재난 발생으로 인한 피해는 전세계 도시지역에서 수년간에 걸쳐 증가해 왔으며, 이는 계속해서 증가할 가능성이 크다. 재난으로 인한 환경은 불확실성(Uncertainty), 상호작용성(Interaction), 복잡성(Complexity)이라는 특성을 지니고 있고, 재난의 발생형태도 도시 기능을 마비시키는 복합재난의 형태로 나타나며 대규모의 피해를 발생시키고 있다. 특히, 최근에도 계속해서 발생하고 있는 화재사고는 많은 방재 기술과 제도적인 노력에도 불구하고, 그 피해는 매년 증가하고 있으며, 지난 2021년 소방청 통계를 보면, ‘건축, 구조물’에서 발생한 화재사고는 유형별 화재에서 매년 가장 큰 인명, 재산피해를 차지하고, 그 위협은 산업사회가 계속해서 고도화됨에 따라 피해는 천문학적으로 증가할 것으로 예측된다.
이에 화재사고로 인해 발생하는 피해를 경감시키고, 위험요소를 사전에 검토하기 위해 인명안전을 주안점으로 하는 성능 위주 설계(Performance Based Design, PBD)를 통해 건물 안전성을 평가하고 있으며, 특히 인명피해와 밀접히 연관된 피난 안전성을 평가하기 위한 도구로 활용되는 화재·피난 시뮬레이션은 화재 시 인간행동에 대한 메커니즘을 반영하지 못하면서, 그 데이터의 신뢰성과 활용성에 한계를 지니고 있다. 이를 개선하기 위해서 건축물 화재 시 나타나는 재실자 이동 경로 및 행동특성에 관한 연구를 통하여 그 근거를 마련할 필요가 있으며, 피난 과정에서 불필요하게 소비되는 시간을 감소시키기 위해서 무엇을 고려해야 하고, 재실자가 어떻게 행동하는지를 예측할 수 있어야 한다.
대부분 기존의 연구에서 건물 화재 상황에서 재실자의 피난 경로선택 특성을 살펴보기 위해서는 화재 사례나 화재 대피 훈련 등을 통하여 파악할 수 있었으나, 최근에는 모의실험, 실물실험 등의 실험환경을 구성하여 실험참가자를 통한 피난 행동을 직접 관찰하는 연구들이 수행되기도 하였다. 하지만 실제 화재 상황에서 재실자들이 받게되는 압박감이나 두려움이 느껴지지 않는 상태로 진행되는 피난실험은 그 결과의 신뢰성에서 한계를 지니고 있다. 또한, 일부 행동을 예측하기 위한 몇몇 연구는 일반상황에서 재실자의 특정한 행동을 예측하거나, 화재사례나 이론적인 행동에 근거하여 단편적 경로선택에 관한 예측모델을 제시하는 정도에 머물고 있다.
본 연구는 건물 화재 시 재실자의 의사결정 과정에 따라 경로선택 및 행동 반응에 대하여 본능적 피난 행동 이론과 제한된 정보안에서 최적의 대안을 선택하는 합리적 선택 이론, 그리고 행동 유도 이론을 근거로 하여 연구의 틀을 설정하고 상황적, 물리적 환경변수를 통해 그에 대한 개념을 반영하고자 하였다.
이러한 관점에서 본 연구는 다음과 같은 가설을 설정하고 이를 확인하는 연구를 수행하였다. 1) 건물 화재 시 나타나는 본능적인 경로선택 행동이론에 기초하여 구성한 공간에서도 동일한 행동으로 나타날 것이다. 또한, 개인 특성과 상황(화재, 일반)에 상관없이 본능적 피난 경로선택 행동에 차이가 없을 것이다. 2) 공간 및 환경요인이 통제된 교차로에서 경로 형태에 따라서 특정 방향을 향하는 경로선택의 비율에 영향을 미칠 것이다. 또한, 교차로의 형태에 따라서 의사결정 행동 반응의 차이가 있을 것이다. 3) 화재 상황에서 공간요인과 유도설비 요인이 조합되어 나타날 때, 재실자의 경로선택 시 의사결정에 미치는 피난 유도설비의 영향이 더 높을 것이다. 또한, 요인별 변수의 수준에 따라 영향 정도가 다르게 나타날 것이다.
