계가 가능할 수 있도록 연구하였다[5].
한만옥 (2014)은 “초고층 건축물의 화재시 피난능력 향상방안에 관한 연구”에서 초고층 건축물의 화재시 재실자의 피난능력을 강화하기 위한 방안을 연구하기 위하여 선진국과의 피난관계법령 및 화재사례를 비교․분석하였으며, 이를 통한 초고층 건물의 구조적 문제점에 따른 개선방안과 재실자의 심리적 개선방안을 제시하여 재실자의 패닉을 예방하여 적절한 피난을 담보하기 위하여 피난계획시 양방향 피난계획의 수립 및 재실자의 소방안전교육의 강화방안을 제시하였다[6].
K.Richardson,“Fire Safety In High-rise Apartment Buildings”에서 고층아파트에서 화재 위험을 높이는 요인으로 피난계단의 혼잡성, 건물 외부로부터의 소방대 진입의 한계, 연돌효과로 인한 피난계단실의 연기유입, 화재하중의 증가 및 화재의 수직전파 가능성, 건물 유틸리티의 복잡한 수직설치 및 소화용수 공급의 어려움, 복합 거주 형태로 인한 화재 위험의 증가등 취약점을 지적하였다[7]. 이처럼 고층 건축물의 피난에 관하여 많은 부분을 연구를 하였으나 20층이상 30층 미만인 아파트의 피난 RSET에 대한 별도의 연구는 미흡한 상황이다.
REST이란 피난에 소요되는시간 (RSET, Required Safe Egress Time)을 의미한다. 화재나 재난 상황에서 건물 내부에 있는 사람들이 안전한 장소로 대피하는 데 필요한 총 소요 시간을 의미하며, 여기에는 화재인지시간, 반응시간, 이동시간을 포함하여 산정하는 시간을 의미한다. 이 연구에서는 다른나라의 고층 건축물에 대하여 기준을 알아보고 D시에 위치한 29층 고층 아파트에서의 화재 발생에 대하여 인원 및 연령 성별을 다양하게 구성하여 피난로와 피난장소에 대한 피난시뮬레이션 분석을 통해 문제점을 도출하고 개선 방향을 연구한다.
2. 고층건축물의 분류
2.1 고층건축물의 기준
고층건축물에 대하여 각 나라별로 기준이 다르게 정의되어 있으며 건축물의 층수나 높이 기준이 정확하게 분류되어 있지는 않지만, 한국은 2010년 발생한 “우신골든스위트” 화재 사건이 계기가 되어 고층건축물에 대하여 건축법 제2조에 “층수 30층 이상이거나 높이가 120m이상 건축물”이라고 명확히 정의하고 있다[8]. 국가별 고층 건축물에 대한 일반적 분류 기준을 살펴보면 <Table 1>과 같다,
이처럼 외국의 경우를 살펴보면 미국과 독일에서는 7층, 중국이나 프랑스의 경우는 9층, 싱가포르도 10층부터 고층아파트로 적용하고 있다. 가까운 나라인 일본도 20층부터는 고층 건축물로 분류하고 있음을 확인 할 수 있다. 미국의 IBC (International building code)에서는 고층건축물 기준으로 "소방서 차량이 접근할 수 있는 가장 낮은 층부터 사람이 거주할 수 있는 가장 높은 층의 바닥까지를 측정한 높이가 22.9m 이상인 건물"로 정의하고 있으며 이유는 소방차량의 사다리 및 기타 장비와 전술의 차이에 의하여 결정한다고 하고 있다. 한국과 비교하면 건물의 높이에서 약 5배의 차이가 있음을 확인 할 수 있다. 한국의 사다리차 높이를 알아보면 다음과 같다.
2.2. 소방 사다리차 현황
한국의 소방청에서 보유하고 있는 2023년 기준 소방사다리차의 경우 고가 사다리차와 굴절 사다리차로 구분되어 보유하고 있으며 전국 보유 현황은 <Table 2>와 같다[9]. 고가사다리차의 경우 53m가 평균이며 이는 건물높이 16층에 해당되어 적용되어지며, 고가 굴절사다리차의 경우는 더 낮은 27m가 보편적인 높이임을 확인 할 수 있다.
3. 시뮬레이션의 구성
3.1 건축물 개요
이 연구의 대상은 D시에 위치한 고층 건축물로서 2012년 사업 승인을받은 지상 29층의 아파트이다.
대상 건축물은 아파트로서 84m2 로 동일하게 구성되어 있으며 1층에 2개의 입구를 가지고 있으며 각각 3세대, 2세대의 구성으로 1개층에 5세대가 구성되어 있다.
[Figure 1]은 대상 건축물의 기준층의 평면도로서 아파트의 특성상 각층이 동일한 설계로 59층까지 구성되어 있다.
[Figure 2]는 옥상 평면도로서 화재시 피난이 가능하도록 설계되어 있다.
이 연구에서는 지상 3층에서 화재가 발생하였다는 가정하에 분석을 하였다.
