1. 서 론
2020년 화재통계연감에 의하면 2020년 한해 38,659건의 화재가 발생하였으며 365명의 사망자, 1917명의 부상자, 600,475천원의 재산피해가 발생하였다. 이중 주택화재가 10,645건으로 사망자 177명, 부상자 706명, 재산피해 45,011천원이 발생하였고, 임야의 경우 3,003건으로 사망자 7명, 부상자 56명, 재산피해 9,542천원이 발생하였다. 이처럼 주택 및 임야 지역에서 발생한 화재로 많은 사상자뿐만 아니라 재산피해가 야기되는 것으로 보고되고 있다(1).
우리나라의 대표적인 산림화재로는 1996년 고성산불, 2002년 청양⋅예산 산불, 2005년 양양산불 등이 있으며 세 차례의 산림화재 대응 시 나타나는 문제점 중에 초동대처 미흡이 가장 대표적인 문제점으로 대두되고 있다(2). 건축물 밀집지구 화재 위험성을 분석한 연구에서는 노후화된 건축물 밀집지역이 인접 건물로의 화재 확대가 용이하여 대형 도시화재로 확대될 위험성이 높다고 보고하고 있으며, 연소확대가 시작되는 5 min 이내 신속한 화재진압이 중요함을 강조하고 있다(3). 초기 진화가 신속하고 효율적으로 이루어진다면 사상자 발생은 물론이거니와 재산피해 저감에도 기여할 수 있기 때문이다(4). 산림화재와 건축물 밀집지역 화재의 초동대처가 지연되는 이유 중 하나가 바로 소방차량 진입 곤란을 들 수 있겠다. 2020년 기준 전국에 소방차량 진입이 곤란* 또는 불가**한 지역은 824개소로 구간길이는 375,803 m에 달한다(Table 1). 세부적으로 살펴보면 주거지역이 586개소, 상업지역이 155개소 공업지역이 16개소, 농어촌지역이 50개소 등이며 소방차량 진입 곤란 지역 1개소 당 평균 구간 길이는 456.6 m이다. 이는 소방 펌프차에 적재되어 있는 15 m 소방호스 30개를 전개하여야 화재진압이 가능한 길이이다. 일부 시⋅도 소방본부에서는 소방차량 진입이 곤란한 지역에 소형 소방펌프차량, 오토바이 화재진압대 등을 배치하여 대응하였으나 소요된 예산에 비해서는 큰 효과를 보지는 못하였다.
Table 1
Areas Where Fire Engines are Difficult to Enter and Impossible to Enter (The Year 2020)(7)
또한 산림화재와 건축물 밀집지역 화재뿐만 아니라 경사로가 높거나 구조물이 다양한 지형으로 예를 들면 계단이나 항구에 정박되어 있는 어선화재, 옥내소화전이 설치되어 있지 않은 소규모 건축물 등에서도 마찬가지로 소방호스 전개와 소방차량 진입이 어려워 신속한 초기 진화가 어렵다(5,6). 이외에도 우리 주변엔 초기 신속한 화재 진압활동이 어려운 다양한 종류의 화재유형이 존재한다. 새로운 건축물의 구조와 노후화된 건물의 특성을 고려한 화재진압 방법 및 효율적인 장비 개발이 필요할 것이라 사료된다. 뿐만 아니라 초기진화와 소방차량 진입 곤란 지역에 대한 연구는 존재하지만 자체적으로 장비를 개발하고 그에 대한 효과성 검증 및 실질적 도입을 위한 연구는 미비한 실정이다.