설정한 연구의 가설을 증명하기 위해서, 대규모 미로 형태의 공간구조를 지닌 가상공간에서 실험참가자를 대상으로 피난실험을 수행하였다. 특히, 가상 현실(Virtual Reality, VR) 기술은 사용자에게 현실 세계와 같은 공간적, 시간적, 경험하게 함으로써 가상상황에 대하여 사용자의 몰입도와 실재감을 극대화할 수 있는 기술이다. 또한, 가상의 상황을 설정하여 실험을 수행하는 경우에 다른 실험도구와 비교해 관찰된 데이터의 높은 신뢰도를 확보할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 화재, 피난 등 방재 공학에서도 실제와 유사한 화재 상황을 가상공간에 구현하고 경험하는 연구가 최근 들어 많이 이뤄지고 있다.
첫 번째 가설은 7가지 본능적인 경로선택 행동에 대해서 살펴보았으며, 향광성, 초기인지 경로선택성, 지근거리 선택성, 직진성, 위험 경로회피성에 대한 본능적 행동에서는 해당 이론을 따르는 경향이 강하게 나타났지만, 향 개방성, 좌회성의 본능적 행동은 뚜렷한 경향을 보이지는 않았다. 그리고 개인적 특성과 상황에 따라서 경로선택 결과와 행동 반응에서 차이를 보이지 않았으며, 이것은 본능적 피난 행동이 특정한 행동 특성으로 국한되어 나타나는 것이 아닌 다른 영향요인이 복합적으로 작용하여 나타나는 행동의 결과로 보는 것이 바람직할 것이다. 두 번째 가설은 앞선 본능적 경로선택 결과에서 공간적 해석이 미흡한 부분에 있어서 검토하고, 공간 및 환경요인이 통제된 교차로의 경로 형태에 따라 경로선택의 차이가 나타났고, 특히 직진 방향의 경로가 있는 교차로에서 그 선택 비율이 매우 높게 나타났다. 이는 이동해온 경로에서 교차로에 진입하기 전부터 전방의 직진 경로를 자연스럽게 인지하면서 상황을 미리 확인함에 따라서 해당 경로를 선택하게 되는 확률이 높아지는 것으로 판단된다. 세 번째 가설은 공간 요인과 유도설비 요인이 조합되어 나타날 때, 재실자의 경로선택 시 의사결정에 미치는 영향에 있어서, 전체 표본에서 보면 교차로에서 직진 방향의 경로가 경로선택에 매우 큰 영향을 미치고, 상대적으로 공간요인 보다 피난 유도설비가 높은 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 또한, 전체 표본으로 영향 요인을 분석하여 검토하는 것보다, 경로 형태별로 구분하여 보다 구체적으로 영향요인을 살펴보고 분석하는 것이 더 타당한 해석이 가능함을 알 수 있다.
이러한 각 가설에 대한 실험결과를 통해 건물 화재 시 대피자가 적합한 피난 경로를 탐색하고 선택할 때의 의사결정 과정에 대한 근거를 본 연구에서 제시하였고, 경로를 선택할 시 의사결정 과정에서 대피자가 환경변수를 고려하고 결정하는 행동 반응을 설명할 수 있는 여러 모델을 제시하였다.
연구의 결론으로 피난 안전성을 향상시키기 위해 더욱 신뢰할 수 있는 평가 도구의 기술을 개선하기 위한 인간 행동적 근거를 제시하고, 건물 내 공간설계 및 유지보수를 할 때 피난 안전성을 향상 시킬 수 있는 몇 가지 시사점을 제시하였다. 그리고 가상현실(VR) 기술을 실험도구로 활용함에서 현실 세계와 유사한 실재감과 결과의 신뢰도 높은 데이터를 얻기 위하여 장비에 익숙해져야 하는 등의 아직 해결되지 않은 한계들을 언급하고, 화재 상황과 같은 비상상황에 대해 실제 경험하지 못하는 체험을 통해 지금까지 한계를 지녀왔던 연구 분야의 가상현실 기술이 지닌 엄청난 가능성에 대해서도 언급하였다.
기존의 연구들에서 전제된 가정을 포함하여 본 연구가 제시하고 있는 결과들은 향후 관련 연구를 계획하고 수행함에 있어서, 중요한 기준을 제공할 수 있으며, 새로운 관점에서 접근한 피난 경로선택 및 행동 반응에 대한 의사결정의 결과를 제시하고 있다는 점에서 그 의미가 크다고 볼 수 있다.

Damages from disasters in the world have been growing over the years and are likely to continue to grow(Berke, 1995; Bourque et al, 2006; Mileti, 1999; Noji, 1997). The environment caused by disasters has the characteristics of uncertainty, interaction, and complexity. And the type of disaster also appears as a complex disaster that causing paralysis of urban functions, massive damage of human, and property damage. In particular, despite many disaster prevention technologies and institutional efforts, the damage is increasing every year, and according to 2021 National Fire Agency statistics, fire accidents in "building, structure" account for the largest casualties and property damage each year, and the damage is expected to increase astronomically as industrial society continues to advance.
