1. 서론
2010년 부산 우신골드스위트 화재 이후 건축법에 고층건축물에 대한 정의(2011년 9월 16일)와 「초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법(이하, ‘초고층재난관리법’이라 한다.)」이 제정(2011년 3월 8일)·시행되고 있다. 건축법제2조제1항제19호의 규정에 따르면 고층건축물은 층수가 30층 이상이거나 높이가 120 m 이상인 건축물로 정의가 되었고, 초고층 건축물은 건축법시행령과 초고층재난관리법에서 50층 이상이거나 높이가 200 m 이상인 건축물로 정의된다.
2014년 기준(MPSS, 2014)에 의하면 고층건축물은 2,158동, 초고층건축물은 81동에 이른다. Table 1에 나타낸 바에 의하면 주거시설인 공동주택과 주상복합이 72개소로 전체의 88.9%를 차지하고 있다. 또한, Table 2의 2014년 화재발생 통계에 의하면 초고층 건축물이 주를 이루고 있는 주상복합건축물을 포함한 공동주택의 화재발생건수는 총 42,135건 중 4,231건으로 전체의 10%에 해당됨을 알 수 있다.
Table 1
Current Status of High-rise Building Floors by 2014 Statistical Data(NEMA)
| Item | Total | Apartment | Residential & Stores | Office | Mix-use |
|---|---|---|---|---|---|
| Total | 81 | 48 | 24 | 1 | 8 |
| Under 50th | 1 | 1 | |||
| 50~59th | 62 | 42 | 13 | 1 | 6 |
| 60~69th | 14 | 6 | 6 | 2 | |
| 70~79th | 3 | 3 | |||
| More Than 80th | 1 | 1 |
Table 2
Number of Fire on Location(2014) by NFDS(Ministry of Public Safety and Security)
| Item | Total | Detached house | Car | Apartment | Plant | Restaurant | etc |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Number | 42,135 | 6,141 | 4,462 | 4,231 | 2,610 | 2,520 | 22,171 |
| Ratio | 100% | 14.6% | 10.6% | 10.0% | 6.2% | 6.0% | 52.6% |
현행 법령에서는 고층건축물 또는 초고층건축물에 특정소방시설을 추가 설치하도록 하는 규정은 없다. 다만 대상물의용도, 수용인원, 층수 등을 고려하여 소방시설의 사용시간 또는 성능을 강화하는 규정은 있다. 예를 들면, 수계소화설비의 수원의 양을 많게 하거나 비상전원의 용량을 증가시키는 등 소방시설의 성능기준을 강화하여 적용하도록 하고, 초고층재난관리법에서는 재난의 예방·대비·대응 및 지원 등에 필요한 사항을 규정하며, 성능위주설계, 사전재난영향성평가 등으로 건축물의 설계단계부터 안전에 대한 법적규제를 하고 있다. 하지만, 이렇게 강화 적용된 소방시설의 설치규정에도 불구하고 자체 소방시설을 이용한 화재진압에 실패할 경우, 소방대가 화재진압을 위해 설치하는 직접적인 소방시설은 없다. 단지, 수원이 동반되지 않는 연결송수관설비, 연결살수설비 등으로 제한적이며, 이 또한 다른 설비와 겸용하거나 다른 설비에 의해 면제되는 설비들이다.
실제 화재시 소방관서 등 재난대응 기관에서 보유하고 있는 장비만으로 초고층건물에서 발생한 재난에 대응하기는 성능이 부족하고, 초고층재난관리법 시행 이전에 건설된 대상물인 경우 대응하기는 더욱 난해하다. 따라서 소방관서에서 현재보유하고 있는 장비를 효율적으로 대처하기 위한 방안 마련이 시급하고, 소방대가 직접 사용하는 시설에 대한 시설 기준의 개정과 고압방수가 가능한 장비 개발이 요구된다.
2. 고층건축물 화재발생 현황 및 사례 분석
2.1 고층건축물 화재발생 현황 분석
최근 3년간 30층 이상의 고층건축물 화재발생(NEMA, 2012~2014)을 분석한 결과, 건물 및 구조물 전체 화재발생 건수인 65,244건 중 166건으로 건축·구조물 화재의 0.254%에 해당하며, 이중 17건은 50층 이상의 초고층 건축물에서 화재가 발생하였다. 또한 166건의 고층건축물 화재중 발화층이 30층 이상인 경우도 19건으로 11.4%나 된다.
