■발표 : 한국승강기안전기술원 │윤우진 과장

1. 서론
우리나라 건물의 고층화는 1970년대부터 국내 건설 경기의 성장에 힘입어 현재 60층 이상의 타워팰리스 건물에서부터 63층 규모의 대한생명 건물에 이르기까지 날로 그 수가 증가되고 있으며, 인구의 집중과 지가(地價)의 상승에 따라 가속화되고 있다. 아울러 사무 자동화, 빌딩 자동화 등 인텔리전트화에 의한 효율적인 관리시스템의 구축과 더불어 규모와 기능면에서 건축 기술의 혁신적인 발전에 의해 국가 경쟁력 혹은 기업의 상징으로써 초고층 건물은 더욱 활발해질 전망이다.
참고로 현존하는 최고의 초고층 건물은 ‘대만의 타이페이 101빌딩’을 꼽을 수 있다.
현재 이 건물은 층수 106층, 층고 508m이며, 설치된 승강기의 속도는 분속 1010m이다. 그러나 이 기록도 2008년 두바이에 완공예정인 ‘버즈 두바이 빌딩’에 의해 경신될 예정이다.
버즈 두바이 빌딩은 국내 건설업체인 ‘삼성건설’이 수주했으며, 층수는 162층이고 층고는 706m이며, 설치된 승강기의 속도는 분속 1,080m이다. 여기서 중요한 것은 건물의 높이가 올라갈수록 승강기의 속도도 따라 올라간다는 것이다. 그것은 이용자의 편의를 위한 이유도 있겠으나, 화재시 소화 및 구조를 위한 승강기의 법적요건을 만족해야만 하기 때문이다. 국내 승강기의 법적요건은 운행속도로 규제하고 있는데 ‘분속 60m’ 이상을 요구하고 있으며, 유럽의 경우는 ‘기준층에서 1분 이내에 최고층’까지 도착해야할 것을 요구하고 있다.
이처럼 건물이 고층화됨에 따라 이로 인해 파생되는 다양한 유형의 위험으로부터 다수의 사람들이 단시간에 피난할 수 있는 피난방안이 시대적 변화에 맞게 모색되어야 한다.
우리나라를 포함한 거의 모든 나라가 화재 시 피난수단으로 승강기의 이용은 금지되고 있다. ‘화재시 승강기 사용금지’와 같은 문구가 승강장 또는 승강기 내부 벽에 부착되어 있다.
그 이유는 건물화재시 승강로의 연돌효과에 의해 농연이 급격하게 상승해 승강기 내부가 연기로 가득 차게 되어 질식될 우려가 있고, 기계적 결함 및 정전으로 작동이 안될 수도 있기 때문에 승강기가 아닌 계단을 이용할 경우 생존율이 훨씬 높다는 주장이 지배적이기 때문이다. 그러나 911테러 이후, 승강기는 피난도구로서의 필요성이 제기되고 있으며 피난설비로서의 승강기를 이용한 피난방안이 미국을 중심으로 세계 각계에서 활발히 연구진행 중에 있다.
본 연구의 목적은 고층 건축물의 화재 발생시 거주자 및 피난자의 피난행동특성을 분석하고 인명피해를 최소화하기 위해 승강기를 이용한 피난방안을 제시함으로써 피난 곤란자(피난이 곤란한 자 : 어린이, 지체장애자, 노인 등)와 계단을 이용해 대피하기 어려운 경우 효과적으로 피난을 할 수 있는 방안을 제시하는데 있다.

2. 2001년 9월 11일 세계무역센터에서의 피난
자료는 웹(web) 상 대중 매체 자료, 관련 서적자료, 그리고 일본인 근로자의 인터뷰 자료 등에서 수집했다.

