한국조명 전기설비학회 2006 춘계학술대회논문집 (2006.5.11~12) 공간구문론을이용한비상조명설계방법론검토 (Application of Space Syntax Theory to the Design of Emergency Lightings) 원슬기 * 최안섭 ** 김영욱 ** (* 세종대학교건축공학과석사과정 ** 세종대학교건축공학과교수 ) (Seul-Ki Won An-Seop Choi Young-Uk Kim) Abstract The emergency lighting plan for underground space should be done with consideration of characteristics of the space. Through the Space Syntax theory, it is possible to do quantitative analysis of the space. Integration and intelligibility are major index of this theory and we can use them as emergency lighting design parameters. For this study, human behaviors and survivor's evacuation routes in fire emergencies are analyzed through literature review. Based on those results, this study suggests the methodology of emergency lighting plan in underground space. 1. 서론 1.1 연구의배경 로하지못했다는결과를나타낸다. 다음의그림 1은비상유도등의인지및도움여부를조사한결과를나타내고있다. 지하공간은점점대규모화, 복합화되고있고그이용또한활성화되고있는실정이다. 불특정다수가이용하는지하공간은지상공간에비해공간자체에대한인지가부족하기때문에화재발생시큰위험이예상된다. 이러한지하공간의안전성확보를위해서는계획및설계단계에서부터치밀한검토가필요하며방화및피난등의종합적인측면에서의안전대책이마련되어야한다. 피난은화재발생을감지한재실자가계단이나통로를따라이동한후출구를통하여자력으로이동하는과정에의해이루어진다 [1]. 화재등의재난이발생했을경우, 인명의안전을확보하기위해서는우선신뢰도높은피난환경을구축하는것이중요하며피난환경의구축에있어서가장중요한사항은인간의피난행태에대한이해및예측이다. 화재발생시피난자들은시각정보, 특히불빛에의존하게된다. 실례로대구지하철화재발생의피난자행동유형을분석한한연구에의하면, 피난도중생존자들에게가장도움을준것에광고판불빛, 구조대원의플래시불빛을포함하는빛이전체응답자의 49% 로가장높은비율로나타났고지리를잘알고있는사람 (20%), 소리 (13%) 등의요소가다음순으로나타났다. 그러나대부분의생존자들이피난과정에서발생할수있는재난을대비해설치된비상유도등의도움에대해서는부정적인응답을보였다 [1]. 이는비상유도등의불빛이피난유도의역할을제대 그림 1. 비상유도등의인지및도움여부 Fig. 1. Recognition of emergency lightings 피난시가장크게도움을주는불빛과, 이를목적으로설치되었지만그기능을제대로발휘하지못하는비상조명은지하층을가지는모든대규모복합시설에설치되어있다. 하지만법규의제약자체가건물의층수및규모에대한기준만을가지고일괄적으로제시되어있기때문에위의사례와같은문제점이드러나는것으로판단된다. 재실자를가장효율적인피난경로로유도하고안전하게피난할수있도록하는본래의기능을충분히발휘하기위해서는, 비상조명이설치되는위치선정에있어서각건물이가지는고유한공간구조가충분히고려되어야한다. 1.2 연구의목적 기존연구들에서는지하공간에서의재난발생시피난경로선택의특성이나피난행동유형의분석, 피난시설계획등을많이다루어왔었고지하의공간구조를정량적으로 - 189 -