이에 C소방본부에서는 소방차량 진입 곤란 지역의 화재에서 최소한의 예산과 무동력으로 최대한의 화재진압 효용성을 추구하기 위한 ‘소방호스 배낭’이라는 장비를 개발하였다. 따라서 본 연구에서는 소방공무원을 대상으로 실험 및 설문조사를 시행하여 소방호스 배낭과 기존 소방호스 사용 시 신속성, 효율성, 피로도 등을 비교하고 장비 효과성을 검증하고자 한다. 또한 실험을 통해 거리에 따른 소방호스 배낭의 적정 압력을 측정하고 앞으로의 활용 매뉴얼을 개발을 통하여 소방차량 진입 곤란 지역 초동대처에 이바지하고자 한다.
2. 연구방법
2.1 연구설계
2.1.1 소방호스 배낭과 소방호스 비교 실증(산림지역): 전개 걸음수, 활력징후 비교
본 연구는 무작위 교차설계연구로 실험의 설계는 Figure 1과 같다. 무작위 교차설계를 선택하 이유는 대조군과 실험군의 동질성을 높이고, 소방호스 배낭과 소방호스의 실증의 실험 순서 등의 특성으로 인해 발생할 수 있는 매개변수를 최소화하기 위함이다. 연구의 대상자는 총 24명이며 무작위로 2명씩 열두 개조로 구성하여 개인별로 소방호스 배낭 실험 1회, 소방호스(40 mm) 실험 1회 총 2회의 실험을 진행하였다. 호스 연장거리는 200 m를 기준으로 하였고 소방호스 배낭(개당 100 m)은 2개를 매고 진입하였으며 소방호스(개당 15 m)의 경우에는 산림지역을 왕복하며 13개를 연장하도록 설계하였다. 실험 전에는 충분한 휴식을 취하도록 하였고 실험 전과 실험 후에는 활력징후 및 젖산을 측정하였으며 실험 후 걸음수를 확인하였다. 젖산 수치는 운동 5 min 후에 가장 높은 수치를 기록하는 것으로 알려져 있어(8) 실증 종료 5 min 후를 기준으로 젖산, 활력징후를 측정하는 것으로 설계하였다. 모든 실험이 종료된 후 소방호스 배낭의 만족도를 확인하기 위한 설문을 진행하였다.
2.1.2 소방호스 배낭과 소방호스 비교 실증(평지): 전개시간, 방수량, 방출속도 비교
전개시간의 경우 연구의 대상자는 총 4명이며 소방호스 배낭군 2인 1조, 소방호스군 2인 1조로 구성하여 400 m거리를 100 m 구간별로 시간을 측정하도록 하였다. 산림 화재의 90% 이상은 고도 400 m 이내에서 발생하는 것으로 알려져 있고(9) 대부분의 화재 취약지역 및 도심 밀집지역 또한 이와 유사하여 400 m 거리를 기준으로 실증을 진행하였다. 소방호스 배낭군은 100 m가 적재된 소방호스 배낭을 1인당 2개씩 소지하여 호스를 전개하였고 소방호스군은 아코디언 방식으로 준비된 40 mm 소방호스 4본을 소방차량에 연결된 상태로 준비해두고 추가적으로 소방호스를 2본씩 왕복 이동하며 전개하도록 설계 하였다. 토출시간의 경우 소방차량에서 동일하게 1 Mpa의 방수압력을 가하였으며, 400 m를 전개한 후 각 호스말단에서 수원이 토출될 때까지의 시간을 측정하였다. 방수량과 방출속도의 경우 방수압 측정기를 활용하여 측정하였으며, 100∼400 m거리를 100 m기준으로 하여 펌프차량 압력 0.5 Mpa, 1 Mpa로 각각 1회씩 측정하였다.
2.2 연구대상
2.1.1 소방호스 배낭과 소방호스 비교 실증(산림지역): 전개 걸음수, 활력징후 비교
본 연구에서는 G*power 3.1.9.7 프로그램에서 effect size 0.6, error 0.05, power 0.8 α 로 설정하여 24명으로 산출되어 본 실험에 자발적으로 참여를 동의한 C소방본부 소방공무원 총 24명을 대상으로 선정하였다. 또한 동질성검증을 위해 산불화재 및 도심 밀집지역 화재를 포함한 2년 이상의 화재진압 경험이 있는 대상자들로 선정하였다. 소방호스 배낭과 소방호스 두 가지 실험에 모두 참가하였으며 12명씩 두 개 그룹으로 나누어 실험을 진행하였다.
