1. 서 론

2009년 소방방재청에서는 지진 발생 시 국내 건축물의 손상 정도를 빠르게 추정하기 위한 지진취약도함수를 개발하였다[1]. 소방방재청의 지진취약도함수는 지진 발생 시 영향을 받는 지역의 구조 유형별 건물의 분포와 건물의 위치에서 지반 조건을 얼마나 실제와 맞게 반영하느냐가 매우 중요하다. 이를 위해 국내 건축물의 구조 유형들의 정의 및 분류와 전국의 위치 기반 지반 조건이 필요하다. 이 연구에서는 구조 유형 분류를 주된 주제로 선택하였으며, 여러 재료 중 철근콘크리트구조만을 대상으로 하였다.

지진취약도함수에서 국내 철근콘크리트구조의 구조 유형 분류는 미국 HAZUS[2]의 방식을 기본적으로 따랐으며, 국내에서 특징적인 필로티 형식을 추가하였다. 철근콘크리트구조의 5가지 형식은 Table 1과 같다. 그 형식은 크게 모멘트골조(C1, C2, C4)와 전단벽(C3, C5)으로 구분되며, 모멘트골조는 모멘트골조만 있는 경우(C1), 채움벽이 함께 있는 경우(C2), 전단벽이 함께 있는 경우(C4)로, 전단벽은 전단벽만 있는 경우(C3), 필로티와 함께 있는 경우(C5)로 구분된다. 이러한 구분은 국내 건축구조설계기준(KBC-2005)[3]에 정의된 지진력저항시스템을 기초로 하였다. 지진취약도 함수에서는 여기에 더해서 건물 높이와 내진설계 여부 및 설계지진하중에 따라 정해지는 지진하중의 차이를 반영하여 분류를 더욱 세분화하였다. 하지만, 이 연구에서는 Table 1에 제시한 5가지 유형으로 분류하는 단계만을 중점적으로 다루었다.

2009년 개발 당시의 콘크리트구조 유형 분류 방식을 요약하면 다음과 같다.

위 요약에서 알 수 있듯이 지진취약도함수를 처음 개발할 때 콘크리트구조의 유형 분류는 매우 단순한 규칙을 가지고 있다. 5층 이하 건물은 주로 콘크리트 모멘트골조(C1) 또는 무보강 조적전단벽이 있는 콘크리트 모멘트골조(C2)로 분류되고 6층 이상 건물은 콘크리트 전단벽(C3)이나 콘크리트 전단벽이 있는 콘크리트 모멘트골조(C4)로 분류된다. 전문적인 지식이 없더라도 이렇게 단순한 규칙을 적용한 국내 콘크리트구조 건축물의 분류가 적정한지 의문이 들 수 있다. 하지만 지진취약도함수는 개별 건축물의 취약도를 정확하게 산정하는 것보다는 지진이 발생했을 때 특정 지역의 피해 정도를 대략 판단하기 위한 것이 목적이라는 것을 이해할 필요가 있다.

그럼에도 불구하고 구조 유형 분류를 더 세분화할 필요성은 여전히 존재한다. Kim[4]은 위 분류 규칙에 더 많은 용도를 추가하고 연면적도 함께 사용하여 이전보다 상세한 분류 규칙을 제시하였다. Kim[4]의 분류 규칙은 국립재난안전연구원에서 수행한 ‘대규모 지진으로 인한 사회･경제적 영향분석 추정 기술 개발’ 연구[5]에서 2009년에 개발된 지진취약도함수를 개선하는 데 적용되었다. 그런데 해당 연구[5]에서는 Kim[4]의 분류 규칙을 그대로 사용하지는 않고 일부 수정해서 사용하였다. 그 이유는 Kim[4]에서는 세움터[6]에서 제공하는 건축물대장의 정보를 사용하였고, 국립재난안전연구원의 연구[5]에서는 국토교통부에서 제공하는 건축물대장표제부[7]를 사용했기 때문이다. 이들이 제공하는 정보는 거의 유사하나 일부는 다르다.

