Location Selection for Installation of Emergency Firefighting Devices to Resolve Vulnerable Areas to Fire Response

윤하 이; 민석 김; 화영 김

doi:10.7731/KIFSE.4bdd491c

요 약

본 연구는 화재대응 취약지역을 해소하기 위해 비상소화장치의 추가 설치 후보지 및 우선순위 도출 방법론을 제시하는 것에 그 목적이 있다. 본 연구는 크게 3가지 내용으로 구성되어 있다. 첫째 GIS 공간분석을 통한 화재대응 취약지역 분석, 둘째 화재대응 취약지역 내 건축물 현황 분석, 마지막으로 비상소화장치 추가설치 위치선정 및 우선순위 도출이다. 본 연구는 좁은 골목이 많아 소방차량의 출동에 어려움이 있을 것으로 판단되는 경상남도 창원시 마산 일대를 연구의 대상지로 선정하였다. 대상지 적용결과 대상지 내 건축물 중 1,563개소(2.80%)의 건축물이 골든타임 내 화재대응에 취약한 것으로 나타났다. 건축물의 밀도 및 용도를 바탕으로 비상소화장치 설치의 후보지 선정 및 우선순위를 선정하였다. 연구결과로 제시된 후보지 10개소에 비상소화장치를 추가 설치할 경우, 화재대응 취약지역 내 건축물 569개소(36.40%)의 화재대응에 도움이 될 것으로 분석되었다. 본 연구의 결과는 향후 비상소화장치 위치선정 기준 수립을 위한 기초 연구로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

ABSTRACT

In this study, we aim to propose a methodology for determining priorities and sites for additional installation of emergency firefighting gear, so as to address areas vulnerable to fire response. This study is divided into three parts. The first part involves using GIS spatial analysis for analyzing areas vulnerable to fire response, the second part involves analyzing the current status of buildings in these vulnerable areas, and the third part involves selecting locations for installing emergency firefighting devices and establishing priorities. Masan, Changwon-si, Gyeongsangnam-do, Korea, which is considered a difficult location for dispatching fire trucks due to the presence of several narrow alleys, was selected as the study area. A total of 1,563 (2.80%) buildings from the area were determined as vulnerable to fire response inside the critical time window. Based on the density and function of buildings, the potential locations and priorities for the installation of emergency firefighting devices were determined. It was ascertained that 569 buildings (36.40%) in areas vulnerable to fire response could be aided during a fire if additional emergency firefighting devices are installed in the 10 selected locations. Going forward, the findings of this study are expected to be applied to basic research aimed at establishing standards for placement of emergency firefighting equipment.

KeyWords: Emergency firefighting devices, Vulnerable area, Network analysis, Location selection

1. 서 론

1.1 연구의 배경 및 목적

화재 초기에 진화하지 못하여 화재가 계속 진행된다면, 주변의 온도가 급격히 상승하고 순식간에 연소가 확대된다(1). 대략 5 min이 경과하면 대류와 복사현상 등으로 인하여 열과 가연성가스가 축적되고, 일정온도에 이르면 순간적으로 폭발적인 연소가 진행되면서 화재실 전체가 화염에 휩싸이게 된다(1). 이러한 현상을 flash over라고 하며, flash over 이후에는 화재진압이나 구조작업이 더 어려워질 수 밖 에 없다. 이에 국내의 경우 화재현장에서의 진압 및 구조, 구급활동이 최소 5∼8 min 이내에 진행되어야 화재로부터 대상물을 보호 가능하다고 판단하고 있다.

그러나 교통량의 증가, 좁은 골목길 주⋅정차로 인한 소방차의 진입 불가 등의 여러 문제로 인해 소방차 출동환경은 점차 악화되고 있는 실정이며(2), 지연되는 도착시간으로 인해 대형화재로 확대되는 사례가 빈번히 발생하고 있다(3,4).

이에 화재대응 취약지역에서 발생하는 화재의 경우 화재 초기에 주민들이 소방차가 도착하기 전 자체적인 소화활동을 할 수 있도록 비상소화장치를 설치하고 있다. 그러나 비상소화장치의 설치 및 관리 기준(5)에는 비상소화장치의 구성과 소방호스, 소화전 및 개폐도구, 관창에 대한 내용이 수록되어 있을 뿐 비상소화장치의 설치 장소 선정에 대한 명확한 기준은 마련되어 있지 않다. 또한 예산부족 등으로 인해 비상소화장치 보급이 원활하게 이뤄지지 않아, 화재 발생 시 거주자는 신고 후 소화기 등을 이용하여 초기 진압하는 것이 전부인 실정이다.