2.3 연구도구
2.3.1 소방호스 배낭
소방호스 배낭의 규격 및 전개방식은 Figure 2와 같다. C소방본부에서 개발한 장비로 구경 25 mm 길이 50 m 호스 2본이 배낭 안에 아코디언 형식으로 적재되어 있다. 규격은 가로 34 cm, 세로 21 cm, 높이 51 cm이며, 무게는 배낭 2.5 kg, 호스 7 kg로 총 9.5 kg이다. 산림화재 및 도심 밀집지역 등 소방차량 진입곤란 지역의 초기진화를 위한 목적으로 개발되었다. 호스를 소방차량에 연결한 후 배낭을 매고 걸어가면 자동으로 소방호스가 전개되도록 설계되어 있다.
2.3.2 젖산 측정기
젖산은 일명 락트산으로 일컬어지며 체내 운동 시 근육의 사용으로 발생하는 글리코겐이 분해되면서 생기는 물질이다. 짧은 시간에 고강도의 운동을 하게 되면 젖산이 많이 생성되고 젖산 수치와 운동의 강도는 비례한다고 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서 대상자의 젖산 수치를 측정하여 호스전개방법에 따른 운동 강도 차이, 피로도 차이 등을 측정하였다. 대상자들의 피로도가 높게 측정 되는지를 조사하였다. 측정 방법은 대상자들의 실험 전 휴식 중, 실험 후 5 min 경과 시로 각각 1회씩 총 2회 측정하였고, Arkray 사의 Lactate pro2 제품을 이용하여 검지손가락 끝(finger tip) 측정 부위를 알코올 솜으로 소독하고 채혈침을 이용하여 측정하였다.
2.3.3 활력징후 측정 도구
대상자의 혈압, 맥박, 호흡, 체온 등을 측정한 수치로 본 연구에서는 혈압, 맥박, 경피적 산소포화도 측정 수치를 활력징후로 임의적으로 정의하였다. 대상자의 혈압은 오므론 혈압측정기 HEM-7130로 측정하였다. 대상자의 맥박 및 경피적 산소포화도는 Masimo사의 rad 57로 측정하였다. 활력징후는 각각 실험 전 휴식기에 1회, 실험 후 산림지역에서 1회 시행하였고 총 2회 측정하였다.
2.4 자료수집 방법
산림지역에서의 소방호스 배낭과 소방호스의 비교 실증은 2021년 6월 21일∼6월 23일 C소방본부 소방공무원 24명을 대상으로 실험의 취지를 설명 후 사전 동의 및 허락을 받았으며 연구 진행 직전 이에 따른 동의서를 작성 후 진행되었다. 2개 조로 나누어 소방호스 배낭과 소방호스를 번갈아 가며 참여하도록 하였으며 개인정보를 포함한 정보는 활용하지 않았다. 평지에서의 소방호스 배낭과 소방호스의 비교 실증 및 소방호스 배낭 관창에서 방수압 유지를 위해 필요한 펌프차의 조작압력 측정 실험은 2021년 7월 28일 C소방본부 소방공무원 10명을 대상으로 진행하였으며 위 실험과 동일하게 실험의 취지를 설명 후 사전 동의 및 허락을 받아 진행하였다.
