고층 빌딩의 보안 문제
2008년 1월 30일 추가 주석
나는 2001년 9월 17일에 이 문장을 썼다.
최근(2001년 9월)에 우리는 맨해튼의 자랑이었던 트윈타워와 같은 거대한 고층 빌딩들이 얼마나 취약한지를 목격했다. 이들은 철과 콘크리트로 이루어진 구조물이었다. 테러범들이 이 두 타워에 연료를 가득 실은 비행기를 충돌시켰을 때, 그들은 의도적으로 출발 직후의 연료가 가득 찬 항공기를 선택했다. 왜냐하면 연료가 타면서 발생하는 열이 구조물의 강성을 극도로 약화시키고 결국은 카드하우스처럼 붕괴되게 만들 것임을 알고 있었기 때문이다. 만약 열이 사용되지 않았다면, 타워는 심각한 피해를 입었겠지만 무너지지는 않았을 것이다. 이러한 바닥층이 연쇄적으로 붕괴되는 현상(도미노 효과)은 피할 수 없다. 만약 이런 사건이 다시 발생한다면, 열이 구조물에 영향을 미치기 전에 건물 내 사람들이 빠르게 대피할 수 있도록 해야 한다.
이것은 우리가 사건 직후 아무런 질문 없이 공식 이론에 모두 동의했음을 보여준다.
... 샌프란시스코 화재 이후, 미국인들은 그 도시에서 화재의 피해를 경험한 후 외부 계단을 일반화했다. 그러나 이러한 해결책은 대규모 건물에는 적용할 수 없다. 여기서 우리는 연구해볼 만한 다른 해결책을 제안한다.
... 아래는 빌딩 외부, 케이블을 따라 진행되는 대피 계획도이다. 이 케이블은 여러 층에 걸쳐 설치된 드럼-디스펜서에 고정되어 있다. 각 케이블은 대피해야 할 인구의 위치에 따라 다른 층에서 시작된다. 예를 들어 중심 케이블 A는 이 건물의 특정 면(격리 시 최대 4개의 면을 가질 수 있음)에 있는 층 a에 있는 주민들을 구출하는 데 사용된다. 위쪽 왼쪽에는 디스펜서 시스템이 있다. 대피 명령이 건물 내부에서 해당 대피소 근처에서 발령되면, 드럼이 해제된다. 프로파일된 무게(벽면의 불규칙한 부분에 걸리지 않도록 하기 위해)에 의해 끌려 나가며, 공기역학적 브레이크 시스템(기어를 통해 연결된 패널을 회전시켜 제어)에 의해 제한된 속도로 빠르게 풀린다.
... 캐나다 공학자 알렉산드르 베루브가 지적했듯이, 상층부에는 더 많은 케이블이 필요하다. 내 친구인 캐나다인 노먼이 마음에 안 들더라도, 일반적인 하강 장치와 등산용 로프를 사용하는 것은 불가능하다. 왜냐하면 이러한 하강 장치를 설치하려면 로프가 지그재그 형태로 흐르게 해야 하는데, 이미 여러 사람이 아래에서 사용 중인 상태에서 로프가 긴장되어 있다면 이는 불가능하기 때문이다.
... "양말형" 대피 시스템도 제안되었다. 매우 현명한 아이디어이다. 긴 나일론 튜브가 외벽에 펼쳐진다. 사람들이 위쪽 구멍을 통해 들어가면 된다. 이 튜브는 통기성이 있어 질식 사망은 불가능하다. 한 번 하강이 시작되면, 더 이상 저항할 수 없으며 내부에 돌출부가 없어 무의식 상태인 사람의 몸이 걸리지도 않는다. 속도는 옷과 튜브 벽 사이의 마찰력에 의해 제한되며, 개인의 체격이나 키와 관계없이 거의 일정한 속도를 유지한다. 노먼이 말하듯이, 더 큰 사람은 튜브 직물과 접촉 면적이 커지므로 마찰력이 증가한다. 속도는 약 2m/s 정도이다. 튜브가 지면에 닿지 않기 때문에 사람들은 자동으로 대피된다. 물론 튜브에 접근할 수 있는 입구는 단 하나뿐이다. 하지만 이를 여러 개로 늘리면 이 문제를 해결할 수 있다. 또한 이 장치는 상대적으로 저렴하고 대량 생산이 가능하다. 유일한 단점은, 사람들이 반팔 셔츠나 반바지를 입고 있으며 건물이 높다면 피부에 마찰이 생겨 약간의 화상이 생길 수 있다는 점이다. 그러나 건물 붕괴 후 철과 콘크리트의 혼란 속에서 죽는 것보다 경미한 화상은 훨씬 낫지 않은가?