소방분야에서는 geographic information system (GIS)를 활용하여 소방서 위치선정 등의 공간적 접근성 관련 연구가 주로 선행(6-8)되고 있으며, 중첩분석을 통해 소방서비스의 공간적 취약성 분석 등이 진행되어 왔다(9). 그러나 소화전의 용수공급이 화재위험을 줄이기 위한 매우 중요한 요소임에도 불구하고 소화전의 접근성을 고려하여 취약지를 분석하거나 소방서비스를 평가한 연구는 매우 드문 실정이다(10). 또한 전술한 바와 같이 비상소화장치의 설치 장소 선정에 대한 기준이 명확하지 않기 때문에 이를 공간적으로 분석한 연구는 전무하다.

따라서 본 연구에서는 소방차가 골든타임 내 도착하기 어려운 지역의 화재대응력을 높이고자, GIS를 활용한 비상소화장치 설치 장소 선정 방법론을 제시하고자 하였다.

1.2 연구의 방법 및 범위

지역 내 화재대응 취약지역 해소를 위해서는 소방관서의 화재대응 범위를 바탕으로 소화용수 종류에 따른 방수범위가 고려되어야 한다.

이에 본 연구에서는 타지자체에 비해 비상소화장치 설치가 미흡하고, 좁은 도로가 밀집된 지역인 창원시 마산구 일대를 대상으로 지역 내 소방관서, 소방용수시설의 지리적 현황을 파악하였다. 또한 도로폭에 따라 도로 정체 등의 교통 특성을 반영하기 위해 도로 너비별 소방차 출동 속력을 차별화 하였다. 이를 통해 골든타임 내 화재대응 범위 도출을 위한 GIS 기반 네트워크 모델을 구축하였다. 대상지 내 격자를 생성하여, 화재대응 취약지역에 위치한 건축물의 밀도를 분석하고 이를 바탕으로 비상소화장치 추가 설치 후보지를 도출하였다. 또한 건축물의 용도(화재위험도)를 바탕으로 비상소화장치 추가설치 후보지의 우선순위를 도출하였다.

2. 비상소화장치 위치선정을 위한 이론적 배경

2.1 비상소화장치 개념 및 설치현황

비상소화장치는 소방기본법 시행규칙(11) 제6조(소방용수시설 및 비상소화장치의 설치기준)와 소방청 예규 제16호(비상소화장치의 설치 및 관리 기준)에 따라 화재로 인한 인명 및 재산 피해를 최소화하기 위한 시설로 주로 소방차 진입이 어려운 전통시장, 상가 밀집 지역, 산간지역 등의 화재대응 취약지역에 소방차를 대신할 비상소화장치를 설치하여 화재초기 지역주민이 화재진압에 활용할 수 있도록 설치된다. 이러한 비상소화장치의 구성은 비상소화장치함, 소화전, 소방호스, 관창, 개폐장치 등으로 구성된다.

설치된 비상소화장치는 소방차 진입이 어려운 화재대응 취약지역에서 발생하는 화재를 주민이 직접 초기에 진압할 수 있도록 도움을 줄 수 있다. 지자체들은 화재대응 취약지역 해소와 초기 대응능력 향상에 효과적인 비상소화장치함 설치를 지속적으로 추진하고 있으나, 2018년 중앙일보 기사(12)에 따르면 소방차 진입곤란 및 불가지역 내 비상소화장치가 설치된 지역은 715개소로 저조한 실정이다. 효율적인 초기진압을 위해서는 누구나 손쉽게 사용할 수 있도록 비상소화장치의 보급률을 높여야 하나, 비상소화장치를 설치하기 위해서는 1개소당 약 850만원의 예산이 소요되며, 관련 법령이 미비하여 활발한 설치가 어려운 실정이다. Table 1은 소방청에서 발표한 2019년 국내 비상소화장치 설치 현황이다.

Table 1

Installation Status of Emergency Firefighting Devices in Korea(13)

Classification	Total	Residential Area	Commercial Area	Manufacturing Area	Preservation Area	Farming and Fishing VillageㆍRemote Area	Island Area
Total	8,979	5,649	2,109	158	32	348	413
Seoul	2,609	2,183	372	25	29	-	-
Busan	240	197	31	10	2	-	-
Daegu	274	133	124	12	5	-	-
Incheon	331	152	56	35	4	-	84
Gwangju	222	93	37	-	3	89	-
Daejeon	110	63	43	-	-	4	-
Ulsan	130	88	26	2	3	11	-
Sejong	54	16	30	-	-	8	-
Gyeonggi	1,404	949	377	47	3	22	6
Gangwon	470	257	156	9	38	10	-
Chungbuk	309	169	132	1	7	-	-
Chungnam	1,024	469	272	2	38	155	88
Jeonbuk	190	93	70	-	4	-	23
Jeonnam	347	157	52	2	7	8	121
Gyeongbuk	508	158	195	1	136	18	-
Gyeongnam	481	300	63	7	23	-	88
Jeju	71	32	25	-	-	11	3
Changwon	205	140	48	5	-	12	-

