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바람의 영향을 받는 고층 아파트 화재

경기 안산소방서 최기덕 | 기사입력 2021/06/21 [10:00]

바람의 영향을 받는 고층 아파트 화재

경기 안산소방서 최기덕 | 입력 : 2021/06/21 [10:00]

제가 근무하는 경기도 안산시는 예전부터 겨울에 강한 바람이 자주 발생하는 지역입니다. 안산은 ‘칼바람의 도시’라는 말도 있습니다. 얼마 전 안산소방서에서는 ‘고층 건축물 화재 진압 훈련’을 했습니다.

 

이 훈련은 30층 이상의 아파트에서 옥내 소화전ㆍ연결 송수구를 이용한 화재 진압 훈련과 옥외 소방호스 연장을 통한 화재 진압 훈련으로 진행됐습니다.

 

앞으로 고층 아파트는 더 많이 생길 거고 그에 따라 고층 아파트 화재도 더 많이 발생할 겁니다. 그래서 이번엔 강한 바람이 부는 아파트 화재 진압에 관한 제 생각을 서술해보고자 합니다. 

 

글을 준비하며 과거에 제가 겪었던 아파트 화재 현장을 돌이켜 봤습니다. 한겨울 새벽에 베란다 창문으로 강력한 외부 출화가 있는 아파트 화재였는데 베란다 난간에 매달려 있던 구조대상자가 바닥으로 떨어진 현장이 떠올랐습니다.

 

한 번은 강제로 현관문을 개방하고 내부로 진입했는데 현관문 바로 앞에 소사(燒死)된 상태로 쓰러진 구조대상자가 있었던 적도 있습니다.

 

그 외에도 여러 현장이 있었지만 가장 기억에 남는 건 아파트 현관문을 열자마자 엄청난 열기와 연기가 제게 몰려왔던 화재 현장입니다. 가스 냉각을 시도했으나 실패했고 제 헬멧 위로는 무언가 녹아 떨어지고 있었습니다.

 

뜨거운 열기 속에서 화점을 찾아 한 걸음, 한 걸음 기어갔는데 무릎과 팔꿈치가 뜨거워져 계속 움직이면서 전진해 화재를 진압했습니다. 다행히 그 아파트 화재 현장에는 구조대상자가 발견되지 않아 마음 편히 철수할 수 있었습니다. 

 

아파트 화재의 표준 전술

전 세계적으로 아파트 화재 대응 전략이나 전술은 거의 비슷(내부진압 직접공격 전술)합니다. 진압대원은 계단을 이용하거나 엘리베이터를 타고 화점층 바로 아래층이나 두 개층 아래에 도착해 옥내소화전ㆍ연결송수관으로 소방호스를 연장하고 화점층으로 올라갑니다. 그리고 현관문을 통해 내부로 진입해 화재를 진압하게 됩니다.

 

이 전술은 진압대원이 현관문에 도착할 때까지 계단실문과 아파트 현관문이 충분한 내화성을 갖추고 있다는 걸 전제로 합니다.

 

뉴욕 아파트 화재

1998년 12월 18일 뉴욕의 반달리아길에 있는 건물 10층에 불이 났다는 신고가 접수됐습니다. 선착대가 현장에 도착했을 때 진압대원들은 아파트 내부에서 오렌지색 화염을 봤습니다. 대원들은 표준작전절차에 따라 화점층으로 향했고 화점층에서 상당한 열ㆍ연기와 마주했습니다.

 

공격대원들은 내부 진입을 위해 현관문을 열자마자 화염에 휩싸였습니다. 가까스로 메이데이(Mayday) 구조신호를 보낼 수 있었지만 화염과 열로부터 탈출하진 못했습니다.

 

쓰러진 공격대원들을 구조하려는 시도가 있었으나 뜨거운 열기 때문에 성공하지 못했습니다. 복도 온도가 너무 높아 RIT는 계단참에서 앞으로 더 나아가지 못했습니다.

 

사후 조사에서 밝혀진 바에 의하면 아파트 정면에서는 강한 바람(40㎞/h=약 11㎧)이 불고 있었습니다.

▲ [그림 1] 화재 아파트 10층 단면도(Dan Madrykowski)

▲ [그림 2] 아파트 외부 전경(NIST)


바람에 의한 화재(Wind Driven Fire) 연구

▲ [그림 3] 뉴욕 가버너스 섬에서의 실화재 실험(Scott Stillborn)

뉴욕이나 홍콩 등 해안가에 지어진 아파트에선 반달리아 화재와 유사한 화재가 자주 발생했습니다.

 

특히 강풍이 불었던 아파트 화재 현장에서의 전통적인 전략(공격)과 전술(내부 직접공격)은 진압대원의 순직사고로 이어지기도 했습니다.