2.2 화재사례 분석
2010년 10월 1일 부산 우신골드스위트 화재로 경상 7명, 121세대의 화재피해와 81세대의 수손피해 등 소방서 추산 약 57억원의 재산피해가 발생하였다. 최초 발화 추정시간은 11:07경이며, 소방대가 최초 도착한 시간이 11:36경이고, 18:48경 완진까지 약 7시간 동안 화재를 진압한 것으로 집계되었다. 완진 이후에도 잔불정리를 계속 진행한 것을 감안하면 사실상 소방대가 현장에서 활동한 것은 그보다 훨씬 많은 시간이 소요된 것으로 추정된다.
수원은 규정에 의해 하나의 방수구역을 기준으로 산정하여 저장하였으나, 화재가 전층으로 확대되면서 169개의 스프링클러설비의 헤드가 개방됨으로 인하여 수원의 부족과 방수압력이 낮아져 소방시설의 역할을 전혀 하지 못했다. 또한 현장에 소방펌프차, 고가차 등의 장비를 동원했는데 불구하고, 옥상에서 방수하기 위하여 인접 건물의 옥상에서 소방호스를 연장하여 방수한 것을 보면 옥내소화전과 연결송수관설비의사용에도 문제가 있었다는 것을 알 수 있다.
고층건물 화재진압에 따른 문제는 최근 발생한 두바이의 63층 어드레스 호텔 화재에서도 알 수 있다. 2015년 12월 31일 오후 9시경 지상 20층에서 시작된 화재는 거센 바람 탓에 순식간에 외벽을 타고 수직 연소 확대되어 수백명이 대피하였으며, 다행이 사망자와 중상자는 없었으며 14명의 경미한 부상자만 발생하였다.
이와 같은 화재사례에서 알 수 있듯이, 초고층 건축물에서 발생한 화재를 진압하기 위해서는 화재진압에 필요한 장비를 이동하는데도 많은 시간이 필요하지만, 완진 이후에도 계속하여 잔불정리를 하기 때문에 소방대의 작업시간 이후에도 소요되는 수원이 계속해서 공급되어야 하는 문제가 발생한다. 또한 초고층 부분까지 물을 공급해야 하므로 소방펌프에 충분한 동력이 공급되어야 하며 송수되는 주배관이나 소방호스도 고압을 견딜 수 있는 충분한 성능이 확보되어야 한다.
3. 초고층 건축물의 소방시설 등의 법적 기준
3.1 국가화재안전기준(NFSC)
고층건축물의 화재안전기준(NFSC 604)은 고층건축물에 개별 화재안전기준보다 우선하여 추가적으로 갖추거나 설치해야하는 사항을 규정하였다. 주요내용은 옥내소화전설비 및 스프링클러설비 주배관 이중설치, 자동화재탐지설비의 수신기, 중계기 이중배선, 피난안전구역 내 제연설비, 피난유도선설치 등에 대한 기준이 있다. 세부적으로는 소화설비의 수원과 설비별 비상전원은 30층 이상인 경우 40분 이상, 50층 이상인 경우 60분 이상으로 규정되어 있고, 수직배관은 50층 이상인 경우 2개 이상으로 설치하도록 되어 있다.
연결송수관설비의 화재안전기준(NFSC 502)에 의한 설치기준을 보면 지면으로부터의 높이가 31 m 이상인 특정소방대상물 또는 지상 11층 이상인 특정소방대상물에 있어서는 습식설비로 할 것과 배관 내 사용압력이 1.2 MPa 이상일 경우에는 압력배관용 탄소강관(KS D 3562) 또는 이와 동등 이상의 강도·내식성 및 내열성을 가진 것으로 설치하도록 규정되어 있다. 주배관은 구경이 100 mm 이상인 옥내소화전설비, 스프링클러설비 또는 물분무등 소화설비의 배관과 겸용할 수 있으며, 지표면에서 최상층 방수구의 높이가 70 m 이상의 특정소방대상물에는 연결송수관설비의 가압송수장치를 설치하도록 규정하고 있다.
3.2 성능위주설계 방식
화재예방, 소방시설 설치·유지 및 안전관리에 관한 법률 시행령 제15조의3에 의해 성능위주설계를 하여야 하는 특정소방대상물의 범위에는 건축물의 높이가 100 m 이상 또는 지하층을 포함한 층수가 30층 이상인 대상물이 포함되어 있기 때문에 일반적으로 모든 고층건축물은 성능위주설계 대상에 포함된다고 할 수 있다. 그러나 성능위주설계 대상이 된다고 해서 일반 건축물과 특별히 다르게 설계하도록 규정하고 있지는 않다(MPSS, 2016). 성능위주설계는 소방법령의 규정에 따른 설계가 난해한 초고층 등 특수한 건축물 신축의 증가와 화재방어 및 피난시스템 등과 관련 최첨단 신기술이 개발되고 있음에 따라 법령에 반영하지 못하는 기술을 특수한 건축물에 상응하는 최적의 소방시스템을 구현하기 위한 것으로 소방설계에 객관성을 부여하기 위함이다. 또한, 화재안전성능 및 피난시뮬레이션을 통해 화재성상을 정확히 예측하고 대책을 세워 과학적이고 합리적인 소방시스템을 구축하기 위함으로 화재안전기준 등 법규에 따라 설계된 화재안전성능보다 동등 이상의 화재안전성능을 확보하도록 하고 있을 뿐이다.
