1.1 연구배경

철도의 종류는 크게 4가지로 구분된다. ｢철도의 건설 및 철도시설 유지관리에 관한 법률｣에 따른 고속철도⋅광역철도⋅일반철도와 ｢도시철도법｣에 따른 도시철도이다. 고속철도는 200 km 이상으로 주행하는 철도로서 국토교통부 장관이 지정하는 노선의 철도를 말하며, 일반철도는 고속철도와 ｢도시철도법｣에 따른 도시철도를 제외한 철도를 말한다.

광역철도는 일반적으로 수도권 전철 1호선과 같이 지상 구간에 설치되어 있으며, 교통카드 사용이 가능한 상시 개⋅집표구를 이용하고 일반철도와 달리 지정 좌석 없이 도시간을 운행하는 전동열차를 말한다. 즉 도시철도와 광역철도는 연계 환승체계를 갖추고 있으며, 수인선, 신분당선과 같이 지하에 설치된 광역철도는 도시철도와 기능상 차이가 없는 동일한 시설로 볼 수 있다. 그러나 도시철도와 광역철도에 적용되는 법령이 각각 다르기 때문에 동일한 기능을 함에도 불구하고 정거장의 피난 안전성 평가에 관한 기준과 절차에 차이가 발생하여 설계단계에서 혼선이 발생하고 있다.

기존 선행 연구의 경우 Kim 등(1)은 대심도 지하정거장의 화재 안전성 평가를 위하여 전동차 화재 위치에 따라 제연설비⋅승강장 안전문 운영이 각각 가동된 경우와 실패한 경우를 고려한 피난 연구를 수행하여 제연설비가 승강장 안전문보다 화재 확산 지연에 더 큰 역할을 하고 있음을 도출하였다. 또한, Choe와 Min(2)은 대심도 지하철 역사의 대피시간 재획정에 관한 연구에서 현재의 승강장 피난시간 4 min, 유독가스로부터 안전한 공간(지상 출구 등)까지 6 min의 기준은 국내 환경이 고려되지 않은 해외의 규정을 적용한 것으로 대심도 지하 정거장 건설에 따른 국내 환경을 고려한 기준 재획정이 필요하다고 언급하였다.

위와 같이 GTX-A, 신안산선 등 대심도 철도 건설에 따라 지하 공간에서의 화재 및 피난 안전성 평가에 대한 연구가 지속적으로 수행되고 있으나 도시철도와 광역철도 정거장 안전성 평가 시 적용되는 설계기준 상의 시나리오 차이점이 고려되지 않고 있다. 지하 정거장의 안전성평가 신뢰성 향상을 위해서 기능상 역할이 동일한 도시⋅광역철도에 적용되는 피난안전성 평가에 대한 적용 시나리오 표준화가 필요하다.

1.2 연구 내용 및 방법

본 연구는 광역⋅도시철도 지하 정거장의 피난 안전성 평가에 대한 표준화된 시나리오를 제안하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 철도 정거장 현황 및 철도 정거장 안전성 평가 관련 법규를 조사하고 철도 정거장 안전성 평가 절차 및 결과를 고찰하였다. 도시⋅광역철도 지하정거장의 법률적 차이 및 기능적 공통점을 기술하고 광역철도 정거장 안전성 평가 사례를 바탕으로 도시⋅광역철도의 정거장 안전성 평가 문제점을 도출하였다.

2.1 철도 정거장 현황

국내 철도 운영기관은 총 20개 기관이 있으며, 전체 철도정거장은 1,416개가 있다(3). 그 중 지하에 설치된 철도 정거장은 Table 1과 같이 729개 이며 전체 철도 정거장의 51%이다. 광역철도 정거장은 모두 284개이며, 이중 지하에 설치된 광역철도 정거장은 총 166개 이다. 도시철도의 경우는 총 701개 정거장 중 563개 정거장이 지하에 건설되어있다. 고속철도 정거장 및 주요 간선 철도의 정거장 외 대부분의 정거장은 지하에 건설되어 있으며, 철도이용객 대부분은 지하 공간에서 이동한다고 볼 수 있다.

