1 도입

웹진 소방안전플러스 창간호에는 2016년 9월 경주에서 발생한 지진을 계기로 보다 효율적이고 실용적인 지진화재대책 수립을 지원하기 위해 「일본 고치현(高知県) 지진화재 대책」을 소개하였다. 지진으로 인한 화재피해를 최소화하기 위해서는 사전에 지진화재대책 수립뿐만 아니라 화재시 소방설비의 신속하고 정확한 작동이 전제되어야 한다. 그러나 지진으로 인해 건축물이 일부 붕괴되거나 소방설비 작동에 필요한 배관, 전기계통의 문제가 발생하여 소방설비가 작동하지 못하게 된다면 초기소화 및 피해최소화에 상당한 어려움이 발생할 것이다. 이에, 본 코너에서는 지진시의 소방설비 안전성 및 작동성 확보를 위한 해외사례 소계의 일환으로 지진방재 선진국인 일본의 소방용설비 안전대책 중 「소방용설비의 내진조치」에 대해 간략히 소개한다.

2 일본 소방용설비 내진조치 현황 및 과제

2.1 현황 및 과제

(1) 일본 소방법의 현행 기준
현행 일본 소방법 기준에 따르면 일정의 소방용설비*의 내진조치는 「저수조, 가압송수장치, 비상전원, 배관 등은 지진에 의한 진동에 견딜 수 있는 유효한 조치를 강구해야 한다.」(소방법시행규칙제12조제1항제9호 등)라고 규정되어 있으나 구체적인 내진조치 방법, 지표에 대해서는 언급되어 있지 않다. 그로인해 실제 소방용설비를 설치할 경우는 일반건축설비 관계 지침, 요령** 등을 참고로 개별 설계·시공되고 있다.

또한, 소방용설비를 구성하는 각 기기(機器)의 경우 내진성능에 대한 법령상의 기준은 특정되어 있지 않다. 스프링클러헤드, 소화기의 일부에 대해 진동시험기준 등 법령기준이 정해져 있으나 이는 운반시의 진동에 대한 시험으로 지진동에 대한 대책이라 할 수 없다.

(2) 소방용설비의 지진피해 현황
한신·아와지대지진 등 과거 대규모 지진의 경우 소방용설비의 일부파손 피해가 발생하였다. 주요원인으로는 소방용설비의 설치, 고정부실이 가장 많았으며 기기류(펌프유닛, 소화수조, 비상용발전기 등)의 경우 볼트강도부족, 기초부실 등이 주요원인으로 나타났다. 배관계통의 경우는 내진지지(支持)·고정방법이, 단말(端末)부계(스프링클러헤드, 감지기, 소화전함 등)의 경우는 고정방식의 부실이 주요원인으로 나타났다.

< 소방용 설비피해 >

△ 일본대지진 시 대규모건축물의 소방용설비 피해현황(미야기현, 이와테현, 후쿠시마현)

(3) 소방용설비의 내진조치에 관한 과제
소방용설비의 내진조치에 대해 현행기준, 각종 가이드라인이 일정의 효과를 올리고 있다고 판단되나 상기의 (1), (2)를 고려하면 다음과 같은 문제가 발생한다.

① 현행 기준에 따르면 소방용설비에 관한 구체적인 내진조치의 방법 등이 규정되어있지 않아 소방용설비에 요구되는 내진성능이 명확화 되지 못함.
② 현행 기준은 소방용설비 전체에 대한 내진성능 확보 중심으로 구성품인 각 기기(機器)에 대한 내진성능이 확인되고 있지 못함.
③ 과거의 지진피해를 고려한 구체적인 내진조치 방법의 검토가 필요함. 

2.2 대응 방향

소방용설비의 내진조치에 관한 문제에 대응하기 위한 대책수립의 방향은 다음과 같다.

① 소방용설비 중 과거 지진피해가 많았던 「소화설비」를 대상으로 요구되는 내진성능을 정리한다.
② 「소화설비」에 대한 내진조치에 대해 소화설비 각 기기(機器)·배관 등을 중심으로 지진 시에 작용하는 외력에 대해 구체적인 내진조치를 정리한다.
③ 과거 지진을 교훈삼아 소화설비의 내진조치 시 유의해야할 사항*에 대해 정리한다. 

