대구지하철사고의 기술적 분석과 향후대책

2003년 화재발생 당시 기고하였던 글 입니다. 사고는 끊임없이 되풀이 되고 있습니다. 언제든지 동일한 사고가 재현될 수 있기 때문에 늘 긴장된 마음으로 대비해야 겠다는 생각을 합니다. 

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본 기사는 대한기술사협회에서 대구지하철 참사사고에 대하여, 소방기술사(방재에 대한 전반적인 검토), 기계설비기술사(유독가스의 배연에 대한 검토), 건축전기설비기술사, 발송배전기술사(화재시 발생했던 전원공급 장애에 대한 분석), 전기철도기술사(지하철 운행에 관련된 전원공급 부분 분석) 그리고 토목구조기술사(화재에 의한 지하철 역사의 구조적 안전에 대한 문제)가 온라인으로 참여를 하여 심층적으로 분석을 한 결과물로서, 논평을 한 내용입니다(손방현 주)

 

지난 90년대 초반부터 지속적으로 발생하는 각종 대형사고는 안전 불감증에 기인한 필연적인 결과였다고 해도 과언이 아니다. 이제는 성장 일변도에서 벗어나, 안전에 투자해야 할 것이다.

이미 각종 지면을 통하여 화재발생 상황이 비교적 상세하게 소개되었고, 재해에 대한 사회적, 인간적인 요소의 분석이 충분히 이루어진 만큼, 기술적인 면을 위주로 하여 사고를 분석해보고자 한다.

 

사고개관

 

이번 지하철 화재참사의 경우는, 객실 내부로 던져진 기름통에 의해 화재가 발생한 것으로 확인되었으며, 순식간에 내장재가 연소하면서 유독가스가 발생하였다.

객실내부의 구조를 보면, 천정이 낮은 밀폐된 공간으로서 단열이 잘된 일종의 주택과 비슷한 구조인데, 화재의 전이과정을 추정해보면, 1) 바닥에 던져진 불씨가 소파에 연소가 되면서 천정에 화염이 도달되고, 2) 천정에 도달된 화염은 곧바로 천정 전체로 퍼진 후, 3) 곧 이어 천정의 복사열에 의해 순식간에 바닥 및 벽체가 동시에 화염에 휩싸이는 양상을 보였을 것으로 추정한다.

 

전철의 경우, 천장고가 낮은 관계로 열폭주현상(Flash over; 실내전체가 급작스럽게 화염에 휩싸이는 현상)이 빨리 시작되었을 가능성이 높다.

열폭주현상시 온도가 대략 850℃ 정도까지 올라가며, 대구 지하철의 궤도면 직상의 천정에 가설된 전차선로방식은 알미늄 강체 조가방식(T-Bar형)으로서, 그 재질의 용융 온도가 660℃임을 감안하면 열폭주현상이 발생할 때 녹아 내렸을 것으로 판단되며, 전기적인 Arc(Electrical Flash over)로 인하여 전차선로 지락보호(인축 감전방지)를 위한 접지 계전기(64P)가 작동되어 전원이 차단되었을 것이며, 이로 인하여 화재 차량 옆으로 진입하였던 1080호 전동차까지 기동 불능상태에 빠진 것으로 보이며, 이로 인하여 더 큰 참사를 불러온 것으로 보인다.

 

열차내부의 내장재의 경우, 거의 모든 제품이 고분자 물질인 석유화학제품으로서 연소시 인체에 치명적인 유독가스인 포스겐, 시안화수소, 일산화탄소, 염화수소, 암모니아 등을 발생시키며, 이들 가스는 낮은 농도에 의해서도 판단을 흐리게 하여 피난에 지장을 초래함으로서 사망에 이르게 하거나 또는 직접적인 가스에 의한 중독으로 사망에 이르게 할 수도 있다. 거의 모든 화재사고시 사망사고의 대부분은 연기와 유독가스에 의한 질식사가 대부분을 차지하고 있으며, 이번 대구지하철참사도 마찬가지로 거의 대다수가 질식사로 추정된다.

 

지하철의 경우 불특정다수가 이용하는 공공시설물로서 현지지형에 익숙하지 않은 유동인구가 거의 대다수를 차지하고 있으며, 지하철의 특성상 화재에 취약한 지하구조로 화재시 피난과 진압이 곤란한 특성이 있다.