분석한사례도있었다. 그러나비상조명과같은구체적인요소에대한연구는없었으며, 이를공간구조에적용시킨사례도없었다. 본연구에서는지하공간의화재발생시인간의피난행동에큰영향을주는불빛의역할을담당해야하는비상조명의현실태를파악하고, 공간구문론을이용하여특정공간을정량적으로분석하고자한다. 또한분석결과를이용해천편일률적인설치가아닌, 공간의구조에적합한비상조명의위치선정방법론을검토함을목적으로한다. 1.3 연구방법및범위본연구는다음의과정을통하여진행되었다. 첫단계에서는공간구문론 (Space Syntax Theory) 의 Depthmap 을이용하여조사대상지의공간구조를정량적으로분석했다. 두번째단계에서는첫단계에서의분석결과와실제공간의이용패턴을비교하는단계로이과정을통하여비교적이용도가높은몇개의중심이되는지점을선정하고, 이지점에서부터출구까지의모든경로를파악하여각경로의특성을 Depthmap 분석결과로도출하였다. 세번째단계는대상지의비상조명의설치실태를파악하는단계로현상태의문제점을도출해내어이를반영할수있도록했다. 네번째단계는앞서조사한공간의정량적인특성과비상조명의설치실태에있어서의상호관련성을분석하고, 적용가능성을검토하는단계이다. 그리고마지막다섯번째단계에서는대상지의공간구조를고려하여피난경로의위계를정하고, 이를통해비상조명계획안을제시하고자했다. 다음의그림 2는본연구의연구방법및절차를도식화한것이다. STEP 1 Space Syntax Theory 를이용한공간의정량적분석 분석결과와실제공간의이용패턴을비교 STEP 2 이용도가높은중심지점선정 STEP 3 비상조명의설치실태파악 공간의정량적특성과비상조명설치실태의상호관련성 STEP 4 분석및적용가능성검토 STEP 5 공간구조를고려한비상조명계획안제시 2. 이론적고찰 2.1 Depthmap Program Depthmap 은 University College London 의 VR Center 에서만든공간분석프로그램으로 Visibility Graphy Analysis 라한다. 공간을정량적으로해석하는방법중특히통합도분석과 Isovist 의시지각적분석에서좀더정확하고면밀한해석이가능하다. 이는공간을점단위의그리드로잘게쪼개어전체에서주변의점단위공간과의위상학적공간관계를나타내주는것으로, 평면의정확한분석이가능하도록해준다. Visibility graph 는길찾기나움직임, 공간인식을해석하는데도움을주며, 해석가능한여러인자중 Total depth는공간의깊이와공간의통합성간의관계추정을가능케한다. 여기에서통합도가높다는것은그지점이한공간에서위상학적으로중심에있음을의미하고, 다른공간과연계가잘된다는것, 그리고사람들의통행량이많다는것을간접적으로의미한다. 또한 Depthmap 을이용하면시지각 ( 가시장 ) 분석이가능하고, 특정한한지점에서보이는부분을평면상에색깔로서나타내준다. 하지만한층의평면에대해서만공간을분석하기때문에, 층별간의연계된통합도분석이불가능하다는한계성을가진다 [2]. 본연구에서는지하1층의평면상에서만공간이용패턴을분석하고, 구조적특징에따라정해진동일한층의출구까지의피난경로를도출하는것을목적으로하므로 Depthmap 프로그램의한계성은문제되지않을것으로판단된다. 2.2 비상조명등의현행법규본연구에서사용된 " 비상조명등 " 이라함은화재발생등에따른정전시에안전하고원활한피난활동을할수있도록거실및피난통로등에설치되어자동점등되는조명등을말한다. 국내의비상조명등에관한법규는소방설비에해당하는간략한규정으로되어있다 [3]. 비상조명등은현행법규상소방대상물의각거실과그로부터지상에이르는복도, 계단및그밖의통로에설치해야하며, 조도는비상조명등이설치된장소의각부분의바닥에서 1lx이상이되어야한다. 또한점검에편리하고화재및침수등의재해로인한피해를받을우려가없는곳에설치되어야한다 [4]. 다음의표 1은법규에서지정하고있는장소에따른비상조명등의종류를나타내고있다. 그림 2. 연구의방법및절차 Fig. 2. Study method and procedure - 190 -
표 1. 장소에따른비상조명등의종류 Table 1. Types of emergency lightings by place 설치장소 공연장집회장관람장운동시설 위락시설판매시설및영업시설관광숙박시설의료시설통신촬영시설전시장지하상가지하철역사일반숙박시설오피스텔또는가목및나목외의지하층무창층및 11층이상의부분근린생활시설노유자시설업무시설종교집회장교육연구시설공장창고시설교정시설기숙사자동차정비공장자동차운전학원및정비학원가목내지다목외의다중이용업소 유도등및유도표지의종류대형피난구유도등통로유도등객석유도등 대형피난유도등통로유도등 중형피난구유도등통로유도등 소형피난유도등통로유도등 피난구유도표지그밖의것통로유도표지비고 : 소방서장은소방대상물의위치구조및설비의상황을판단하여대형피난구유도등을설치하여야할장소에중형피난구유도등또는소형피난구유도등을, 중형피난구유도등을설치하여야할장소에소형피난구유도등을설치하게할수있다. 