성능위주설계[Performance Based Design]

숭실사이버대학교

김학중 교수(소방기술사 / 공학박사)

 

성능위주설계의 정의

소방시설의 설계는 안전과 관련되므로 법규위주의 설계(Code Based Design/Prescriptive Based Option)가 기본이다. 하지만, 건축물이 대형화, 복잡화, 특수화됨에 따라 법규에 모든 사항을 담을 수 없으므로 1980년대 중반부터 영국과 일본을 중심으로 설계 유연성을 최대화하고 법규적 구속을 최소화하려는 움직임이 시작됐다. 이러한 움직임으로 인해 현재의 성능위주설계(Performance Based Design, PBD)가 존재한다고 볼 수 있다. 성능위주설계(PBD)는 기존의 법규위주의 설계(CBD)에 대비되는 개념으로 실제 해당 건축물의 화재안전 목표에 맞춰 공학적 분석기법을 활용하여 건축방재 및 소방시스템을 구축하는 설계 기법이다. 즉, 규정이나 사양에 의한 설계가 아닌 실제 예상되는 화재에 대하여 요구되는 성능기준을 달성하도록 방재설비를 실제 건축물에 적합하게 설계하는 방법이라 할  수 있다.

 

성능위주설계의 장, 단점

1. 장점

 

2. 단점

 

< 성능위주설계 방법 >

 

성능위주설계 평가 성능기준(SFPE 핸드북)

1. 구성요소

 - 건축물의 구성요소 : 내화구조, 마감재, 방화구획

 - 방호시스템 : 소방시설

2. 환경적 요인

 - 허용 가능 온도 및 열류

 - 가연성 물질의 양

3. 잠재위험

 - FED(Fractional Effective Dose) : 부분 유효 선량

 - 허용가능 물체 표면온도

4. 잠재 위험도

 - 위험도 = 심각도 X 발생빈도

 

국내 성능위주설계 대상

1. 연면적 20만 ㎡ 이상인 특정소방대상물(아파트 제외)

2. 지하층을 포함한 층수가 30층 이상인 특정소방대상물(아파트 제외)

3. 건축물 높이가 100 m 이상인 특정소방대상물(아파트 제외)

4. 연면적 3만 ㎡ 이상인 철도역사 및 공항시설

5. 하나의 건축물에 영화상영관이 10개 이상인 특정소방대상물

 

국내 성능위주설계 검증 방법

1. 화재 시뮬레이션

 - FDS(Fire Dynamic Simulator)를 이용하여 ASET(Available Safe Egress Time)을 결정한다.

2. 피난 시뮬레이션

 - Simulex, Pathfinder 등을 이용하여 RSET(Required Safe Egress Time)을 결정한다.

3. 제연 시뮬레이션

 - CONTAMW를 이용하여 급기가압제연 성능을 확인한다.

4. 거주자 피난안전성 확인

 - ASET ＞ RSET인 경우 거주자의 피난안전성이 확보된 것으로 판단한다.

 

< 국내 성능위주설계 절차 >

 

성능위주설계 시 인명안전기준

1. 호흡한계선: 바닥으로부터 1.8m 기준

2. 열에 의한 영향: 60 ℃ 이하

3. 가시거리에 의한 영향

 - 집회시설, 판매 시설: 10 m(고휘도유도등, 바닥유도등, 축광유도표지 설치 시 7 m 적용가능)

 - 기타 시설: 5 m

4. 독성에 의한 영향(기준치)

 - CO: 1,400 ppm

 - O2: 15% 이상

 - CO2: 5% 이하

 - 기타 독성가스는 실험결과에 의한 기준치 적용 가능

 

국내 성능위주설계에 대한 제언

1. 해외 Data에 대한 의존율을 낮추기 위하여 국내 문화 및 거주자 특성에 맞는 Data 축적이 필요하다.

2. 화재/피난시뮬레이션 외 다양한 설계검증 방안(실험, 축소모형 실험, 기타 모델링 등) 도입이 필요하다.

3. 지역소방본부 별, 심의위원 별 성능위주 검토의견에 대한 편차 축소를 위한 다양한 소통 방안 마련 하여 설계자에게 일정 수준의 기준 제시가 필요하다.

4. 건축물의 용도 및 특성을 고려하지 않는 무리한 성능기준 요구를 제한 할 수 있는 방안이 마련 되어야 한다.

5. 성능위주설계자의 엔지니어링 능력 향상을 위한 다양한 교육 및 경험이 제공되어야 한다.

6. 성능위주설계 건축물에 대한 다양한 혜택 제공으로 성능위주설계가 확대되도록 유도하여야 한다.