▲삼성건설 건축기전팀/기술기획파트 권순평 과장(소방기술사/미국소방기술사)

1. 소개
 
이번 연재에서는 성능위주소방설계(performance based design, 이하 pbd)의 초기단계인 화재시나리오를 선정하는 여러 기법 들에 대해 간단히 소개하기로 한다. 화재시나리오를 선정하는 데 이용되는 객관적인 방법들은 여러 가지가 있으나 대표적인 몇 가지를 소개하면 다음과 같다.

소개할 방법들은 석유화학 공장의 위험확인(hazard identification) 작업에 널리 쓰이는 것들이지만 일반 건물화재에서도 체계적으로 훌륭히 적용될 수 있는 것들이다.
2. 고장모드영향분석(failure modes and effects analysis, fmea)
fmea 방법은 일반적으로 실패 즉 사고의 유형을 가정하여 원인과 결과 그리고 위험도 정도를 표현하는 방법이다. 이 방법은 항공산업과 원자력 발전소에서 널리 사용하던 방법으로 화재시나리오를 도출하는 방법으로도 유용하게 쓰일 수 있다.
이는 화재가 발생할 수 있는 item의 실패 혹은 여러 소방설비 시스템의 실패를 발생 가능한 원인과 그에 따른 영향 그리고 위험의 정도를 표현하는 순서 등으로 일목요연하게 정리할 수 있기 때문이다. 아래의 [표1]은 fmea의 예이다.
[표1] fmea 방법의 예
 

사고발생유형	실패 유형	원인	영향	위험정도
연료탱크	rupture (기계적으로 인한)   rupture (화재노출로 인한)	a.종업원 작업능력부족 b.불량품 c.외부 충격   d.탱크의 열에 의한 노출 e.과압(overpressure)	a.누출 및 화재가능     거대한 fireball(화구)	중간       아주 높음

 
3. what if analysis
 
what-if 분석 기법은 어떠한 위험대상에 익숙한 경험이 있는 집단이 바람직하지 않은 원인에 관해 질문을 하거나 그에 대한 관심사를 표현하여 위험을 확인해 나가는 단상토론 접근방식이다. 이 기법은 다른 기법처럼 구조화되지 않았기 때문에 분석가가 기본개념을 특수한 상황에 맞게 적용하여야 한다.
 
 what-if 분석방법이나 그에 따른 적용에 대해서는 출판된 정보가 많지 않은 실정이다. 그러나 거의 모든 공정 사이클에 이용할 수 있으며 특히 숙련된 엔지니어들에게 널리 이용되고 있다.

what-if 분석 개념은 화재위험성평가 팀이 what-if로 시작되는 질문을 생각하도록 한다. 그러나 물론 질문으로 표시되지 않은 경우에도 관심사를 표현할 수 있다. 석유화학공장의 what-if 분석에서 나올 수 있는 질문의 예를 들면 다음과 같은 것들이 있을 수 있다.
 
 - 잘못된 물질이 공정원료로 전달되면 어떻게 될까?
 - 펌프가 시동 중에 가동을 멈추면 어떻게 될까?
 - 운전자가 밸브 a대신 b를 열면 어떻게 될까?
 
what-if 분석의 목적은 위험한 상황, 바람직하지 않은 결과를 낳을 수 있는 사건을 예상하여 확인하는 것이다. 경험 있는 집단은 가능한 사고상황, 그 결과 및 기존의 안전장치를 확인한 후 위험감소를 위한 대안을 제시한다. 이 방법은 설계, 구매, 또는 유지관리 측면에서의 안전으로부터의 이탈 가능성에 대한 예상 및 대비를 하는 데 도움이 된다.
 
4. 잠재위험 및 운전성 분석(hazard and operability study, hazop)
 
hazop 기법은 주로 공정플랜트에 있는 잠재위험을 확인 및 평가하고 플랜트의 생산성에 손상을 미치는 운전성 문제를 확인하기 위해 개발된 것이었다. 원래 경험이 거의 없는 조직이나 대상 공정에 대해 기술적인 잠재위험 및 운전성 문제를 예상하기 위해서 개발되었지만 기존의 대상에 사용해도 매우 효과적이다. hazop 분석기법을 사용하려면 공정의 설계와 운전에 관련된 자세한 정보가 있어야 한다. 따라서 설계단계 중 또는 그 후에 공정을 분석하고 위험을 확인할 때 많이 사용되고 있다.

hazop분석의 목적은 공정이나 운전을 체계적인 방식으로 면밀히 검토하여 공정이탈로 인해 바람직하지 않은 결과가 야기될 수 있는 지 결정하는 것이다. hazop 팀은 이탈을 보호하는 기존의 안전장치뿐만 아니라 이탈의 잠재적인 원인과 결과도 점검 하여야 한다. 팀원들이 이탈에 대한 보호장치가 부적합하다고 결정하면 위험을 감소시킬 수 있는 조치를 권장한다.
 