... 참고로, 지진 위험이 높은 지역에 위치한 건물들은 이러한 대피 시스템을 갖추고 있는가? 몇 가지 점을 기억해야 한다. 지진 발생 시, 건물이 무너지지 않더라도 변형으로 인해 모든 문이 틀 안에 갇히게 되며, 절대 열 수 없다. 열려야 한다면 강제로 부셔야 한다. 또한 화재와 마찬가지로, 가장 먼저 손상되는 구조물은 계단실이다. 지진은 때때로 단일 파동이 아니라 여러 번의 진동으로 발생한다는 점도 기억해야 한다. 만약 사람들이 초기 징후를 보이자마자 대피할 수 있었다면, 낮은 층수의 건물이라도 얼마나 많은 사람이 구조되었을까?
... 다음 그림은 내부에서 본 대피소의 모습이다. 오직 이 창문만이 100% 열 수 있으며, 여러 사람이 서 있을 수 있는 작은 플랫폼으로 연결된다. 다른 창문들은 환기용으로만 열 수 있다. 계단을 통해 빠르게 대피 플랫폼에 도달할 수 있다. 위쪽에는 펼쳐진 케이블(지름 약 5mm)이 보인다. 아래 그림은 공기역학적 브레이크가 회전 중인 구조물의 하강 과정을 보여준다.
... 다음 그림은 대피를 준비하는 사람들의 그룹(한 부부와 아이)이다. 각자의 장비는 나중에 설명할 것이다.
... 다음은 기본 메커니즘의 도면이다. 이는 마찰력을 이용해 하강 속도를 조절하는 래센터다. A 부분에는 감속 장치가 들어 있는 케이스가 있으며, 이곳에는 2CV 시트로엥의 원심 클러치에서 유래한 유연한 패널 시스템이 있다. B 부분에서는 케이스에서 꺼낸 패널 시스템이 보이며, 유연한 강철 판이 브레이크 패드와 연결되어 내부 벽면 E에 마찰을 일으킨다. B 부분에서는 케이블이 고정된 기어와 함께 회전하는 롤러에 닿아 있는 모습을 볼 수 있다. C 부분은 개략도로, 오른쪽은 롤러-기어 조합, 왼쪽은 브레이크 패널이 벽면 내에서 회전하는 모습이다. G 부분에는 감속 장치에 연결할 수 있는 두 가지 다른 장비를 보관할 수 있는 캐비닛이 있다. 왼쪽에는 헬리코pter 구조용과 유사한 간단한 하네스가 있다.
... 다음 도면은 완전한 감속 장치이다. 마찰력을 이용하는 패널은 더 이상 보이지 않으며, 케이스 안에 들어가 있다. A 그림에서는 "케이블 커버"가 올라가 있고, 해제된 상태이다. 이 상태로 시스템은 벽장에 보관되며, 위쪽에 보이는 훅으로 걸려 있다. 아래쪽에는 두 케이스를 결합하는 솔더 플레이트가 있으며, 두 번째 케이스 안에는 고무 롤러와 연결된 증폭 기어가 회전하고 있다. 이 고무 롤러는 마찰력으로 작동하며 일부는 검은색으로 보인다. 플레이트에는 고정용 모서크가 달려 있으며, 시스템은 케이블을 끼워 넣을 수 있는 홈이 있다. 케이블은 무거운 무게에 의해 지면과 접촉하게 되며, 스프링 탄성 장치로 인해 긴장 상태를 유지한다(바람에 흔들리지 않도록 하기 위함). 이후 케이블을 이 홈에 고정시키기 위해 "케이블 커버"와 브레이크 핸들이 180도 회전해야 한다. B 그림은 하강 준비 상태를 보여준다. 삼각형 모양의 커버 플레이트가 케이블이 끼워진 홈을 가리고 있다. 이 동작으로 케이블이 첫 번째 고무 롤러에 밀착된다(투명하게 보이는 부분). 브레이크 핸들은 아래쪽에 있다. C 그림은 장치의 단면도이다.
