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제 9 장 정량적 위험도 평가지침

9.1 일반사항

(1) 본 장은 도로터널의 정량적 위험도 평가를 위한 세부수행지침을 정함을 목적으로 한다.

(2) 정량적 위험도 평가는 도로터널의 위험도를 정량적으로 분석하고 수치화함으로서 방재시설의 설치 또는 적정성 여부를 판단하기 위한 기준을 제시하여

도로터널의 방재시설에 대한 성능설계를 수행하기 위한 자료로 활용함을 목적으로 한다.

(3) 도로터널의 위험은 추돌 및 충돌 등 일반사고, 붕괴, 수해, 화재 등 다양한 사고를 포함하나 정량적 위험도 평가는 화재사고에 한하여 실시한다.

(4) 도로터널의 위험도에 대한 평가는 시나리오별 사상자수(fatalities) 및 해당 사상자가 발생하는 누적빈도(frequency)에 대한 분석을 수행하여 사망자-누적빈도 선도(F/N curve)를 그래프 화하여 이를 사회적 위험도(Societal Risk) 기준과 비교함으로서 방재시설의 규모나 적정성 여부를 판단한다.

(5) 터널방재설비의 성능위주설계를 위해서 터널방재설비를 계획하는 경우에 정량적 위험도 평가를 수행할 것을 권고하며, 다음의 경우에는 반드시 수행하도록 한다.

① 1.2 (3) 에 따른 예외적인 터널에 대하여 개별 방재시설을 계획하는 경우

② 2.3.2 (4) ② 에 따른 터널 방재등급이 연장등급보다 1단계 하위등급을 적용하는 경우

③ 5.3.2 (1) ③ 에 따른 터널연장이 1,200m 이하의 터널에서 피난연결통로를 300m 로 계획하는 경우

④ 5.3.2 (4) ⑥ 나. 에 따른 운영 중인 터널 중 격벽분리형 피난대피통로를 계획할 경우

⑤ 6.1.2. (4) ③ 에 따른 대면통행 터널 및 정체빈도가 높을 것으로 예상되는 일방통행 터널에 종류식을 적용하는 경우

⑥ 6.1.2. (5) ② 다. 에 해당하는 터널에 제연설비를 설치하여야 하는 우선순위 결정시

⑦ 6.1.2. (5) ③ 나. 에 해당하는 터널에 제연보조설비를 설치하는 경우

- 97 -

⑧ 5.3.2 (1) ① 또는 (2) ① 또는 (4) ①에 따른 최대피난거리가 250m를 초과하는 연장 500m 미만 터널을 계획하는 경우<신설>

⑨ 5.3.2 (2)의 피난연결통로 간격 및 6.1.7 의 제연설비 용량의 적정성을 검증하는 경우<신설>

9.2 정량적 위험도 평가절차

(1) 도로터널의 위험도에 대한 정량적 평가를 위해서는 화재발생 시나리오의 작성 및 시나리오별 사고발생률의 산정, 화재해석, 차량정체 및 대피해석, 유해가스가 인체에 미치는 영향의 정량화, 사상자수의 추정, 위험도 평가기준에 의한 위험 수준에 대한 분석이 필요하다.

(2) 정량적 위험도 평가는 일반적으로 다음과 같은 단계로 수행하며, 각각에 대해서 명확한 근거 및 결과를 제시함을 원칙으로 한다.

① 화재사고 시나리오의 작성

② 화재해석

③ 대피해석

④ 사상자수의 추정

⑤ 사상자수에 따른 누적빈도 선도

⑥ 사회적 위험도평가 기준에 의한 위험도 평가

(3) 화재발생 시나리오 작성기준

① 도로터널에서의 화재사고 발생률(건/108 Veh·km)은 국가 통계자료나 관계기관의 통계자료를 인용하여 산정하며, 최근 5년간의 평균값을 적용한다.

② 도로터널 화재 시 사고의 영향은 차량 및 적재물에 따른 화재강도에 영향을 받으므로 화재발생 차종을 승용차, 버스 및 화물차량으로 구분하여 각각에 대한

사고발생률을 산정하여 작성한다.

③ 승용차의 화재강도는 5MW로 산정함을 원칙으로 하며, 단독화재 및 2대 연속 화재로 구분하여 시나리오를 구성할 수 있다.

