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[기고] 한 발 앞선 소방기술

황준호 소방기술사

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황준호 소방기술사 | 기사입력 2009/04/10 [13:45]

[기고] 한 발 앞선 소방기술

황준호 소방기술사

황준호 소방기술사 | 입력 : 2009/04/10 [13:45]
▶ 황준호 소방기술사   

화재감식 및 조사분야에서 이용되는 화재시뮬레이션

현재 화재감식이나 조사분야는 일반 민간전문가의 시장 진입 없이 경찰청 과학수사계와 국립과학수사연구소, 소방행정관서의 대응구조과 화재조사계, 화재보험사, 제조물책임법에 의한 기업체의 화재보상팀에서 다루고 있다. 

그러나 지난 2007년 8월 30일 헌법재판소에서 헌법불합치결정이 내려진 ‘실화책임에 관한 법률’에 의한 법률 제정유무에 따라 둘 이상의 건물에 피해가 발생하는 경우 발화지점이나 그 원인이 불분명한 상황에서 화재는 민사나 형사, 행정소송으로 해결되어질 가능성이 짙으며 결국 민간 화재감식 및 조사 전문가는 이러한 소송에서 어느 한편의 서서 소송을 진행하는데 필요한 전문가 및 법원 감정인으로서 활동할 것이며 국내 민간인의 화재감식 및 조사시장으로의 수요는 미국처럼 확대될 가능성이 있다.

이는 국내의 소방기술자가 소방방재청에서 오로지 현직 소방공무원만이 응시하도록 제한하고 있는 화재조사자자격시험을 볼 수는 없지만 일반인도 한국화재보험협회 방재시험연구원에서 일정교육과정을 마치면 시험응시가 가능한 미국화재폭발조사자협회(nafi, national association fire investigators)에서 주관하는 화재폭발조사자(cfei)를 취득하거나 국제방화조사자협회(iaai. international association of arson investigators)에서 시행하는 화재조사자(cfi)를 취득한다면 화재관련 소송에서 즉 민사, 형사, 행정법정에서의 수요창출로 이어져서 많은 전문가들이 이 분야로 진입될 것으로 예상된다. 

화재로 인해 둘 이상의 건물 등이 피해를 입을 경우 발화 장소와 발화 지점 그리고 발화의 선후관계(先後關係)가 명확하지 않은 경우에 제기하는 민사소송에서는 증거주의를 채택하는 물증중심의 형사소송과는 상이하게 철저한 변호사들의 변론중심으로 소송이 진행되어서 원고측 또는 피고측 변호사에 의해 고용된 화재조사전문가의 역할은 소송의 승소와 패소를 좌우하는 매우 중요한 역할을 하게 될 것이며 이때에 사용하는 화재조사기법 중의 하나가 nfpa 921 chapter 20에서 언급하고 있는 화재시뮬레이션을 이용한 화재조사기법이다.

이러한 화재시뮬레이션기술을 프로그램별로 크게 나누면 fastlite, cfast, fds, ansys로 분류가 되며 ansys를 제외한 화재시뮬레이션은 필자가 주역저자로 이미 국내에 관련서적을 출판한 바 있다.

또한, 소방행정관서의 화재조사계 및 경찰청, 기타 관련단체에서 화재시뮬레이션을 이용한 화재감식 및 조사는 문서로 이러한 시뮬레이션의 조건과 결과를 설명해야하는데 이는 nfpa 921에서 언급되고 있는 ‘화재조사를 위한 화재 모델링 표준 설명서’이다.

이러한 표준설명서는 소방행정관서에서 화재조사를 담당하고 있는 공무원들을 위해서 한국형으로 표준화시켜서 보급할 필요가 있다고 본다. 

공식적으로 미국 정부에서는 지난 1987년부터 화재시뮬레이션기술을 이용해 화재현장에서 사망한 민간인의 사망원인조사와 1994년 미국 뉴욕주에서 발생한 화재진압 도중 순직한 3명의 소방관의 순직원인을 규명한 바 있다.

이후 이러한 결과물은 뉴욕소방서에서 유사한 건물화재 시 화재진압전술을 변경시키는 역할을 했다. 