2.1. 피난 개요
두 대의 비행기가 빌딩에 추락했을 때, 세계무역센터 빌딩 1과 2 내부에는 14,000명에 추정되는 많은 사람들이 있었다. 비즈니스 시간 동안 최대 사람 수는 50,000명으로 예상된다. 북쪽 타워(WTC1)가 충돌되었을 때의 시간은 오전 8시 46분이었으며, 이때는 아직 많은 사람들이 그들의 사무실에 있지는 않았다. 남쪽 타워(WTC2)는 오전 9시 2분에 충돌되었다. 남쪽 타워는 오전 9시 59분경에 최초로 붕괴됐으며, 북쪽 타워는 오전 10시 28분경에 붕괴됐다.
북쪽 타워가 충돌되었을 때, 많은 거주자들은 즉각적으로 탈출을 시작했으며, 그들의 생명을 구하였다. 그러나 일부 사람들의 경우는 신속하게 피난하지 못하였다. 남쪽 타워 내부의 거주자들의 절반은 북쪽 타워의 충돌 직후 피난을 시작했다. 북쪽 타워의 충돌 층위의 거주자의 3분의 2는 남쪽 타워의 충돌 직전에 피난하였다. 그러나 많은 수의 사람들이 “빌딩은 안전합니다. 피난할 필요 없습니다”라고 방송되었을 때, 피난을 멈추고 그들의 사무실로 되돌아갔다.
희생자의 대부분은 북쪽 타워에 있었다. 북쪽 타워의 91층 위에서는 첫 번째 테러 때, 3개의 층계가 막혔기 때문에 생존자가 없었다. 반면에 91층 아래의 사람들 중 99%가 피난하였다. 남쪽 타워에서는 빌딩 거주자의 3분의 2가 2번째 비행기 테러 이전에 피난하였다. 81층 위에 거주하는 사람 중 층계를 통해 탈출한 사람은 4명에 불과했다. 81층 아래에 거주하는 거의 모든 사람들은 안전하게 대비하였다.

2.2 승강기를 이용한 피난
비행기 테러가 북쪽 타워에서 발생했을 때, 일부 사람들의 경우 승강기 안에서 위층과 아래층으로 이동 중이었다. 피난 보고서 중에 하나는 다음과 같다.
“북쪽 타워 승강기에는 6명이 타고 있었으며, 승강기는 74층으로 가는 도중에 갑자기 멈추었다. 우리는 승강기 안에서 비상연락 버튼을 눌렀지만, 그 어떠한 응답도 받지 못하였다. 우리가 승강기의 문을 열고 밖을 보았을 때, 50층에서 멈추었던 것이다”
“북쪽과 남쪽 타워에는 각각 100개의 승강기가 있었다. 사고 직후, 승강기 운전원들은 신속하게 탈출하였다. 테러에 따른 붕괴 위기를 느낀 직후 운전원들은 탈출을 시작하였다(Los Angeles Times, 2001)”
이러한 보고서에서는 테러직후 북쪽 타워의 거의 모든 승강기가 정지된 사실과 승강기와 조정실 사이의 교신상의 문제 등이 제시되어있다.
일본인 근로자에 따르면 “비행기가 북쪽 타워에 충돌한 직후, 승강기는 42층에서 멈추었으며, 서서히 추락하였다. 30분간 구조요청을 실시한 후, 우리는 힘으로 승강기의 문을 열었고, 우리가 지층에 있는 것을 발견하였다(Mainichi Interactive, 2001)”
그들이 손상된 승강기에서 탈출할 수 있었던 것은 행운이었다.
우리사회에서 화재나 다른 긴급 상황의 경우 승강기 사용의 금지 규제는 잘 알려져 있다. 그러나 일부 사람들의 경우 고의적이든, 고의적이 아니든 이러한 규제를 위반할 수 있다. 2번째 비행기 테러 전에 남쪽 타워에서는 한 사람이 96층에서 지층으로 승강기를 이용해 3분만에 피난할 수 있었다. 이것으로 남쪽 타워의 많은 사람들이 피난을 위해서 승강기를 이용했다는 것을 추정할 수 있다.
여기에는 일부 사람들이 55층 승강장에서 승강기를 기다렸다는 보고서가 있으며, 얼마 후 승강기가 만원이었기 때문에 층계를 통해 내려가야만 했다는 보고서가 있다. 그러므로 피난을 위해 승강기를 이용하더라도 승강기의 수용한계를 넘어서면 사용이 불가능하다.

