노인 요양병원을 대상으로 피난 약자의 대피 특성을 반영하여 FDS와 Pathfinder를 활용해 ASET 및 RSET을 산출하고, FED 기반 정량적 사망자 예측을 통해 재난 시 인명피해 최소화 방안을 연구합니다. This study analyzes ASET and RSET using FDS and Pathfinder, reflecting the evacuation characteristics of vulnerable occupants in elderly care hospitals, and conducts quantitative fatality prediction based on FED to minimize casualties in disaster scenarios.
화재 안전 연구 / Fire Safety Research
피난 시뮬레이션 / Evacuation Simulation
요양병원 / Care Hospital
배경: 초고령화 사회와 요양시설 화재 위험 Background: Super-Aged Society and Fire Risks in Care Facilities
고령화 현황 Aging Status
통계청에 따르면 2020년 전체 인구의 15.7%가 65세 이상으로 고령화 사회에 진입했으며, 2025년에는 노인 비율이 20%를 초과해 초고령화 사회로 진입할 것으로 예상됩니다. 이는 주거형 노인요양시설과 요양병원의 급격한 증가로 이어지고 있습니다. According to Statistics Korea, 15.7% of the total population was aged 65 or older in 2020, entering an aged society. By 2025, the elderly population is expected to exceed 20%, entering a super-aged society. This is leading to a rapid increase in residential elderly care facilities and nursing hospitals.
요양시설 주요 화재 사례 Major Fire Incidents in Care Facilities
분석 흐름도: 시뮬레이션 방법론 Analysis Flowchart: Simulation Methodology
Fig. 1은 연구 흐름도를 나타낸다. FDS를 통해 공간 치수, 화원, 화재 위치, 열방출률, 스프링클러 등 변수를 설정하고 ASET을 산출하며, Pathfinder를 통해 피난자 수, 장애 정도, 대피 속도 등을 반영해 RSET을 산출합니다. 시뮬레이션 결과는 엘리베이터·계단·경사로 등 5가지 대피경로 조합에 대해 안전성 평가 및 사망자 예측으로 이어집니다. Fig. 1 shows the research flowchart. FDS is used to set variables such as spatial dimensions, fire source, fire location, heat release rate, and sprinklers to calculate ASET, while Pathfinder reflects the number of evacuees, degree of disability, and evacuation speed to calculate RSET. The simulation results lead to safety evaluation and fatality prediction for 5 evacuation route combinations including elevators, stairs, and ramps.
ASET & RSET 평가 기준 ASET & RSET Evaluation Criteria
평가 도구 Evaluation Tools
ASET 분석에는 NIST(2013)가 개발한 FDS를, RSET 분석에는 Thunderhead Engineering Consultants(2019)가 개발한 Pathfinder 사용하였습니다. FDS developed by NIST (2013) was used for ASET analysis, and Pathfinder developed by Thunderhead Engineering Consultants (2019) was used for RSET analysis.
피난자 무력화 조건: ASET − RSET < 0 일 때 인명 위험 발생 Incapacitation condition: Life safety risk occurs when ASET − RSET < 0
인명 안전 성능 기준 Life Safety Performance Criteria
FED FED / Below 0.3
0.3 미만 Below 0.3
온도 Temperature / Below 60°C
60°C 미만 Below 60°C
가시거리 Visibility / Above 5m
5m 이상 Above 5m
CO CO / Below 1,400 ppm
1,400 ppm 미만 Below 1,400 ppm
O₂ O₂ / Above 15%
15% 이상 Above 15%
CO₂ CO₂ / Below 5%
5% 미만 Below 5%
대피공간 모델: 요양병원 평면도 Evacuation Space Model: Nursing Hospital Floor Plan
화재 층은 2층(면적 2,465.35 m²)으로 설정되었습니다. 대피경로는 엘리베이터 1(용량 58인, 왕복 26초), 엘리베이터 2·3(용량 17인), 경사로(기울기 4.76°, 폭 1.5m, 길이 70.59m), 계단(폭 1.25m)으로 구성됩니다. 화재 위치는 평면도 우측 상단에 표시되어 있습니다 The fire floor is set to the 2nd floor (area: 2,465.35 m²). Evacuation routes consist of Elevator 1 (capacity: 58 persons, round trip: 26 sec), Elevators 2 & 3 (capacity: 17 persons), a ramp (slope: 4.76°, width: 1.5m, length: 70.59m), and stairs (width: 1.25m). The fire location is indicated in the upper right of the floor plan.