Table 1

The Number of Railway Station in Korea

2.2 광역철도와 도시철도의 비교

광역철도는 일반적으로 수도권 전철 1호선과 같은 지상 구간의 상시 개⋅집표구를 사용하고 지정 좌석이 없는 전동열차를 말한다고 언급하였다. 그러나 법에 의한 정의는 ｢대도시권 광역교통관리에 관한 특별법｣(4)에 따라 둘 이상의 시⋅도에 걸쳐 운행되는 도시철도 또는 철도로서 대도시권광역위원회의 심의를 거쳐 지정⋅고시한 도시철도 또는 철도이다. Figure 1에서와 같이 광역철도는 일반철도가 될 수도 있고 도시철도가 될 수도 있다.

Figure 1

The classification of railroads.

Table 2 에서는 도시철도와 광역철도의 기능적 비교를 하였다. 지하에 설치되는 광역철도와 도시철도는 열차 운행속도, 열차 간격, 정거장의 형상과 기능이 동일하고 주로 도시권역에서 통근형 전동열차의 형태로 운영된다. 도시철도와 광역철도의 구분은 지방자치단체체 또는 민간이 운영하는 지하철 또는 전철로 ｢도시철도법｣에 따른 도시철도와 ｢대도시권 광역교통 관리에 관한 특별법 시행령｣에 의한 광역철도로 나뉜다. 도시 내에서 운영하는 철도는 도시철도, 도시간 연결하는 철도는 광역철도로 지리적 편의성에서 도시철도 및 광역철도로 분류하는 것이지 실질적으로는 같은 교통수단이다(5).

Table 2

General Comparison Between Urban Railroad and Wide-area Railroad

그러나 두 철도의 종류를 정의하는 법령이 상이하여 설계 및 건설에 적용되는 기준이 달라진다. Figure 2의 좌측은 국가주도사업의 광역철도가 적용되는 법령 체계도로 철도건설법에 따라 철도설계기준(KR code) 적용을 받으며, 우측은 지자체주도의 도시철도가 적용되는 법령 체계도 이다. 도시철도법 하위 행정규칙인 ｢도시철도 정거장 및 환승⋅편의시설 설계지침｣(6)의 적용을 받아 정거장 안전성 평가를 하게 된다.

Figure 2

The system diagram of railroad constructure standards.

3.1 철도 정거장 피난 안전성 평가

광역⋅도시철도 피난 안전성 평가 대피속도 및 대피 수용량은 Table 2 하단부와 같으며, 광역⋅도시철도 모두 동일한 값을 적용하고 있다. 즉 도시철도와 광역철도 지하 정거장의 피난 안전성 평가 절차의 현재까지 과정은 동일한 기준을 적용하고 있기 때문에 차이가 없다. 그러나 정거장에 발생한 화재 상황을 가정한 시나리오에서 차이점이 발생한다.

도시철도는 Table 3 상단과 같이 두가지 화재 상황을 가정한 시나리오에 대하여 평가하도록 명시하고 있다. 하나는 정거장에서 발생한 열차 화재의 경우 이고, 다른 하나는 정거장 내에 가장 용량이 큰 통로에 화재가 발생하여 대피에 사용이 불가능한 경우를 가정하고 있다. 시나리오의 세부 조건으로 화재가 발생하였을 때 피난자는 모두 승강장에 있으며, 각층의 에스컬레이터 1개소가 고장으로 피난시에 사용할 수 없는 경우를 가정한다. 그러나 광역철도는 별도의 상황 가정을 제시하고 있지 않으며, 혼잡시간대 열차 연착에 따른 혼잡한 승강장의 피난인원이 피난을 시작하고 최종 피난자가 승강장을 벗어나는 시간을 평가하고 있다.

Table 3

Evaluation Method of Evacuation Safety of Stations in the Law

광역철도와 도시철도의 지하정거장은 기능상 동일성에도 불구하고 관련 법령의 상이한 기준으로 인한 피난 안전성 평가 결과 차이를 확인하기 위해 수도권 지역의 광역철도 정거장 한 개를 선정하고 철도설계기준을 적용한 결과와 도시철도건설규칙을 적용한 정거장 피난 안전성 평가 결과를 비교하였다. 비교 대상 광역철도 정거장의 크기 및 피난인원은 Table 4와 같다. 정거장 길이 179 m, 정거장 폭 6 m이며, 승강장 층의 높이는 5 m이다. 승강장에 에스컬레이터가 상⋅하행 각 2개소 설치되어 있으며, 별도 계단은 설치되지 않았다. 그리고, 승강장 시⋅종점에는 특별피난계단을 계획하여 비상 시 지상으로 직접 탈출이 가능한 구조이다.