지진취약도함수에 사용하기 위해 시작된 구조 유형 분류는 지진해일에 의한 건축물 피해 유형 분석[8], 지진피해평가시스템의 학습데이터 구축[9], 인공지능 기반 지역 단위 건축물 내진 성능 데이터 생성[10]을 위한 연구에도 사용되었으며, Hahn 외[11]에서는 건축물대장 정보를 사용하여 건축물의 구조 유형을 분류하는 방식을 채택하였다. 이처럼 국내 건축물 전체의 특정 성능을 산정하기 위해서거나 기계학습이나 인공신경망 알고리즘과 접목하여 새로운 규칙을 찾으려는 수요의 증가를 고려하면 지진취약도함수에서 사용하는 구조 유형 분류 방식의 신뢰성 확보는 중요하다고 판단된다. 하지만 지금까지 소개한 참고문헌에서 구조 유형 분류 규칙의 정확성을 확인한 사례는 Kim[4] 밖에 없다. 하지만 Kim[4]에서도 대표적인 12개 건물의 사례를 제시했을 뿐이다.

따라서 이 연구는 Kim[4]에서 제시한 유형 분류 규칙의 정확도를 확인하고, 부족한 경우 규칙을 개선하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 특정 행정구역의 콘크리트구조 건물 전체(약 18,000동)를 대상으로 현 구조 유형 분류 규칙을 적용하여 유형을 분류한다. 분류된 유형별로 적절한 수의 표본(약 1,800동)을 추출해서 해당 규칙의 적절성을 검토한다. 이때 실제 구조 유형은 건축데이터 개방 서비스를 제공하는 건축 HUB 공공 포탈[12]의 로드뷰로 확인한다. 로드뷰(Load view)로 확인한 결과와 유형 분류 규칙을 적용한 결과를 서로 비교한 후, 정확도를 높이는 방향으로 규칙을 수정 및 보완한다.

2. 기존 구조 유형 분류 분석

먼저 Kim[4]에서 제시한 분류 규칙을 살펴보겠다. 서론에서 이미 언급한 대로 Kim[4]에서 제시한 규칙은 2009년 지진취약도함수 개발[1]의 규칙과 비교하면 변수를 추가하고 조건을 세분화하였다. Kim[4]의 분류 규칙은 5단계로 이루어지며, 단계별 확인 사항은 다음과 같다.

여기서 주구조는 철근콘크리트구조다. 건축물대장표제부에서 제공하는 주용도의 종류는 대략 30가지 정도다. Kim[4]에서는 주택을 제외한 나머지 용도는 대부분 근린생활시설(이하 근생)로 간주하였으나, 위험물저장시설과 같은 특수한 용도는 분류에서 제외하였다. 분류에서 주용도는 크게 주택, 주택+근린생활시설, 근린생활시설, 기타로 구분한다. 이는 주택 또는 근린 생활시설만 있을 때와 주택과 근린생활시설이 함께 있을 때는 건물의 구조 특성이 다르다는 것에 착안하였다. 여기서 주택은 다중, 다가구, 다세대, 연립, 도시형생활주택 및 아파트로 나뉘는데, 용도가 주택만 있을 때 이들 세부 용도를 구분해서 사용한다. 이들 중 일부는 연면적으로 구분하는데 다음 단계에서 확인한다. 다음 3, 4단계의 층수, 연면적, 승인 일자는 내진설계 대상 건물의 변화 시기를 반영하며, 앞서 확인한 건물의 용도와 함께 구조 형식을 결정하는 데 사용한다. 마지막 5단계는 일부 건물에만 적용되며, 필로티 유형 여부를 결정하기 위해 1층 바닥면적과 건축면적을 추가로 확인한다. 자세한 내용은 Kim[4]를 참조할 수 있다.

Kim[4]의 연구는 대규모 지진으로 인한 사회･경제적 영향분석 추정 기술 개발 연구[5]의 기본 단계로 수행되었다. 그 연구의 최종 보고서에서는 Kim[4]에서 제시한 분류 규칙의 골격은 유지했으나 이전보다 더 세밀하게 변경되었다. 먼저 분류 절차를 크게 다음과 같이 3단계로 구성하였다.

1단계와 2단계는 모두 주용도와 기타용도를 확인하지만, 세부적으로 들어가면 서로 다르다. 1단계는 국내 모든 건물을 대상으로 구조 유형을 분류하여 지진취약도함수를 적용하는 것이 가능하지 않다는 판단하에 일부 용도는 제외하기 위한 것이다. 주용도가 단독주택, 공동주택, 제1 제2종 근린생활시설이면 ‘대분류 1’로 지정하고 2단계인 1차 분류로 넘어가서 더 상세한 규칙을 적용한다. 주용도가 업무시설과 숙박시설이면 ‘대분류 2’로 지정하고 기타용도에 따라 ‘용도 5’ 또는 ‘용도 6’으로 분류한 후 바로 3단계 2차 분류로 넘어간다. 그 외는 ‘대분류 3’으로 지정하고 기타용도에 따라 ‘용도 6’으로 분류한 후 3단계 2차 분류로 넘어가거나 분류에서 제외한다.

