건축/환경에너지

Nikkei Architecture_2017.2.9 Special Feature 특집요약 (p36-50)

「물」에 지지 않는 수방대책 설계 기술
호우, 폭풍, 쓰나미 등 특수한 상황에 대비

-- 높아지는 위기감을 고려해 취약점 극복 --
「물」에 의한 트러블이 설계자의 의식전환을 부추기고 있다. 최근에는 게릴라성 집중호우 및 대형 태풍의 상륙으로 기존의 예상을 뛰어 넘는 호우도 드물지 않게 발생한다. 동일본 대지진 이후, 쓰나미에 대한 위기 의식도 높아졌다. 그러나 주택에서는 누수의 위험이 큰「처마 없는 주택」의 보급이 늘고 있는 추세이다. 건축에서는 지금까지 이상으로 물(수해)에 대한 강력한 대응책이 요구되고 있다. 높아지는 침수와 누수에 따른 위기에 입각하여 수해를 입지 않는 설계 힌트를 살펴보기로 한다.

Part 1. 침수대책
부지 이외의 상황까지 고려한 계획으로

-- 리스크를 가시화시켜 위기감을 안고 있는 발주자와 공유를 --
최근에는 게릴라성 호우로 건물의 침수 위험이 일상화 되었다. 하천의 범람 및 쓰나미도 예의 주시할 필요가 있다. 그런 반면, 침수 및 피난에 대한 해석 등의 기술이 급속도로 발전해 가고 있다. 침수대책의 최신 정보를 알아 보도록 한다.

건물의 침수 리스크에 대한 사회의 의식이 높아진 하나의 커다란 계기가 된 것은 동일본 대지진의 쓰나미 때문이다. 그 이후에도 이어지고 있는 각지의 기록적인 호우에 의한 피해로 인해 발주자들의 위기감은 심화되고 있다.

예를 들어, 2015년 9월의 칸토(關東)ㆍ토호쿠(東北)의 호우에서는 이바라키(茨城) 현 조우소우(常総)시청의 1층이 침수하여, 비상용 발전설비가 물에 잠기는 일이 발생했다. 작년에 완성 된 최신 설비의 방재거점 시설임에도 불구하고, 한 때는 전기, 수도, 유선 전화가 모두 두절 되어 고립됨으로써, 동일한 방재거점 설비를 가지고 있는 각 지역의 사업자에게 충격을 안겼다.

재해 리스크의 평가업무를 시행하고 있는 닛켄셋케이(日建設計)에 따르면,「병원이나 데이터 센터로부터 호우 시의 사업 지속에 대한 대책을 강구하고 싶다는 의뢰가 수년 전부터 늘어나는 추세」(사이토 엔지니어링부분 계획주관)라고 한다. 

-- 성능 향상을 요구하는 발주자 --

● 침수 리스크
유입뿐 아니라 유출도

건물의 침수 리스크를 정리해보면, 부지 안으로 흘러 내린 물에 인한 침수, 부지 밖에서부터 흘러 들어온 물에 의한 침수, 그 외에도 부지 자체에서 흘러 나오는 물에 의한 침수 리스크 등이 있다. 부지 내에서 흘러 내린 물이 건물 안으로 들어오게 되면 계단이나 1층에 피해를 주기 때문에 건물 주변의 지수(止水)가 대책의 근간이 된다.

호우의 경우에는 단시간 만에 수위가 상승할 가능성이 있으므로, 그것에 대응할 수 있는 지수 방법의 선택이 요구된다. 침상원(Sunken Garden)을 설치할 경우에는 물의 유입 경로가 복잡해지므로 리스크를 놓치지 않도록 주의해야 한다. 지하상가 및 지하철과 연결된 건물은 물의 유입 및 유출을 쌍방에서 배려할 필요가 있다. 피난자의 이동 경로를 원활하게 하는 것도 중요하며, 접속 대상의 사업자와 리스크를 공유하는 것이 바람직하다. 부지로부터 유출되는 물에 관해서는 주변으로의 오염이 발생할 우려가 있기 때문에 대책이 꼭 필요하다.

-- 리스크 진단을 위한 새로운 도구 --

● 변화하는 진단 기술
CAD 및 BIM으로 신속하게 가시화

다이세이(大成) 건설이 개발한「T-Flood Analyzer」은 호우 및 쓰나미의 경우, 건물 안으로 물이 유입되는 경로 및 각 방의 침수 상황을 가시화시키는 시스템이다. 지금까지의 침수 해석으로는 각 방의 면적 및 개구부(開口部)의 위치 등의 정보를 입력하기 위해서 많은 시간이 소요됐다. 그러나 CAD 및 BIM의 데이터를 사용함으로써 작업시간을 대폭 단축 시킬 수 있다.