Table 4

Platform Size and Number of Evacuees

정거장의 피난인원은 설계 보고서 상의 예상 수요 인원을 적용하여 Table 3 중앙부의 피난인원 산정상법에 따라 1,428명으로 산정하였다.

피난 속도, 대피 수용량에 대한 기준은 Table 3 하단과 같이 광역⋅도시철도가 동일하기 때문에 화재가 발생한 상황과 에스컬레이터 고장 적용 방법, 특별피난계단의 유무만 다르게 하여 총 4가지 경우에 대한 시뮬레이션을 패스파인더(pathfinder)를 사용하여 결과를 비교하였다.

3.2 철도 정거장 피난 안전성 평가 결과

Case 1, 정거장내 피난 용량이 가장 큰 대피통로에서 화재가 발생한 경우로, 승강장에서 대합실을 통한 피난이 불가한 상황을 검토하였다. 대합실 상가 또는 기능실(전기실, 변전실)에서 화재가 발생하여 대합실 통로를 피난에 사용하지 못하는 경우로 승강장 층의 특별피난계단 대피를 실시하게 된다. 정거장 내에 화재가 발생하는 경우 철도운영기관의 비상대응절차에 따라 열차는 무정차 통과하기 때문에 열차 탑승인원은 고려하지 않고 승강장 대기인원(혼잡 승강장, 반대편 승강장)만 피난인원으로 적용한다. 승강장 양측의 특별피난계단을 통한 대피가 가능하여 각 승강장 대피인원 300명과 126명의 피난시간이 96 s가 소요되어 4 min 이내에 승강장 탈출이 가능하였다.

Case 2, 정거장 내 용량이 큰 대피통로에서 화재가 발생한 경우로, 특별피난계단이 설치되지 않아 승강장 양쪽 끝에 설치되어 있는 900 mm의 선로로 통하는 진입로를 통한 피난상황을 검토하였다. 특별피난계단의 유무만 변수이고 그 외 조건은 동일하게 검토를 실시하였다. Case 1과 같이 4 min 이내 승강장 탈출이 가능하였으나 184 s가 소요되어 약 2배의 시간이 더 소요되었다.

광역철도는 도시철도와 기능적으로는 동일한 시설이지만 Table 2에서 언급한 것처럼 열차운행 간격이 도시철도보다 상대적으로 길기 때문에 승강장 대기인원이 증가될 수 있다. 대합실의 상가 또는 기능실(전기실, 변전실 등)에서 화재가 발생한 경우 승강장내 특별피난계단 설치 여부에 따른 피난이 가능한지 검토가 필요하다.

Case 3, 정거장에 정차한 열차에서 화재가 발생한 경우로, 혼잡 승강장의 에스컬레이터 1개소가 고장난 경우를 검토하였다. 피난인원은 재차인원을 고려한 1,428명이 피난을 시작하여 최종 피난자가 승강장을 탈출하는 시간은 4 min 34 s가 소요되어 광역⋅도시철도의 승강장 탈출시간 4 min을 만족하지 못하는 것으로 분석되었다.

Case 4, 정거장에 정차한 열차에서 화재가 발생한 경우로, 혼잡하지 않은 반대 측 승강장의 에스컬레이터 1개소가 고장난 경우를 검토하였다. 피난인원은 동일하게 1,428명이지만 혼잡 승강장의 에스컬레이터가 정상 작동하여 피난자들이 피난함에 따라 Case 3 보다 53 s가 빠른 3 min 41 s로 분석 되었다.

Case 3과 Case 4의 경우는 Figure 3에서 보는 바와 같이 에스컬레이터의 고장위치가 승강장 탈출기준 시간에 큰 영향을 주었다. 광역⋅도시철도 모두 마지막 피난자가 4 min 이내에 승강장을 탈출하여야 하지만 Case 3 (혼잡승강장 에스컬레이터 고장)의 경우 피난시간을 만족하지 못하게 된다. 즉 에스컬레이터 고장위치에 따라 기준을 충족하는 경우와 그렇지 않은 경우가 발생하는 것이다.

Figure 3

Simulation by urban railroad method.

Case별 시뮬레이션 조건과 피난시간 결과는 Table 5와 같다.

Table 5

Simulation Conditions and Results