2단계 1차 분류는 ‘대분류 1’을 상세하게 분류하기 위한 과정으로 주용도와 기타용도를 활용하여 총 6가지의 유형으로 다음과 같이 분류한다.

3단계 2차 분류는 1차 분류한 용도 1~6을 층수, 연면적, 허가 일자를 이용하여 최종적으로 구조 유형을 배정하는 단계다. 3단계는 Kim[4]에서 제시한 분류 규칙과 거의 유사하지만 한 가지 다른 점이 있다. Kim[4]은 세움터[6]에서 제공하는 개별 건물의 건축물대장에 있는 정보를 바탕으로 규칙을 개발하였으나 지진취약도함수에서는 국내 전체 건물의 정보를 담고 있는 건축물대장표제부[7]을 사용한다. 그런데 건축물대장표제부에는 층별 바닥 면적을 제공하지 않으므로 5단계는 적용하지 못하였다. 기존 구조 유형 분류 최종 단계인 3단계(2차 분류) 규칙을 Fig. 1과 Fig. 2에 나타내었다.

Fig. 1과 Fig. 2에 제시한 기존 유형 분류 규칙은 문헌[5]과 다른 점이 있다. 이 연구는 문헌[5]에 제시된 구조 유형 분류 규칙의 수정 및 보완 사항을 발굴하여 개선하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 먼저 특정 지역의 건물을 대상으로 해당 규칙을 시험적으로 적용해 보았다. 그런데 기존 분류 규칙에서 ‘용도 1’과 ‘용도 2’가 서로 겹쳐 있어 일부 건물의 경우 구조 유형이 중복되어 적용되거나 빠지는 사례가 발견되었다. 따라서 이 연구에서는 ‘용도 1’ 과 ‘용도 2’의 아래 가지(branch)를 서로 분리하였다. 더불어 기존 문헌[5] 과 다른 두 가지 숫자가 있다. 그중 하나는 Fig. 1에서 공동주택 아래 단계에 있는 ‘7~15층’이다. 기존에는 ‘6~15층’으로 되어 있었으나 연립주택의 ‘6 층 이하’와 6층이 겹쳐서 수정하였다. 다른 하나는 Fig. 2에서 허가일자 ‘2015년 9월’이다. 이 시기는 내진설계 대상이 2층 이하로 확대된 때이며, ‘2014년 11월’로 되어 있던 기존의 오류를 바로잡기 위해 수정하였다.

3. 연구 방법

Fig. 1과 Fig 2에 제시된 구조 유형 분류 규칙의 정확성을 확인하기 위해 특정 지역의 콘크리트구조를 대상으로 표본을 추출하였다. 먼저 건축물대장 표제부[7]을 사용하여 국내 특정 시 단위 행정 구역 내 철근콘크리트구조 건물 12,586동을 추출하였다. 이를 대상으로 기존 규칙을 적용하여 구조 유형을 분류하였다. 구조 유형 분류 결과를 반영한 샘플링을 위해 ‘층화 샘플링 기법’을 사용하여 총 1,830동의 표본을 추출하였다. 이때 신뢰도 수준을 99%, 표본 오차 한계는 5%를 적용하였다. 구조유형별 모집단과 표본 수를 Table 2에 정리하였다.

추출한 표본 1,830동 전체에 대해서 건축 HUB 공공 포탈[12]에서 제공하는 로드뷰를 통해 구조 유형을 확인하였으며, 이 결과를 정답으로 간주하고 연구를 진행하였다. 그런데 로드뷰를 통한 구조 유형 확인은 100% 정확하지 않은 게 사실이다. 특히 유형 C2와 C4를 구분할 때 필요한 철근콘크리트 전단벽의 존재 여부는 설계 도면이나 현장 조사를 통하지 않고서는 정확히 알 수 없다. 이 구분은 해당 건물의 허가 일자와 로드뷰에서 나타난 외관을 바탕으로 저자의 주관적인 판단이 개입되었음을 주지한다. 반대로 C5의 경우는 로드뷰를 통해 1층 주차장 존재 여부를 확인할 수 있어 타 구조 유형보다 신뢰도가 매우 높다고 볼 수 있다. 로드뷰로 확인한 구조 유형 결과는 Table 3에 제시하였다.