화재 시뮬레이션 조건 Fire Simulation Conditions
화재 지속 시간 Fire Duration
900초 900 seconds 초기 온도 20°C Initial temperature 20°C
화원 (매트리스) Fire Source (Mattress)
1개 또는 5개 1 or 5 units 크기: 1,090×200×2,000mm Size: 1,090×200×2,000mm 무게: 21.40 kg Weight: 21.40 kg
열방출률 Heat Release Rate
1,778.95 kW 1,778.95 kW 최대 피크: 245초 Peak at 245 seconds
소방설비 Fire Suppression
스프링클러·환기 미작동 가정 Sprinkler & ventilation assumed non-operational 분석 면적: 2,274 m² Analysis area: 2,274 m²
대피경로 케이스는 총 7가지로 구성됩니다: Case 1(엘리베이터), Case 2(계단), Case 3(경사로), Case 4(엘리베이터+계단), Case 5(경사로+엘리베이터), Case 6(경사로+계단), Case 7(경사로+계단+엘리베이터). A total of 7 evacuation route cases are configured: Case 1 (Elevator), Case 2 (Stairs), Case 3 (Ramp), Case 4 (Elevator + Stairs), Case 5 (Ramp + Elevator), Case 6 (Ramp + Stairs), Case 7 (Ramp + Stairs + Elevator).
화재 시뮬레이션 결과: FOD·가시거리·온도 Fire Simulation Results: FOD, Visibility & Temperature
1개 침대 조건에서는 FOD가 0.3 이하로 유지되고 가시거리 저하가 약 400초에 발생합니다. 반면 5개 침대 조건에서는 FOD가 최대 0.45까지 상승하고 가시거리 저하가 약 215~300초로 크게 앞당겨지며, 온도도 우측 경로에서 70°C를 초과하는 등 위험도가 현저히 높아집니다. Under the 1-bed condition, FOD remains below 0.3 and visibility degradation occurs at approximately 400 seconds. In contrast, under the 5-bed condition, FOD rises to a maximum of 0.45, visibility degradation is significantly advanced to approximately 215–300 seconds, and temperature exceeds 70°C on the right-side route, indicating a markedly higher level of risk.
ASET vs RSET 비교: 1개 침대 조건 (Case 1~7) ASET vs RSET Comparison: 1-Bed Condition (Cases 1–7)
1개 침대 조건에서는 모든 케이스에서 ASET > RSET이 성립합니다. RSET은 Case 1(340초)에서 Case 5·6(150초)까지 감소하며, ASET은 430~500초 범위로 안정적입니다. 분산 대피경로(Case 5~7)일수록 RSET이 크게 단축되어 안전 여유 시간이 확보됩니다. Under the 1-bed condition, ASET > RSET holds for all cases. RSET decreases from Case 1 (340 sec) to Cases 5 & 6 (150 sec), while ASET remains stable in the range of 430–500 seconds. Distributed evacuation routes (Cases 5–7) significantly reduce RSET, securing a greater safety margin.
ASET vs RSET 비교: 5개 침대 조건 (Case 1~7) ASET vs RSET Comparison: 5-Bed Condition (Cases 1–7)
5개 침대 조건에서는 화재 규모 증가로 ASET이 300~330초로 크게 단축됩니다. Case 1(엘리베이터 단독)과 Case 2(계단 단독)에서는 RSET(340초)이 ASET(300~320초)을 초과하여 인명 위험이 발생합니다. 분산 대피(Case 3~7)에서는 RSET이 150~310초로 단축되어 안전 조건을 충족합니다. Under the 5-bed condition, ASET is significantly reduced to 300–330 seconds due to the increased fire scale. In Case 1 (elevator only) and Case 2 (stairs only), RSET (340 sec) exceeds ASET (300–320 sec), resulting in life safety risk. In distributed evacuation cases (Cases 3–7), RSET is reduced to 150–310 seconds, satisfying the safety condition.
.
5개 침대 조건 예측 사망자: Case 1(엘리베이터 단독) → 6명, Case 2(계단 단독) → 2명, Case 3~7(분산 대피) → 0명 Predicted fatalities under 5-bed condition: Case 1 (Elevator only) → 6 persons, Case 2 (Stairs only) → 2 persons, Cases 3–7 (Distributed evacuation) → 0 persons
결론: 분산대피경로의 중요성 Conclusion: The Importance of Distributed Evacuation Routes
화재 규모의 영향
Impact of Fire Scale
화원이 1개에서 5개로 증가하면 ASET이 크게 단축되고 가시거리 저하 시점이 최대 200초 이상 앞당겨져 피난 여유 시간이 급감합니다. When the number of fire sources increases from 1 to 5, ASET is significantly reduced and the onset of visibility degradation is advanced by more than 200 seconds, drastically shortening the available evacuation time.
단독 대피의 위험성
Risk of Single-Route Evacuation
엘리베이터 또는 계단 단독 대피(Case 1·2)는 5개 침대 조건에서 RSET이 ASET을 초과하여 최대 6명의 사망자가 예측됩니다. Single-route evacuation via elevator or stairs only (Cases 1 & 2) results in RSET exceeding ASET under the 5-bed condition, with a predicted maximum of 6 fatalities.
분산 대피의 효과
Effectiveness of Distributed Evacuation
경사로를 포함한 복합 대피경로(Case 3~7)는 모든 조건에서 ASET > RSET을 충족하며 예측 사망자 0명으로 인명피해를 최소화합니다. Combined evacuation routes including ramps (Cases 3–7) satisfy ASET > RSET under all conditions, with zero predicted fatalities, minimizing casualties.