 

또한 시설물의 구조상 층간방화구획의 적용이 곤란하여 화재시 순식간에 전층이 연기에 오염될 수 있고, 연기의 이동경로가 피난로와 동일한 경로를 따라 이동하게 되므로 피난행동에 많은 제약을 받게된다. 더욱이 수직피난을 행하기 때문에 노약자나 여성들에게는 더더욱 피난조건이 힘든 상황이다. 이러한 악조건을 갖춘 지하철의 화재는 안전 계획이 갖추어지고, 각종 설비가 계획대로 작동되었다고 하더라도 해도 그 피해를 막기가 어려운데, 그나마 제대로 작동이 되지 않았기 때문에 대규모 참상으로 이어진 것은 어쩌면 당연한 결과일 것이다.

 

사고의 기술적 분석

 

위에서 추정한 화재의 진행과정을 보면, 최소한의 인명의 안전을 위해 어떻게 화재안전시설이 구축이 되어야하는지 비전문가가 보더라도 쉽게 설명이 가능하다. 기술 부분별로 사고를 깊이 분석한다.

 

첫째- 처음 발화지점인 객실내부의 마감재를 연소진행이 불가능하도록 하거나 진행속도가 더딘 재질로 설계 또는 제작되었다면 충분한 피난시간은 벌 수 있었을 것이나 전철내부의 마감재는 그러한 역할을 하지 못했다.

 

참고로 객차의 경우 건축법, 소방법 및 전기사업법의 적용을 받지 않고 있다. 일견 불연재, 난연재 사용에 대한 제한을 받지 않은 것으로 생각할 수 있다. 그러나 우리나라 객차의 설계기술 도입 시, 꼼꼼한 선진외국의 내장재에 대한 요구기준이 동시에 도입되었을 것이고, 그 기준을 지켰을 경우 이러한 사고를 근본적으로 막을 수도 있었을 것이다. 객차 제작업체가 임의로 내장재를 선택할 수 없는 것이 국내 여건이므로 객차의 조달과정에서의 설계조건이 어떻게 되어있었는지 확인하는 것도 원인 분석에 필수적일 것이다.

 

둘째- 객차 출입문을 좀 더 일찍 열 수 있었더라면 피해를 상당히 줄일 수 있었으나 출입문의 해정장치(잠금상태를 푸는 장치)의 사용방법이 복잡하여 암흑 속에서 수동으로 열기가 거의 불가능하였을 것이다. Hazop(Hazard and Operability) 연구가 부족하고 이에 따라 차량제작설계에 반영되지 못 했다는 점을 지적할 수 있다.

 

셋째- 지하의 경우 대낮에도 등이 꺼지면 암흑과 마찬가지로 정전시 피난구를 찾을 수 있는 유도등(건축물에 부착된 비상구 안내등)의 기능은 매우 중요하다. 소방법에 의하면 유도등은 정전시에도 20분이상 사용이 가능하도록 축전지가 내장되어 있으므로 작동이 되지 않았을 가능성은 희박하다고 본다. 유도등이 켜지지 않았다는 보도가 있는 것은, 연기의 분출량이 많은데다 그로 인한 농도가 짙어 유도등의 빛이 보이지 않았기 때문일 가능성이 높다. 따라서, 지하철의 경우 화재 상황을 고려하여 음성유도방식이나 바닥에 설치되는 점멸식 유도라인 등을 함께 병행하는 방식의 접근이 필요하다고 할 수 있다.

 

넷째- 화재시 연기는 자체부력에 의해 상승하면서 개방된 개구부를 통해 밖으로 빠져나가게 되는데 이때 지하가의 경우 연기의 이동통로와 피난방향이 같기 때문에 반드시 연기는 강제로 다른 통로를 통하여 빠져나가도록 유인되어야하며 그렇게 함으로서 피난과 소화활동도 원할해 질 수 있다.

 

또한 연기와 함께 미연소된 가연물을 함께 배출하기 때문에 열폭주(Flash over)를 방지할 수 있고 급기되는 차가운 공기는 화재구역을 냉각하는 효과도 있으며, 피난자에게는 신선한 공기를 공급할 수 있다. 급기가 연소를 위한 산소가 공급되는 것으로 생각할 수 있으나 실제로는 연소형태에 큰 영향을 끼치지는 않는다.