④ 버스 및 화물차량은 화재강도(20, 30, 100MW)별로 재분류하며 화재확대확률을 고려하여 시나리오를 작성한다. 다만, 소형차 전용터널은 터널을 통과할 수

있는 차량(승용차, 소형버스, 소형화물트럭)을 고려하여 소형버스와 소형트럭의 화재강도는 각각 15, 20MW로 한다.<신설>

- 98 -

⑤ 화재 시 교통상황은 제연팬 운전 및 화재에 따른 대피자의 분포 및 대피특성, 피해정도에 지대한 영향을 미치므로 교통량 분석을 통해 정체정도를 확률로

분석하여 적용한다.

⑥ 제연설비가 설치되는 경우에는 제연설비 운전의 성공/실패를 고려하며, 성공/실패 확률은 기술 데이터를 활용하거나 통계적인 방법에 의해서 신뢰성이 확보

된 자료를 적용한다.

⑦ 피난연결통로의 설치간격 및 화재위치에 따른 영향을 고려할 수 있도록 작성한다.

⑧ 소화설비의 작동 여부는 Fault Tree 기법에 의해서 시나리오에 반영할 수 있으며, 소화설비의 성공/실패 확률은 기술 데이터를 활용하거나 통계적인 방법에 의해서 신뢰성을 확보한 자료를 적용한다.

⑨ 화재 시 자연풍의 크기 및 방향은 터널 내 풍속에 영향을 미쳐 사고결과에 큰 영향을 미치므로 자연풍의 방향 및 크기를 고려하여 화재시나리오를 작성한다.

(4) 화재해석 일반사항

① 시나리오별 화재해석 결과는 사상자수 추정에 영향을 미치므로 기술적ㆍ통계적인 방법에 의해서 신뢰성을 확보한 기술 자료를 적용한다.

② 화재해석은 온도 및 연소생성물에 대해서 수행하며, 연소로 인해 발생되는 유해가스의 종류는 위험도 평가의 신뢰성을 확보할 수 있도록 연소이론에 근거

하여 정한다.

③ 화재강도에 따른 연소생성물의 발생량은 화재 해석 툴에 따라서 상이한 입력 데이터를 요구할 수 있으므로 일반적으로 제시되는 값을 변환하여 사용할 수

있다.

(5) 대피해석 일반사항

① 대피해석을 위해서는 화재로 인한 정체차량의 정체길이, 정체차량 수, 차두간격 등 차량정체 특성의 분석 및 차량정체로 인한 터널 내 대피자 수의 산정이

필요하며, 다음 항과 같이 반영한다.

② 터널 내 진입 차량 수는 화재 발생 3분 이내에 차량의 진입이 차단되는 것으로 하여 산정한다.

③ 정체길이를 산정하는 경우, 정체 시 차량밀도는 150~165 pc/km·lane, 차종별 혼입률은 목표 연도의 일평균교통량의 구성비를 적용하며, 차종별 차량의 길이

- 99 -

는 도로설계기준에 제시된 기준을 적용한다.

④ 대피시간은 감지시간, 반응/결정시간, 안전지역으로 이동시간을 포함하며, 감지 시간 및 반응/결정시간은 터널에 설치되는 화재탐지설비 및 경보설비의 성능 또는 신속성을 반영하여 결정할 수 있다.

⑤ 대피자의 이동속도(walking speed)는 대피자 밀도, 전방 대피자와의 거리, 가시거리에 의한 보행속도의 저하를 고려하여 산정하는 것을 원칙으로 한다.

(6) 사상자수의 추정을 위한 일반사항

① 대피자가 열환경 및 유해가스에 노출되어 이들로부터 받는 인체의 영향 정도는 유해가스에 대한 유효복용분량(FED : Fractional Effective Dose)에 의한 평

가기법 및 유효안전피난시간(ASET : Available Safe Egress Time)과 필요안전피난시간(RSET : Required Safe Egress Time)에 대한 분석기법 등 통계적인 기법에 의해서 평가할 수 있다.

② 유효복용분량이 소정의 값을 초과하는 경우에 사상자로 판정하며, 화재영향의 경중에 따라서 등가사망자수로 고려하여 산정할 수 있다.

9.3 위험의 평가 기준

(1) 추정사상자수-사고발생빈도 선도(F/N 선도)

① 추정사상자수와 추정사상자수 이상이 사망자가 발생할 수 있는 빈도(사고발생 누적빈도)를 각각 로그좌표계의 x축과 y축에 표시한 것으로 추정사상자수-사

고발생누적빈도 선도(Frequency(F) / Fatalities(N))라 한다.

