국내 고층 건축물의 재난 대비 위험도 평가 방법 연구

高麗大學校 大學院 建築學科 金 兌 榮
指導敎授 李 景 勳

국내 고층 건물 밀집도는 ‘18년 CTBUH(The Council on Tall Buildings and Urban Habitat) 통계에 따르면 150m 높이 기준으로 세계 11위이며 개수로는 약 400여개로 집계된다. 또한, 도심부의 기능 강화에 따라 구 도심지 낙후지역의 재개발에 따른 고밀화와 주요 중심 업무 지구의 복합화 된 고층 건축물의 지속적인 증가 추세이며 이는 재난 발생 시 건축물에 대한 자산의 물리적 손실 및 인명 피해에 대한 잠재적인 위협요소가 된다. 실제 미국 뉴욕에서 발생한 9.11 테러의 경우 도심지 고밀도의 환경으로 인하여 폭격으로 붕괴된 월드 트레이드 센터 외에도 주변 고층건물의 완전 붕괴, 화재로 인한 손실 및 파괴, 붕괴 잔해에 의한 입면과 구조체 손실 발생으로 인한 주변 환경의 피해 확산이 증폭되었다. 국내에서도 도심지의 고층 건축물에서 발생 가능한 사회적 재난에 대한 위험 저감 및 피해 손실을 인식하여 고층 건축물에 대한 테러예방설계기준 적용 강화, 지진에 대한 구조 성능 규정 강화, 화재에 대한 재료, 설비 및 피난 등에 대한 성능 규정 기준을 상향하고 있다. 그러나 이러한 연구들은 대부분 재난 발생에 대한 건축물의 부분적인 개선 사항에 대한 연구로 거시적 측면의 다양한 재난 위험에 대한 건축물의 강화를 위한 평가 기준, 평가 방법 및 계획 방향에 대한 재난 관련 평가 지침 내용 및 전문가 부족, 복합 재난에 대한 통합적인 관리체계와 정량적인 평가 시스템에 대한 필요성에 대한 인식이 부족하다. 본 연구는 이러한 국내 현실을 반영하여 재난에 대한 한국형 고층 건축물의 위험도 평가 모델 구축을 목표로 하고 있으며 선행 연구로 다양한 재난에 대한 건축물의 위험 평가 시스템 구축을 통해 위험관리와 정량적 분석이 가능한 미국 국토 안보부(Department of Homeland Security, 이하 DHS)의 연방 재난 관리청(Federal Emergency Management Agency, 이하 FEMA)의 Risk management series의 건물에 대한 위험도 평가 방법을 연구하여 분석 방식의 국내 적용 가능한 범위와 분석 방식에 대한 한계점을 도출하였다.
국내의 고층 건축물의 위험도 평가 모델 개발을 위해 국내에서 발생 가능성이 우려되는 폭발물 테러, 화재, 지진, 태풍 4개 재난을 검토 시나리오로 선정하여 선행 연구를 통해 도출된 평가 방식과 항목 중 적용 가능한 부분을 선별하였다. 또한, 국내의 고층 건축물에 대한 재난 관련 설계 기준, 건축규정, 초고층 특별법의 조건 등의 분석을 하여 위험 평가를 위한 평가 항목과 등급화를 위한 평가 내용에 반영하였다.
고층 건축물의 위험도 평가 체계는 Consequence; 도시적 특성을 반영한 자산 평가요소, Threats; 환경적 위협요소, Vulnerability; 건축물의 취약요소로 상위 평가 영역을 구성하였다. 기존 연구의 Vulnerability의 위험도 평가 항목인 대지 계획, 건축 계획, 구조 계획, 입면 계획, 기계, 전기, 설비 계획, 소방 계획, 보안 계획, 사이버 보안 계획 분야 외에 재난에서의 고층 건물에서 피난 기능의 역할의 중요성과 피난 관련 규정의 상이함을 고려하여 피난 안전 계획을 추가하여 평가 분야를 확장하였다. 평가 체계 구성에 있어 세부 평가 항목은 건축물의 기능과 평가 목적이 유사한 것들을 그룹화하였다. 그룹화 작업은 시뮬레이션 결과 위험 요소로 나타난 항목을 그룹간 연관성과 건축물의 위험 저감을 위한 상호보완 가능성에 대한 검토를 하기 위함이다.
