고층건축물에는 다양한 위험 요인이 상존하고 있으며, 그 심각성에 대한 인식은 점차 높아지고 있다. 고층건축물에서 화재 등의 위기상황이 발생하게 된다면 대규모 피난으로 연결되며 각 층의 피난인원이 한정된 계단으로 동시에 쏟아져 나와 계단실에서의 체류 및 혼잡으로 인해 피난이 정체되는 문제점이 발생하게 된다. 특히, 더 많은 인원이 밀집해 있는 고층건축물의 경우 인명피해를 최소화하기 위하여 내부의 피난인원을 효과적으로 대피시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 더욱 필요한 실정이다.
이에 본 연구에서는 효과적인 피난방안 정립을 위해 경보시스템 차이에 따른 피난 효율성에 대한 공학적인 분석을 중점적으로 실시하였다. 세부적으로 화재 시 경보방식(일제경보, 우선경보, 교차경보)과 경보시간을 주요변수로 설정하여 피난시뮬레이션을 실행하였고 그 결과를 비교분석하였다.
피난성능검토에 사용할 대상건축물은 규모 지하 6층, 지상 32층의 오피스텔 건축물을 설정하였다. 피난상황은 지상 22층에 화재가 발생하여 피난계단을 통해 지상 1층 출구를 거쳐 건물 밖으로 피난하는 상황을 분석하였다.
피난시나리오는 크게 3가지로 경보방식에 따라 화재 시 우선경보 없이 건물 전층에 동시에 경보하는 일제경보방식과 위험성이 높은 발화층 및 직상 4개층에 우선적으로 경보를 발하는 우선경보방식, 그리고 우선경보방식을 일부 개선하여 건물의 일정층수마다 교차로 우선경보를 발하는 방식(이하 ‘교차경보방식’으로 정의)을 새롭게 적용하였다. 교차경보방식은 우선경보방식에서 발화 및 일부 직상층을 우선경보 후 나머지 전층을 경보하는 과정에서 생기는 비효율적인 부분을 개선하기 위해 우선경보시간동안 상·하층부에 미리 교차로 경보하여 계단실의 체류 및 혼잡을 감소시키고자 논문 연구과정 중 착안한 방식이다. 또한, 일정한 시간차이를 두고 경보를 발하는 우선경보방식과 교차경보방식의 경우 30초, 60초, 90초의 시간차에 대한 피난시뮬레이션 결과를 비교분석하여하여 가장 효과적인 시간차를 도출하였다.
피난시뮬레이션의 평가는 크게 두 가지 기준으로 나누어 분석하였다. 먼저, 우선경보방식의 도입취지에 맞게 위험성이 높아 우선경보를 발하는 화재발생층(22층)과 그 상층부 4개층의 재실자들이 발화층 아래(21층)로 피난하는 과정에서 피난 효율성을 분석하였고, 두 번째로 건물 전체의 재실자들이 1층을 통해 건물 밖으로 피난함에 있어 나타나는 결과를 경보방식과 경보시간 차이에 따라 분석하였다.
본 연구를 통하여 얻은 결과 및 제안사항은 다음과 같이 요약할 수 있다
첫째, 우선경보방식의 경우 우선경보를 발하는 5개층(22~26층) 재실지들의 발화층 아래(21층)로 피난은 효과적이지만 그 영향은 10초가량으로 미미하였고, 오히려 우선경보 상층에서의 피난을 더 지연시키는 결과를 초래하였을 뿐만 아니라 건물 전체의 재실자들이 건물 밖으로 피난하는 경우 또한 일제경보방식에 비하여 효과적인 결과를 나타내지 못하였다.
둘째, 체류와 혼잡으로 인해 발생하는 정체시간과 함께 경보시간의 차이로 인해 늦게 피난을 시작함으로 인해 지연되는 시간을 함께 고려하여야 한다. 가장 많은 정체시간이 발생한 일제경보방식에 비하여 우선 및 교차경보방식에서 경보시간의 차이로 인해 늦게 피난을 시작하여 최종피난시간이 더 지연되는 결과가 나타났고, 이로 인해 경보시간의 차이가 짧을수록 더 최종피난시간이 더 빨라지는 결과가 도출되었다.