3.2 수용 인원 산정
통계청 평균 인원에 의한 수용 인원을 적용하여 아파트의 1개 층에 5세대가 배치되어 있으며 주거환경의 특성을 고려하고, 통계청 주택의 종류별 거주 평균인원 을 적용하여 84m2 세대당 2.7[10]명에 해당됨으로 아파트 1개층의 실제 거주 인원 평균 13.5명으로 계산하였으며, 29개 층의 수용 인원을 계산하여 391.5명으로 392명으로 계산하였다.
설정 인원은 아파트의 특성을 고려하여 아동, 성인, 노인으로 구성하였으며 2023년 통계청 자료 연령대별 인구구조를 적용하여 10대이하 15%, 20대에서 50대까지 57.66%, 60대에서 70대까지를 노인으로 27.34%로 설정하였으며 이상의 내용을 정리하면 <Table 4>와 같다.
4. 시나리오와 입력변수
4.1 시나리오의 구성
대상 아파트는 30층 미만 건축물로서 고층건축물에 해당되지 않아 피난안전구역 설치가 해당되지 않으며, 피난용 승강기의 설치 의무가 없는 아파트로서 화재 발생 위치는 3층으로 가정하였다.
시나리오 1은 2023년 통계청 가구당 평균인원을 적용하여 세대당 2.7명으로 전체 재실자 392명으로 계산하였으며 2023년 통계청 자료 연령대별 인구 구조를 적용하여 아동 59명, 성인 226명, 노인 107명으로 구성하여 재실자 392명이 계단을 이용하여 1층과 옥상으로 피난하는 것으로 설정하였으며 시나리오 2는 시나리오 1과 동일하게 통계청 가구당 평균인원으로 구성하였으며, 2층까지는 계단을 이용하여 외부로 피난하고 화재층인 3층부터는 옥상이나 가상의 17층에 위치한 피난안전구역으로 피난하는 것으로 설정 하였다.
시나리오 3은 시나리오 1과 동일하게 통계청 가구당 평균인원으로 구성하였으며, 가상의 피난용 승강기를 이용하여 1층으로 피난하는 것으로 설정하였다.
이상의 내용을 정리하면 <Table 5>과 같다.
시뮬레이션은 Pathfinder 프로그램을 사용하였으며 각 인원의 보행속도 및 신체치수 기준은 신장과 어깨너비를 기준으로 아동, 성인, 노인으로 구분하여 입력변수를 적용시켰다[11].
5. 결과 및 고찰
5.1 시나리오 1
[Figure 3]과 같이 수용인원을 통계청 세대 평균인원인 392명을 기준으로 하여 계단을 이용하는 피난이며 화재가 3층에 가정되었으므로 1층과 2층 재실자는 계단을 이용하여 건물 밖으로 피난하였으며 화재층인 3층부터는 계단을 이용하여 옥상층으로 피난하는 시나리오이다. 실험결과 전체 재실자 392명중 건물 밖으로 피난한 재실자는 28명이며 나머지 364명은 옥상으로 피난하였으며 피난에 소요된 시간은 385.2초가 소요되었다.
5.2 시나리오 2
[Figure 4] 과 같이 수용인원을 392명을 기준으로 하여 17층에 가상의 피난안전구역을 설정하였으며 계단을 이용하는 피난이며 화재가 3층에 가정되었으므로 1층과 2층 재실자는 계단을 이용하여 외부로 피난하였으며 화재층인 3층부터는 계단을 이용하여 17층 피난안전구역과 옥상층으로 피난하는 시나리오 이다.
실험결과 전체 재실자 392명중 외부로 피난한 재실자는 28명이며 17층으로 피난한 인원은 203명이며 나머지 161명은 옥상으로 피난하였으며 피난에 소요된 시간은 221.5초가 소요되었다.
5.3 시나리오 3
[Figure 5]와 같이 수용인원을 통계청 평균세대인원 392명을 기준으로 하여 피난용 승강기를 이용하는 피난이며 화재가 3층에 가정되었으므로 1층과 2층 재실자는 계단을 이용하여 외부로 피난하였으며 화재층인 3층부터는 피난용 승강기를 이용하여 1층으로 피난하는 시나리오 이다.
실험결과 전체 재실자 392명중 전체 재실자가 건물 밖으로 피난하였으며 피난에 소요된 시간은 2000.8초가 소요되었다.
5.4 결과의 고찰
시나리오 1은 계단을 이용한 피난 시나리오이며 시나리오 2는 17층에 가상의 피난안전구역을 설치한 시나리오이다. 시나리오 1과 시나리오 2를 비교하면 가상의 피난안전구역이 17층에 설치됨으로 인하여 피난거리의 단축으로 피난시간은 163.7초가 단축되었다. 시나리오 3은 피난용 승강기의 설치 시나리오이며 피난소요시간은 2000.8초로 많은 시간이 소요되었다. 이는 재실자들이 승강기를 기다리는 시간이 많이 소요되었으며 구체적이고 명료한 피난매뉴얼이 존재하여 재실자들에게 교육이 될 때 피난용 승강기의 효용이 증가 될 것으로 생각되어 진다.