3. 연구결과
3.1 소방호스 배낭과 소방호스 <40 mm>의 소요시간 비교분석 결과
소방호스 배낭과 소방호스 <40 mm>의 소요시간 비교분석 결과는 Table 2와 같다. 첫 번째, 소방호스 유형에 따른 호스전개 시 걸음수 측정에서는 소방호스 배낭군은 340.70보, 소방호스 <40 mm>군은 1,450.33보로 측정되어 통계적으로 유의한 차이가 있었다(t = -23.51, p = < .001). 두 번째, 방수시간에서는 소방호스 배낭군은 390.91 s, 소방호스 <40 mm>군에서는 1,025.66 s로 측정되어 통계적으로 유의한 차이가 있었다(t = -15.54, p = < .001). 세 번째, 전개시간에서는 소방호스 배낭군은 284.91 s, 소방호스 <40 mm>군에서는 959.33 s로 통계적으로 유의한 차이가 있었다(t = -19.21, p = < .001).
Table 2
Comparison of Fire Suppression Time According to Fire Hose Type (N = 24)
3.2 소방호스 배낭과 소방호스 <40 mm>의 활력징후 비교분석 결과
소방호스 배낭과 소방호스 <40 mm>의 활력징후 비교분석 결과는 Table 3과 같다. 첫 번째, 소방호스유형에 따른 호스전개 시 혈압에서는 소방호스 배낭군은 143/85 mmHg, 소방호스 <40 mm>군은 144/86 mmHg로 측정되어 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다(t = -0.12, p = < .906). 두 번째, 맥박에서는 소방호스 배낭군은 104.25회, 소방호스 <40 mm>군에서는 127.25회로 측정되어 통계적으로 유의한 차이가 있었다(t = -3.28, p = < .002). 세 번째, 경피적 산소포화도에서는 소방호스 배낭군은 94.83%, 소방호스 <40 mm>군에서는 94.04%로 통계적으로 유의한 차이가 없었다(t = -1.52, p = < .134). 네 번째, 젖산수치에서는 소방호스 배낭군이 9.70 mmol/L로 소방호스 <40 mm>군(12.84 mmol/L)보다 젖산 분비량이 낮게 측정되어 통계적으로 유의한 차이가 있었다(t = -2.01, p = 0.49).
Table 3
Comparison of Differences in Vital Signs According to Fire Hose Type (N = 24)
3.3 소방호스 배낭과 소방호스 <40 mm>의 사용 만족도 비교분석 결과
소방호스 배낭과 소방호스 <40 mm>의 사용자들을 대상으로 한 만족도 비교분석 결과는 Table 4와 같다. 대부분의 대상자들은 소방호스 배낭 사용시 편리성, 화점의 빠른 진입, 산림과 도심 밀집지역 화재진압 효율성 등에서 5점 만점에 4.79점으로 매우 만족하는 것으로 나타났다.
Table 4
Comparison Satisfaction between Firehose Backpack and Fire Hose (N = 24)
추가적으로 실험 대상자들은 산림화재 시 효율적인 장비를 묻는 문항에 100% (24명)가 ‘소방호스 배낭’이라 답변하였고 도심 밀집지역 화재 시 효율적인 장비를 묻는 문항에 87.5% (21명)가 ‘소방호스 배낭’이라 답변하였다. 소방호스 배낭이 효율적인 이유를 묻는 문항에는 ‘호스전개 및 연장’이 편리하다고 답변한 응답이 산림화재 83.3% (20명), 도심 밀집화재 45.8% (11명)로 가장 많았고 ‘체력 부담이 감소’한다 답변한 응답이 산림화재 58.3% (14명), 도심 밀집화재 45.8% (11명)로 나타났다.
3.4. 소방호스 배낭과 소방호스 <40 mm>의 호스 전개시간 비교
소방호스배낭과 소방호스 <40 mm>의 호스 전개시간을 비교한 결과는 Table 5와 같다. 100 m에서는 소방호스 배낭이 1.63 min, 소방호스는 2.72 min이 소요되었다. 200 m에서는 소방호스 배낭이 3.08 min, 소방호스는 8.40 min이 소요되었다. 300 m에서는 소방호스 배낭이 4.60 min, 소방호스가 18.48 min이 소요되었다. 400 m에서는 소방호스 배낭이 5.87 min, 소방호스가 37.92 min 소요되었다.