② 정량적 위험도는 각 시나리오별로 사상자수를 추정하여 추정사상자수와 사고발생 누적빈도를 분석하고 이를 사회적 위험도(societal risk) 평가 기준과 비교

하여 적정수준의 여부를 판정한다.

(2) 위험도 평가기준

① 정량적 위험도 평가결과는 총체적 위험도와 사상자수-사고발생 누적빈도(F/N)선도에 의한다.

② 총체적 위험도는 시나리오별 사고발생 확률과 사망자 수의 곱을 구하고 이를 누적한 결과로 나타낸다.

③ 사회적 위험도의 평가는 ALARP 영역의 High Level 기준을 N=10, F=10-4으로 Low Level 기준을 N=10, F=10-6으로 할 것을 권장한다.

- 100 -

9.4 위험도 평가예

(1) 본 정량적 위험도 평가예는 실제 위험도평가에 적용할 수 있는 기술 데이터를 예시한 것으로 위험도 평가 시 기술적인 자료가 없는 경우에는 예시된 자료를

인용하여 적용할 수 있다.

(2) 연도별 사고발생률은 <표 1.9.1>과 같이 제시한다.

① 표에서 주행거리계는 교통안전관리공단의 보고서를 인용하여 작성한 것이다.

② 터널 내 차종별 화재사고 발생률은 국가안전처의 차량 화재발생 통계자료를 근거하여 주차장 등 공지에서 발생한 화재건수를 제외하고 재분석한 결과이다.

③ 목표연도의 사고 발생률은 사고발생건수가 감소하는 추세에 있기 때문에 차종별 화재사고 발생률은 최근 5년간의 통계 데이터를 활용하여 재산정하여 적용

할 수 있다.

(3) 일반도로터널의 사고발생시나리오는 <그림 1.9.1)>과 같으며, 화재강도의 적용 및 분기비는 다음과 같다.

① 차종별 화재강도의 적용

가. 승용차의 경우에는 화재강도를 5MW로 하며, 2대 연속 화재의 경우에는 10MW로 고려하고 분기비는 5%이하로 적용하였다.

나. 화재강도별 버스 및 화물차량의 구성은 다음과 같이 적용하였다.

(가) 20MW : 버스(소형+대형)+소형트럭

(나) 30MW : 트럭중형+트럭(대형+특수) ×(1-탱크롤리 및 위험물 수송차량 구성비)

(다) 100MW : 트럭(대형+특수)×탱크롤리 및 위험물 수송차량 구성비다. 탱크롤리 차량의 구성비는 5% (2009~2013년 화물차대수 분석결과, 평균 4.8%)로적용하였다.

② 화재확대확률 : 각 차종의 화재 시 화재가 확대될 확률은 다음과 같이 적용하였다.

가. 승용차의 경우에는 60%로 적용하였다.

나. 화물차량 및 버스의 경우에는 한국도로공사의 통계데이터를 분석하여 15%(최대 14.8%)를 적용하였다.

다. 30MW와 100MW급 화재의 경우에 경미한 화재발생건수는 한 단계 낮은 단계의 화재의 발생건수에 추가하는 것으로 하였다.

- 101 -

③ 교통상황에 따른 화재발생 시나리오는 화재전 교통상황에 대해 정상소통을98%, 정체상태를 2%로 산정한 결과이다.

④ 화재 시 제연성공여부는 제연팬 고장 및 운전모드에 따라 분기하였으며, 제트 팬 고장확률은 10% 이내로 적용하였다.

⑤ 제트팬 고장 시 자연풍의 조건은 순풍 : 미풍 : 역풍으로 고려하며, 각각의 분기비는 균등하게 적용하였다.