5. 결함수 분석(fault tree analysis)
 
화재, 폭발, 누출 등 어떤 특정한 예상사고에 대하여 그 사고의 원인이 되는 장치 / 기기의 결함이나 설계자 / 조업자의 오류를 연역적, 순차적, 도식적, 확률적으로 검토 분석하여 이의 정성적, 정량적 위험성을 평가하는 방법으로서, fta는 시스템 고장을 발생시키는 원인들과의 관계를 논리적으로 사용하여 나뭇가지 모양의 그림으로 나타낸 fault tree를 만들고 이에 의거하여 시스템의 고장확률을 구함으로서 취약부분을 찾아내어 시스템의 신뢰도를 개선하는 정량적 위험성 평가 방법이다

fta의 가장 큰 특징은 and와 or와 같은 논리 게이트 조합에 의해 대상 설비 또는 시스템의 위험성을 트리(tree)구조에 의해 표현하므로, 시각적으로 파악이 용이하며 여러 가지 전문 기술분야에 걸친 정보를 망라할 수 있는 종합적이고도 유연성이 풍부한 방법이라고 할 수 있다.

또한 분석대상의 위험성에 대한 확률론적인 정량평가가 가능하여 기본 사상(basic event)발생률로써 중간 및 정상 사상에 대한 확률을 차례로 계산 할 수 있어 기존의 감각적, 경험적 사고로부터 탈피하여 논리적이고 확률론적인 정량적 결과를 도출할 수 있게 한다.
 
fta의 장단점에 대해 정리해 보면 장점으로는 사고원인 규명의 간편화, 사고원인 분석의 일반화, 사고원인 분석의 정량화 등을 들 수 있고 단점으로는 숙련된 전문가 필요, 시간 및 경비의 소요, 고장율 자료 확보 필요성 및 애로성 등이 있다.

다음 [그림1]은 실제 fta 수행의 예이다.

 
6. event tree analysis
 
event tree analysis(사고수분석)는 초기사고(원인)로부터 유발될 수 있는 고장, 사고의 형태를 추적하는 귀납적 방법으로서 시스템에서 공정사고가 발생하였을 때 실시하여야 하는 운전의 대응, 안전장치의 작동순서 등을 확인하고 이들의 대응 상태에 따라 발생할 수 있는 여러 경우의 수를 예측 할 수 있다. 또한 각각의 사고결과에 대한 시나리오를 구성 할 수 있으며 사고가 발생할 수 있는 확률을 산출할 수 있다.

수행절차는 우선 초기사고를 정의하고 그에 따라 발생 가능한 시스템 작동의 실패나 혼란에 대해 예측하고 초기사고 발생시 대응 할 수 있는 안전조치를 발생 순서에 따라 파악한다.

일반적으로 대응되는 안전조치의 유형은 자동안전장치, 경보, 운전자의 대응 등이 있을 수 있다.

event tree 작성은 보통 사고의 진행 대응 순서에 따라 좌측에서 우측으로 하고 대응조치의 성공은 상부방향으로 실패는 하부방향으로 분할한다. 다음으로 사고에 대한 대응단계별로 최종결과(재해결과)를 분류하고 대응단계별 성공/실패의 확률이 정해진 위험범위를 벗어날 경우 대응단계별 수정, 보완대책을 수립하거나 추가적인 대응책을 계획한다.

eta 장점은 사고발생 전개과정을 논리적으로 표현할 수 있고 사고발생 확률의 과학적인 예측 계산이 가능하며 시스템에 잠재하는 위험 요인을 효과적으로 제어하여 비용절감적인 안전 투자 유도가 가능한 점을 들 수 있다.
다음 [그림2]는 실제 eta 수행의 예이다.
 

 

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