다이세이 건설에서는 삿뽀로(札幌) 지점의 건물을 모델로, CAD데이터를 사용하여 분석한 결과, 기존의 30% 시간만으로도 진단이 가능하다고 한다. BIM데이터를 사용하면 한층 더 단시간 안에 해석이 가능할 뿐만 아니라, 실내에 있는 고액의 기기에 대한 피해 예측까지도 가능하다. 「향후에는 모형을 사용한 실험을 실시하며, 출구나 창의 이음새를 통한 유입 등 해석 정밀도를 높이기 위해 한층 더 고도의 시스템으로 개선해 나가고 싶다」라고 다이세이건설의 토목기술연구소의 이토(伊藤) 수역ㆍ환경연구소장은 말한다.

-- 지하로 연결되는 공간과 연계 --

● 발전하는 지하상가의 침수 대책
피난을 위한 광역 리스크 관리

지하상가의 방재대책은 최근까지 반자널(천장에 대는 널빤지)의 보수 등 내진성 향상에 역점을 두었다. 최근에 와서는 호우 피해가 증가됨에 따라 침수 대책에 돌입하는 지하상가가 눈에 띈다. 지하상가는 지상과 이어지는 출입구 외에도 지하로는 교통 시설의 지하 공간 및 주위의 건물과의 연결로 등, 물의 유입 경로가 많아 복잡하다. 그러나 모든 유입을 막는다는 것은 현실적으로 불가능하다. 많은 사람이 방문하는 지하상가에서는 침수의 진행 보다 어떻게 하면 더 빨리 사람들을 피난시킬 수 있을까가 포인트가 된다.

하천의 범란 및 쓰나미의 해저드 맵(긴급 대피 경로도)은 이미 정비되어 있으나, 호우를 상정하여 맵을 작성한 자치단체는 많지 않다. 따라서 침수와 피난에 관한 정밀도가 높은 시뮬레이션이 요구되고 있다. 닛켄셋케이(日建設計)에 따르면「최근에는 지하상가의 범위만을 검토하는 것이 아니라, 지역의 광범위한 물의 흐름과 지하상가와의 관계를 포함하여 진단할 것을 권장하고 있다」(오오모리(大森) CMㆍ방재부장)라고 말한다.

고정밀도의 해석에 준하여 피난 확보ㆍ침수 방지 계획을 작성한 지하상가에 있어서는, 연결되는 주위의 건물의 침수 대책의 상황을 위험요인으로써 파악하는 것을 권장한다. 재해 발생시의 피난자 유·출입 및 유도에 대해서도 연계가 되지 않으면 대혼란으로 이어질 우려가 있기 때문에 서로간의 정보 공유가 필요하다.

-- 자치단체가 만든 맵(Map)의 과신은 금물 --

● 주변으로의 가해 리스크
오염물질의 유출을 막는다

호우 시의 리스크는 비단 부지 외부에서 물이 유입되는 것 만은 아니다. 부지 외부로의 유출, 배출에 대해서도 주의를 요한다. 거대한 부지 안에 여러 개의 생산 시설을 보유하고 있는 사업자가 호우 대책에 뛰어 드는 경우가 늘고 있다. 시설의 침수에 따른 사업 중단의 리스크를 줄이는 것 외에, 부지 안에서 오염물질을 포함한 물이 인근이나 하천, 바다로 흘러 들어가 악영향을 미치는 리스크를 사전에 방지하기 위한 목적도 있다.

부지에서의 배수 과제로써, 배수를 받아 들이는 자치단체의 하수 인프라의 능력에도 문제가 있다. 능력 부족이라면, 부지 안의 대책만으로는 문제 해결이 불가능하다. 자치단체와의 협의가 필요하게 된다. 「자치단체에 개선을 요구하기 위한 설명자료로써, 침수 리스크 진단의 결과를 활용하고 있는 사업자도 있다」(닛켄셋케이시빌의 사이토(斉藤) 계획주관).

● 쓰나미의 침수에 대응
피난장소를 높은 곳에 확보

건물이 쓰나미의 피해를 받아 구조체가 손상을 받지 않은 경우에도, 침수로 인해 큰 피해가 발생할 위험이 있다. 침수 피해를 저감시키기 위한 방안에 주목하자.

-- 표류물의 위험을 피한다 --
-- 저층의 학교를 피난 건물로 (프레임 셸터) --

● 알려지지 않은 면진(免震) 리스크
수면에 떠올랐을 때의 대책을 세워라

일본 면진구조협회는 2015년에「면진건물에 대한 대(對)쓰나미 구조설계 매뉴얼」의 골자를 발표했다. 거의 알려져 있지 않으나, 쓰나미에 대해 면진건물이 약하다는 충격적인 사실을 지적하고 있다. 면진건물은 지진에 의해 건물에 실리는 힘을 일반적인 내진건물보다 적게 함으로써 안전성을 높이고 있다. 그만큼, 지진으로부터 면진층 및 상부의 구조물에 부과되는 힘이 적어진다는 것을 전제로 설계되어 있다. 지진의 힘보다 훨씬 큰 쓰나미의 힘이 가해진다면, 면진층이 파괴되어 상부 구조물이 흘러 내릴 위험이 있기 때문이다. 