 

뉴욕 소방 내부에서도 유사한 순직사고들에 대해 몇몇 사람이 ‘이런 화재에 더 적합한 진압 전술이 있지 않을까?’ 하는 의문을 제기하기 시작했습니다.

 

뉴욕 소방에서는 미국 국립 표준 연구소(NIST), 미국 보험협회 안전인증 시험기관(UL)과 공동으로 연구를 진행했습니다.

 

연구자들은 연구실에 1:1 크기의 아파트 모형을 만들었습니다. 그리고 일반적인 아파트에 있는 가구들로 내부를 채워 현실과 비슷한 화재하중을 만들고 큰 송풍기를 배치해 강풍을 재현했습니다.

 

이 모형 아파트에 복도를 만들어 반달리아 화재 상황과 비슷한 조건을 만들었습니다. 화재는 초기 단계부터 매우 빠르게 성장했습니다. 열기에 의해 창문이 깨지면서 화재실로 풍부한 산소가 공급돼 화세는 더 강해졌지만 이 화재실에서의 연기 배출은 쉽지 않았습니다.

 

과밀한 연기가 아파트 내부에 가득 찼고 아파트 내부의 연기 압력과 건물 정면에서 불어오는 바람의 압력이 균형을 유지하고 있었습니다. 화염과 연기는 바람에 의해 아파트 내부에 계속 갇혀 있었습니다.

 

만약 아파트 현관문이 열린다면 화재실 내부에서 현관문을 향한 공기 흐름이 만들어질 겁니다. 바람은 엄청난 양의 연기를 현관문 밖으로 밀어 넣을 겁니다. 이후 가연성 한계 이상 농도의 연기(과밀한 연기)가 가연성 범위 농도의 가스로 바뀌고 곧바로 불꽃이 발생하게 될 겁니다.

 

이렇게 현관문을 열면 복도는 약 1천℃의 끔찍한 화염에 뒤덮일 거고 이는 진압대원이 생존할 수 없는 상황이 될 겁니다([그림 4] 참조). 

 

▲ [그림 4] 열 유속 밀도와 온도에 따른 열 등급 1996, 영국(Note: Adapted from Measurements of the firefighting environment. Central Fire Brigades Advisory Council Research Report 61/1994 by J.A. Foster & G.V. Roberts, 1995. London)

 

연구원들은 실제 건물에서 실화재 연구를 진행하고자 적당한 건물을 찾고 있었습니다. 마침 뉴욕주의 거버너스 섬에 7층짜리 빈 건물을 찾을 수 있었습니다. 이 건물에서 14차례 실화재 실험을 진행했습니다. 건물 정면에서 불어오는 강한 바람은 대형 송풍기를 굴절차 바스켓에 고정해 재현했습니다.

 

실험 결과는 연구실 내 실험과 일치했습니다. 아파트 현관문이 열리자 불과 몇 초 사이 화재는 최성기에 도달했습니다. 현관문이 열려있는 동안에도 유리창이 깨지자 비슷한 양상으로 화재가 급격하게 성장하는 걸 볼 수 있었습니다.

 

연구원들은 가연성 가스들이 바람 때문에 화재실에 갇혀 나오지 못하는 걸 알게 됐습니다. 실화재 연구에서는 아파트 창문으로 가연성 가스와 화염이 맥동하면서 무질서하게 밖으로 분출하는 걸 볼 수 있었습니다.

 

이런 상황은 바람에 의한 화재(WDF)에 대한 명백한 징후입니다. [그림 3]은 거버너스섬에서 수행된 실화재 실험을 보여줍니다.

 

바람을 재현하는 큰 송풍기를 볼 수 있고 바람 때문에 일반적으로는 배출됐어야 하는 연기와 가연성 가스들이 갇혀 있게 됩니다. 화염이 창문 오른쪽 하단으로 빠져나오고 있는 걸 확인할 수 있습니다. 

 

전환 공격(Transitional Attack)의 적용

바람에 의한 아파트 화재 현장에서 현관문을 통한 내부 공격이 불가능하다는 걸 확인한 후 연구자들은 다른 방법을 찾기 시작했습니다. 누군가 외부에서 내부로 물을 주수하는 방법을 제안했습니다.

 

건축물 화재를 진압할 때에는 오랫동안 화재실 내부에서 화염과 싸우는 게 일반적이고 외부에서 내부로의 주수는 시도되지 않았습니다. 이 실험을 통해 연구자들은 WDF를 진압하기 위한 성공적인 전술을 개발했습니다.

