▲삼성건설 건축기전팀/기술기획파트 권순평 과장(소방기술사/미국소방기술사)

1. 도입(introduction)
 
현재까지 국내소방기술 수준은 선진국에 비해서 크게 낙후되어 있는 실정이다. 이는 지금까지의 여러 대형 화재사고의 발생이 대변해 준다고 할 수 있다. 멀리 대연각 호텔 화재사고까지 거슬러 올라가지 않더라도 최근 몇 년간 어린 생명 수십을 앗아간 씨랜드 화재, 인천호프집화재, 대구지하철화재참사, 최근의 대구 서문시장 화재 등등 이루 헤아릴 수 없다고 할 수 있다.
 
지금까지의 국내 소방설계는 법규위주설계(prescriptive design)가 거의 대부분을 차지하고 있다. 이는 법규의 세부적인 지침과 기술기준에 의해 별다른 유연성(?) 없이 강제적인 규제에 의해 설계하는 것을 의미한다.
 
지금까지 국내 소방설계는 이러한 법규위주로 이루어져 왔으나, 조금만 생각해보면 엔지니어의 관점에서 이러한 접근방법이 얼마나 무책임하고 근거가 미약한 것인지 쉽게 알 수 있다.
 
예를 들어 어떤 소방대상물에 스프링클러를 설치할 때 국내 소방설계는 법규에 맞춰 설계하면 만사형통 이라는 개념으로 접근하고 있는 실정이다.
 
즉 법규에 의해 스프링클러를 설치하기만 하면 되었지 “이곳은 화재 시 화재강도가 매우 클 것으로 예상되는 데 일반 스프링클러로 화재진압 및 제어가 가능할 것인가?, 이곳은 소방서의 접근이 용이하지 않고 화재 시 옥외소화전 등을 이용한 계속적인 소화용수 투입이 효과적일 것으로 판단되니 국내 소방법의 수원 20분보다 더 많은 수원이 확보되어야 하지 않을까?, 이곳은 비교적 화재 위험성이 경미하니 법규보다 조금 완화시켜도 무방하지 않을까?” 등과 같은 다른 일반 공학 분야에서는 당연한 엔지니어적인 생각은 거의 안하고 또는 못하고 있는 것이 현실인 것이다. 이는 선진국의 소방분야 관점에서 보면 참으로 한심한 상황이라고 할 수 있다.
 
원래 소방관련 설비는 해외 선진국에서는 “all or nothing”, 즉 화재 시 목적을 달성하던지 아니면 실패하던지 와 같은 개념하에, 설치만 하면 그만이 아니라 꼭 목적을 달성하게 준비되어야 한다는 생각으로 철저히 설계 및 시공되고 있지만 국내의 상황은 너무도 그렇지 못한 것이 현실이다.

이런 원인은 여러 가지가 있겠지만 너무 강제적인 법규위주 설계로 규제되다 보니 건물주 등 이해 당사자도 법규만 맞추면 되었지 더 엄격한 기준을 적용할 필요가 있을까 하는 생각을 가지게 되는 것이 주요 원인이라고 할 수 있다.
 
즉 담당 엔지니어의 재량권이 너무 없어 가감은 할 수 없고 단지 추가하는 것만 가능한 현실이 국내 소방엔지니어링의 발전을 가로막고 있는 것이다.

물론 일반적인 소규모 건물이나 평이한 소방대상물 같은 경우에는 법규위주설계로 하여도 어느 정도 무리가 없는 효과를 기대할 수 있지만, 현대의 고층화, 복잡화되어 가고 있는 건축물등과 같은 경우나 화재하중이 크고 경우의 수가 많은 플랜트설비 등 화재위험성이 높은 곳에는 법규위주설계 만으로는 신뢰성 있는 화재안전성능을 확신할 수 없는 사실이 여러 국내외 연구와 사례에서 밝혀지고 있다.
 
현재 한국은 반도체, 자동차, 석유화학, 건설 등 많은 분야에서 세계적으로 기술력을 인정받고 그에 따라 국가위상도 점점 높아져 가고 있다. 이런 다른 분야의 발전에 비해 안전분야의 발전은 많이 뒤쳐져 있다고 생각된다.
 