2.4 화재발생시피난행동의특성 ( 피난실험 ) 다음의표 3은피난행동의단계별흐름을간략하게나타내고있다 [6]. 그리고표 4는피난실험을통해피난행동특성을도출한기존연구들의내용을분석한것으로, 그중공통적으로나타나는특징을파악하고본연구에시사하는바가있다고판단되는부분들을요약한내용이다. 표 3. 피난행동의단계별흐름 Table 3. Procedure of evacuation behavior 화재징후 (Stimulus) 화재징후의인지 (Cues receives) 정보의수집 (Compiling the information) 의사결정 (Decision-making) 이동 (Movement) 피난완료 (Out, safe) 표 4. 피난행동의특성 Table 4. The features of evacuation behavior 2.3 지하공간의화재특성 경로선택의특징 의사결정이짧은순간에는이성적판단보다본능적인행태특성이경로선택에더많은영향 일반적인건물화재의경우는화재층의아래에거점을두고소화활동을하지만지하공간화재의경우에는화재발생지점으로부터소방대가고립된다는면에서상당한위험이따른다. 또지하공간과지상공간간의연락이곤란한점도소방대의소화활동과피난자의정보수집활동에불리한조건이된다. 또다른특징으로, 지하공간은창이없는폐쇄공간이므로공포감을유발하기쉬우며, 화재발생시산소공급량이충분하지않아급격한연소가이루어지지않는반면불완전연소를일으켜연기와 CO의발생량이많아진다. 특히발생한연기는쉽게배출할수없는문제점이있다. 또한화재의정세를파악하기가어려우며, 재실자가폐쇄공간에있다는점을강하게의식하여출구에서의급격한혼란을가중시킬수있으므로다수의압사자가발생할가능성이높다. 그리고화재하중이크고지상으로통하는계단과건물내부로통하는계단의구분이불확실한경우가많으므로피난상의큰문제가된다. 이러한지하에있어서안전대피에영향을미치는요소로는지하공간의평면계획, 피난인원, 재실자의피난경로및피난속도, 연기와가스, 거실에서의피난소요시간, 복도에서의피난소요시간, 계단에서의피난소요시간등이있다 ( 표 2)[5]. 표 2. 피난요소 Table 2. Evacuation factors 피난속도 보행속도, 보행자의능력, 보행자밀도, 보행경로의길이및환경과밀접한관계 피난심리 화재발생시생각지도않은부적응행동, 초조함, 긴장상태, 심리적패닉에빠지는증상발생 피난개시시간 화재발생인지까지의시간과인지하고피난을시작하기까지의시간의합계 피난경로선택어느쪽으로피난할것인가판단하여대피 피난행동의본능 귀소성 일상동선지향성 향광성 향개방성 일시경로선택성 지근거리선택성 원래왔던길을더듬어피하려는경향 일상적으로사용하고있는계단이나평소에잘알던익숙한경로를사용해피하려는경향 밝은쪽을향해서피하는경향 향광성과유사한특성으로열려진느낌이드는방향으로피하려는경향 처음에눈에들어온경로로가거나눈에띄기쉬운계단을향하는경향 가장가까운계단을선택하는경향과장애물을넘더라도가까운거리를선택하려는경향 정면에있는계단과통로를선택하거직진성나막다른곳이나올때까지직진하는경향불꽃과연기로부터최대한멀어지려는본능적위험회피성경향이성적안전지향성안전하다고생각한경로로향하는경향 부화뇌동성 대부분의사람들이도망가는방향을쫓아가는경향, 여러개의출구가있어도한개의출구로수많은사람이몰리는현상 피험자들은교차점에서출구나피난유도표지등신뢰도높은시각정보를인지하지못하는상황에서는방향전환을하지않고막다른부분까지직진하는행동특성을나타내었다. 또한출구에대한시각적인인지가어떤요소보다도경로선택에가장큰영향을미치는것으로분석되었다. 화재발생시피난출구를찾아가는피난자는심리적으로스트레스와불안감을느끼게된다. 따라서시각적으로인지된출구가있으면보다가까운거리에다른출구가있다는것을충분히유추할수있는공간및유도표지의정보가 - 191 -