2.3 장애인의 피난
2001년 9월 11일, 타워로부터 휠체어 사용자의 피난에 관한 몇 가지 보고가 있다.
“다리의 상지와 하지에 장애를 입고 휠체어를 사용하는 젊은 남자가 남쪽 타워의 27층에서 근무하고 있었다. 그가 소방대에 의한 구조를 기다리고 있는 동안 빌딩은 붕괴되었으며, 그는 희생되었다. 긴급 상황 때 그는 소방 승강기를 통해 구조될 수 있었지만, 승강기는 수해로 인해서 작동되지 않았다(Dean E. Murphy, 2002)”
일부 휠체어 사용자가 그들의 구조를 기다리는 상황과 같이 응급상황에서 휠체어 사용자 이외에 활동에 장애를 가진 다른 사람들도 피난 위한 도움을 필요로 할 수 있다. 보고서에 따르면 세계무역센터(WTC)의 69층에 근무하는 한 남자는 지층에 도달하는데 30분 정도 소요되는 층계를 내려가도록 설계된 emergency chair를 이용해 안전하게 탈출했다는 이야기가 있다. 이는 안전하게 탈출할 수 있도록 특별한 설비를 갖춘 휠체어 사용자에 대한 성공적인 이야기의 일례라 할 수 있다.

3. 본론
3.1 승강기를 이용한 피난의 필요성
3.1.1 피난행동과 피난경로
피난행동은 화재 등 비상시에 보다 안전한 장소로 피난하는 행동이다. 피난행동에 따른 구체적인 피난계획은 발화실에서 피난, 발화 층 전체의 피난, 피난 층으로의 피난, 피난 층에서 옥외로의 피난의 순으로 화염으로부터 안전한 지역으로 피난을 계획하는 것이며, 이를 위한 경로가 ‘피난경로’이다. 피난계획은 법규정에 명시된 시설을 계획하는데 그치지 않고 도처에서 발생하는 화재를 예상하고 발화 층은 물론 비 발화 층까지도 피난계획을 수립하고 안전성을 검토해야 한다.