소방방재청에서도 별도의 예산을 편성해 순직한 소방관의 사고원인을 시뮬레이션을 활용함으로써 수치적으로 규명하고 화재역학적으로 화재현장에 대한 발화원인과 화재성장경로를 분석한 데이터를 축적할 필요가 있다.

이제라도 정부의 소방행정기관에서는 화성 씨랜드 화재나 이천 냉동창고 화재 등 대형화재를 국가예산을 편성한 화재시뮬레이션으로 재조명해 볼 필요가 있다.

화재시뮬레이션을 이용하면 화재로 사망한 사람이 화재기간동안 몇 도에 얼마간 노출됐는지, 그 당시 산소와 일산화탄소, 이산화탄소의 농도 등을 알 수 있다.

현재 국내에서 널리 사용되고 있는 fds의 경우, 밀폐공간의 화재를 해석하지 못하기 때문에 이러한 경우에는 밀폐공간의 화재해석에 사용되는 unsafe같은 시뮬레이션 프로그램으로 대체할 수 있을 것이다.

화재현장의 화재시뮬레이션을 통한 재현은 정량적으로 화재역학적인 수치를 파악해 기존 건축자재의 화재위험성 등을 공학적으로 판별할 수 있으므로 국내에서 문제가 된 화재현장의 화학공학적인 재현을 통한 결과치의 해석 및 3차원 시각화기술을 이용한 화재재현은 일선 소방행정관서에서 방화관리자 및 일반 국민의 화재안전의식를 고취시키는 역할을 할 것이다.

pbd(performance based design) 성능위주의 설계

pbd는 한마디로 다른 산업이나 경영에서 얘기하고 있는 고효율ㆍ저비용 설계개념으로 미국, 일본 등 화재관련기준들이 선진화 된 국가에서 시행하는 것이다.

여기서 고효율이란 화재 경보, 진압, 피난 등에 관한 건축물의 특징에 맞는 신뢰성 측면이고 저비용이란 이러한 신뢰성을 확보하는데 있어 소요되는 설계비용을 비롯해 시공비용 및 화재보험료의 할인, 건물 잔존수명기간에 소용되는 유지관리비용 등 경제성 측면을 의미한다.

필연적으로 이러한 설계개념은 건축의 피난, 방화 및 내화구조에 맞물려야 고효율ㆍ저비용 개념으로 접근이 용이하며 현재 시행 중인 소방분야에서의 pbd는 잘못하면 화재 및 피난시뮬레이션을 단지 기존 화재안전기준에 무늬만 입힌 거창한 설계기법이 될 우려가 있다.

성능위주설계를 화재시뮬레이션으로 다수가 오해하고 있으나 기본적으로 국내 화재안전기준 및 관련 선진국의 화재안전기준에 대해 이해한 상태에서 화재시뮬레이션을 시행해야 하며 그때 비로써 신뢰성이나 경제성 측면이 고려될 수 있는 것이다. 

이렇듯 이들의 관계는 마치 동전의 앞ㆍ뒤면과 같이 서로 분리해서 생각해서는 안되는 중요한 부분이다.

신뢰성 측면을 강조해 성능위주 설계대로 시공을 하는데 막대한 비용이 들어간다면 시장에서 수요자들(발주처, 건축주 등)의 반발이 당연히 발생하게 되므로 선진국에서조차도 이러한 설계기법은 보편화 되지 않았을 것이다.

특히 경제성 측면에서 국내 다수의 소방설계회사들은 설계건물이 강제적인 화재보험가입대상건물이라는 것을 알면서도 건물주가 완공 이후 화배보험료을 할인받아 소방설비에 투자한 비용을 회수할 수 있는 보험개발원의 ‘소화설비규정’에 의한 소방설계가 pbd시행이전부터 보편화되지 않은 실정을 감안할 때에 이러한 pbd설계에서 설계엔지니어의 경제성을 접목시킨 공학적인 설계로의 접근이 필요하다.