표본을 대상으로 기존 분류 규칙의 정확도를 확인하기 위해 정밀도(Precision), 재현율(Recall) 및 F1 점수(F1-score)를 사용하였으며, 그 결과는 Table 3에 정리하였다. 정밀도는 모델이 ‘참’으로 예측한 사례 중에 실제로 ‘참’인 비율이다. 재현율은 실제로 ‘참’인 사례 중에 모델이 얼마나 많이 찾아냈는지를 나타낸다. F1 점수는 정밀도와 재현율의 조화 평균이다. 정밀도가 가장 높은 유형은 C4다. 즉 분류 규칙이 C4로 분류한 건물 중 95%가 C4인 것이다. 정밀도 지표로만 보면 C4로 분류하는 규칙의 정확도가 높다고 볼 수 있으나 재현율(0.42)을 보면 아니라는 것을 알 수 있다. 그 이유는 실제 C4, 즉 로드뷰로 확인한 C4 유형의 수(604)에 비해 규칙이 분류한 수(269)가 매우 작기 때문이다. C4로 분류하는 규칙이 실제에 비해 매우 협소하게 C4를 배정하기 때문에 실제 C4의 절반 이상을 전혀 찾아내지 못한다.

이와 정반대의 사례가 C5다. C5는 정밀도가 가장 낮았으나(0.29) 재현율은 0.87로 가장 높았다. C5에서는 로드뷰로 판단한 동 수(177)가 규칙으로 분류한 동 수(526)보다 매우 작다. 따라서 C4의 경우와는 반대로 C5를 분류하는 규칙은 실제보다 너무 과도하게 C5로 분류하고 있다는 것을 알 수 있다. C2 및 C3은 C4 및 C5와 달리 정밀도와 재현율이 꽤 비슷한 것으로 나타났으며, C2는 C5와 같이 정밀도가 재현율에 비해 높았고, C3은 C4와 같이 정밀도가 재현율에 비해 낮았다. 정밀도와 재현율의 조화 평균이 F1 점수로 보면 C2, C3, C4, C5의 순으로 나타났다.

정리하면, 기존 구조 유형 분류 규칙은 C2를 실제보다 약간 더 많이, C3을 실제보다 약간 더 적게, C4를 실제보다 매우 적게, C5를 실제보다 더 많이 분류하고 있다. 유형별로 실제보다 과도하게 많이 또는 작게 분류하는 이유를 분석한 후 하나의 유형이 아닌 전체 유형의 정밀도와 재현율을 함께 높이는 방향으로 분류 규칙을 개선하려고 하였다.

4. 유형 분류 개선 결과

4.1 1차 개선 결과

기존 분류에서는 단독주택의 경우 단독, 다중, 및 다가구 주택을 구분하기 위해 연면적과 층수를 함께 고려하였다. 그런데, Fig. 1에서 알 수 있듯이 다중 주택과 다가구 주택의 연면적과 층수가 서로 중복되는 구간이 있어 단순하게 연면적으로 구분하도록 변경하였다. 결과적으로 용도 1(단독 주택)은 1) 연면적 330m² 이하, 2) 330m² 초과 660m² 이하, 및 3) 660m² 초과의 3 구간으로 변경하였다. 이 중 1) 번연면적 조건은 기존에 C2로 분류하였으나, 2000년대 이후 건물은 C3 유형이 많았다. 허가 일자로 구분할 필요가 있는데 정확한 시기는 확정할 수 없어 필로티 여부를 판별하는 시기인 2002년 9월을 가져왔다. 2002년 9월 이전은 C2, 이후는 C3로 분류하였다. 3)번 조건은 이전 규칙에서는 없었는데, 그 이유는 건축법 시행령[13]에서 단독 주택은 연면적 660 m² 이하이기 때문이다. 하지만 건축물대장표제부에서 연면적을 초과하는 사례가 있어 단독주택 아래에 조건을 추가하였다.