시뮬레이션 결과에서 피난안전구역을 설정한 시나리오가 재실자들의 피난 시간이 가장 짧았다. 수직으로의 피난만이 존재하는 아파트의 피난에서 중간에 위치하는 피난안전구역의 설치 유무는 피난에 많은 영향을 미치는 것을 확인하며 이것은 결국 피난의 거리가 영향이 크다는 것을 확인 할 수 있었다.
시뮬레이션의 결과는 <Table 7>과 같다.
이상의 결과를 토대로 다음의 사항을 제안한다.
첫째. 20층 이상의 건축물을 고층건축물로 분류하도록 검토를 제안한다.
29층 아파트의 경우 피난안전구역의 설치의무가 없다. 아파트는 노인과 아동이 같이 거주하고 있으며 체류시간이 가장 긴 장소에 해당된다. 다른나라의 법규정과 비교하면 한국의 고층건축물의 높이에 대한 해석은 외국의 경우보다 상당히 높다고 보여진다. 따라서 고층건축물에 대한 기준을 현재 30층 이상에서 좀 더 강화하도록 검토할 필요가 있겠으며 향후 좀 더 많은 연구가 진행 되어야 할 것이다.
둘째. 피난안전구역의 설치 간격을 축소하여 피난거리를 단축하도록 제안한다. 고층 건축물의 피난에서 피난안전구역의 설치 유무는 재실자들의 피난에 큰 영향을 미친다. 급속한 노령화 시대로 들어가는 한국에서 수직이동만 존재하는 아파트의 피난을 생각할 때 피난거리의 단축이 무엇보다 중요하다는 것을 확인 하였다. 따라서 피난안전구역의 설치 간격을 축소할 필요가 있으며 이에 대한 검토가 필요하겠다.
셋째, 피난용 승강기를 이용한 시나리오의 경우 전체 재실자가 피난용 승강기를 기다리는 대기시간이 상당히 소요됨을 확인 할 수 있다. 따라서 적절한 피난매뉴얼을 작성하여 재실자들에게 교육하여 피난의 소요시간을 단축할 필요가 있다고 판단되어 진다.
6. 결론
이 연구에서는 고층건축물이지만 한국의 법규정에 고층건축물 적용을 받지 않는 29층 아파트 건축물의 피난에 대하여 RSET(피난 소요시간)을 검토하였다. 미국의 경 우 7층 이상을 고층아파트로 분류하며 그 이유는 피난용 사다리차의 접근가능 높이라고 규정하고 있음을 참고할 때 한국의 고층아파트 기준은 너무 높아 피난용 사다리차 의 접근이 쉽지 않으며 피난용승강기나 기타 피난에 도움 을 줄 수 있는 설비의 설치가 법으로 명확히 규정되어 있지 않음을 확인하였다. 피난용 승강기의 설치가 실제 9.11 사고 생존자들의 증언에서 확인된 것처럼 피난에 많은 도움이 되지만 피난 매뉴얼의 작성과 교육을 통한 재실자들 의 피난매뉴얼 적용 교육이 선행되어야 할 수 있겠다.
첫째, 고층건축물에 대한 높이 검토가 필요하다. 20층 이상의 건축물을 고층건축물로 분류하는 법개정을 제안한다. 현재 소방청에서 보유하고 있는 피난 사다리차의 사다리 길이가 20층 미만인 점을 감안하여 적절한 고층건축물의 분류를 재검토 할 필요가 있다.
둘째, 피난안전구역의 설치 간격의 축소 검토가 필요하다. 고층 건축물의 피난에서 피난안전구역의 설치 유무는 재실자들의 피난소요시간에 큰 영향을 미친다. 따라서 피난안전구역의 설치 간격을 줄이는 방안을 강구하여 RSET의 피난거리를 단축시킬수 있는 검토해 보아야겠다.
셋째, 고층아파트에서의 피난매뉴얼을 작성하고 홍보 및 교육을 통하여 무조건적인 피난용 승강기의 탑승을 자제하도록 한다. 가까운 피난층으로의 피난을 유도하며 저층일 경우 계단을 통한 이동을 권유하도록 한다.
마지막으로, 피난용 승강기의 설치를 통한 RSET을 감소시킬 필요가 있다. 30층 이상의 고층건축물은 피난용 승강기 설치가 의무화되어 있지만 주거를 목적으로 하는 아파트의 경우는 피난용 승강기의 설치가 예외로 되어 있다. 특히, 피난시 동반 보호자를 필요로 하는 어린이와 노인들이 다수 동반 거주하고 있는 아파트에서는 이러한 피난약자들이 이용할 수 있는 피난용 승강기를 설치하여 피난 RSET을 감소시킬 필요가 있다.