이와 함께 기획재정부와 국내 화재보험사가 출자해 만든 한국화재보험협회에서는 소방방재청에 pbd 대상건물의 완공검사권을 요구할 것이 아니라 국내 화재보험사가 pbd로 설계된 건물에 대해서 ‘화재보험인수’를 할 경우, 어떠한 상황에서 화재보험료를 할증ㆍ할인할 것인지에 대해 일종의 가이드라인을 제시해야 한다. 이 또한 경제성 측면에서 반드시 고려해야 할 요소이기 때문이다.

pbd를 시행하고 있는 국가들 중 대륙법 체계 성문법 위주인 일본에서는 피난, 방화 및 내화구조에 관련한 건축 관련 법규와 소방관련 기준이 통합화되지 않아 침체 분위기에 있으나 판례자체가 법률적인 효력을 가지는 탄력적인 법체계가 구성돼 있고 사회적인 변화에 빠르게 대처하는 불문법체계의 미국이나 영연방국가들에서는 이 pbd가 성공한 설계개념이다. 

역으로 말하면 요즘 우리나라의 건축은 아파트를 제외하고는 건물의 미적감각을 고려한 다양한 외관을 가진 건축물로 설계가 이루어지므로 기존 법규위주의 기술기준과 안전기준의 틀에서 벗어나 소방분야를 관할하는 소방방재청과 피난ㆍ방화기준을 관할하는 국토해양부, 화재보험과 관련된 기획재정부에서는 부처간 협의를 통해서 시장의 요구에 빠르게 대처하는 일종의 한시적인 ‘성능위주설계 제도팀’를 구성해 문제가 되는 각종 법령을 신속하게 통일화하는 것이 근본적인 해결책이라고 본다. 

pbd에서 차지하는 화재시뮬레이션의 위치는 단지 하나의 도구이고 다양한 설계기법이 존재하므로 결국 설계자는 화재시뮬레이션 자체도 다양한 종류에서 선택해 동일한 신뢰성을 갖는데 비용적인 측면을 고려해 오히려 fds와 같은 복잡한 필드 모델링보다는 단순한 존모델링인 cfast도 일반적으로 사용될 것이다.

국내 화재안전기준은 스프링클러설비와 관련해 층별ㆍ용도별로 기준 헤드 개방 개수를 지정하고 분당 80lpm으로 필요한 수치를 산정하는데 이는 효율 및 비용측면에서 매우 낙후된 개념으로 이러한 개념은 pbd와는 상반된 의미를 가진다.

규약배관방식은 트리(tree)구조로만으로 헤드를 형성해야하는데 이러한 규약배관방식으로 루프(loop)나 그리드(grid)구조로 배관망을 설계하고 있는 것이 우리나라의 실정이다.

다른 문제점으로는 국내 규약배관방식은 미국의 규약배관방식과 비교하면 터무니없이 작은 용량으로 규정돼 있다는 것이다. 이러한 잘못된 규약배관방식의 보편화된 사용은 실제 화재에서 오히려 화재진압에 실패할 우려를 가지고 있다는 점을 간과해서는 안되는데 이러한 관점은 ‘신뢰성’ 측면으로 해석한 것이다.

또한, 기존 자동화재탐지설비의 감지기 설치기준을 nfpa 72처럼 가연물 화재 성장 속도와 최대 열방출률, 화재강도계수, 공기 유속 등을 고려해 화재 역학적으로 개정해야 한다고 생각한다.

소방방재청에서 우선적으로 스프링클러 및 자동화재탐지설비 관련 미국기준을 한국형기준으로 만들어 낙후된 화재안전기준부터 선진국형으로 개선해 나가는 작업이 필요하다.

필자는 이러한 작업이 소방분야의 전문화에 중요한 역할을 할 뿐 아니라 무분별한 타 분야의 인력들이 소방분야에 진입을 막는 기능을 동시에 하게 될 수 있을 것이라 판단한다.

시뮬레이션을 이용하는 화재조사분야와 성능위주설계분야는 국내에 화재시뮬레이션이 점차 보급되면서 컴퓨터 화재시뮬레이션을 이용하는 면에서는 어느 정도 공통분모를 취하지만 소방행정관서와 관련 민간 전문가의 협조 및 이 분야 발전을 위한 과감한 의견수렴을 통한 정책적인 반영 없이는 미국 등 선진국들과 같이 발전할 수가 없을 것이다.

제도적인 틀안에서 표면적이고 형식적인 관련 위원회의 구성이 아닌 실적이고 효율적인 전문가들의 참여를 소방 행정관서에서는 유도해야 할 것으로 본다.

황준호 소방기술사

[인터뷰]
[인터뷰] “다양한 경험ㆍ조직 이해 바탕으로 새로운 변화 물결 만들겠다”
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