| 박찬석의 물류時論(97) / 물류창고(센터)의 특성과 화재 안전대책(1/3) | |||
 
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물류창고(센터)의 특성과 화재 안전대책(1/3) ①물류창고(센터) 구조적 특성과 화재 취약성 물류창고(센터)의 구조와 화재 특성 물류창고(센터)가 갖고 있는 구조적, 지리적, 운영적, 저장특성과 타 건축물과 구별되는 화재특성 등을 정리하면 다음 표와 같다.  구조적 특성 ■ 대형화되는 물류창고(센터)
물류센터의 대형화는 풀필먼트 서비스의 확장과 이커머스 성장을 들 수 있다. 2020년 기준 국내 전체 물류센터 면적은(2,000평 이상, 50% 이상 창고시설) 약 900만평 이상으로 추정된다. 2020년 기준 연면적 1만평 이상 물류센터의 면적 총합이 전체 면적의 약 49%를 차지하고 있으며, 연면적 3만평 이상 물류센터는 전체 면적의 약 24%를 차지하고 있다. ※ 최근 화재가 난 쿠팡 덕평물류센터(지상 4층, 지하 2층, 연면적 127,178㎡, 길이 270m)는 축구장 15개 규모.(내부 적재물 약 1,600만개, 부피는 약 5만 3,000㎥ 추정, 건물 약 70% 이상 소실) ■ 층고가 높아진다. 최근 신축되는 물류창고 대부분은 창고내 적재효율과
공간 효율을 높이기 위해 메자닌 등을 설치하기 때문에, 10m 정도의 층고를 보편적으로 가진다. 층고가 높을수록 Fire Plume1)이 천장에 도달하는 시간이 늦어지는 것을 의미한다. 천장에 Ceiling Jet Flow2) 형성이 늦어지는 만큼 감지기와 스프링클러 작동도 늦어져 초기 진화가 늦어지는 위험성이 있다. ■ 샌드위치 패널 단열구조의 외벽 벽돌이나 콘크리트로 외벽을 마감하는 경우보다 철골구조에 샌드위치 패널을 입힌 물류창고가 보편적이다. 건축이 빠르고 경량화되면서 공사비가 저렴하고 단열효과가 높아 많이 사용한다. 스티로폼은 가연성이 약해 불이 붙으며 소화가 어렵지만 가격이 싸기 때문에 건축주가 선호한다. 글라스올은 불연성이라 화재에 강하지만 가격이 비싸 도입을 꺼리는 특성이 있다. 샌드위치 패널은 특성상 성형된 강판 2장 사이에 단열재가 들어가는 구조로, 소화수가 침투되지 않는다. 결국 샌드위치 패널 내부로 화염이 계속 전파되기 때문에, 화재가 조속히 진화되지 않고 불길을 확산시키는 기폭제 역할을 하게 된다. ■ 지하층과 무창층(無窓層)3) 구조  물류창고에 보관하는 물품마다 특성이 다를 수 있다. 그중 일부는 햇빛으로 인한 변질, 수준에 의한 눅눅함, 황사나 모래 먼지에 의한 오염 등이 발생할 수 있어, 이를 원천적으로 차단하기 위해 창문을 설치하지 않는 무창층으로 건축된다.지하층이나 무창층 구조로 지어지는 물류창고는 화재시 열기가 축척되고 연기가 빠져나가지 않는다. 이로 인해 천장 부분으로 열기가 축척되어 축열현상이 발생하고, 내부 온도를 1,200℃ 이상 상승시켜 건축물의 철골구조를 약하게 만드는 치명적인 결과를 초래하기도 한다. 개구부가 없어 축열효과로 인한 복사열에 의한 화재 전파는 걷잡을 수 없이 확산된다. 전도에 의한 화재 전파보다 복사에 의한 화재 전파가 훨씬 속도도 빠르고 위험하다. 공간내에 열기의 축척과 연기가 형성되면 소방대원뿐 아니라, 내부지리를 잘 아는 근무자도 패닉현상에 의해 고립되는 상황이 발생한다. ■ 많은 전기설비 설치 스마트형 물류창고로의 전환이 급속도로 진행되면서, 자동화, 기계화에 따른 전기설비가 다양한 장소에 설치되고 있다. 무창층으로 인해 낮에도 조명이 필요하며, 습기와 열기를 막아야 할 필요가 있는 경우는 냉난방 또는 공기조화설비를 운영해야 한다. 