3.1.2 고층건물 화재시 피난행동 특성
화재시 거주자가 어떤 경로를 통해 피난할 것인가 하는 문제는 피난시 가장 중요한 요소이다. 피난 곤란자 및 피난경로를 파악하기 위한 방법으로 국내의 공동주택 거주자를 대상으로 한 설문조사와 일본의 실제 화재 후 피난자를 대상으로 실시한 설문조사 결과를 고찰하여 보았다.
1) 공동주택의 피난 곤란자
화재 시 피난 곤란자를 구분하면 신체적, 정신적 대응능력이 상대적으로 취약한 10세 미만의 어린이, 60세 이상의 노인, 지체, 시각, 청각, 언어, 정신장애 등을 가진 장애자들이다.
1999년 서울 및 수도권의 공동주택 731세대를 대상으로 조사한 결과 거주자의 약 1/4인 24.33%가 피난이 곤란한 자로 나타났으며, 화재시 이들의 피난을 위해 적극적인 피난수단으로 승강기를 이용하는 방안이 필요한 것으로 조사되었다.
2) 고층아파트 거주자의 피난경로
설문조사결과 화재시 피난수단으로 계단을 이용하겠다는 의견이 65.6%이며 승강기를 이용하는 경우가 30.4%로 나타났다.
3) 고층아파트의 화재발생시 피난경로(일본)
설문조사결과 화재시 피난 수단 및 방법으로 승강기를 이용하는 경우가 47%로 가장 많았고 그 이유로 ‘평상시에 사용하고 있었기 때문에’라는 응답이 32.5%, 다음이 ‘그 경로가 안전하다고 생각했기 때문에’라는 응답이 20.8%로 순으로 나타났다.
3.1.3 승강기를 이용한 피난시간의 측정(세계무역센타)
세계무역센타의 북쪽 타워는 100개의 승강기를 가지고 있으며, 남쪽 타워는 99개의 승강기를 가지고 있다. 각각의 타워는 수직적으로는 3개의 부분으로 나눠지고, 모든 부분은 ‘sky-lobby’라 불리어지는 승강기 환승 승강장이 설치되어있다. Sky-lobby는 44층과 78층에 설치되어있다. 각 sky-lobby에는 11개의 분당 480미터를 이동할 수 있는 고속 승강기와 24개의 완행 승강기가 있다. 사람들은 sky-lobby에서 고속 승강기에서 완행 승강기로 환승할 수 있으며, 2분 이내에 모든 층에 도달할 수 있다.
모든 거주자가 피난을 위해서 승강기를 사용할 경우 얼마나 걸릴까? 이 섹션에서는 고속 승강기를 이용한 사무실 층에서 지층까지의 이동시간이 계산되었다. 빌딩은 수직적으로 3개의 구획(block)으로 나눠지고, 각 구획의 거주자들은 각각 sky-lobby의 고속 승강기를 사용한다. 빌딩 내부의 거주자의 수와 고속 승강기의 수는 세계무역센터와 같다고 가정되었다.
승강기의 운송 능력은 전형적인 승강기의 수용성, 속도, 그리고 왕복시간을 수치화 하여 계산되었다. 계산에 사용된 변수는 [표 2]에서 제시되었다. 모든 거주자들은 그들 구획에 있는 저속 승강기나 층계를 이용해 처음에 sky-lobby로 이동한 후, 고속 승강기를 이용해 지층으로 내려간다고 가정한다. 78층에서 110층의 거주자들은 78층의 sky-lobby로 이동하며, 44층에서 77층의 거주자들은 44층의 sky-lobby로 이동한다. 그리고 43층 아래의 거주자들은 층계를 사용한다.
78층에서 110층의 모든 거주자가 피난하는 데는 대략적으로 70분이 소요된다. 반면에 44층에서 77층의 모든 거주자가 피난하는 데는 대략적으로 60분이 소요된다. 전체적인 피난 시간에는 출발 층에서 sky-lobby까지 이동하는데 걸리는 시간뿐만 아니라 sky-lobby에서 대기하는 시간까지 포함된다.
9월 11일 세계무역센터(WTC)의 남쪽 타워에서 실시된 연구에 따르면, 90층에서 지층까지 층계로 내려가는데 소요된 시간은 대략 60~90분이 소요된 것으로 나타났다. 세계무역센터의 거주자수가 최대 거주자의 3분의 1 수준인 것을 고려할 때, 층계를 통한 전체 피난은 3 시간 또는 4시간이 소요되었을 것이다.
계산된 총 피난 기간과 비교하였을 때, 많은 사람들은 층계보다는 승강기를 이용해 보다 쉽게 피난할 수 있었던 것이 분명하다. 피난을 위한 층계와 승강기의 사용으로 총 피난 시간을 상당히 줄일 수 있었을 것이다.
3.1.4 고층 건축물에서 화재시 승강기를 이용한 피난의 필요성
이상의 세 가지 설문조사결과를 통해 피난행동 특성을 분석하면, 화재시 승강기를 이용한 대피가 금지되고 있음에 불구하고 많은 수의 피난자가 승강기를 이용해 대피하리라는 예측이 가능하며, 승강기를 이용한 세계무역센터 피난시간의 측정 결과를 통해 고층건물에서 단 시간의 피난수단으로써 승강기가 효과적인 것을 알 수 있다.
따라서 고층건물 화재 시 가장 적절한 피난수단으로써 승강기를 이용한 피난방안의 모색이 필요하겠다. 특히 계단을 이용해 대피하기 어려운 노인, 어린이, 지체장애인 등 피난 곤란자들에겐 승강기를 이용한 피난방안이 적극 검토되어야 한다. 미국의 경우, 장애인을 위한 대피 수단이 법적으로 요구되며 영국에서는 장애인을 위한 표준 대피 방법이 출간되었다.

3.2 피난 시 승강기 사용의 문제점
피난을 위한 승강기 사용에 관한 문제들은 Donoghue(1992)에 의해서 논의되어왔다. 승강기를 이용한 피난 시 주요 문제는 다음과 같다.
첫째, 승강장에서 승강기를 기다리는 것
둘째, 출입문이 닫힐 때까지 승강기는 작동하지 않는다.
셋째, 화재에 의한 정전
넷째, 밀폐공간의 스모그
다섯째, 화재가 일어난 층에서의 승강기 정지
여섯째, 승강기의 낮은 수용력