2.2 소방차량의 제원 및 속력

2020년 기준 국내 소방차량의 폭은 Table 2와 같으며, 소방활동 및 회전반경 등을 고려하여, 본 연구에서는 도로 폭 2.5 m 이하는 진입이 불가능하다고 판단하였다.

Table 2

Standard of Fire Vehicle’s Width(19)

Fire Engine	Large	Midsize	Small	Compact
Pumper (mm)	2,500	2,500	2,200	1,900
Tanker (mm)	2,500	2,500	2,500	2,200

Ham과 Paek(14)은 통상 교통 정체를 고려하지 않을 경우, 도심 내에서 소방차의 출동속력을 약 40 km/h～60 km/h로 가정하였다. Ha와 Jang(15)에 따르면 경남지역의 소방차 현장 도착 평균속력은 38.5 km/h로 나타났지만, 이는 지역적 편차가 클 것으로 판단된다. Lim과 Kim(16), Baek 등(17)은 빠른 시간 안에 화재 현장에 도착해야 하는 긴급상황의 특성을 감안하여 소방차 주행속도를 일반도로 편도 1차로의 법정 최대 속도인 60 km/h로 가정하였다. 선행연구에서 적용한 소방차 속력은 Table 3과 같다.

Table 3

Fire Vehicle Speed Assumed in Previous Research

Previous Research	Fire Vehicle Speed
Ham and Paek(14)	40∼60 km/h
Ha and Jang(15)	38.5 km/h
Lim and Kim(16)	60 km/h
Baek et al.(17)	60 km/h
Nisanci, R. et al.(18)	45 km/h

3. 분석방법

본 연구는 화재대응 취약지역과 비상소화장치 위치선정을 위해 ArcMap 10.6을 활용하였으며, 분석 흐름도는 Figure 1과 같다.

Figure 1

Flowchart of GIS analysis.

3.1 화재대응 취약지역 분석

대상지 내 화재대응 취약지역 분석을 위해 ArcMap의 service area를 활용하여 소방차 출동 가능 범위를 분석하였다. 소방차의 현장도착 소요시간은 화재진압 골든타임인 5 min으로 설정하였으며, 교통상황 등 현실을 반영하기 위하여 선행연구를 바탕으로 도로폭에 따라 속력을 상이하게 설정하였다. 도로폭에 따라 도로 정체 등의 교통 특성을 반영하고자, Table 4와 같이 도로 폭에 따라 소방차 속력을 가정하였다.

Table 4

Fire Vehicle Speed Assumed in This Study (According to Road Width)

Road Width	Speed
W ≤ 2.5 m	0 km/h
2.5 m < W ≤ 3 m	30 km/h
3 m < W ≤ 6 m	45 km/h
6 m < W	60 km/h

비상소화장치의 화재대응반경을 100 m로 설정하였으며, 실도로를 반영하기 위하여 각 소방용수시설에서 service line을 도출하였다. 비상소화장치의 화재대응범위는 이 line을 입력값으로 하는 minimum bounding geometry 분석을 통해 Figure 2(B)와 같이 도출하였다.

Figure 2

Comparative schematic diagram of the operational range of emergency firefighting devices using buffer and minimum bounding geometry.

최종적으로 골든타임 내 화재대응 가능지역은 소방관서에서 5 min 이내 출동가능 범위와 비상소화장치의 활용가능범위를 합쳐서 도출하였다. 반대로 대상지 내에서 골든타임 내 화재대응 가능지역을 제외한 지역은 화재대응 취약지역으로 설정하였다.

3.2 비상소화장치 우선순위 및 위치선정 방법

비상소화장치의 위치선정을 위해 대상지역을 격자의 형태로 분할하였다. 격자의 크기는 Figure 3과 같이 앞서 분석된 비상소화장치 화재 대응범위의 평균 지름(164 m)을 바탕으로 생성하였다. 격자를 바탕으로 화재대응 취약지역에 위치한 건축물의 밀도를 분석하여 후보지를 도출하였으며, 건축물 용도별 화재위험도를 추가적으로 고려하여 우선순위를 선정하였다. 건축물의 용도별 화재위험도는 Lee 등(20)을 인용하여 Table 5와 같이 적용하였다.