3.3 초고층재난관리법에 의한 규제
초고층 건축물에 적용되는 사전재난영향성검토협의는 종합재난관리체제 구축, 내진설계, 피난안전구역 설치, 소방설비·방화구획, 방범·보안, 침수방지계획 등 초고층 및 지하연계 복합건축물과 그 주변지역의 재난관리를 위하여 재난의 예방·대비·대응 및 지원 등에 필요한 사항을 규정하는 법으로서 대상물 관계자가 안전관리를 위한 내용이 주로 포함되어 있다.
이에 따라 초고층 건축물 등의 관리주체는 그 건축물 등에 대한 재난을 예방하고 피해를 경감하기 위한 ‘재난예방 및 피해경감계획’을 수립·시행하여야 하며, 이를 담당하는 총괄재난관리자도 지정하여 선임하도록 하고 있으며, 소방시설에 대한 검토는 성능위주설계심의를 통해 충분히 이루어진다고 볼 수 있고 사전재난영향성검토협의 과정에서는 총체적 재난관리에 대한 협의만 이루어진다.
4. 소방펌프차에 장착하는 소방펌프 성능
4.1 고층 건축물 소방펌프 설계 사례 분석
최근에 설계된 고층건축물에 대하여 소방펌프 설계양정을 조사하였다. 조사대상은 성능위주설계 심의대상에 해당되는 대상물 중에서 건축허가 등의 동의를 완료하였거나 건축심의를 통과하여 건축시공 중에 있는 대상이다. 소방펌프의 용량산정을 위한 양정의 설계 사례는 Table 4와 같다.
Table 3
The Number of Fires during the Past 3 Years by 2014 Statistical Data(NEMA)
Table 4
Design Example of Fire Pump Head
조사된 자료에 의하면 스프링클러설비나 옥내소화전설비의 펌프용량에 비하여 연결송수관설비의 펌프용량은 더 낮게 설정된 경우가 있다. 이는 설계자가 소방펌프차에서 송수구를 통해 공급하는 압력을 0.5~0.7 MPa로 판단하여 연결송수관설비의 펌프용량 산정시 이를 반영하여 설계하기 때문이다. 건물구조, 높이마다 설계양정은 다르지만 Table 4에 나타낸바와 같이 30층 이상인 경우, 최대양정이 200 m나 된다.
4.2 경기도 소방공무원의 소방펌프차의 고압방수 경험 분석
경기도 소방공무원중 소방펌프차를 조작하는 161명에게 화재현장에서 사용하는 소방펌프의 압력을 조사한 결과(Kwon, 2014; Min, 2012)를 Fig. 2에 나타냈다. 소방펌프차 적재함에 적재되어 있는 호스 3~5벌을 기준으로 기본사용압력은 0.4~0.9 MPa이고, 조작대원이 경험한 최고 사용압력은 0.7~2.2 MPa로 조사되었다.
기본방수압력은 0.8 MPa 이하를 사용하는 경우가 98.8%로 인정기준에서 정하는 규격방수압력과 유사하지만 경험한 최고사용압력은 인정기준에서 정하는 고압방수압력 1.4 MPa를 초과하는 경우가 28%로 조사되었다(Min, 2013).
4.3 소방자동차용 소방펌프의 성능에 관한 인정기준
소방펌프차는 한국소방산업기술원 자체인정기준인 「소방자동차용 소방펌프의 인정기준」(이하, ‘인정기준’이라 한다.)에 의하여 방수 및 내구성능, 펌프의 내압성능, 진공펌프의 성능 등 주요성능에 관한 시험기준에 합격한 펌프를 사용하도록 규정하고 있다. Table 5에 나타낸 방수성능 기준을 보면 규격방수압력과 고압방수압력은 각각 0.85 MPa, 1.4 MPa이다.