셋째, 초기에 많은 인원을 피난시키는 것이 전체적인 피난완료시간을 줄이는 더 효과적인 결과가 도출된다. 피난인원이 피난계단으로 운집하여 피난에 대한 정체가 일정규모 이상으로 발생한다면 경보방식이 다르더라도 출구로 피난을 할 수 있는 인원의 수는 한정되어 있기 때문에 초기에 다수의 인원을 피난시키지 못한다면 피난이 완료되는 시간은 그만큼 더 지연될 수밖에 없다. 그 결과 본 연구에서 도입된 교차경보방식에서 우선경보가 진행되는 시간동안 초기피난은 교차로 실행하여 우선경보방식보다 더 효과적인 결과를 도출할 수 있었다.
끝으로 본 연구는 고층건축물 1개소만을 선정하여 연구를 진행하였기에 다양한 형태의 고층건축물의 특성을 반영하지는 못한다. 향후 다양한 특성별 건축물의 영향요인 및 상이점을 밝혀내기 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다. 그렇지만 본 연구의 과정을 통하여 경보방식에 따라 고층건축물의 피난에 대한 효과성을 공학적으로 평가함에 연구의 가치가 있다고 할 수 있다. 앞으로 연구결과를 바탕으로 고층건축물의 피난 및 경보계획을 수립함에 있어 기초적인 데이터로 활용되길 기대한다.

There are various risk factors in high-rise buildings, and the perception about
the severity is increasing. If a fire occurs in a high-rise building, it leads to a
large-scale evacuation, and people at each floor escape to the stairs at the
same time, resulting in congestion. Especially, in case of high-rise buildings with
more people, it is necessary to study the ways to effectively evacuate internal
evacuees in order to minimize the casualties.
In this study, the evacuation efficiency was analyzed according to the
difference of the alert system. In detail, the evacuation simulation was
performed by setting the fire alert method (alert at once, priority alert, cross
alert) and alert time as the main variables, and compared the results.
The target building to be used for the evacuation simulation was an officetel
with 6 floors underground and 32 floors above the ground. The evacuation
situation was analyzed as a situation where a fire occurred on the 22nd floor
and evacuated out of the building through the escape staircase.
Evacuation scenarios are largely classified into three types according to the
alert system. The study applied Alert method that simultaneously alerts all floors
of buildings, priority alert method that gives preferential warning to the
dangerous ignition layer and four layers directly above, newly applied the
method(Hereinafter referred to as "cross alert method"), of issuing the
intersection priority alert for every certain number of floors. In order to improve the inefficient part of the priority alert method, the cross alert mehtod
is designed to reduce stagnation in the staircase by alternately warning of a
certain number of floors during the priority alert time. In addition, the most
effective time difference is obtained by comparing and analyzing the evacuation
simulation results for the time difference of 30 seconds, 60 seconds, and 90
seconds in the case of the priority alert method and the cross alert method
The evacuation simulation was analyzed by two criteria. First, the case of
evacuation from the priority alert floors(22~26th floor) to under the ignition
layer(21st floor) is analyzed. Secondly, the results of the evacuation of the
occupants of the whole building through the first floor are analyzed according
to the difference of the alarm method and the alarm time.
The results and suggestions obtained through this study can be summarized
as follows.
First, in the case of the priority alert method, evacuation from the priority
alert floors(22~26th floor) to under the ignition layer(21st floor) is more effective.
But the effect was negligible as about 10 seconds. Rather, it resulted not only in
delaying the evacuation from the upper floors of the priority alert floors but
also in delaying the case that the occupants of the entire building were
evacuated from the building.
Second, Evacuation time should be considered the delay due to the congestion
of the evacuation as well as the delay due to the difference of the priority alert
time. As compared with the alert method that warning at once that the
stagnation time occurred the most, the evacuation started late due to the
difference of the priority alert time in the priority alert method and the cross
alert method, and the final evacuation time was further delayed. As a result,
The final evacuation time was faster.
Third, evacuating a large number of people in the beginning leads to more
effective results that reduce the overall evacuation completion time. Regardless
of the alert method, the number of people who can evacuate to the exit is
limited, so if you do not evacuate a large number of evacuees early, the
evacuation time will be further delayed. As a result, in the cross alert mehtod
introduced in this study, the initial evacuation can be executed during the the priority alert time, which is more effective than the priority alert method.
Finally, the study selected only one high-rise building, so it does not reflect
the characteristics of various types of tall buildings. Future research will be
needed to clarify the factors and differences in the characteristics of various
buildings. However, through the process of this study, it can be said that the
research is valuable in engineering evaluation of the effectiveness of evacuation
of high-rise buildings according to the alert system. Based on the results of this
study, it is expected that the data will be used as basic data for establishing
evacuation and warning plans for high-rise buildings