Figure 3

Schematic diagram of grid generation considering the operational range of emergency firefighting devices.

Table 5

Risk Table on Building Use Types (2008∼2017)(20)

Use Type	Relative Risk			Risk Grade
Use Type	Fire Occurrence	Casualty	Property Damage	Risk Grade
Residential	1	3	1	I
Educational	1	2	2	I
Living Services	2	1	1	I
Religious	2	1	3	I
Industrial	2	2	5	III
Accommodation	3	4	2	III
Business	4	2	2	III
Transportation	3	3	4	IV
Medical	4	3	1	IV
Recreational	4	5	2	IV
Sales	5	1	4	IV

4. 분석결과

4.1 대상지 현황

본 연구는 경상남도 창원시의 마산지역를 대상으로 진행하였다. 2022년 3월 기준 관할지역이 마산지역인 소방관서로는 6개소의 119안전센터와 1개소의 119구조대가 있으며 소방관서 내 총 132명의 소방대원이 있다. 대상지의 면적은 105.98 km²이며, 2022년 2월 행정안전부 주민등록 인구통계에 따르면 254,957명으로 소방공무원 1인당 담당 인구는 1,409.3명으로 2021년 국내 소방공무원 1인당 담당인구의 평균인 807명보다 높은 수치이다. 또한 창원시의 2019년 비상소화장치 설치현황은 71개소로 타지자체 평균인 531개에 비해 미흡한 것으로 나타났다. 국민에게 제공되는 소방안전서비스가 타지자체에 비해 약소하다고 판단되었으며, 목적을 고려하여 도로가 밀집된 지역을 본 연구의 대상지로 선정하였다. 본 연구의 대상지 현황은 Figure 4와 같다.

Figure 4

Distribution of roads and fire stations in the target area.

4.2 화재대응 취약지역 분석결과

대상지 내 화재대응 취약지역 분석을 위해 network dataset을 구축하고자 도로폭에 따른 속력을 설정하였다. 대상지 내 총 도로의 길이는 573.97 km이며, 이 중 도로의 폭이 6 m 초과로 60 km/h로 설정된 도로는 360.14 km (62.75%), 2.5 m 미만으로 진입이 불가능하다고 판단된 도로는 50.04 km (8.72%)로 나타났다. 본 연구에서 가정한 도로 폭에 따른 소방차 속력분포 현황은 Figure 5와 Table 6과 같다.

Figure 5

Vehicle speed according to road width.

Table 6

Road Condition of Target Site According to Speed

Classification	Length (Unit: Km)
Total	573.97
60 km/h	360.14
45 km/h	116.67
30 km/h	47.12
0 km/h (Cannot Pass)	50.04

도로폭에 따른 속력을 고려하여 구축된 network dataset을 바탕으로 각 소방관서의 5 min 이내 출동이 가능한 범위를 분석하였으며, 그 결과는 Figure 6과 같다.

Figure 6

Analysis results of the area of firefighting service within 5 min.

대상지 내 비상소화장치의 분포현황과 방수범위(100 m serivce area)는 Figure 7과 같이 분석되었다. 5 min 이내 소방관서의 출동범위와 비상소화장치의 방수범위로 도출된 지역 내 건축물을 화재대응이 가능한 건축물로 판단하였다. 그 외 건축물은 화재대응이 취약하다 판단하였으며, 연구대상지 내 화재대응 취약건축물의 분포는 Figure 8과 같다.

Figure 7

Service area of emergency firefighting devices.

Figure 8

Buildings in fire response areas.

대상지 내 건축물은 총 55,879개소이며, 이 중 1,563개소(2.80%)의 건축물이 화재대응 취약지역 내에 위치한 것으로 나타났다. 주거업무시설군이 1,127개소(72.10%)로 가장 높았으며, 산업 등의 시설군 180개소(11.51%)로 나타났다. 화재대응 취약지역 내 위치한 건축물의 용도는 Table 7과 같다.

Table 7

Group of Facilities in Areas Vulnerable to Fire

Classification	No.	Classification	No.
Residential and Business Purposes	1,127	Industrial Purposes	180
Neighborhood Living Facilities	92	Relating to Motor Vehicles	1
Commerce	7	Education and Welfare	53
Cultural Activities and Assembly	61	Miscellaneous Group of Facilities	42

4.3 추가 비상소화장치 후보지 선정

추가 비상소화장치 후보지 선정을 위해 Figure 9와 같이 화재 취약지역 격자 내 건축물의 밀도를 분석하였다. 건축물의 밀도는 평균 6.32개소로 분석되었다.