Table 5
The Fire-fighting Standard Centrifugal Pump Certification Table of Discharge Performance and Efficiency
방수내구성은 ‘규격방수성능에서 6시간 동안 계속 방수한 후, 고압방수성능에서 2시간 동안 계속 방수를 하는 경우 기능에 이상이 생기지 아니하여야 한다.’고 규정되어 있다. Table 5 (KFI, 2012)에 나타낸 바와 같이 고압방수 성능시험 최고 압력은 1.4 MPa로 되어 있지만 고층건축물에서 화재진압에 필요한 압력은 이보다 훨씬 높은 압력을 필요로 한다.
방수성능시험 시간에 대해서도 앞서 언급한 부산 해운대 우신골든스위트 화재사례에서 알 수 있었듯이 7시간이 넘게 화재진압을 하고 있는데 반해, 이 규정에 의하면 고압방수로 2시간 동안 계속방수를 하는 경우 기능에 이상이 생기지 아니하는 것으로 규정하고 있어서 실제 현장에서 사용하는데 무리가 따른다.
4.4 문제점
소방펌프차에 장착하는 소방펌프의 압력은 연결송수관설비의 가압송수장치가 정전 또는 화재로 인해 작동이 되지 않을 경우, Table 5의 가압송수장치의 펌프 용량 이상인 1.5~2.0MPa이상으로 소방펌프차에서 방수하여야 한다. 그리고, 소방대원의 고압방수 경험을 보면 1.5 MPa 넘는 경우가 28%나 된다.
그러나, 인정기준에서 펌프의 내압성능을 측정하는 기준은‘펌프 및 방수측의 관로에는 사용하는 최대값의 1.5배의 압력을, 흡수측 관로에는 1.5 MPa의 압력을 가하는 경우 물이 새거나 현저한 변형 등이 생기지 아니하여야 한다.’고 규정되어있으며, 이 때 펌프의 최대값은 0.5, 1.0, 1.5 MPa 등으로 구분해서 측정하기 때문에 인정기준에서 1.5 MPa를 소방펌프의 최고압력으로 기준한 것을 알 수 있다. 결국, 소방펌프차에 장착하는 인증된 소방펌프의 성능으로는 고층건축물에 화재시 이론적으로 사용할 수 없는 성능 기준이다.
5. 초고층 건축물 화재진압 방안
2012년 소방방재청(현, 국민안전처)에서는 전국 소방본부를 대상으로 ‘화재진압 작전전술 연구개발 발표대회’를 개최하여 다양한 방법을 연구하였다. 그 중 초고층 건축물에 대한화재진압 방안이 가장 활발히 연구되어 발표되었는데 대표적인 방법으로는 현재 보유하고 있는 소방펌프차의 중계구를 통한 중계송수방식으로 소방펌프를 직렬로 연결하여 가압하는 방식이다(Kwon, 2014).
이 방식은 송수구에서 고압으로 방수하여 고층까지 방수하는 방식이나 이럴 경우 송수구에 연결하는 소방펌프, 호스, 밸브류 등의 인정기준에서 정하는 사용압력보다 높은 압력으로 방수해야하므로 안전상에 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 소방대원이 화재를 진압하거나 인명구조활동을 위하여 사용하는 설비인 소화활동 설비중 직접적으로 화재진압에 사용되는 연결송수관설비와 연결송수관설비 가압송수장치의 역할을 할 수 있는 이동식 소방펌프를 이용한 초고층 건축물 화재진압 방안을 다음과 같이 제안한다.
5.1 이동식 소방펌프 현황
이동식 소방펌프는 주로 풍수해 발생시 사용하는 장비이나 산간지역이나 소방차량진입이 불가한 지역에 화재 발생시에도 사용할 수 있는 유용한 장비이다. 전국 소방관서에서 운용하고 있는 이동식 소방펌프는 Table 6과 같다.
Table 6
The Present Possession of Potable Fire Pump by Statistical Data(NEMA)
이동식 소방펌프는 전국 966센터(MPSS, 2015)에 평균적으로 1.37대씩 보유하고 있는 장비로 한국소방산업기술원의 이동용 소방펌프의 인정기준을 보면 펌프의 성능은 급수별로 나누어져있다. 소방펌프차용 소방펌프 등급과 기준이 동일하며 A급은 규정에 없으나, B, C는 동일급수인 경우 소방펌프차용 소방펌프와 방수성능이 동일하고 효율만 낮다. 이와 관련된 내용을 정리하여 Table 7에 나타내었다.