 

‘직하층 배치 관창(floor below nozzle/high-rise nozzle/goose neck nozzle)’은 화재가 발생한 직하층 창문을 통해 배치되는 특수 관창입니다([그림 5] 참조). 이 관창은 주로 고층 건축물 화재 현장에 적용하기 위해 개발됐습니다. 사다리차에서 화재실(아파트) 천장을 향해 직사 주수하는 것과 같은 효과를 보입니다.

 

고층 건축물에서 사다리차의 방수포 접근이 불가한 현장이나 사다리차 배치가 어려운 현장에서 사용할 수 있습니다. 이 관창을 사용하면 화재실 창문을 통해 화재실 내부로 주수할 수 있습니다. 이런 주수 방법이 WDF 현장에서 내부 진입대원의 사고 위험을 감소시킬 겁니다.

 

▲ [그림 5] 직하층 배치 관창(NIST)

 

일부 소방관은 건물 외부에서 내부로 주수되는 물방울이 화염을 더 안쪽으로 밀어 넣어 인접한 방들로 열ㆍ연기가 확대되고 내부의 모든 구조대상자나 진압대원이 위험에 빠질 거라고 믿었습니다.

 

그래서 연구자들은 cone angle과 nozzle angle에 변화를 주면서 가능한 모든 물방울 형태와 다양한 방법으로 건물 외부에서 내부로 주수했습니다. 이건 미국과 많은 나라에서의 기존 원칙과 반대되는 논리입니다.

 

UL 실험 결과를 통해 외부로부터 패턴 없이 직사로 주수된 물방울이 내부 환경을 빠르게 개선한다는 게 명확히 밝혀졌습니다.

 

화세 감소 효과를 만들어내는 가장 좋은 방법은 cone angle을 최소로한 직사형태의 물방울을 nozzle angle 약 75°로 해 화재실 천장으로 주수하는 거였습니다. 하지만 이 전환 공격 전술을 사용하기 위해선 외부에서 직접 주수가 가능한 개구부가 있어야 합니다.

 

연구원들은 외부 공격 주수를 15초 이내로 제한하라고 조언했습니다. 이는 매우 짧은 주수 시간(duration) 입니다. 그 후에도 화재를 진압하려면 내부 공격이 계속돼야 합니다. 또 화재실 내부에 진압대원이 진입한 상태에서는 외부 주수를 중지해야 합니다. 

 

소방관들이 완전히 성장한 아파트 화재 현장에 도착하면 ‘전환 공격(Transitional Attack)’ 전술을 적용할 수 있습니다. 이는 우선 화재를 진압하기 위해 간단하게 외부로부터의 주수가 사용된다는 걸 의미합니다.

 

이후 다시 화재를 완전히 진압할 수 있도록 내부 공격이 시작됩니다. 이를 ‘외부 공격에서 내부 공격으로의 전환’이라고 합니다.

 

따라서 ‘전환 공격(TA)’이라는 용어가 만들어졌습니다. 미국에서 자주 사용되는 또 다른 표현은 ‘화세를 약하게 한다(Softening the target)’ 입니다. 이렇게 화세가 약해지면 내부 진압대원들이 더 쉽고 덜 위험한 환경에서 진압 활동을 하게 될 겁니다.

 

이 외에도 브레즈넌 관창(Bresnan Nozzle)과 바람 차단 장비(Wind Control Device)가 고안됐지만 여기선 언급하지 않겠습니다. 

 

화재 진압 시나리오

1월 한겨울 바람이 강한 오후 2시께 최성기로 성장한 15층 아파트 화재 현장에 소방관들이 출동한다고 가정해보겠습니다. 

 

선착대로 2개 대가 도착했고 15층 베란다 창문으로 화염과 연기가 맥동하면서 무질서하게 분출되는 걸 확인했습니다. “21층 중 15층 아파트에서 베란다 외부로 화염과 연기 분출 중” 선착대장은 외부로 확인한 화재 상황을 무전으로 전파합니다.

 

또 거주자들로부터 사람들은 모두 탈출했으나 초등생 정도의 남자아이가 아직 내부에 있을 수도 있다는 정보를 얻었습니다. 선착대장은 대원들이 15층 진입을 준비하는 동안 화재가 발생한 아파트를 지상에서 한 바퀴 돌아 봅니다.

 

선착대장은 공격 전략을 결정하고 2개 대의 출동대가 현장에 도착했으므로 전환 공격 전술을 준비합니다. 여건상 사다리차 배치가 불가할 것으로 판단합니다. 

 

A 출동대는 14층으로 올라가 화점층 진입 준비를, B 출동대는 직하층 관창을 준비해 14층 세대 진입을 지시합니다. A 출동대와 B 출동대가 14층으로 이동하는 동안 무전으로 상황을 전파합니다(“내부에 구조대상자 1명 추정으로 전환 공격 준비 중이며 A 대는 15층 내부 공격을 B 대는 14층 세대 베란다를 통한 외부 공격 준비 중, 후착대는 연결송수관설비를 통한 급수 지원대기 바람”).