2) 번 조건은 대부분 다가구 주택에 해당하므로 기존 규칙에서는 허가 일자가 2002년 9일 이후 건물을 C5 형식으로 분류하였다. 하지만 로드뷰 확인 결과 C5가 아닌 건물이 상당히 많은 것으로 나타났다. 그런데 건축물대장표 제부에서 제공하는 정보로는 이를 구분하는 것이 쉽지 않아 어쩔 수 없이 3층 이하면 C3, 4~5층이면 C5로 단순하게 구분하였다. 용도 2(공동 주택)의 연면적 660 m² 이하 및 6층 이하는 다세대 주택에 해당하는데, 용도 1의 조건 2)와 유사하다. 용도 1과 다른 점은 2002년 9월 이후 건물 중에서 기타 용도에 숙박 또는 기숙사가 있는 경우는 C3로 분류하고 그 외는 C5로 분류한다. 지금까지는 용도에 주택만 있는 경우며 Fig. 3에 나타내었다.

용도 5(주거 & 근생)에서는 층수 구분은 그대로 유지하였으나 3층 미만은 허가 일자로 구분하는 것을 추가했으며, 3~6층에서는 2002년 9월 이후에 해당하는 유형을 C5에서 C4로 변경하였다. 3층 미만 건물 중 2000년 이후 건물은 모멘트골조 건물에 콘크리트 전단벽이 함께 있는 경우가 많아 필로티 여부를 구분하는 시기인 2002년 9월을 가져와 이전은 C2, 이후는 C4로 분류하였다. 3~6층에서 2002년 9월 이후를 C5에서 C4로 변경한 이유는 주거와 근생이 함께 있을 때는 1층의 용도가 상가 또는 사무실인 경우가 대부분이었기 때문이다.

용도 6(근생)에서는 1층, 연면적 500 m² 미만일 때만 변경이 있다. 기존의 용도 6 분류 규칙은 내진설계 대상 건물의 변천 시기를 반영하고 있는데, 1층 소규모 건물은 내진설계 대상이 아니므로 전단벽이 없는 골조인 C2만 배정한 것이다. 하지만 로드뷰를 통해 확인했을 때, 근래에는 이 건물들이 벽식으로 건설되는 경우가 많았다. 시기는 명확하게 특정할 수 없어 필로티 여부를 구분하는 시기인 2002년 9월을 가져와 그 이전은 C2, 이후는 C3로 분류하였다. 용도 5와 용도 6의 변경 사항은 Fig. 4에 나타내었다.

1차 개선된 분류 규칙의 정확성을 기존 규칙과 동일한 기준을 사용하여 확인하였으며, 그 결과를 Table 4에 정리하였다. 기존 분류 규칙을 적용한 결과인 Table 3과 비교하면 C2, C3, 및 C4의 정밀도와 재현율이 크게 상승하였고 두 값의 차이도 줄어들었음을 알 수 있다. F1 점수도 C2가 0.96으로 1.0에 육박했고 C3와 C4도 0.8을 초과하였다. 하지만 C5는 F1 점수는 0.55로서 크게 개선되지는 않았다.

4.2 2차 개선 결과

1차로 개선한 분류 규칙의 정확도 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻었다.

Fig. 3과 Fig. 4를 보면 용도로 구분한 후 연면적과 층수를 각각 고려하거나 동시에 고려하는 조건을 사용하고 있다. 연면적과 층수는 주택의 세부 용도를 구분(단독, 다세대 및 다가구, 연립주택)하거나 내진설계 대상 건물을 정할 때 사용된다. 그런데 건축물대장표제부에서 제공하는 연면적과 용도가 건축법시행령에서 규정하는 조건에 맞지 않은 경우가 있어 2차 개선에서는 층수만을 사용하는 것으로 변경하였다. 다만 용도 2(공동 주택)에서 일부 필요한 경우에 연면적을 분류 조건에 포함하였다.

Fig. 4에서 용도6(근생)의 분류 조건에 있는 층수, 연면적, 허가 일자는 모두 내진설계 대상 건물의 변화와 관련이 있다. 국내 내진설계 대상은 층수로만 보면 16층 이상, 6층 이상, 3층 이상, 2층 이상의 순으로 확대됐다. 물론 층수와 함께 연면적도 함께 고려 대상에 포함된다. 건물의 용도가 근생일 때 내진설계 대상에 포함되면 전단벽이 있는 모멘트골조인 C4이고, 포함되지 않으면 채움벽이 있는 모멘트골조인 C2로 구분하는 것이다. 근생은 대부분 모멘트골조이며, 내진설계를 위해서는 전단벽이 필요하다는 판단에 따른 것이다. 하지만 분류 결과를 로드뷰와 비교했을 때 전단벽의 설치 시기는 내진 설계 대상의 변화시기에 비해 빨랐다.