 

다섯째- 역 대합실에는 스프링클러가 설치되나 승강장에는 가연물이 없다고 판단하여 스프링클러의 설치를 하지 않고 있다. 그러나 이번 참사처럼 정차된 객차에서 화재가 발생하였을 경우는 고려하지 않아, 승강장 천장으로 연소가 확대되어 피해 범위가 확산되는 결과를 가져왔다.

 

스프링클러는 화재를 제어하는 연소확대방지의 기능 이외에도 뜨거운 열기류를 냉각하는 효과도 있으며 또한 쏟아진 물로 헝겊을 적셔 호흡에 도움을 줘 피난을 용이하게 할 수 있는 이점도 있음을 감안할 때 승강장에도 스프링클러를 설치할 필요가 있다.

 

여섯째- 지하철공사의 방재대책 중 화재사고 대응 시나리오의 부재를 들 수 있다.

이번 참사의 대응과정을 보면 역사내의 종합상황실과 기관사의 대응이 전무했다는 것을 알 수 있다. 대표적인 사고 유형에 대하여 직업적 본능으로 대책을 마련할 수 있는 시나리오에 의한 교육 및 훈련이 마련되어 않아 이런 대형사고를 불러 온 것은 참으로 유감스럽다.

 

평소에 비상상황에 대해서는 일련의 시나리오에 의해 훈련되어 있어야했다. 이번 사태의 경우 기관사가 침착하게 승객의 안전을 우선하여 업무를 처리했더라도 인명피해를 많이 줄일 수 있었던 것으로 나타나고 있다.

 

전철역사의 경우 방화관리자가 근무하도록 제도적으로 규정되어있으나 실상 내용을 보면 단 몇 일만 교육을 받으면 누구나 방화관리를 할 수 있도록 되어있어, 방화관리자의 전문성이 상당히 떨어져 있는 것이 현실이다.

 

일곱째- 지하철 역사 건축물의 화재안전에 대한 접근방식의 미흡을 지적할 수 있다. 소방대책이란 건물자체의 하드웨어적인 방재개념과 소방시설인 소프트웨어적인 방재개념으로 구분할 수 있는데, 이 두 가지 개념이 조화롭게 연결되어야 최상의 소방대책의 목적을 달성할 수가 있다.

 

현재의 국내구조상 건축적인 방화개념은 건축전문가가 행하고 있어 소방전문가가 참여하지 못하고, 따라서 실질적인 소방대책이 수립되지 못하고 있다.

 

지하철 역사의 피난계획은 특수성을 고려하여 법규정보다는 실질적인 유동인구를 고려하여 검증된 계산방법에 의해 피난로의 구성이나 피난로의 확보 및 피난폭의 크기가 설정되어야 한다. 즉, 공간계획을 통하여 기계적인 배연장치, 급기장치가 모두 멈추더라도 안전한 대피동선을 확보되어야 한다. 대구 지하철의 경우, 연기의 이동 경로가 승객의 대피 동선과 같아서 더 많은 사상자를 발생하게 한 것이 밝혀진 만큼, 앞으로는 국제 기준(NFPA code)에 맞는 별도의 피난구를 건축계획에서부터 고려해야 할 것이다.

 

그리고 이번에 보도된 바에 의하면 방화셔터의 작동으로 연소확대는 막았으나 피난에 막대한 지장을 초래하였다는 것에 대해서는 방화계획의 전문성의 부재에서 비롯된 결과라고 보아야한다.

 

현행 건축법상 방화구획을 해야할 곳에 방화셔터를 인정해주고 있으나 그 적용에서 피난로의 경우는 가능한 방화벽을 사용하는 것이 원칙이며 건물구조상 부득이할 경우에는 상시 설치되어있는 방화문 옆으로 설치를 하는 것이 마땅하다.

 

현행법령만으로는 모든 건물에 대해 완벽한 방화대책을 보장받을 수 없는 것이 법규의 한계점이며, 중요하고 특별히 고려되어야하는 건물에 한해서는 화재시뮬레이션이나 피난시뮬레이션 등의 선진기법을 통하여 성능위주의 방화설계가 가능하도록 법규의 유연성이 절실히 필요하다고 본다.