3 일본 소방용설비의 내진조치

3.1 요구되는 내진성능

소화설비는 원칙적으로 건축물에서 발생한 화재에 즉각적이고 유효적으로 기능해야 한다. 그렇기 때문에 지진직후 시스템전체의 「기능유지」 및 「신속한 기능회복」이 중요하다. 여기서 「기능유지」는 소화설비를 구성하는 기기(機器), 배관, 전원 등 시스템 주기능이 지진으로 손상되지 않고 유지가 가능한 상태를 의미한다. 「신속한 기능회복」은 시스템 주기능이 약간의 손상을 입어도 건축물을 사용하기 전까지의 빠른 복구(復旧)를 의미한다.
소화설비 중에는 자동소화설비(스프링클러설비, 물분무소화설비 등 고정식으로 화재의 자동감지에 의해 작동되는 설비)는 「사람의 손을 빌리지 않고 자동으로 화재를 감지·소화」의 기능을 수행하므로 「기능유지」의 필요성이 높다고 할 수 있다. 그러나 연결송수관설비와 같이 소방대의 활동을 지원하기 위한 설비는 대규모 지진발생 직후의 경우 소방대의 현장 도착이 늦어질 경우를 고려하면 「기능유지」의 필요성은 상대적으로 낮아진다.
또한, 대규모지진이 발생한 경우 건축물이 완전한 상태가 아님에도 소화설비의 「기능유지」,「신속한 기능회복」을 추구하는 것은 현실적으로 어렵기 때문에 소화설비의 내진성능은 개개의 건축물에 발생가능 한 내진클래스(Class)를 충분히 고려할 필요가 있다.
이와 같이 소화설비의 내진조치는 건축물에 발생 가능한 내진클래스(Class)를 전제로 「중규모지진에는 시스템의 주기능이 손상 없이 유지가 될 것」및 「대규모지진에는 소방용설비가 건축물에서 떨어지거나 전도(転倒), 이격하지 않고 신속한 기능회복이 가능할 것」등의 원칙이 필요하다.

3.2 외력(外力)을 고려한 내진조치

(1) 소화설비별 외력의 정리
소화설비계통(系統)별 지진 시에 작용하는 외력 및 이에 대한 조치사항을 정리하면 다음과 같다.

(2) 구체적 내진조치
소화설비계통에 작용하는 외력을 고려하여 소화설비 각 부위(部位)에 작용하는 외력과 이에 대응하는 구체적인 내진조치를 정리하면 다음과 같다.

표 1. 소화설비 각 부위에 작용하는 외력과 내진조치와의 관계

소화설비를 구성하는 각 기기(機器)에 대해 건축물의 동적분석이 이루어지지 않은 일반 건축물의 경우 국부진도법(局部震度法)에 의해 내진클래스(Class), 설치 층에 따른 설계용 표준진도(震度)를 결정한 후 기기(機器)의 중량으로부터 설계지진력(地震力)을 산출하여 구체적 내진조치를 강구한다.

3.3 과거 지진피해를 고려한 내진조치

과거 지진피해로 인한 소방용설비의 피해사례 분석에 대한 내진조치는 크게 3가지로 구분되며 이를 정리하면 다음과 같다.

① 비(非)구조부재의 손상에 따른 2차 피해
과거 지진으로 인해 많은 피해가 발생한 부분은 기기(機器)의 고정부실이 주요원인이며 이는 표1의 조치들로 대략적인 대응이 가능할 것으로 판단된다. 그러나 천정에 설치한 스프링클러헤드, 벽면에 설치한 옥내소화전의 경우 천정이나 벽 및 일반 건축설비의 변형, 손상 등에 따른 2차 피해가 발생한 경우도 존재한다. 구체적으로 스프링클러의 경우 천장재(材), 일반 건축설비, 가구, 그 이외의 물품이 스프링클러헤드와의 충돌로 인한 피해, 스프링클러설비 배관이나 헤드가 천장재(材)와는 다른 흔들림으로 인한 피해 등이 보고되고 있다.