3.3 승강기를 이용한 피난방안
화재가 발생하면 거주자는 피난계단을 이용해 미리 지정된 피난자 집결층으로 이동함으로써 승강기 승강장으로 피난하고 승강기는 미리 정해진 피난자 집결층에만 정지해 피난자를 수송한다. 승강기가 각 층마다 정지하는 것을 막아 피난자의 승강기 승하차 시간, 승강기문의 개폐시간 등으로 피난시간이 지체되지 않도록 함으로써 피난자 집결장소에서 1층으로의 이동을 빠르게 하는 것이다.
이처럼 승강기 운행 시간이 단축되어 1층과 대피자 집결장소의 왕복시간은 평균 40초 정도가 소요된다(왕복시간이란 초당 10m를 이동하는 승강기가 대피자 집결장소에 도착해 대피자들을 태우고 다시 1층으로 되돌아오는 시간을 말한다).
건물의 맨 위층으로 이동하는 시간이 1층으로 이동하는 시간보다 더 많이 소요된다는 것을 감안한 왕복시간 40초는 피난자를 구출하기에 충분한 시간이다. 즉, 승강기 하나가 20명의 사람을 태운다고 가정하면 30분 만에 900명의 사람을 피난시킬 수 있다는 얘기이다. 4개의 승강기를 설치한 건물은 3,600명의 사람을 1시간 만에 구할 수 있게 된다.
911테러시 비행기 충돌 후 약 45분 동안 세계무역센터는 붕괴되지 않았으며, 당시 생존자들에게 승강기의 사용금지명령이 내려져 결국 많은 사람들은 사망하게 되었다. 만약 이때 승강기를 이용한 피난이 가능했다면 충분히 많은 사람들의 대피가 이루어졌을 것이다.
3.3.1 피난자 집결층
피난자 집결층의 선정은 건물규모, 거주자특성(피난 속도, 거주자 명수), 승강기 설치대수, 속도 및 용량 등을 고려해 지정해야 한다. 참고로 홍콩은 ‘화재 피난 절차에 관한 실용코드 1996년판’ 에서 초대형 고층건물들은 15층 또는 20층 사이마다 피난자 집결장소를 만들도록 규정하고 있다.
3.3.2 승강기 승강장
승강기 승강장은 화재시 피난자가 승강기를 이용해 피난하기 위해 대기하는 장소이다. 따라서 승강장은 화재시 예상되는 피난자수를 충분히 고려해 공간을 확보해야 하며 원활한 피난을 위해 화재발생시 2시간 동안 견딜 수 있도록 2개의 콘크리트 벽으로 설계되어야 한다.
또한 대기하는 피난자의 안전 확보를 위해 방화설비, 방연설비, 비상조명설비, 비상통화장치 등의 장치가 필요하며, 특히 승강장문의 기밀성 확보와 승강로 및 승강장의 가압장치 설치 등을 통해 연돌효과 및 승강기의 운행으로 인한 승강로 내의 피스톤 효과를 감소시켜 저층에서 발생한 화재의 확산과 승강장이나 승강로로의 연기의 유입을 최소화해야야 한다.
3.3.3 승강기 설비 및 운영 시스템
화재 발생시 열, 화염, 연기, 물, 승강기 설비의 과열, 정전 등으로부터 반드시 보호되어야 하고 지정된 층(피난자 집결층)에만 정지해 수송하며 피난자의 탑승으로 과부하감지장치 작동시 피난층으로 직행하도록 프로그램화해 운영한다.
3.3.4 피난방법에 대한 정기적인 교육훈련
화재시 공포와 두려움을 극복하고 지금까지 피난용으로 사용이 금지되어온 승강기에 대한 신뢰감을 갖고 시스템을 원활히 작동할 수 있도록 하기위해 정기적인 교육훈련이 필요하다. 또 승강기를 이용한 피난 매뉴얼이 해당 거주자에게 지급되어 상시 대응체계를 갖추어야 할 것이다.