이처럼 물품 자체는 화재가 발생할 개연성이 없음에도 불구하고, 전기설비에 의한 화재가 종종 발생하는 이유이다. ■ 방화구획 설치 면제 및 완화  물류창고는 1,000㎡마다 방화구획을 설치해야 하지만, 스프링클러와 같은 자동소화설비를 설치하면 3,000㎡까지 완화된 방화구획을 설치할 수 있다. 건축법 시행령 제46조(방화구획 등의 설치) 제2항 제2호에서 ‘물품의 제조·가공·보관 및 운반 등에 필요한 고정식 대형기기 설비의 설치를 위하여 불가피한 부분에 대해서는 방화구획을 적용하지 않거나 사용에 지장이 없는 범위에서 완화하여 적용할 수 있다’고 되어있다. 물류창고는 물품의 보관과 운반을 위해 천장 크레인이나 컨베이어 등을 설치해야 하기 때문에 방화구획의 적용을 면제받고 있다. 옥내 소화전이나 자동화소화설비인 스프링클러는 소화수조에 저장한 20분 분량의 물이 떨어진다. 내부 방화구획이 없어 화제는 계속 확산되는데 소화용수가 부족해서 진압에 문제가 발생하고 결국 화재는 건물 전체로 확산, 계속 지속되는 것이다. ■ 창고내 차량 진입 보편화  최근의 물류창고(센터)는 대형화 고층화 추세를 보임에 따라 각 층별로 대형 트럭 등이 직접 창고내로 진입하는 형태를 보이고 있다. 상하차 작업의 편의성과 신속한 입출고를 위함이지만, 실내로 차량이 진입함에 따라 매연 및 분진 발생 등으로 작업환경이 악화된 측면이 있다. 특히 화재 발생시 차량 통로가 연통 역할을 하여 화재 확산의 매개체가 될 수 있는 상황이다. ■ 수직 Rack 및 메자닌 설치 물류품의 적재 및 보관 효율을 높이기  위해 대부분의 물류창고에는 수직 Rack과 메자닌이 보편적으로 설치되고 있다. 이러한 설비들로 인해 방화세터나 스프링클러 설치의 사각지대가 존재할 수 있다. 특히 수직 Rack의 경우, 화재 발생시 수직확산에 취약하며, 메자닌의 경우 화재 발생시 진압과 피난의 어려움이 있을 수 있다.■ 24시간 가동(풀필먼트 센터)4) 최근 몇년동안 전세계 이커머스 시장에서 ‘풀필먼트(Fulfillment)’는 경쟁력의 핵심으로 거론돼 왔으며, 코로나19 사태로 그 중요성이 더욱 커지고 있다. 풀필먼트서비스는 유통 및 물류 프로세스가 훨씬 간소화되기 때문에, 이커머스 시장이 확대될수록 유리한 고지를 차지할 수 있다. 최근에는 새벽배송, 당일배송을 뛰어넘어 30분 배송으로 경쟁이 심화되면서, 24시간 많은 인력의 투입으로 가동되고 있다. ■ 창고내 작업장 냉난방시설 미비 물류창고는 기본적으로 물품은 보관하고 출하하는 장소로, 최근의 풀필먼트 센터 개념으로 건설되지 않아 기본적으로 독립된 냉난방을 설치한 창고가 부족하다. 이로 인해 여름철이나 겨울철에 무분별한 전열기구나 대형 선풍기의 사용 등으로 전기로 인한 화재의 위험성이 커지고 있다. ■ 화재시 배연시스템 부족5)  물류창고 화재시 연기의 제어는 화재진압의 중요한 요소이다. 무창층이나 지하층의 경우에는 연기가 빠져 나갈 공간이 없다는 뜻이다. 그럼에도 불구하고 물류창고는 건축법령에 의한 배연설비 설치 대상이 아니다. 사람이 상주하는 거실이 아니라고 판단하고 있기 때문이다. 다만, 무창층이나 지하층에 설치되는 물류창고는 바닥면적이 1,000㎡가 넘으면 소방법령에 의한 제연설비를 갖추어야 한다. 지하층이나 무창층 부분이 아닌 장소의 물류창고 부분은 배연설비가 없어 연기가 빠져 나갈 공간을 찾지 못하고 쌓이게 된다. 이로 인해 동일한 선반으로 이루어진 공간은 급박한 상황에서는 대형 물류창고 그 자체가 미로형의 공간이 되어버린다. 물류창고내에 재연설비가 설치되어 있어도 급격하게 확산되는 연기로 인해 감광계수가 0.3이 되고 가시거리가 5m 이하가 되면 피난에 지장을 느끼고, 감광계수가 0.5까지 떨어지고 가시거리가 3m 이내로 줄어들면 패닉이 시작된다. ■ 냉동·냉장창고 출입구 협소 최근에 건설되고 있는 대부분의 냉동·냉장창고의 경우, 에너지 효율화를 위해 지하층에 건설되는 경우가 많다. 