... 다음 도면은 보관 상태의 구성 요소들이다. A: 고정된 감속 장치, 수동 브레이크는 위쪽에 있으며, 해제된 상태이다. 케이블을 끼우는 홈이 보인다. B: 나일론으로 만든 하네스로, 바지처럼 생겼다. 이는 무의식 상태거나 공황 상태인 사람들을 대피시키는 데 사용할 수 있다. 400미터에서 헬리코프터를 이용한 구조나 매달려 내려오는 것은 분명히 다른 느낌을 줄 것이다. 노인, 장애인, 어린이들에 대해서도 고려해야 한다. C: 사람 한 명이 이 바지형 하네스를 입고 있다. D: 그는 끈을 조이고 있다. 옆에는 더 간단한 하네스(헬리코프터 구조용)를 착용한 사람이 있다. 사람들은 단순한 나일론 끈으로 연결되며, 끝에는 모서크가 달려 있다.
... 다음은 큰 점프를 준비하는 사람의 모습이다. 그는 감속 장치를 설치했으며, 케이블 커버는 아래로 내려져 있어 케이블과 롤러가 접촉하도록 했다. 그는 끈을 조이고 감속 장치에 고정되었다. 오른손에는 구조용 끈을 들고 있으며, 왼손으로 브레이크 핸들을 잡고 있다. 이 두 가지 손잡이는 안전을 위해 반드시 필요한 것은 아니다. 장치는 자체적으로 하중을 지면에 안전하게 내릴 수 있기 때문이다.
... 아래에서 본 시점의 사람 한 명이 하강 중이다. 왼손은 수동 브레이크에 있다. 일반적으로는 지면 근처에서만 작동시켜, 이미 도착한 사람이 아직 이동하지 않았거나, 아직 제거되지 않은 상황에서 충돌하는 것을 피한다. 평균 체중의 사람은 약 2m/s로 하강할 수 있다. 마찰력은 하강 속도의 제곱에 비례하므로, 여러 사람이 같은 감속 장치를 사용하거나 사람의 체중이 더 무거워져도 속도는 크게 증가하지 않는다. 내가 사용했던 고대형 반구형 낙하산의 경우, 착지 시 정상 속도는 6m/s였다.
... 다음 그림은 동일한 하강 장치를 여러 사람이 함께 사용하는 상황을 보여준다. 이 과정에서는 각 대피 플랫폼에 대피 책임자가 항상 자리하고, 창문 바로 앞에서 지휘한다. 그는 하강 장치를 케이블에 고정한 후, 대피하는 사람들의 모서크를 연결한다. 그들은 브레이크 핸들을 가르쳐 주고, 그 목적을 상기시킨 후, 점프를 허용하기 전에 모든 것이 정상인지 확인한다.
... 마지막으로, 빌딩의 대피가 최대한 빠르게 이루어지기 위해 같은 케이블을 따라 사람들은 근접한 간격으로 내려오게 된다. 이들에게는 수동 브레이크(등산용 하강 장치 유형)를 사용해 하강 속도를 조절하고, 아래에 있는 사람과의 거리를 유지해야 한다. 그러나 수직 흐름을 방해하지 않도록 해야 한다. 대피 운동은 주기적으로 실시되어야 하며, 거주 직원들은 훈련을 받고, 신입 직원들은 교육을 받아야 한다. 이 과정에서 두 사람이 핵심적인 역할을 한다. 첫 번째 사람은 케이블을 따라 아래로 내려가 대피자 수용소에 도착한다. 그는 브레이크 레버를 돌려 '케이블 커버'를 해제하여 케이블을 홈에서 분리할 수 있도록 한다. 위쪽에는 수동 브레이크를 작동시켜 대기 중인 사람이 있으며, 이로 인해 작업이 방해되지 않도록 한다. 앞쪽에는 다른 사람이 빠르게 지역을 떠나고 있다.
... 만약 뉴욕의 트윈타워 네 면에 이와 같은 시스템이 설치되어 있었다면, 수천 명의 생명을 구할 수 있었을 것이다. 그러나 누구도 이런 비극을 예측할 수 있었겠는가?
... 지금은 우리가 알고 있다.