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  천장낙하에 따른 스프링클러 파손

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  천장재(材) 이동에 따른 파손 사례

② 스프링클러헤드의 내진성능
스프링클러헤드의 지진에 의한 진동 및 충격력(衝擊力)에 대한 성능확인을 위해 ISO6182-1(스프링클러헤드 진동시험 및 충격시험), ISO-7240-7(연기감지기의 진동시험 및 충격시험)에 근거한 실험을 실시하였으나 기본적인 기능을 손실할 정도의 균열, 파손은 발생하지 않았다.
따라서 스프링클러헤드의 강도를 높이기보다는 일반건축설비·주변물품의 고정 및 스프링클러헤드를 천장에 확실히 고정하는 등의 대책을 강구하는 것이 효과적이다.

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  스프링클러 진동시험

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  스프링클러 충격시험 장치

③ 천장과 스프링클러헤드의 관계
스프링클러헤드의 내진성능은 천장이 손상, 낙하하지 않도록 내진조치를 확실히 추진하는 것이 무엇보다 중요하다. 로크울(Rock Wool)공업회, 일본내진천장시공협동조합을 대상으로 한 설문조사 결과에 따르면 천장과 스프링클러헤드의 유효한 설계방법으로 헤드 및 스프링클러 신축배관을 천장을 견고하게 고정하고, 신축배관은 천장의 부담을 주지 않는 길이 및 설치방법을 설정하며, 덕트, 가새(Brace)와의 간격을 두어 간섭하지 않도록 하는 것을 설계시 유의사항으로 제시하였다. 또한, 「고층건축물에 설치하는 소화설비배관의 내진기준에 관한 연구」에 따른 스프링클러설비를 설치한 천장의 진동실험에서도 상기의 설문결과를 반영하여 시공한 경우는 성능에 영향을 주는 손상은 발생하지 않는 결과가 도출되었다.
그러나 「스프링클러설비의 지진 시 기능유지 등에 관한 조사」에 의하면 표준적인 천장, 스프링클러의 설치는 중규모 지진 시의 경우 성능에 영향을 주는 손상은 발생하지 않겠지만 대규모 지진이 발생한 경우의 성능유지에 대해서는 향후 지속적인 연구가 필요하다고 지적하고 있다.

④ 초고층건축물의 대응
초고층건축물에 설치하는 소화설비는 장주기지진동에 대한 영향이 우려됨에도 불구하고 「건축설비내진설계·시공지침」에 따른 적용범위는 높이 60m이하의 건축물로 한정하고 있어 높이 60m를 넘는 초고층건축물에 적용하는 건축설비 지침은 확립되어 있지 않다. 그러나 초고층건축물에 설치되는 소화설비의 내진조치에 대해서는 지진응답해석에서 산출되는 플로어리스폰스(Floor response : 지진파에 의한 동적인 진동분석에 따라 얻어진 층별 바닥진동의 크기)에 근거한 강도계산에 의한 기기(機器)선정, 장주기진동에 따른 변형량이 증대하여도 신축배관의 길이를 2m정도 확보하면 큰 문제는 발생하지 않는 다는 의견도 제시되었다.
다만, 중·저층건축물의 경우는 중간층에 부스터펌프가 설치되는 경우, 층별로 연결되는 배관은 건축물과 배관과의 거동(擧動)에 대한 검토가 필요하여 향후에는 이와 관련된 건축물의 구조 및 설비에 관한 연구, 조사가 필요할 것이다.

4 맺음말

본 코너를 통해 방재선진국인 일본의 지진으로 인한 소방용설비의 내진조치에 대해 소방용설비시스템 전체의 기능유지 관점에서 주요내용을 간단히 소개하였다. 이번에 소개한 내용들이 한국의 소방설비 지진대책에 참고가 되기를 바라며 향후 내진조치의 유효성을 강화하기 위해서는 다음과 같은 과제들이 해결되어야 할 것으로 판단된다.

① 소방용설비를 구성하는 각 기기(機器)전체의 내진성능 확보 및 천장과 스프링클러 설비와의 관계, 초고층건축물 종배관(縱配管)의 층간변위 대응에 대해 실증적 실험을 통해 유효성을 검증할 필요가 있다.
② 천장과 스프링클러와의 관계 중 스프링클러헤드 중량(重量)부담이 천장측에 고려되어 있지 않은 문제 등에 대해서는 설계자, 시공자간의 의견조정을 실시할 필요가 있다.
③ 향후 소화설비 이외의 소방용설비등에 대한 내진성능 및 내진조치 등의 대응방향, 요구성능을 검증할 필요가 있다.