에너지 손실을 예방하는 차원에서 출입구를 최소화하고 크기도 작아, 화재 발생시 신속한 피난이 어려운 상황이다. ■ 장시간 수열에 따른 철골조 건물 붕괴 우려 스프링클러 설비의 초기 소화 실패는 지속적인 가연물질의 연소, 화재하중의 대형화로 인한 화재 가혹도 증가, 소화수량의 부족, 축열에 의한 소방대원의 진입 곤란 등으로 화재는 장기화로 변한다. 개구부도 없어 내부온도는 1,000℃ 이상 상승하고 1,530℃에서 용융되는 철의 특성상 철골조의 기둥도 장시간 수열로 인해 약해져, 건물의 무게를 이기지 못해 붕괴 우려가 있어서 소방대원의 진입이 필요한 심부화재의 경우 계속 확산될 수밖에 없다. 지리적 특성 ■ 도심에서 원거리 위치 물류창고는 특성상 대규모로 건설되며, 땅값이 비싼 도심지보다는 부지가 넓고 땅값이 싸고 주변에 수용할 건물들이 없는 농총지역에 들어가는 경우가 대부분이다. 도심지와 비교시 인·허가의 편의성과 민원 발생이 적어 상대적으로 시외각에 많이 위치하고 있다. ■ 수도권 주변 입지  물류창고(센터)는 고속도로(특히 경부 고속도로)에 가까워야 하고 수도권에도 가까워야 전국을 상대로 수배송하기가 유리하다. 국가물류통합정보시스템의 지역별, 면적별 창고업 등록현황(2021년 7월말 현재)을 보면 전체 등록면적 14,450,000㎡중 수도권(서울, 인천, 경기) 등록면적은 8,849,598㎡로 61.2%를 차지하고 있다. 특히 10,000㎡ 이상의 경우 전체 등록면적 10,061,375㎡중 수도권은 6,541,945㎡로 66.0%를 차지하고 있어서, 수도권으로의 편중 현상이 심화되고 있다.■ 소방관서와 원거리 위치 물류창고가 농공단지 및 산업단지 또는 공단에 설치되는 경우가 흔하지 않다. 입지 조건이 맞지 않기 때문이다. 큰 공단이 위치한 경우 소방관서가 설치되지만 물류창고가 단독으로 설치되는 경우가 많아, 소방관서와 먼 거리의 지리적 특성을 갖는다. 이는 소방차량이 도착하는데까지 골든타임 5분 이상이 걸릴 수밖에 없다는 것을 의미한다. 이로 인해 화재진입이 늦어질 수밖에 없는 상황이 된다. ■ 상수도 미설치에 따른 소방용수 공급 한계 도심지에서 멀리 떨어져 있어서 상수도가 설치되지 않은 물류창고가 많다. 상수도가 설치되어 있으면 옥내외 소화전을 통해 소방용수를 충분히 조달할 수 있으나, 소화수조만을 이용하여 소방용수로 활용한다. 물류창고내에 있는 소화수조는 옥내소화전 및 스프링클러 설비를 20분 정도 사용할 수 있는 용량을 저장하고 있다. 만약 초기 진화에 실패하면 소방서에서 소방차가 올 때까지 속수무책인 경우가 많아 소화수량이 절대적인 영향을 미친다. 저장(제품) 특성 ■ 가연성 물품 저장(화재하중이 높다) 보관되는 물품이 가연물이고 포장지가 비닐류이면 단위 면적당 등가가연물의 양은 커지게 된다. 물류창고는 층층이 물건을 적재하는 특성상 화재하중이 매우 높은 곳이다. 화재화중이 높을수록 발열량이 커지기 때문에 화재 지속시간이 늘어나게 되고, 내부 열량도 높아져 화재가혹도 역시 커지게 된다. 이를 소화하기 위해 많은 소화용수가 필요하지만 현실적으로 부족하여 화재가 확산될 수밖에 없다. ■ 深部(심부)화재6)의 특성 물류창고내 선반 대부분이 3단 이상의 선반을 사용한다. 각 선반마다 겹겹이 물품을 적재하는 특성을 가진다. 물품 더미에 불이 붙으면 겉의 비닐 포장지에서 화염이 피어오르고, 물품 더미 내부로 깊숙하게 불길이 스며드는 심부화재의 특성을 가지고 있다. 겉으로 보이는 화염만 소화해서는 완전 진압이 어렵다는 것이다. 