따라서 5층 이하 건물의 분류 규칙에 있는 연면적을 제외하였고, 층수는 1~2층과 3~5층으로만 단순하게 구분하였다. 허가 일자는 3~5층은 기존 그대로 유지하였고, 1~2층은 3~5층에 적용한 허가 일자에 비해 최신으로 변경하려는 의도와 함께 로드뷰 결과를 바탕으로 정하였다. 물론 1~5층 사이의 근생 건물에서 철근 콘크리트 전단벽의 적용 시기는 수많은 실제 구조 도면의 확인을 통해 결정할 필요가 있음을 주지한다. 이것을 2차 개선으로 명명하고 Fig. 5와 Fig. 6에 나타내었다.

2차 개선된 분류 규칙의 정확성을 기존과 동일한 기준을 사용하여 확인 하였으며, 그 결과를 Table 5에 정리하였다. 1차 개선된 분류 규칙을 적용한 결과인 Table 4와 비교하면 C2, C3, 및 C4의 동수가 로드뷰와 더 가까워졌 음을 알 수 있으나, C5의 동수는 변화가 없다. C2의 정밀도와 재현율은 큰 변화가 없으며, C3 및 C4에서는 약간 개선되었다. C5는 동수의 변화는 없으나 정밀도와 재현율이 크지는 않지만 개선되었다. 따라서 연면적을 층수와 같이 사용하지 않고, 내진설계 대상 건물의 변화에 정확히 맞추지 않더라도 분류의 정확도가 낮아지지는 않는다는 것을 알 수 있다.

4.3 최종 개선 결과

2차 개선 결과에서 알 수 있듯이 C2, C3, 및 C4의 정확도는 90%를 초과 하거나 근접하는데 C5의 정확도는 60%대로 매우 낮은 수준이다. 그 이유는 2장에서 설명한 대로 건축물대장표제부에서는 층별 용도나 건축면적을 제공하지 않으므로 Kim[4]에서 제시한 1층 면적을 사용한 C5 유형 분류를 적용할 수 없기 때문이다. 2차 개선된 분류 규칙으로는 C2, C3, 또는 C4에 포함된 C5 유형을 찾기 힘들며, 반대로 C5 유형으로 분류하였지만, C5 유형이 아닌 경우도 찾기 힘들었다. 전자의 한 사례는 주차장법 시행령[14]에 따라 주차장이 필요하지 않은 조건이지만 상업적인 필요성에 의해 1층에 주차장을 설치하여 필로티 유형이된 경우이며, 후자의 한 사례는 주차장이 요구되지만, 주위에 공간이 많아 건물 1층에 주차장을 설치할 필요가 없는 경우다. 따라서 건축물대장표제부에서 제공하고 있는 정보만으로 C5 유형의 정확도를 향상하는 것은 가능하지 않다고 판단하였다. 결국 C5 유형을 더 정확히 분류하기 위해서는 1층 건축면적을 사용할 수밖에 없다는 결론에 이르렀다.

지금까지 사용한 건축물대장표제부는 건축 HUB 공공 포탈[12]의 대용량 제공 서비스를 통해 얻은 자료다. 국내 모든 건축물의 대장 정보를 하나의 파일로 제공하므로 이를 쉽게 가공할 수 있는 장점이 있다. 하지만 앞서 언급한 대로 층별 용도와 면적은 제공하지 않는 단점이 있다. 그런데 건축 HUB에서는 유형별 건축데이터를 제공하고 있으며, 그 중 ‘층별 개요’에서 층별 용도와 면적을 제공한다. 이 서비스의 단점은 표제부와 같은 대용량 자료 제공이 되지 않는다는 것이다. 또한 건물당 모든 층의 정보를 포함하고 있으므로 1층의 정보만 따로 추출해야 하는 번거로움이 있다. 더욱이 1층 용도가 하나 이상일 때 용도별로 면적을 따로 제공하므로 용도가 하나일 때와 구분해서 자료를 처리해야 한다. 마지막으로 건물 내 주차장이 있음에도 불구하고 주차장 면적 정보가 항상 제공되지는 않으며, 주차장 면적 정보가 없을 때 정확한 주차장 면적을 산정하기가 쉽지 않았다.