기존의 모델과 비교 분석을 통해 모델의 사전연구를 바탕으로 선정된 평가요소들에 대한 분류체계를 수립하여 평가항목 기준의 수치화 및 위험 평가 방법을 구체화하였다. 이를 바탕으로 개발된 고층 건물의 재난 위험도 평가 모델은 실제 건축물을 활용한 시뮬레이션을 통해 평가 모델 검증을 계획하였다. 프로그램 검증을 위해 환경 지표가 상이한 3개 도시에서 준공시점이 10년 이하인 100m 이상의 고층 건축물을 선정하였다. 해당 건축물의 분야별 전문가 인터뷰를 병행하여 정확도를 높이고 도출된 평가 결과를 비교 분석하였다. 유사한 유형의 건축물 대상의 평가 결과 FEMA의 위험도 평가 방법인 Integrated Rapid Visual Screening (IRVS) 대비 재난 별 위험 평균값과 표준편차가 높아 분석 모델의 유효성을 검증하였다. 분석 결과 통합 위험도 값이 고위험군에 해당되는 건물이 없고 분석 대상 간 위험 값 차이는 10% 수준에 안정된 건축물로 평가된 것은 준공 시기가 10년 미만의 사전재난영향성 평가를 거친 고층 건축물 대상으로 분석하였기 때문이다. 그러나 개별 데이터 분석 결과 Vulnerability의 Category의 항목별 적용 수준 차이에 따른 건물간 편차가 높은 항목들이 보였으며 본 연구는 이러한 항목들을 선별하여 검토 대상을 높이, 용도, 준공 연도로 분류하여 실태 조사를 통한 재난 대비 고층 건물 설계 기준의 보안 방향 수립에 대한 기초 자료 활용이 가능할 것으로 본다. 또한, 세부 평가 요소 검증과 연구 결과 활용을 위해 검토 대상 중 유사 유형의 고층 건축물을 선정하여 시뮬레이션을 통해 재난별로 세부 항목의 평가 내용 결과를 비교 분석하여 적용 수준을 파악하였다. 세부 항목의 위험 수준 파악은 국내 고층 건물의 주요 위험 부위 도출 및 향후 개선 방안에 대한 방향을 제안하는 기준자료로 활용 가능성을 제안하며, 연구 결과의 범용적 사용을 위해 본 연구의 평가 모델을 웹 기반의 프로그램으로 구상한 계획안을 제시하였다.
본 연구는 다음과 같은 부분에서 차별점을 가진다. 국내 지표를 반영한 통합적인 건축물의 재난에 대한 위험 분석 방법을 구상하고 기존의 사전 연구와 전문가 인터뷰를 통해 평가 대상, 평가 영역, 평가 분야, 평가 항목, 평가 내용, 평가 결과의 정량화 및 해석에 대한 고층건축물의 재난 위험 분석 방법과 검토 모델을 개발하였다. 분석 체계의 검증을 위해 검토 대상 건축물의 설계자 인터뷰를 접목한 시뮬레이션을 통해 평가 신뢰도를 높이고 기존 모델과의 비교 결과를 도출하여 본 연구의 활용 가능성을 증명하였다. 개발된 국내 고층 건축물의 재난 대비 위험도 평가 방법 연구는 건축물에 대한 지속적인 시뮬레이션을 통해 데이터를 축적하여 국내 건축물의 위험 수준을 파악하여 비용 효율적 측면의 대안을 도출하고 위험도 평가 모델의 웹 프로그램 구축을 통해 설계 초기 단계부터 분야별 프로젝트 실무자들이 건축물의 위험도를 체크하여 설계안에 반영하여 위험 부위에 대한 비용 효율적 대안을 도출할 수 있을 것이다. 또한 기존의 건축물들은 위험 부위에 대한 진단이 가능하며 지속적인 실태 조사를 통해 수집된 데이터들은 향후 가이드 라인 수립을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다. 이러한 프로세스는 건축물에 대한 지속적인 데이터 축척 및 관리 체계화를 통해 향후 대상 건축물을 인프라 및 다른 유형의 건물로 확장하여 재난위험관리에 활용 가능할 것으로 사료된다.