이러한 심부화재는 스플링클러나 옥내소화전의 냉각소화 방식만으로는 소화에 한계를 가진다. 심부화재는 질식소화와 함께 Soaking Time(설계농도유지시간)7)도 필요하지만, 물류창고 전체를 소화설비로 방어하기에는 경제적 효과가 현저히 떨어진다. 쿠팡 물류센터 화재의 경우, 소방대원들이 진입하여 물품을 해체하면서 소화수로 심부에 남아 있는 불씨를 제거하는 소화활동을 하였다. ■ 스프링클러에 의한 소화의 한계 심부화재의 특성으로 스프링클러가 작동하여 소화수를 방사하면 겉에 존재하는 화염은 제거할 수 있지만 심부로 파고 들어가는 불씨는 제거되지 않는다. 선반형의 적재형태로 맨 위의 물품은 소화수가 제대로 도달하지만 맨 아래쪽 선반의 물품에는 제대로 뿌려지지 않는다. 헤드에서 방사되는 물방울의 실제진화밀도인 ADD(Actual Delivered Density)8)가 심부화재에 적응성을 갖기도 어렵지만, 맨 아래쪽 선반에 있는 가연성 물품에는 Shadow 현상 때문에 영향력이 약해질 수밖에 없어 소화에 한계를 갖게 되며, 결국 소방대원의 진입에 의한 직접 주수 소화가 필요하다. ■ Rack 사용으로 수직확산에 취약  기본적으로 파렛트에 적재되는 물품이 약 2m 정도 높이로 수납되므로 일반적인 사무실이나 가정의 가연물에 비하여 높은 화재하중을 가지게 되며, 수직으로의 화염전파에 취약하게 된다. 소방청 과제연구 조사에 의하면 랙의 전체 높이가 6m 이상 10m 미만인 경우가 58%로 가장 많은 비중을 차지하였으며, 3m 이상 6m 미만이 22%, 0~3m 및 10m 이상의 랙이 각각 10%의 비중을 차지하고 있었다. 특히 랙 적재 물품의 틈새로 송기공간(Flue space)이 형성되는데, 이 공간을 통해 화재가 급격히 확산되게 된다. 랙으로 구성된 창고 적층부분에서의 화재형태는 시간별로 초기단계의 잠복(Incubation), 화염이 상부로 급속히 확산되는 발전(Take off), 화염이 수평으로 번져나가는 잠식(Eating in)으로 크게 3단계로 구분할 수 있다. 소방청 과제연구에서 2회 진행된 10m 높이의 CEP가연물 적재대상 조기진압형 스프링클러(ESFR) 성능시험을 보면, 점화 후 최상단에 화염이 도달하는데 소요된 시간은 스프링클러의 동작시간과 거의 유사하며, 40초와 1분 17초 정도였다. 랙에 적층된 가연물의 소손피해를 줄이려 한다면, 발화 후 20~30초 이내의 극 초기에 동작하는 스프링클러 시스템이 필요하다. 전통적인 소방시설을 사용하면 물류창고 바닥적재 수용물품의 화재는 천장형 스프링클러로 대응하겠지만, 랙에 적재된 가연물의 화재는 조기 진압용 스프링클러(ESFR sprinkler)와 인랙스프링클러(In-rack sprinkler) 두 가지가 있다. (다음호에 계속) 주1. 화재시에 온도의 차이로 발생하는 공기의 흐름. 열대류 현상의 일종이지만, 화재가 원인이 되는 경우는 화재 기류라 함. 주2. 천장 제트기류라고 한다. 화재가 발생하면 Fire Flime에 의해 연소된 고온의 연소생성물이 수직으로 상승하여 천장에 부딪히게 된다. 천장에 부딪친후 열기는 천장에서 굴절되어 천장을 타고 퍼지게 되는데 이 흐름을 말한다. 고온의 열기류가 수직 상승하는 속도는 2~3m/로 빠르지만 천장에 부딛친 후 천장면을 타고 흐르는 속도는 0.3~1m/로 줄어든다. 천장류는 화재 초기에 형성되며, 두께는 실내 높이의 5~12%에 해당한다. 주3. ‘무창층(無窓層)’이란 지상층 중 다음 각 목의 요건을 모두 갖춘 개구부(건축물에서 채광ㆍ환기ㆍ통풍 또는 출입 등을 위하여 만든 창ㆍ출입구, 그 밖에 이와 비슷한 것을 말한다)의 면적의 합계가 해당 층의 바닥면적 (‘건축법 시행령’ 제119조제1항제3호에 따라 산정된 면적을 말한다. 