2001년 9월 17일
... 특히 수백 미터에 이르는 고층 빌딩에서 케이블을 펼치는 과정은 바람의 영향으로 인해 여전히 문제이다. 강한 바람에 의해 케이블이 엉키거나 사람들이 서로 걸릴 수 있기 때문이다. 우리는 단순히 무거운 무게를 사용하는 것을 고려했지만, 200m, 300m, 심지어 400m에 이르는 케이블은 바람에 의해 긴장 상태를 유지할 수 있는 어떤 무게도 효과가 없다. 따라서 해결책은 아래쪽에서 무게를 고정하는 것이다. 이를 위해 케이블 무게는 포탄처럼 프로파일링될 수 있으며, 플라스틱 덮개로 막힌 우물에 빠르게 내려간다(공기역학적 브레이크는 최소). 이 덮개는 사람의 체중을 견딜 수 있을 정도로 단단하지만, 포탄의 충격에는 쉽게 깨지는 정도로 약하다. 포탄은 원뿔형 입구를 가진 홈에 정확히 들어가며, 고정은 자동으로 이루어질 수 있다.
... D 부분에서는 케이블을 수직으로 펼친 후, 간단한 레버를 사용해 긴장을 유지할 수 있는 작업자가 있다. 문서 초반에 언급했듯이, 특정 층수에 대한 대피를 위한 케이블 집합이 있다면, 여러 대피소와 조작 지점에서 케이블을 펼치고 긴장시킬 수 있다(어느 한 지점이 접근 불가능할 수도 있기 때문이다).
... 우리는 자동차 클러치에서 영감을 얻은 마찰식 감속 장치를 고려했다. 또한 제임스 와트의 전통적인 "볼 레귤레이터"에서 영감을 얻은 시스템이 하강 속도를 일정하게 유지할 수 있을지도 모른다(장치의 응답이 매우 비선형적이기 때문에). 이러한 조건에서는, 수동 브레이크를 제거하는 것이 바람직할 것이다. 왜냐하면 공황 상태이거나 어지러움을 느끼는 사람이 브레이크를 너무 세게 잡아 전체 대피 체계를 멈출 위험이 있기 때문이다. 사람들이 거의 동일한 속도로 하강한다면, 대피소에서의 도착자들을 처리할 시간을 확보하기 위해 플랫폼에서의 출발 간격을 조절하면 된다.
... 이 글은 단지 흩어진 아이디어들이다. 그러나 이러한 아이디어들은 기존 건물에 성능 뛰어난 대피 시스템을 도입할 수 있음을 시사한다. 실제로 누구도 이런 테러가 구조물에 얼마나 빠르게 치명적인 영향을 줄 수 있을지 생각하지 않았다. 소방관, 건축가, 세계 어느 전문가도 철골 구조가 수십 분 안에 연료로 인해 약화되고, 바닥이 "도미노 효과"로 붕괴되는 사태를 상상하지 못했다. 이는 지진 전문가가 지적했듯이, 인간이 이런 함정에 빠졌을 때 생존 가능성이 더욱 낮아지는 참사이다. 이러한 "지옥의 탑"에는 화재의 모든 가능성을 고려했으며, 현장에 폭발물이 반입되는 경우까지도 포함되었다. 그러나 누구도 "수십만 리터의 매우 연료가 빠르게 반입될 수 있다"는 상상을 하지 못했다. 미래에는 제임스 본드 영화의 최악의 시나리오처럼, 가능한 모든 기술적 도구를 검토하면서 가장 광범위한 악몽을 고려해야 한다. 최근에 마소드 지휘관이 살해된 방식(카메라에 숨겨진 폭발물이 카메라맨-자살 테러범에 의해 반입됨)은 새로운 형태의 자살 테러 무기의 한 예이다.
....................................................................................................................................**.**J.P. Petit, 2001년 9월 18일
보충 설명:
... 이 글은 특허 출원을 위한 서론이 아니다. 나는 "안전 산업"에서 부를 쌓는 것보다 더 시급한 것이 있다고 믿는다. 우선은 생명을 구해야 한다. 따라서 이러한 아이디어가 실현 가능한 사람에게 도움이 된다면, 물론 무료로 제공된다. 집이 불타고 있을 때는 거실을 다시 칠하는 데 시간을 쓸 수 없다.
카운터는 2001년 9월 18일에 초기화됨