Table 5
A Comparison of the Time Required for the Development of Fire Hose Backpack and Fire Hose
3.5. 소방호스 배낭과 소방호스 <40 mm> 말단에서의 방수량과 방출속도
소방호스 배낭과 소방호스 말단에서의 방수량과 방출속도를 비교한 결과는 Table 6과 같다. 호스 전개길이 100 m 단위별 방수량과 방출속도 비교 시 방수량은 기존 소방호스(40 mm) 대비 약 80% 정도 유지되었고, 방출속도는 기존 소방호스보다 약 2배 정도 높게 측정되었다. 소방호스 배낭의 경우 25 mm 구경의 호스를 사용하기 때문에 방수량은 기존 40 mm 소방호스에 비해 상대적으로 낮은 수치이지만 방출속도는 빠르게 측정되는 것으로 분석 . 400 m를 기준으로 할 때 펌프차량 압력이 0.5 Mpa일 때 소방호스 배낭의 방수량은 230 (L/min), 방출속도는 7.8 (m/s)로 측정되었으며 소방호스의 방수량은 270 (L/min), 방출속도는 3.6 (m/s)로 측정되었다. 펌프차량 압력이 1 Mpa일 때는 소방호스 배낭의 방수량은 300 (L/min), 방출속도는 10.2 (m/s)로 측정되었으며 소방호스의 방수량은 400 (L/min), 방출속도는 5.3 (m/s)로 측정되었다. 100 m에서 소방펌프차량 압력이 1 Mpa인 경우는 유량계의 측정범위를 벗어나 측정이 불가하였다.
Table 6
Quantity and Ratio of a Discharging Water Between a Backpack Type and Firehose
3.6. 소방호스 배낭 관창에서 방수압 유지를 위해 필요한 펌프차 조작 압력과 적정압력
호스 파손 방지 및 호스 말단 관창에서의 적정 방수량(압력) 유지를 위하여 소방펌프차에서 작동하여야 하는 압력(Mpa)을 100 m 단위 전개길이에 따라 측정한 결과는 Table 7과 같다. 소방펌프압력 주 사용 구간이 0.5∼1 (Mpa)을 감안하여 구간별 0.5∼0.95 (Mpa)으로 조작함이 적정한 것으로 분석되었다. 400 m를 기준으로 관창의 방수압이 0.1 Mpa가 유지되려면 소방펌프차량의 압력은 0.45 Mpa가 필요했고, 관창의 방수압이 0.2 Mpa가 유지되려면 소방펌프차량의 압력은 0.95 Mpa가 필요한 것으로 측정되었다.
Table 7
Pump Pressure Required to Maintain the Water Discharging Pressure in a Backpack Type Firehose
3.7. 소방호스 배낭 관창에서 방수압 유지 및 과부하 방지를 위한 펌프차 조작 압력
호스 파손 방지 및 호스 말단 관창에서의 적정 방수량(압력) 유지를 위하여 소방펌프차에서 작동하여야 하는 압력(Mpa)을 100 m 단위 전개길이에 따라 측정한 결과는 Table 8과 같다. 소방펌프압력 주 사용 구간이 0.5∼1 (Mpa)을 감안하여 구간별 0.5∼0.95 (Mpa)으로 조작함이 적정한 것으로 분석되었다.
4. 결 론
본 연구는 산림화재 및 도심 밀집지역 등의 화재진압의 장애요인이 많은 지역에서 효율적으로 화재진압을 시행하고 화재진압대원들의 안전 확보 및 피로도 저감을 위해 개발된 소방호스 배낭의 효율성을 파악하기 위해 진행되었다.