이하 같다)의 30분의 1 이하가 되는 층을 말한다. 주4. 풀필먼트란 단순 배송을 넘어선 개념으로, 고객 주문에 맞춰 물류센터에서 제품을 고르고(picking) 포장해(packing) 배송(delivery)하고 고객 요청에 따라 교환·환불까지 해주는 일련의 과정을 가리키는 말이다. 즉, 플필먼트 서비스는 온라인 유통 산업에서 고객의 주문에 따른 물류센터에서 ‘상품보관-제품선별-포장-배송-처리’ 상품이 고객에게 전달되는 모든 배송 과정과 더불어 제품의 교환/환불까지 담당하는 서비스를 말한다. 주5. 건축물에 방화구획(내화구조 및 방화구획 참조)이 설치된 경우에는 그 구획마다 1개소 이상의 배연창을 설치하되, 배연창의 상변으로부터 천장 또는 반자까지의 수직거리가 90㎝ 이내에 설치하며, 반자 높이가 바닥으로부터 3m 이상인 경우에는 배연창의 하변이 바닥으로부터 210㎝ 이상의 위치에 놓이도록 설치하여야 한다. 주6. ‘심부화재’란 목재 또는 섬유류와 같은 고체 가연물에서 발생하는 화재형태로서 가연물 내부에서 연소하는 화재를 말한다. 이에 반해 ‘표면화재’란 가연성물질의 표면에서 연소하는 화재를 말한다. 주7. 가스계 소화설비에서 등장하는 용어로써, 전역방출이면서 밀폐할 수 없는 개구부가 있을 경우에 하론/공기 혼합물과 공기경계면이 밀폐 공간의 중앙까지 내려가는데 걸리는 시간이 Soaking Time이다. 보통 Soaking Time은 10분이며, 심부화재나 화염이 재발하는 것을 방지하기 위해 적용한다. 주8. 헤드로부터 방사된 물이 화면에 실제 도달한 양을 뜻하며, 이는 소화작업에 이용되는 실제 방사량으로 스프링클러설비에서 방사형태와 관련된 것이다. 화재시 화심소으로 침투하여 실제로 연소 표면에 도달된 방사량을 가연물 상단의 표면적으로 나눈 값을 말한다. -참고자료- 1. 스마트 물류보고서, JLL, 2021. 2 2. 물류창고의 화재 위험성과 개선방안, 화재보험협회, 2020.08 WEBZINE Vol. 92, 3. 대형물류창고의 화재위험성 분석과 소방대책에 관한 연구, 가천대 석사 논문 유형주, 2020. 8. 4. 자동화, 대형화로 인한 물류센터의 건축적 변화에 대한 고찰, 서울대 석사논문 조동현, 2020. 2. 5. 국가물류통합정보센터, https://www.nlic.go.kr/nlic/ 6. 소방청, 현장중심형 소방활동지원 기술개발 사업, 샌드위치패널 (대형물류) 창고·공장형 화재확산 분석을 통한 과학적 대응방안 연구, 최종보고서, 2019 7. https://m.blog.naver.com/tzm1004/221861995045 8. ‘물류창고화재, 무엇이 문제인가 1-2’ https://rlqns2966.tistory.com/138 9. 기타: 물류매거진, 머니투데이, 세계일보 등(사진 참조)  박찬석은 미래물류컨설팅의 대표컨설턴트로 재직 중이며, 물류/SCM 분야 컨설턴트와 한국생산성본부, 한국통합물류협회 등에서 물류/SCM전문 강사로 출강 중에 있다.이밖에 삼성경제연구소 사이버 포럼인 ‘SCM 연구회’의 대표 시샵을 맡고 있으며, 네이버 블로그 ‘박찬석의 물류/SCM 바로보기(http://blog.naver.com/neologis)’를 운영하고 있다. 주요 관심 분야는 물류Cost, 물류/SCM 전략, 물류센터 기본 설계 및 운영 최적화, 물류보안과 제3자 물류 및 국제물류 분야이다 * E-Mail: mincho79@emapl.com H.p: 010-4533-8307 <저작권자 ⓒ 월간 물류매거진(www.ulogistics.co.kr) 무단전재 및 재배포금지> |
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