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구분 년도 승용차 버스 화물차 계

화재발생건수(

건/년)

2009 1940 386 1391 3717

2010 1849 389 1386 3624

2011 1787 355 1379 3521

2012 1739 351 1392 3482

2013 1,622 320 1,374 3316

2014 1,477 300 1,401 3,178

2015 1,539 268 1,485 3,292

2016 1,529 281 1,415 3,225

2014년(5년간) 8,937 1,801 6,922 17,660

2017년(5년간) 7,906 1,520 7,067 16,493

주행거리계

(106Veh

·km)

2009 186,325 25,213 57,644 269,182

2010 184,631 22,741 58,647 266,020

2011 183,853 21,882 55,895 261,629

2012 194,705 18,355 59,682 272,742

2013 194,281 21,564 61,570 277,415

2014 205,518 20,737 60,472 286,727

2015 212,721 19,818 62,372 294,911

2016 224,024 19,857 63,688 307,569

2014년(5년간) 943,795 109,755 293,438 1,346,988

2017년(5년간) 1,031,249 100,331 307,784 1,439,364

차종별

사고발생률

(건/억km.Veh

)

2009 1.04 1.53 2.41 1.38

2010 1.00 1.71 2.36 1.36

2011 0.97 1.62 2.47 1.35

2012 0.89 1.91 2.33 1.28

2013 0.83 1.48 2.23 1.2

2014 0.72 1.45 2.32 1.11

2015 0.72 1.35 2.38 1.12

2016 0.68 1.42 2.22 1.05

2014년(5년간) 0.95 1.64 2.36 1.31

2017년(5년간) 0.77 1.52 2.30 1.15

<표 1.9.1> 사고발생률 분석

- 103 -

(a) 승용차

(b) 화물차

<그림 1.9.1> 일반도로터널 화재발생 시나리오

- 104 -

(4) 소형차 전용 터널의 사고발생시나리오는 <그림 1.9.2)>와 같으며, 화재강도 및

및 분기비는 다음과 같다. <신설>

① 승용차의 경우에는 화재강도를 5MW로 하며, 2대 연속 화재의 경우에는

10MW로 고려하고 분기비는 5%이하로 적용하였다.<신설>

② 소형버스의 화재강도는 15MW를 적용하며, 화재확산확률은 15%를 적용한다.

<신설>

③ 소형트럭의 화재강도는 20MW를 적용하며, 화재확산확률은 15%를 적용한다.

<신설>

④ 화재전 교통상황에 대한 정체빈도는 서울시 도로에 대한 한시간 평균 주행속도

가 10km/h 미만인 빈도수에 대한 확률을 적용할수 있으며, 2017년 11월의 통

계 데이터 분석에 의하면에 근거하여 2.5%이다.<신설>

⑤ 화재시 제연성공여부는 제연팬 고장 및 운전모드에 따라 분기하였으며, 제트팬

고장확률은 10% 이내로 적용하였다.<신설>

⑥ 자연풍은 순풍, 미풍, 역풍으로 구분하여 적용하며, 도심지 터널이므로 미풍은

80%로 고려하였다.<신설>

- 105 -

(a) 승용차

(b) 소형버스 및 소형트럭

<그림 1.9.2> 소형차 전용터널 화재시나리오

- 106 -

(5) 대피시간 산정을 위한 적용기준

① 도로터널 화재 시 대피시간은 다음과 같이 예시하며, 기술적인 데이터가 없는

경우에는 이를 적용할 수 있다.

② 대피시간은 감지시간, 반응/결정시간, 이동시간으로 구분하여 이들의 합을 대피

시간으로 한다.

③ 화재감지시간은 자동화재탐지설비의 감지성능을 1분 이내에 화재를 감지할 수

있는 것을 요구하고 있기 때문에 감지가 성공하는 경우에는 1분 이내로 설정

한다.

④ 대피결정시간은 차량을 버리는 시간과 대피를 결정하는 시간으로 구분하며, 이

에 대한 정확한 기술 자료는 없으나, 본 지침에서는 외국의 연구자료를 인용하

여 <표 1.9.2>에 제시한 시간대별 대피자의 행동특성 및 이에 따른 확률분포

를 적용할 것을 권장한다.

⑤ 대피속도는 대피자 밀도, 전방 대피자와의 거리, 연기농도에 의한 가시도에 영

향을 받으며, 식(1.9.1) 및 식(1.9.2)와 <그림 1.9.3>에 의해서 각 대피자에 대

한 대피속도를 구하고 이중에 가장 작은 값을 적용할 것을 권장한다.

가. 전방의 대피자의 거리에 따른 대피속도 :

Wspd=Vu⋅Sin( 90

180 π⋅

Dp-b

TD-b ), b≤Dp≤TD

Wspd=Vu, Dp  Td (1.9.1)

여기서, Vu는 방해물이 없는 경우에 보행속도로

Vu = 1.4m/s, Dp는 앞사람과의 거리, TD = 1.6m, b : body depth 이다.