Table 7
The Removable Power Driving Extinguish Pump Certification Table of Discharge Performance and Efficiency
5.2 화재진압 방안
화재발생시 소방호스 말단에서 소방대원이 화재를 진압하기 위한 적정 방수압력으로 방수가 되지 않는 경우, 연결송수관설비 방수구에 소방호스를 직접 연결하지 말고 다음과 같은 2가지 방법으로 연결하여 방수를 한다.
(a) 소방호스 연결방법(개정전)
이동식 소방펌프를 화점층까지 이동 후 연결송수관설비의 방수구 인근에 위치하고, 이동식 소방펌프의 흡수구와 연결송수관설비의 방수구를 연결하여 방수구에서 나오는 소화수를 이동식 소방펌프의 수원으로 이용한다. 현장여건에 따라 이동식 소방펌프의 방수구에 65 mm 소방호스를 연결하거나 Y커플링을 사용해서 40 mm로 분기하여 화재를 진압한다(Min, 2015).
(b) 소방호스 연결방법(개정후)
연결송수관 수직배관에 바이패스가 설치된 층(화점층 인근)에 이동식 소방펌프를 이동 후 흡수구에는 게이트밸브 또는 체크밸브의 1차측 방수구를 연결하고 2차측에는 이동식 소방펌프의 방수구를 연결하여 상층부로 이동식 소방펌프에서 나오는 가압수를 전달한다.
앞서 언급한 2가지 연결방식은 소방펌프차 또는 옥내소화전 펌프에 직렬로 연결하는 방식으로 연결송수관설비의 가압송수장치의 역할을 하도록 하는 것이다.
(a)의 방법은 초고층재난관리법을 적용받지 않는 기존 고층건축물에서 연결하는 방법으로 이동식 소방펌프를 화점층에 설치하는 방식이고, (b)의 방법은 고층건축물 화재안전기준(NFSC 604)의 개정이 필요한 사항으로 30층 이상인 경우 5개 층 또는 10개 층마다 연결송수관설비의 방수구를 수직배관에 2개를 설치하고, 그 사이에 게이트밸브 또는 체크밸브를 설치하여 수직배관에 이동식 소방펌프를 연결송수관설비 가압송수장치와 동일하게 설치할 수 있도록 하는 방식이다.
6. 결론
2010년 부산 해운대 우신골든스위트 화재로 인해 고층건축물의 재난발생에 대한 관심이 높아졌고 현재 초고층재난관리법과 고층건축물 화재안전기준 등이 제정이 되면서 법적 기준이 강화되고, 화재진압 장비, 방안 등이 지속적으로 연구가 되고 있다. 하지만, 건축물에 대한 법의 소급적용이 어렵기 때문에 고압방수가 가능한 펌프차를 보유하고 있는 극히 일부지역을 제외하고는 기존 고층건축물은 화재진압의 사각지대가 되고 있다.
따라서, 본 연구에서는 기존 고층건축물을 대상으로 소방대가 현재 보유하고 있는 장비로 최적의 화재진압방안을 연구한 결과, 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
1. 현행 법령에 의하면 고층건축물에 화재가 발생하였는데 불구하고 연결송수관설비 가압송수장치가 작동을 하지 않을 경우, 소방펌프차가 정상적인 압력범위 내에서 적정한 방수압력으로 송수가 불가능하기 때문에 인정기준에서 정하는 펌프의 최고압력을 최소 2.0 MPa 이상이 되도록 하여야 한다.
2. 연결송수관설비의 배관 겸용은 ‘성능에 지장이 없는 경우’가능하지만 화재사례 분석을 통해 겸용시 성능에 문제를 내포하고 있으므로 소방대의 직접적인 소화활동설비인 연결송수관설비는 어떠한 경우에도 성능에 지장이 없도록 배관을 단독으로 설치하도록 국가화재안전기준의 개정이 요구된다(Min, 2013).
3. 연결송수관설비와 이동식 소방펌프를 이용한 화재진압방안은 실질적인 방수시험을 통해 중계압력과 방수압력의 적정압력, 직렬연결시 펌프의 효율, 안전조치 사항 등을 연구하고 지속적인 훈련을 병행되어야 한다.
4. 최근 소방관서에서 소방펌프차를 직렬연결방식(중계방식)으로 고압방수 훈련을 하고 있으나, 펌프 흡수측 관로의 내압성능 기준은 1.5 MPa로 중계펌프차의 압력을 무조건 고압으로 방수시 펌프에 무리가 생겨 안전상에 문제가 발생할수 있기 때문에 펌프 흡수측에 내압성능 기준을 상향시킬 필요가 있으며, 소방관서에서도 이런 사항을 인지하여 부득이 고압방수를 위해 중계방수할 경우에는 특히 안전에 유의하여야 한다.
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