Accordingly, building safety is evaluated through Performance Based Design(PBD), which focuses on life safety, in order to reduce damage caused by fire accidents and to review risk factors in advance. In particular, fire and evacuation simulations, which are used as tools to evaluate evacuation safety plans related to damage of human closely, do not reflect mechanisms in human behavior in building fires, and have limitations in the reliability and utilization of the data. In order to improve this, it is necessary to prepare a basis for research on the evacuation route and behavioral characteristics of occupants in a building fire, and should know what to consider and how to behave in evacuation for reducing unnecessary time spent.
In most previous studies, the characteristics of evacuation route selection for residents in building fire situations could be identified through fire cases and fire evacuation drills, but recently, some studies have been conducted to observe evacuation behavior through experiment participants. However, evacuation experiments that are conducted without pressure or fear of a real fire have limitations in the reliability of the results. In addition, several studies to predict evacuation behaviors remain to the extent that they predict evacuees’ behavior as a result of experiments in general situations or suggest predictive models of route selection partially based on fire cases or theoretical behavior.
This research is designed based on the theory of instinctive evacuation behavior, the rational choice theory of selecting the best alternative within limited information, and the theory of affordances, to set the frame of research and reflect the concept through situational and physical environment variables.
In this respect, this research conducted studies to establish the following hypotheses and verify them. 1) The same behavior will appear in the space constructed based on the instinctive path selection behavior theory that appears in the building fire. In addition, there will be no significant difference in instinctive evacuation route selection regardless of individual characteristics and situations (fire, normal). 2) Spatial structure and environmental factors will affect the ratio of route selection toward a specific direction depending on the type of route at the controlled environment. In addition, there will be differences in decision-making responses depending on the type of the intersection. 3) When spatial factors and the evacuation sign systems appear in a combination in fire, the evacuation sign systems will be a higher influence on the decision-making of the occupant when selecting the route. In addition, the degree of influence will vary depending on the level of variables for each factor.
In order to verify these hypotheses, this research conducted an experiment using the virtual reality (VR) technique. VR enables users to have a realistic spatial and temporal experience and maximizes immersion and concentration of users in the virtual situation. Especially when VR is used for hypothetical scenario experiments, VR enables researchers to collect more reliable data, since it allows real-time investigation of the immediate judgments and reactions
The first hypothesis of this research was verified about seven instinctive route selection behaviors, and there was a strong tendency to follow the theory in visceral behaviors such as heading towards a bright place, first-seen route selection, the shortest route, a straight direction, and least risky route, but there was no clear tendency in heading towards an open space and levorotation. In addition, there was no significant difference in route selection results and behavioral responses depending on individual characteristics and situations, and it would be desirable to judge this as a result of behavior that is not limited to specific characteristics caused by various influencing factors.
The second hypothesis was clarified in terms of insufficient spatial interpretation in the previous results of instinctive route selection. and the result showed significant differences in route selection ratio according to the type of the intersection controlled by space and environmental factors, especially, the rate of selecting the route in the straight direction at the intersection with the route of straight direction was very high. It is thought to increase the probability of selecting the route by naturally recognizing the route of straight direction ahead even before entering the intersection from the route that has been moved and checking the situation in advance.
The third hypothesis was tested through path analyses to verify the effect on route selection at the intersection in terms of the effect on decision-making when the spatial and environmental factors and evacuation sign systems are combined. From the entire sample, it was found that the route from the intersection to the straight direction had a very large effect on route selection, and the evacuation guidance systems had a higher effect than the spatial factors. In addition, it can be seen that more reasonable interpretation is possible to verify and analyze the influencing factors by classifying them by route type rather than analyzing the influencing factors with the entire sample.
Through the experimental results for each hypothesis, the basis for the decision-making process when evacuees explore and select appropriate evacuation routes in building fire was presented in this study. In addition, several models that can explain the behavioral response that evacuees consider and determine environmental factors in the decision-making process when selecting routes were presented.
The findings of this research are very meaningful, In that they can provide several implications in terms of the human behavioral basis for improving the technology of more reliable evaluation tools to improve evacuation safety, and some implications for improving evacuation safety when designing and maintaining spaces in buildings. It also mentioned the unresolved limitations of using VR technology as an experimental tool, such as having to get used to equipment to obtain reliable data of reality and results similar to the real world, and the enormous potential of VR technology in the research field. In conclusion, in that they can provide new perspectives that are different from the assumptions of previous studies and offer an important research framework for researchers who will conduct similar studies. Besides, the results of decision-making on evacuation route selection and behavioral response approached from a new perspective.