선진국이나 세계 유수의 leading company 들은 안전을 그 어느 분야 보다 중요시하고 많은 역량을 집중하고 있는 실정이다. 즉 선택사항이 아닌 필수사항으로 다루고 있고 경쟁력의 최우선 단계로 생각하고 있는 것이다.
 
이런 국내 현실을 볼 때 현재 50개가 넘는 소방관련 학과의 개설 및 그에 따른 학생들의 배출, 차세대 핵심소방안전사업의 지속적인 국가 r & d 투자 및 전문 인력 양성계획 등과 같은 다소 늦은 감은 있지만 가시적인 국내 소방분야 발전이 나타나고 있는 현시점에 발맞추어, 현재 입법이 활발히 추진되고 있는 pbd 분야의 빠르고 정확한 도입으로 우리나라 소방분야가 진일보하기를 기대하면서 본 연재를 시작하도록 하겠다.
 
 
2. 성능위주소방설계란(pbd)의 태동
 
성능위주 소방설계(pbd)는 1980년대 중반 영국과 일본에서 그 개념이 시작되었다고 한다. 그러던 중 1980년대 후반 호주에서 나온 warren center report에서 비로소 세계적인 관심을 끌게 되었다.

법규위주 설계의 강제적 규약을 최소화하고 설계자의 재량을 극대화하는 pbd는 그 이후 선진국을 위주로 여러 나라에서 널리 인기를 얻어 현재 사용되고 있다.

현재는 호주, 캐나다, 핀란드, 프랑스, 영국, 일본, 네덜란드, 뉴질랜드, 노르웨이, 폴란드, 스페인, 스웨덴, 미국, 싱가포르, 홍콩 등 선진국에서뿐만 아니라 말레이시아, 태국, 인도네시아, 인도 등 비교적 한국보다 덜 발전되었다고 생각되는 국가들조차 부분적으로 pbd에 의한 설계를 허용하고 있는 실정이다.
 
현재 pbd를 적용하고 있는 여러 나라 중 미국의 전반적인 상황을 살펴보면 다음과 같다.

19세기 말 이전에는 미국도 다른 국가들과 마찬가지로 소방분야는 공학 또는 과학에 기반을 두기보다는 경험을 바탕으로 이루어져왔다. 미국에서 화재안전설계에 관심이 모아지기 시작한 것은 19세기말부터 20세기 초까지 화재로 인해 전체 도시가 다 타버릴 정도의 대형화재 들이 발생했을 때로 거슬러 올라간다. 1871년 시카고에서 일어난 화재 외에도 보스턴, 뉴욕, 시애틀 등의 화재가 그 예이다.

미국을 비롯한 다른 나라들이 점점 더 산업화가 되어감에 따라 이러한 재난은 증가하게 되었다. 정부와 보험관계자들은 건물을 설계함에 있어서 의무적(강제적)인 기준이 필요하다고 결정하게 되었다. 그러나 그 당시에 소방설계 및 분석을 과학 또는 공학적으로 접근한 사람은 없었고, 경험을 바탕으로 한 그 분야의 리더(leader)들이 있을 뿐이었다. 따라서 그 당시의 최선의 방법인 경험을 바탕으로 화재안전관련 기준들이 만들어지게 되었다. 

이렇게 만들어진 기준들로 인해 그 후 도시 규모의 대형화재는 크게 줄어들었다. 그러나 화재로 인한 사망자, 부상자, 재산상의 피해 등이 높은 수준으로 계속됨에 따라 좀 더 효율적인 접근방법에 대한 필요성을 절감하게 되었다. 

1960년대 미국정부는 화재, 폭발 등을 과학적으로 이해하기 위해서 화재 연구를 지원하기 시작했다. 화재안전설계 및 분석은 경험을 바탕으로 한 기존의 방식에서 벗어나 과학을 근거로 한 공학적 방법으로 바뀌어지게 되었다.
 
예를 들면 1970년대 하버드 대학교의 dr. howard emmons와 같은 선도자들 덕분에 화재 모델링이 시작되었다.