있다하더라도거리에상관없이시각적으로직접인지된출구로우선피난하려는경향이강하게나타나는것이다. 그리고매장안내표지등피난유도와관련이없는표지정보도피험자의경로선택에영향을미치는것으로파악되었다 [6-9]. 지하층을가지는대형판매시설의경우에는평면구성상대부분의피난계단이고객이평상시이용할수없는직원전용공간에위치하기때문에, 일반이용자들이시각적으로쉽게인지할수없다는문제가발생한다. 따라서가까운거리에안전한피난출구가있다하더라도적절한피난유도가이루어지지않는다면피난에활용되지않는경우가발생하는것이다. 이러한경우, 피난유도의기능을제대로발휘하는비상조명등의효과적활용을통해이를해결할수있다. 나타나며낮은공간일수록수치가크게나타난다. 이공간에서시야성이가장높은공간은분수광장이며그다음으로왼쪽상부에위치한외부의선큰부분과대형서점, 백화점과외부를이어주는큰가로축, 그리고푸드코트와극장에서분수광장까지이어지는큰길로분석되었다. 이러한결과와현재의이용행태를현장조사를통해비교분석한결과유의하게일치하는것으로판단되었다. ( 공간의이용도가가장높은시간대를대상으로하기위하여백화점이개점되어있는시간을기준으로하였다. 따라서백화점과외부의연결개구부가유효한것으로시뮬레이션하였다.) 3. 조사대상지의비상조명방법론검토 3.1 조사대상지의공간구조분석 조사대상지는강남구서초동에위치한대규모복합시설로지하1층부터지상1층까지를조사범위로하였다. 이시설물의지하1층은일반점포및백화점, 극장, 푸드코트, 대형서점, 광장등다양한용도의공간들로구성되어있는대규모복합시설이다 ( 그림 3). 그림 Fig. 4. 지하1 층의 Total depth 4. Total depth of basement floor 그림 3. 조사대상지의공간구성 Fig. 3. Spatial organization of target area 그림 4는 Visibility graph를통해 Total depth값을도출하고그값으로조사대상지의공간구조의특성을분석한결과를나타낸다. 각셀의색이무지개스펙트럼으로표현되어결과를보여주는데, 빨간색에가까울수록시야및접근성이높고주황색, 노란색, 초록색, 파란색등을거쳐보라색에가까울수록낮게분석된다. 시야및접근성이높은공간일수록 Total depth값의수치는낮게 그림 5. 지하1 층의 Neighborhood size Fig. 5. Neighborhood size of basement floor 그림 5는 Visibility graph를통해 Neighborhood size 값을도출하고이로공간구조의특성을분석한결과를나타낸다. Total depth의분석은전체공간에대한가시성인반면 Neighborhood size 의분석은이웃공간에대한가시성을나타내는결과이다. 이는한지점에서직접적으로연결된공간에대해서보이는크기를상대적인 - 192 -
값으로측정한것으로, 측정되는값이높은경우접해있는모든공간들에대한시야성이상대적으로좋다는것을의미한다. Neighborhood size 값이가장높은공간은분수광장과대형서점, 왼쪽상부의외부선큰부분으로나타나그공간에서이웃공간을인지하고이동하는데상대적으로더용이할것으로분석된다. 3.2 조사대상지의비상조명실태분석 능성이있을것으로사료된다. 이상의조사에서비상조명의현실태는공간구조를고려하지못함은물론정확한방향으로의식별조차제대로이루어지지않음을알수있었다. 3.3 공간구조를고려한비상조명등및유도등의설계방법론제시다음의그림 7은조사대상지의설계시에계획된비상출입구와외부와연결되어비상시의출입구로서활용가치가높다고판단되는출입구를나타낸것이다. 출입구선정과정중존재는하지만현재사용되어지지않는출입구는제외시킴을원칙으로하였다. 그림 6. 조사대상지의비상조명실태 Fig. 6. The actual condition of target area 그림 6은조사대상지지하1 층비상조명의설치현황을보여주는것으로 2장의이론적고찰에서살펴본법규에해당하는비상조명은모두사용되었음을알수있다. 그러나유도등및유도표지의설치간격인 15m, 20m 이내의기준은부분적으로준수되지않았고, 시각인지정도에있어서열악한상태임을확인할수있었다. 실례로중심에위치하고있는분수광장의경우, 광장의중심에서연못뒤쪽으로인지되는큰세개의길은세길모두천장에비상구유도등이설치되어있었지만그방향이명확하지않고근거리를조금만벗어나도시각적인지가거의불가능한상태였다. 그리고유도등의경로를따라이동할때에도다음유도등까지의거리가너무멀고위치가불명확하여특별한시각적장애가없는평상시에도인지가어려움을알수있었다. 복도에설치된피난구유도등의경우에도한지점에서다른지점까지의경로를통해가는과정에서특정한방향성을가진다고보기는어려운것으로판단되었다. 또한이러한비상조명이타용도의간판이나건축구조물등에가려져전혀인지되지못하는경우가있었고, 실제유도등을따라간최종적인곳에위치하고있는출입구가사용되지않는경우도있었다. 이러한상황에서화재가발생했을경우비상조명이본래의역할을제대로감당하기는어렵고, 그기능을발휘하는경우에도피난자들의혼란을더가중시킬가 그림 7. 비상출입구분포 Fig. 7. Distribution of emergency exit 그림 8은 Depthmap 분석결과와실제공간의이용패턴을고려해화재발생시인구가가장많이밀집되어있을것으로예상되는중심지점을선택한것으로크게분수광장, 푸드코트, 대형서점, 그리고극장에서분수광장까지이어지는큰길중심의네공간으로구분할수있다. 그림 8. 피난경로예측모델 Fig. 8. Prediction model for evacuation route 각공간에서출발하는번호는그공간으로부터피난 - 193 -