본 연구는 두 차례의 실증연구로 진행되었으며 첫 번째로 2021년 6월 21일 C도에 위치한 등산로(경사 30°) 200 m거리에서 호스 전개⋅방수까지 소요 시간, 걸음수, 체력 소모량(혈압, 맥박), 젖산 분비량을 측정하여 화재진압의 효용성을 비교하였다. 두 번째로 2021년 7월 28일 C도에 위치한 종합경기장(평지)에서 소방호스 배낭과 소방호스(40 mm)의 100 m별 전개 소요시간(총 400 m), 호스 말단 수원 도달 시간(방수개시로부터), 100 m 단위 전개 길이에 따른 방수량과 토출속도, 호스 말단 관창에서의 적정 방수압력 유지를 위한 소방 펌프차에서 작동하여야 하는 압력(Mpa) 등의 측정을 통해 효용성을 비교하였다.
1차 연구의 결과 호스전개 시간은 소방호스 배낭(284.91 s)이 기존 소방호스(959.33 s)로 70.3% 감소, 호스 전개 후 관창에서 방수가 시작되기까지의 시간은 소방호스 배낭(390.91 s)이 기존 소방호스(1025.66 s)로 61.3%가 단축되었으며, 소방호스 배낭(340.70보)은 기존 소방호스(1450.33보)와 비교하여 걸음 수 76.5%가 단축되었다. 활력징후인 맥박은 소방호스 배낭(104.25), 기존 소방호스(127.25)로 18% 낮게 측정되었고, 젖산 분비량(피로도 측정)은 소방호스 배낭(9.70)이 기존 소방호스(12.84)와 비교하여 24.5% 낮게 측정되어 소방 호스전개의 효과성이 좋은 것으로 나타났다.
추가적으로 실험 대상자에게 조사연구(설문지)를 진행한바 산림화재 시 효율적인 장비를 묻는 문항에 100% (24명)가 ‘소방호스 배낭’이라 답변하였고 도심 밀집지역 화재 시 효율적인 장비를 묻는 문항에 87.5% (21명)가 ‘소방호스 배낭’이라 답변하였다. 소방호스 배낭이 효율적인 이유를 묻는 문항에는 ‘호스전개 및 연장’이 편리하다고 답변한 응답이 산림화재 83.3% (20명), 도심 밀집화재 45.8% (11명)로 가장 많았고 ‘체력 부담이 감소’한다 답변한 응답이 산림화재 58.3% (14명), 도심 밀집화재 45.8% (11명)로 나타났다.
본 연구에서 개발한 소방호스 배낭의 효용성을 검증하기에 24명의 대상자의 실험 및 설문으로 일반화하기에는 한계가 있다. 그러나 실제 화재 진압대원을 대상으로 실험한 점, 피로도를 위한 혈중 젖산 농도 및 생체징후 등을 측정한 점 등에 그 의의가 있다고 하겠다. 추후 더 많은 연구대상자를 토대로 추가적인 연구 시 기초자료로 활용하고자 한다.
2차 연구의 결과 소요시간은 400 m 전개 시 소방호스 배낭(352 s)이 기존 소방호스(1,813 s)에 비하여 81%의 시간이 단축되었고, 방수량 및 토출 속도는 방수량은 소방호스 40 mm에 80% 수준의 방수량을 보였고, 토출속도는 약 2배 정도 높은 것으로 분석되었다. 적정 토출 방수압에 필요한 조작 압력(말단 방수압력 고려 적정 조작압력)으로는 100 m, 200 m에서 0.5 Mpa, 300 m에서 0.8 Mpa, 400∼600 m에서 0.95 Mpa으로 분석되었다.
본 연구 결과 검증 내용을 요약하면 다음과 같다.
첫째, 소방호스 배낭은 산림화재 및 도심 밀집지역 등 소방차량의 진입이 어려운 장소에 신속하게 진입하여 효율적인 화재진압을 시행할 수 있다.
둘째, 소방호스 배낭은 진압대원들의 체력적인 여건을 효과적으로 감소시켜 진압대원들에 대한 안전성 확보에도 도움이 될 것이다.
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