 

사고에서 제기되었던 의문에 대한 고찰

 

첫째- 제연시스템에 대하여,

일차로 발생한 화재에 의하여 뿜어져 나오는 유독가스를 처리하는 것은 지하철과 같은 밀폐된 공간에서는 인명을 보호하는 데 매우 중요하다.

 

규정에 의하면 화재시 제연풍량은 시간당 4-5회가 되도록 되어있고, 상시적인 환기풍량은 시간당 10회이므로 덕트(duct, 공기를 넣거나 빼는 관로)의 용량면에서 볼 때, 환기설비를 비상시 제연설비로 사용하여도 큰 문제가 되지는 않는다. 또, 비상시 승강장의 상부에서 공기가 공급되면서 전동차와 승강장 사이에 공기커튼을 형성하게 하고, 승강장 하부로 연기가 배출되는 시스템으로 설계되었다.

 

그러나 설계시 화재에 대비한 여러 가지 상황을 가정하고, 시뮬레이션을 통하여 각각의 상황에서 제연시스템이 의도대로 작동할 것인지를 검증하는 시스템은 아직까지도 갖추어지지 않아서 실제 사고시 어떠한 일이 일어날 것인지를 예측하지 못하는 문제점을 안고 있다.

 

국제 기준에 의하면 모든 환기용 송풍기(비상시에는 제연 송풍기로 작동)의 전원을 두 단계로 설계하여야 하며, 예비전원을 두어야 한다. 그러나 대구 지하철의 경우, 단전에 의해 모든 송풍기(fan)의 작동이 멈춘 점으로 미루어, 비상시에 대한 대비책이 없었던 것으로 추측된다. 축전지에 의한 예비전원을 갖추었더라면 단전상태에서도 송풍기가 가동되어 연기를 배출시키고 급기가 이루어져 승객의 대피를 원활하게 할 수 있었을 것이다.

 

둘째- 단전에 대하여,

화염폭주(Flash Over)시 발생된 불완전연소 생성물질 중 탄소가스는 전기적인 Arc(공기 절연파괴: 전기적 Flash Over)를 발생시킬 수 있다. 또 화염폭주시 최대 온도가 섭씨 850도 전후가 된다는 점을 고려할 때, 고압의 전류가 흐르는 전차선로를 5m 간격으로 지지하고있는 용융온도가 섭씨 660도 정도인 알루미늄제 지지대가 녹아내려 전차선로를 지락시킬 수 있고, 이로 인한 인축감전에 대한 사고방지를 목적으로 설치한 접지계전기(64P)가 동작하고, 따라서 보호계전기가 제대로 동작된 것이라고 볼 수 있다.

 

비상전원의 경우 철도 건설 관련 규정은 고압 배전 선로를 3회선이상 시설하고 특별고압 수전 선로는 인접구간 변전소와 연락 수전하는 최상 안전방식을 채택토록 되어 있으나 불행히도 본 사고의 결과로 보면 중앙로 역사로 가는 모든 전원이 철저하게 차단되는 역효과를 초래하여 참사가 확대되었지 않나 하는 의구심이 있다. 다회선 고압 배전 선로가 모두 차단될 경우를 상정하여 역사 2-3개마다 비상용 예비발전기를 설치하여 화재 초기의 응급대피 및 피난조치를 취할 수 있는 시간을 확보하여야 할 것이다.

 

향후대책

 

㉮ 지하철 구조물 안전진단 시급

 

먼저 사고 지하철 역사에 대한 구조물 안전진단이 시급하다.

화재 현장에 대한 언론보도에 의하면, 1)실종자 중에는 상당수가 전소 사망자이고, 2) 전소된 전동차의 변형된 상태, 3) 역사의 천장이 콘크리트가 떨어져 나가고 철근이 노출된 상태이고, 4)전동차가 정차한 바로 위쪽에는 스프링클러가 설치되어 있지 않았고, 5)전동차 내부가 가연제품이고 이들이 연소되었다는 점 등을 고려할 때, 화염의 온도가 적어도 섭씨 400도 이상의 고열이 발생되었을 것으로 판단한다.