또한, 면진건물의 부재(部材) 중에는 마찰에 의해 지진의 힘을 경감시키는 것도 있으나, 침수로 인해 상부 구조체가 떠오르게 되면 마찰력이 없어지게 되어 본래의 성능을 발휘할 수 없게 된다. 

「현재 상태로는 거대한 쓰나미가 발생할 우려가 있는 지역에는 면진건물을 짓는 편이 좋다고 생각한다」. 일본 면진구조협회의 면진설계부회 임원장을 역임하고 있는 마쓰다히라타설계(MHS Planners)의 후지모리(藤森) 상무는 이렇게 말한다.

-- 기존 건물의 보수가 필요 --

Part 2. 누수대책
한계를 뛰어넘는 푹풍우에도 대비하자

-- 담아두지 않고 흘려 보내는 지수(止水) 라인 확보 --
누수대책의 기본은 빗물을 담아 두지 말고 지수(止水) 라인을 확보하는 것이다. 찰나의 순간이 목숨을 앗아간다. 배수 초과에 대한 대비 및 건설부재의 배합 등을 기본적으로 확보하는 것이 무엇보다 중요하다.

▶누수 리스크
- 대책의 기본은「물을 담아두지 않는다」「지수 라인을 확보한다」
- 배수초과가 되면 옥상 등의 배수구에서 빗물이 역류한다
- 약점이 되기 쉬운 것은 부재간의 연결부위나 공정이 바뀌는 부분

-- 물 웅덩이를 감안해야 --
-- 풍압으로 인해 순식간에 침수 --

● 실무자에게 묻는다 (요코다 테루키 / 요코다 외장연구실 주재)
건물과 지반면의 경계선이 사각지대

현재는 업체의 제품개발의 발전으로 외벽 자체에서 누수가 되는 사고는 거의 일어나지 않는다. 문제는, 예를 들어 커튼월과 프리캐스트 콘크리트 사이의 부재간을 잇는 이음매 부분. 그러나 이 부분도 설계 및 시공 단계에서 모두가 주의를 살피게 되었다. 하지만, 누수대책에서 특히 주의해야 하는 점이 있다. 먼저, 방수층이 시작되는 부분. 예를 들어, 집중호우가 내리면 옥상에 물이 모이게 된다. 만약 콘크리트에 금이 가 있어서 빗물이 스며들어 버려도 방수층에서 침수를 막아내지 않으면 안 된다. 즉 방수층이 시작되는 부분의 높이가 중요하다.

건물과 지반 면과의 경계면도 주의할 필요가 있다. 외벽과 1층의 바닥과 마주하는 면은 방수 점검을 놓치기 쉬운 부분이다. 주위를 포함한 부지의 형태에 따라서는 집중 호우일 때 빗물이 모이기 쉬우며, 건물 안으로 빗물이 침투하게 된다. 이런 침수대책으로 체크해야 하는 포인트 및 노하우는 실제로 전문 시공사나 업체가 잘 알고 있다. 문제가 될 것 같은 디테일한 부분이 있다면 알려줄 것이다. 그러기 위해서는 평상시에 이런 전문가와 우호적인 관계를 쌓아가는 것이 중요하다.

Part 3. 주택의 누수 대책
처마가 없는 곳은 누수 리스크가 5배

-- 지붕과 벽이 맞닿는 부분이 취약 --
도심의 협소 지역을 중심으로, 처마가 밖으로 튀어나온 부분이 거의 없는「처마 없는 주택」이 늘고 있다. 누수 리스크가 커질 수 있다는 것을 고려하여 누수를 없앨 만반의 준비가 필요하다.

▶「처마 없는」 주택의 누수 리스크
- 한쪽만 흐르는 용마루 부분은 가장 위험한 부위이다
- 이어진 벽 부분에서 빗물이 들어 오는 사례가 빈번
- 비가 들어 치는 부분이 늘어나 개구부(開口部)에서의 누수사고가 많다
- 자외선에 노출되는 면적이 늘어나, 실링 재 및 도장의 열화가 빠르게 진행

-- 개구부 주위에서의 침수 --
-- 사고의 70%은 처마 없는 곳에서 --
-- 한쪽만 흐르는 지붕의 용마루 부분이 위험

▶「처마 없는」 주택의 3대 시공 포인트
1. 산자판(지붕잇기 마감을 위한 바탕판)의 노출 부분은 금속 판으로 덮는다
2. 습기 방지 시트는 가옥 뒤편에 환기하는데 지장이 없는 부분까지 붙인다.
3. 환풍기를 설치할 경우에는 빗물 차단 효과가 있는 환기구 등을 만든다.

   -- 끝 --