3.4 승강기를 이용한 피난안전성능 개선방안
3.4.1 화재시 피난 수단으로서 비상용 승강기 역할 제고
현재 화재시 승강기를 피난의 수단으로 사용하고 있는 국가는 없다. 더구나 피난용 승강기에 대한 국제규격(ISO)도 없는 실정이다. 피난용 승강기의 의무설치 사항이 법제화되어 실현되는 데에는 많은 시일이 소요될 것이다. 그동안에 고층 건물 거주자, 특히 피난 곤란자는 지속적으로 위험에 노출하게 된다. 따라서 이에 대한 재해 경감 방책으로 ‘비상용 승강기’의 설치확대 및 설비요건 강화를 제시하고자 한다.
비상용 승강기 설치기준(41m)은 고층 건축물의 화재시 고가차량의 지역별 보유현황, 건물주변의 환경여건(주차장화, 장애물, 지반의 경사도가 5도 이상시 고가차량 작동불가) 등이 고려되지 않아 피난 및 구조에 한계점을 보여주고 있다.
국내 비상용 승강기의 역할이 피난에 이용하는 시설이기보다는 소방대원이 인명구조 및 소화활동을 위해 건물 내에 진입하기 위한 시설로 주로 사용된다는 점과 고층 건축물에 승강기를 이용한 피난의 적용을 고려한다면 비상용 승강기 설치기준(41m)은 강화되어야 한다.
3.4.2 고층건물에서의 연돌효과 저감대책
고층 건물은 건물의 높이가 높기 때문에 부력에 의한 상하 공기의 이동이 크게 된다. 특히 난방시에는 건물 내외부의 온도차로 인해 출입구나 창의 개구부로 외기가 침입해 계단 및 승강기의 승강로를 통해 건물의 내부에 스며들게 되고 고층부에서는 틈새를 통해 공기가 유출되는 현상이 일어난다. 이러한 건물 내에서 강한 공기의 수직 유동 흐름을 연돌효과(Stack Effect)라 한다.
연돌효과는 건물 내외부 공기 기둥의 무게차이에 의한 압력차로 인해 발생한다. 이러한 공기의 압력차 때문에 건물 내부가 따뜻하고 건물 외부가 차가운 겨울철에 지표면상의 외부 기압보다 건물 내부 기압이 낮게 된다. 이 압력차 때문에 지표면상에서 건물로 들어온 공기는 다시 공기의 밀도차로 인해 수직적으로 발생하는 압력차로 건물 내외부 상부로 이동하며, 이는 건물 높이와 건물 상부층의 침기와 누기의 정도에 따라 달라진다. 공기가 승강로, 계단실 등을 통해 자연환기 되는 현상이다.
연돌효과(Stack Effect)는 초고층 하층부 출입구를 통해서 유입된 공기는 부력에 의해 상승해 화재시 급격한 화재확산의 주요한 원인이 되며, 연기의 유입을 가속화해 승강기를 이용한 피난 시 피난자에겐 치명적이 될 수 있다. 이와 같은 연돌효과 저감대책으로 승강기에 적용 가능한 개선방안은 다음과 같다.
(1) 승강장 및 승강로에 가압장치 설치
(2) 승강장문의 기밀성 강화
(3) 승강로간 통풍구 설치
(4) 승강로 하부에 댐퍼 설치
(5) 승강로내 공조 시스템 채용
(6) 기계실 바닥 통풍구 설치
(7) 주 출입구 회전문(방풍실)설치
(8) 승강기 디자인 개선
(9) 밀폐 및 공조 시스템 강화
(10) 액티브 소음 시스템 채용

4. 결 론
승강기가 피난의 수단으로 고려되어야하는 이유는 실제 화재시 상당수의 피난자가 실제로 승강기를 이용하고 있으며, 고층의 거주자가 계단을 이용하거나 고가차량을 이용함으로써 피난하는 것에는 많은 한계가 있기 때문이다. 그리고 무엇보다도 화재시 장애자 등 피난 곤란자에게는 피난수단으로서 승강기를 이용하는 것이 필수적인 사항이기 때문이다. 따라서 일정 높이 이상의 고층 건축물의 경우 승강기를 거주자 피난수단으로 활용할 수 있도록 법제화 하고 이를 위한 세부 기준이 마련되어야 할 것이다.
현재는 화재 발생시 기본적으로 계단을 이용해 대피하는 실정이지만 가까운 미래에는 기술의 발전과 인식의 변화로 인한 대중의 요구로 승강기가 피난수단으로써 자리를 잡을 것이며 많은 인명을 구하게 될 것이다.