 

역사가 설계된 1991년도에는(1989년에 제정된 콘크리트 표준시방서에 의하여 설계/시공된 것으로 판단됨) 콘크리트 속의 철근을 보호하기 위한 콘크리트 덮개가 천장은 2cm, 기둥은 4cm로 되어 있을 것으로 판단된다. 콘크리트 구조물이 내화구조가 되기 위해서는 덮개(콘크리트 피복)가 천장 3cm, 기둥 5cm가 되어야 하며 이 때 약 4시간 내화를 인정받고 있음에 비추어 볼 때, 현재 화열의 영향을 많이 받은 부분의 콘크리트와 철근은 역학적 성능이 상당히 저하되었을 것으로 판단된다.

 

이러한 상황에서 사고발생 지하철 역사를 전동차가 정상속도로 통과하게 될 경우, 진동 등으로 인하여, 약화된 철근콘크리트 구조물에 치명적인 파괴가 일어날 가능성이 있다. 따라서 사고 역사를 통과하는 모든 전동차는 반드시 서행 또는 통과를 중단하여야 하고 역사의 천장과 기둥에 대해 기술사 등 전문가로 구성된 안전 진단팀으로 안전진단을 실시하여 보수/보강대책을 강구하여야 할 것이다.

 

㉯ 안전 중심으로 무게중심을 옮겨야

 

안전대책을 제대로 마련하지 않아 대형 사고가 발생하였을 경우 사회적 비용부담은 안전대책비용을 훨씬 능가할 것이다. 수출하는 차량에는 불연재를 쓰면서 우리 국민이 사용하는 차량에는 가연재료를 사용하는 보도를 접할 때 국민적인 자긍심이 바닥에 내팽개쳐지고 있다. 성수대교, 삼풍백화점, 씨랜드 화재 등 대형사고가 수없이 반복되고 있다. 안전 중심으로 사고방식을 바꾸지 않으면 역시 다음 사고를 속수무책으로 기다리고 있을 수밖에 없다.

 

공공의 안전에 미칠 영향이 지대하다고 판단되는 시설물에 대해서는, 계획단계에서부터 여러 분야의 전문가인 기술사 등의 참여가 이루어져 인명의 안전과 보호가 계획 시부터 철저히 검증되어야 할 것이다. 또한 설계에서 시공을 거쳐 준공에 이르기까지의 과정에 각분야의 자격이 검증된 기술자들에 의해 철저한 확인, 감리와 감독이 이루어져야 하며, 현재 많은 문제가 되고있는 무자격자들이 이러한 일을 대신 할 수 없도록 제도적 뒷받침이 되어야 할 것이다.

 

공공 시설물의 설계, 시공, 유지관리에 안전을 우선으로 치는 인식의 전환과 이에 따른 대책이 요구된다.

 

㉰ 전문분야의 업무는 전문가에게

 

기관사의 어이없는 행동을 보면서 과연 제대로 전문성을 갖춘 기관사가 배치되어 업무를 수행했는지 의문이다. 기관사라는 전문 직업인이면 본능적으로 사고발생때 어떻게 대처해야 하는 지 행동요령이 몸에 배어 있어야 한다. 보도에 따르면 당황, 허둥대면서 시기를 놓쳐 결국 대형 참사로 이어진 것으로 보인다.

 

수백만명의 안전을 쥐고 있는 기관사들의 근무 환경을 푸념하는 글을 보면 누가 기관사를 하려 할 것인가를 생각하게 한다. 그리고 전문성이 있는 기관사라 하더라도 해당 분야에 대한 전문가로서의 요구사항은 대개 다른 요인으로 인해 묵살되기 십상인 현실에서 공공의 안전을 보장받을 수 없다.

 

전문기술자들이 여러 가지 이해관계에 휘둘리지 않고 소신있게 일할 수 있는 풍토와 그러한 기술자들을 인정하고 활용할 수 있는 사회적 합의가 뒤따라야 할 것이다. 대형사고 후 그때마다 땜질처방만으로 일관해온 결과가 어떠한지를 이번 사건으로 똑똑히 보고 있다. 이제부터라도 사고의 원인에 대한 근본적인 접근과 분석을 통하여 근본적인 대책을 마련해야 할 것이며, 전문분야의 업무는 유자격 전문가에게 맡기고, 전문가의 견해가 반영되는 제도가 정착되어야 한다. 이런 류의 사고를 당할 때마다 전문가의 역할이 아쉬워진다.