이시작될경우빠져나갈수있는가장효율적인경로를나타낸것이다. 출구선정기준은앞서 2장의이론적고찰에서논한바있는피난실험및피난행태의특징을바탕으로하였다. 다음의표 5는출구선정의방법을나타낸것이다. 표 5. 출구선정의기준 Table 5. Criteria for selection of emergency exit 기준내용 1 서있는지점에서시각적으로인지되는출구 2 출구까지의거리 3 출구의넓이 4 출발지점으로부터꺾이는횟수가적은출구 있어서다른경로와차별화된빛을이용하여강조해준다면피난자들을보다효율적이고안전한방향으로유도할수있을것으로판단된다. 본연구는화재발생시피난활동에영향을줄수있는여러요인중비상조명의위치에대한부분만을다룬것으로연기나화재발생지점, 그에따른소방활동방향등의요소는고려하지않았다. 따라서추후에는보다많은변인을고려한연구가필요할것으로판단된다. 또한경로의특성에따라차별화된조명이요구된다는제안까지의과정을검토하였으나, 더나아가어떤광원을이용하여몇 lx의조도로, 어느높이에설치할것인가등의세부적인사항에대한연구가필요하다. 시각적으로인지되는출구가있는경우는그출구로의피난을첫번째로하였고, 시각적인지가없는경우에는출구까지의거리를두번째로하였다. 시각적인지가없고출구까지의거리가비슷한경우에는출입구에서의병목현상을고려하여출입구의넓이를세번째기준으로하였고, 이상의사항이모두동일한경우에는직진성을고려하여꺾임이적은출구를네번째기준으로하였다. 최종적으로네지점에서의경로를종합해보면대각선방향의큰축을중심으로하는경로하나와그것으로부터뻗어나가는몇개의작은가지와같은경로가생김을확인할수있다. 전반적인비상조명의배치와더불어이러한경로를차별화된빛으로더욱강조해준다면피난자들의피난경로선택을보다효율적인방향으로유도할수있을것으로예상된다. 이를위해현행법규의일괄적인배치간격과비상조명등의최소크기를기준으로설치하기보다는공간특성을고려한차별화가필요하다. 실제피난유도등의성능평가및개선방안에관한선행연구를살펴보면, 유도등의설치간격을 15m에서 10m로줄였을경우와기존의유도등보다 150% 밝게설치한경우피난시간의현저한축소가있었음을알수있다 [10]. 참고문헌 [1] 홍원화, 대구지하철화재시피난자행동유형분석을통한지하공간안전피난대책에관한연구, 2005. 대한건축학회학회지논문집. 제 21 권 1 호 [2] 이윤석, 커뮤니티시설로서의센다이미디어테크의활성화방법에대한연구, 2004. 공학석사학위논문 [3] 소방시설설치유지및안전관리에관한법률시행령 [4] 비상조명등의화재안전기준, 유도등및유도표지의화재안전기준 [5] 김종석, 지하상가의화재위험성평가에관한연구, 2004 [6] 이상준외 3, 대형할인매장의화재시피난에관한연구 [7] 이원석, 화재시지하공간의피난시설계획에관한연구, 1989 [8] 이경회, 건물화재시재실자의피난형태예측모델에관한연구, 1988. 대한건축학회학회지논문집, 제 4 권 4 호 [9] 박재성, 대규모미로형다중이용공간에서의피난경로선택특성에관한연구, 2004. 대한건축학회학회지논문집. 제 20 권 9 호 [10] 홍원화, 지하공간화재시비상유도등성능평가를통한피난유도효율향상에관한연구, 2005. 대한건축학회학술발표대회논문집제 25 권 1 호 4. 결론및향후연구계획 본연구는공간구문론을이용하여공간의구조를정량적으로분석하고, 이를바탕으로보다효율적으로비상조명의위치를선정하는방법론을검토하고자하였다. Space Syntax의 Depthmap프로그램을이용하여평면상에서의공간을정량적으로분석하고이를공간의실제이용행태와비교하여중심이되는네지점을선정하였다. 이지점으로부터출구까지의도출가능한모든경로를살피고그중가장효율이높을것으로예상되는 3 가지경로를이론적고찰에의한일정한기준을바탕으로선정하였다. 이렇게선정된경로의비상조명설치에 - 194 -