1980년대에는 dr. vytenis babrauskas에 의해 콘칼로리미터(cone calorimeter)와 같은 실험실규모장치(bench-scale apparatus)가 개발되어 화재 모델링에 필요한 데이터를 제공하였다. 그러나 실험실규모의 실험 데이터(bench-scale test data)를 실제 화재 예측에 사용할 때 발생되는 불확실성(uncertainty)로 인해 고가의 비용에도 불구하고 full-scale calorimeter로 실험을 행하게 되었다. 이러한 현대 과학과 공학을 근거로 한 모든 것들이 어우러져 성능위주방법(performance-based design)이 시작되었다. 
 
3. 성능위주소방설계란(pbd)?

성능위주소방설계란 공학적인 방법을 이용하여 화재안전의 목적을 성취하기 위한 문제의 해결방법이라고 할 수 있다. 간단히 말하면 “과연 화재안전을 위해서 고려되는 소방 시스템이 제대로 효능을 발휘하여 인명과 재산을 보호할 수 있는 가? 하는 의문에서부터 시작한다고 할 수 있다.
 
최악의 화재시나리오에 주요건축구조는 어느 정도 내력을 유지할 수 있을까? 화재화중(fire load)이 많고 위험물이 다량 설치되어 있는 창고 같은 곳에 일반적인 법규위주로 설치된 스프링클러가 과연 화재를 제압할 수 있을까?
 
아트리움(atrium)등 대공간 화재 시 발생되는 연기가 아트리움과 상부와 같이 높은 장소에 설치되는 연기감지기를 동작시킬 수 있을 만큼 상승할 수 있는가? 화재 시 발생되는 연기는 어느 정도 양으로 예상되며 연기발생량 대비 설치된 연기제어시스템(smoke control system)은 적정한 것인가?
 
또는 예상되는 화재에 대해 고려되는 감지기는 어느 정도 시간에 작동될 것인가? 등등 생각해보면 화재안전에 매우 중요한 요소들이 법규위주 설계에만 익숙한 국내에서는 매우 생소하게 느껴지는 실정이다.
 
다음으로 pbd를 수행하는 데 있어서 고려해야 할 여러 가지 사항들 중 몇 가지의 예를 언급해보면 다음과 같다.
 
- 대상물의 화재안정 목표와 조건에 대한 명확한 이해가 있어야 한다. 예를 들어 인원이 밀집되는 다중이용업소 같은 장소는 무엇보다 인명안전(life safety)이 우선목표이겠고, 고가품이 다량 적재된 창고와 같은 곳은 재산보호(property protection)가 주된 관심사항 일 것이다.
 
- 이러한 화재안전목표(fire safety goals)를 달성하기 위해서 어떤 공학적인 기준(performance criteria)을 적용해야 하는지에 대한 이해가 있어야 한다. 즉 화재 시 “연기층 높이가 어느 정도 선으로 유지되어야 재실자의 피난이 가능할 것인가?” 등과 같은 설계상의 기준이 있어야 한다.
 
- 화재의 시작(initiation), 확대(propagation), 전파(spread)에 대한 이해가 전제되어야 한다. 즉 화재역학(fire dynamics)에 대한 지식이 바탕이 된 pbd가 수행되어야 한다.
 
- 능동적 화재방호시스템(active fire protection system)이나 수동적 화재방호시스템(passive fire protection system)이 화재를 어떻게 예방할 수 있는지 또는 화재발생 시 손실을 얼마만큼 완화(mitigation)시킬 수 있을까에 대한 이해가 전제되어야 한다.
 
- 화재 시 재실자들이 어떤 패턴으로 움직일 것이며, 심리상태에 대한 고찰 등, 즉 화재 시 인간행동(human behavior)에 대한 지식이 있어야 한다.
 
- 이러한 pbd 수행 시 과연 어느 정도의 위험(acceptable risk)을 수용할 것인가에 대한 고려와 이해관계자들의 상호 협의가 있어야 한다.
 
이상과 같이 이번 호에는 성능위주소방설계(pbd)의 시작과 발달과정, 그리고 정의 등에 대해 간단히 알아보았다. 다음 호에는 pbd의 개요 및 법규위주설계와의 비교, 장단점 등에 대해 살펴보기로 한다.

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