 

선착대장은 현장지휘관이 도착하기 전까지 지상에서 화재실 외부의 상황을 관찰하며 현장을 지휘합니다.

 

B 대가 14층에서 직하층 관창을 통한 외부 공격 준비가 됐다고 보고했고 선착대장은 약 15초 동안의 직사주수를 통한 외부 공격을 지시합니다. A 대 또한 15층 현관문 강제 개방이 완료됐으나 내부상황 판단 시 고열로 인한 진입이 불가해 계속 내부 가스 냉각 실시 중이라는 보고를 받았습니다.

 

B 대의 15초간 외부 주수가 완료되면 선착대장은 A 대 지휘자에게 진입 가능 여부를 확인해 보고할 것을 지시하고 외부로 보이는 화염감소 여부를 확인합니다. 

 

그동안 현장지휘관과 여러 후착대가 도착합니다. 선착대장은 다음과 같은 상황을 보고합니다. “구조대상자 1명이 추정되고 외부 출화가 있는 최성기 단계의 화재 현장이었습니다. 2개 대로 15층 내부 진입과 14층 외부 공격을 통한 전환 공격 전술을 실시하는 중입니다.

 

이후 추가 급수와 배연 작업이 필요할 겁니다” 선착대장은 이 보고를 마치고 지휘권을 현장지휘관에게 인계한 후 15층으로 올라가 내부 공격팀을 지휘합니다. 

 

현장지휘관은 선착대장의 보고가 정확한지 재빨리 확인한 다음 후착대의 지휘관에게 연결송수관 점령과 배연을 위한 준비를 지시합니다. 그리고 상황 악화를 대비해 1개의 백업팀을 15층으로 올려보내고 나머지 대원들은 지상에 대기시킵니다.

 

계단 폭이 좁은 아파트 현장이기 때문에 많은 수의 진압대원을 투입시키는 건 오히려 역효과가 날 거라고 판단합니다. 그러는 동안 15층의 A 대는 화재실 내부 조건이 완화돼 진입을 결정하고 현장지휘관에게 보고한 후 내부로 진입해 구조대상자 검색과 동시에 화재를 진압합니다.

 

화재는 완진됐고 다행히 구조대상자는 발견되지 않았습니다. 현장지휘관은 배연과 2차 검색을 지시합니다. 15층의 백업팀은 배연을 위한 계단실 창문과 옥상층 문을 개방합니다. 그리고 상황을 정리합니다.

 

좀 더 발전된 현장 활동을 위해

위 시나리오를 완성하기 위해선 현장 도착이나 상황평가(360 정찰) 시 화재 현장 상황을 올바르게 판단할 수 있는 BE-SAHF(Building Environment-Smoke Air(track) Heat Flame) 모델의 훈련이 모든 소방관에게 필요합니다. 그리고 간단명료한 상황전파를 위한 CAN(Condition: 현 상황, Action: 선착대 행동, Needs: 후착대 추가지원) Report 양식 등의 연습이 필요합니다.

 

당연히 내부 공격팀의 가스 냉각이나 화점 소화 등의 상황에 맞는 주수기법과 내부 진입 여부를 판단할 수 있는 판단(Go/No go decision) 모델의 훈련이 필요합니다. 열화상카메라(TIC)를 사용해 열ㆍ연기를 읽어 화재 상황을 효과적으로 판단하고 화점과 구조대상자를 빠르게 찾는 방법에 대한 교육과 연습도 필요할 겁니다. 여기에 직하층 관창이 배치된다면 더 좋겠습니다.

 


참고문헌

1) Lambert Karel, Wind Driven Fires, www.cfbt-be.com

2) Death in the line of duty... A summary of a NIOSH fire fighter fatality investigation, F99=01 Date Released: August 2, 1999

3) Madrzykowski Daniel, Kerber Steven, Wind-Driven Fire Research: Hazards and Tactics, march 2010 Fire engineering Magazine

4) Measurements of the Firefighting Environment 1. A. FOSTER & G. V. ROBERTS Research Report Number 61, 1994

5) Lambert Karel, Transitional Attack, www.cfbt-be.com

6) Impact of Fire Attack Utilizing Interior and Exterior Streams of Firefighter Safety and Occupant Survival: Water Mapping/Air Entrainment Craig Weinschenk Keith Stakes Robin Zebotek UL Firefighter Safety Research Institute Columbia, MD 21045 Dec. 6, 2017

7) Lambert Karel, Tactics, www.cfbt-be.com

 

 

경기 안산소방서_ 최기덕 : smile9096@icloud.com

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2021년 6월 호에서도 만나볼 수 있습니다.> 

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