그룹

반응시간 결정시간

비율(%) 확률분포식 확률분포식

I

18.4

51 Norm(41.6, 17.1) 8% (지체없이 대피하는 비율)

0.08+(II 49 Gumb(28.8, 155) 1-0.08)Norm(151,8)

II 81.6 GEV(-0.22,19.81, 33.08)

28% (지체없이 대피하는 비율)

0.28+(1-0.28)GEV(-0.44,13,8.42)

 

<표 1.9.2> 대피특성에 따른 확률분포

- 107 -

나. 대피자 밀도에 따른 대피속도

Wspd=k-a⋅k⋅D, D H >0.55 person/m 2

Wspd=0.85k (1.9.2)

여기서, a=0.266 m2/person, DH : 거주밀도, k는 상수로 램프, 복도, 출입구

의 경우에는 1.4 m/s 이다.

다. 가시도에 따른 대피속도

<그림 1.9.4> 가시도와 대피속도의 관계

⑥ 교통약자의 대피속도는 최대 0.6m/s를 기준으로 한다.

(6) 사상자수 추정기준

① 화재시 인체에 영향을 미치는 유해가스는 일산화탄소, 이산화탄소, HCN, 산소

저감율 등이 있으나, 유효복용분량(FED)평가에 의해 사상자수를 추정하는 경

확

율

분

포

0 100 200 300 400 500 600 700

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

F(X) Statistic Distribution

Time for Leave the car [sec]

0 100 200 300 400 500

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

F(X) Statistic Distribution

Hesitation Time [sec]

주) Norm x    

  

 Exp 





x  

,

GEVxk   Exp     

 ,Gumbxa b  Exp

Exp

  



 



- 108 -

우에 적용대상 가스는 현 시점의 기술적인 수준을 반영하여 결정할 수 있으며,

가장 대표적인 일산화탄소는 포함하여야 한다.

② 유해가스에 따른 유효복용분량 산정식은 식(1.9.3)~식(1.9.5)을 적용할 수 있

다.

FICO D COHbD  ×   ppmCOt (1.9.3)

FIO

e    O 

t (1.9.4)

FICO

e  CO 

t (1.9.5)

여기서, D : 의식불명에 이르게 하는 COHb%농도(%)로 30%를 적용한다. t : 시

간(min), %O2 : 산소농도(%), %CO2 : 일산화탄소 농도이다.

③ 열환경에 대한 평가는 온도, 복사열을 포함할 수 있으며, 각각에 대해 노출되

어 발생하는 위험분율(이하 유효복용분량으로 표현한다)은 식(1.9.6)와 식

(1.9.7)을 적용할 것을 권장하며, 온도는 반드시 포함할 것을 권장한다.

FIHEAT e T

t (1.9.6)

FIRAD  

q〃 t (1.9.7)

여기서, T : 온도(℃), q" : 복사강도(radiative intensity : kW/㎡)이다.

④ 화재 시 유해가스 및 열환경이 인체에 미치는 영향은 복합적으로 나타나므로

각각에 대한 유효복용분량의 총합으로 인체에 미치는 영향 정도를 평가한다.

즉, 사상여부를 추정하기 위한 유효복용분량은 식(1.9.8)로 구할 수 있다.

FEDI  FICO × VCO

 FICO

 FIO  FIHeat  FIRAD (1.9.8)

⑤ 일반적으로 식(1.9.8)에 의해 계산되는 유효복용분량(FED1)이 0.3 이상인 경우

에는 사상자로 판단하며, 그 이하인 경우에는 경상자로 등가사상자수 산정기준

에 의해서 평가할 수 있다.

(7) 사회적 위험도 평가 기준

① 사회적 위험도 평가기준은 경제협력개발기구(OECD)와 국제상설도로협회

- 109 -

(WRA, 구 PIARC)및 다수의 국가에서 제시하고 있으며, 본 지침에서는 <그림

1.9.5>로 제시한다.

② 그림에서 Unacceptable 영역은 사회적으로 위험수준을 받아들일 수 없는 영역

을 의미한다.

③ Acceptable 영역은 사회적으로 받아들이기에 충분히 낮은 위험영역을 의미한

다.

④ ALARP 영역은 경제성을 고려하여 적극적인 노력에 의해서 위험수준을 낮춰야 하는 영역으로 정의된다.

<그림 1.9.5> 사회적 위험도 평가기준