Figure 9

Result of analysis of the distribution of buildings in areas vulnerable to fire response.

이 연구에서는 Figure 10과 같이 건축물의 밀도가 높은 순으로 총 10곳의 후보지를 예시로 선정하였다. 10곳의 후보지에 비상소화장치 설치 시 화재대응 취약지역에 있는 건축물(1,563개소) 중 568개소(36.40%)가 해소될 것으로 분석되었다.

Figure 10

Candidate site for installation of additional emergency firefighting devices.

관련 예산이 한정되어 있다는 측면에서 건축물의 용도별 화재위험도 등급을 활용하여 우선순위를 선정하였으며, 그 결과는 Table 8과 같다.

Table 8

Result of Priority Analysis of Candidate Sites

Candidate Area	Risk Grade	A	B	C	D	E	F	G	H	I	J
# of Buildings	-	102	94	78	54	51	49	39	37	35	29
Residential	1	90	89	78	49	44	36	39	25	28	24
Educational	1	2	0	0	0	1	0	0	0	0	0
Living Services	1	2	2	0	3	0	2	0	2	2	1
Religious	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
Industrial	3	6	3	0	2	4	11	0	10	4	4
Accommodations	3	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Business	3	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Transportation	4	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0
Medical	4	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Recreational	4	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Sales	4	2	0	0	0	1	0	0	0	0	0
∑ Risk Grade × # of Buildings		120	100	78	58	65	71	39	57	43	37
Order of Priority		1	2	3	6	5	4	9	7	8	10

5. 결 론

본 연구에서는 도로폭에 따른 소방차의 속력, 비상소화장치의 화재대응범위를 기반으로 5 min 이내 소방차가 도착하여 화재대응 할 수 있는 지역과 비상소화장치를 활용하여 대응할 수 있는 지역을 공간적으로 분석하였다. 이를 바탕으로 화재대응 취약지역을 도출하고, 건축물의 분포와 건축물 용도별 화재위험도 등급을 고려하여 비상소화장치 후보지를 선정하는 방법을 제시하였다. 또한 타지자체에 비해 설치된 비상소화장치가 비교적 적고, 좁은 골목이 많아 소방차량의 출동에 어려움이 있을 것으로 판단되는 창원시 마산 일대를 대상으로 방법론을 적용하였다. 연구방법론의 적용을 통해 최종적으로 비상소화장치를 추가로 설치할 경우 우선순위 지역을 정량적으로 도출할 수 있음을 확인하였다.

연구대상지의 경우, 전체 건축물(55,879개소) 중, 1,563개소(2.60%)의 건축물이 화재대응에 취약한 것으로 나타났다. 건축물 밀도와 용도별 화재위험도 등급을 바탕으로 10곳의 비상소화장치 추가 설치 후보지 및 우선순위를 도출하였다. 10곳의 후보지에 추가 설치 시, 화재대응 취약지역에 있는 건축물 중 568개소(36.40%)의 화재대응에 도움이 될 것으로 분석되었다.

본 연구는 도로의 폭을 고려한 소방차의 접근성, 실도로를 반영한 비상소화장치의 대응범위를 고려하여 추후 대상지의 소방안전서비스 개선의 기초자료로써 의의가 있다고 판단된다.

또한 본 연구의 방법을 바탕으로 소방차의 속력, 도로 넓이 등의 도로 속성, 소방 서비스 응답시간 등의 매개변수들의 변경을 통해 추후 다른 지역에서 적용이 가능하다. 그러나 본 연구에서는 소방차량의 이동속력을 도로폭에 따라 확정론적으로 적용하였다. 소방차량의 이동속력의 정확도를 높이기 위해서는 도로 등급, 차로 수, 일방통행 여부 등의 도로교통 특성, 시간 및 기상 등의 환경적 특성이 고려되어야 한다.

본 연구에서는 비상소화장치 우선순위 도출을 위해 Lee 등(20)에서 제시한 건축물 용도별 화재위험도 자료를 인용하였다. 이 자료는 10년간(2008년∼2017년) 발생한 전국의 화재통계를 활용한 것이다. 건축물 용도별 화재위험도는 지역별 차이가 발생할 수 있기 때문에 결과물 활용의 효율성을 고려할 때 타지역에 방법론을 적용할 시 적용 지역의 건축물 용도별 화재위험도 자료를 활용하는 것이 타당할 것이다. 또한 화재대응 취약지역의 우선순위 결정을 위해 건축물 용도별 화재위험도 뿐 만 아니라 시간에 따른 건축물 내 상주 인원, 유동인구 등의 인구특성을 추가적으로 고려할 필요가 있다.