2차 개선 분류 규칙의 결과를 분석하여 C5 유형을 더 정확히 분류하기 위한 조건을 다음과 같이 작성하였다. 먼저 이 조건의 적용은 3~6층 사이의 건물로 한정하였다. 왜냐하면 HAZUS[2]에 없는 C5 유형을 분류하는 것은 포항 지진 피해[15]에서 나타난 저층 다세대 또는 다가구 주택의 지진 취약성이기 때문이다. 또한 7층 이상의 중, 고층 건물에서도 필로티 구조와 유사한 전이 구조가 있으나 저층 필로티 건물과는 다른 구조 유형이라고 할 수 있다. 전이 구조의 원인은 고층부는 주거 용도지만 저층부는 상업 용도기 때문이다. 기존에는 7층 이상, 주거와 근생이 함께 있을 때 C5로 분류하였으나, 이 정도 규모의 건물은 전문가에 의해 설계 기준에 따라 설계되므로 내진 성능 확보 가능성이 크다고 판단하여 C4로 분류하였다.

다음으로 필로티 구조는 1층 면적에서 주차장 면적의 비율이 높아야 한다. 하지만 어떤 비율일 때 필로티 구조로 판단할지에 대한 기준은 명확하지 않다. 전체적으로는 벽식 구조지만 건물의 1층 일부에 기둥이 있는 경우도 많기 때문이다. 결국 로드뷰로 구조 유형을 판별할 때 건물의 양방향으로 기둥이 존재하면서 건물 내 주차가 가능한 경우만 C5로 분류하였다. 건축 HUB의 1층 면적 정보로 C5를 분류하는 조건은 다음과 같다.

여기서 건축면적은 건축물대장표제부 대용량 자료 서비스에서 제공하는 자료이며, 1층 면적과 1층 주차장 면적은 층별 개요 서비스에서 제공하는 자료다. 두 값은 모두 건축면적에 대한 1층 면적의 비다. 주차장 면적 정보가 있으면 그 값을 사용하여 건축면적에서 빼고, 없으면 1층 용도별 면적의 합을 1층 면적으로 하였다. 로드뷰에서 C5로 분류된 건물을 대상으로 두 가지 조건 값을 모두 계산하여 비교한 후 잘못 분류하는 건물이 가능한 한 작게 되도록 범위를 정하였다. 주차장 면적 정보가 있을 때 상한 비율 값이 없을 때보다 더 큰 것의 의미는 주차장 면적 정보가 있을 때 1층 면적비가 더 클지라도 필로 티일 가능성이 더 높다는 것으로 볼 수 있다. Fig. 7과 Fig. 8에는 위의 C5 분류 조건(C5 Filtering으로 표시)과 함께 마지막으로 개선한 구조 유형 분류 규칙을 나타내었다.

2차 개선과 달라진 점은 먼저 용도 1(단독주택)에서는 3층 미만과 3층 이상을 구분하는 것이다. 그 이유는 3층 이상에서 주로 C5 유형이 나타나기 때문이다. 3층 이상이고 허가 일자가 2002년 9월 이후인 건물에 대해 C5 Filtering을 적용하여 조건에 맞으면 C5, 아니면 C3로 분류하였다. 단, 그 이전에 1층 면적이 0이고 1층 주차장 면적이 0이 아니면 C5 Filtering 조건 적용 없이 바로 C5로 분류하였다. 그 이유는 용도 1에만 식 (1)의 조건에 해당하지 않지만, C5인 경우가 많았기 때문이다. 용도 2(공동주택)에서도 6층 이하 건물에 대해 2층 이하와 3~6층으로 구분하는 것이 2차 개선과 달라진 점이다. 여기서도 3~6층에서 다세대/다가구 주택에 해당하는 연면적 660 m² 이하이고 허가 일자가 2002년 9월 이후일 때 단독주택과 같이 1층 면적비 조건을 적용하여 분류한다. 용도5(주거+근생)일 때도 6층 이하이고 2002년 9월 이후일 때 동일한 조건을 적용하여 C5를 분류한다. 단 주택과 다른 점은 조건에 해당하지 않으면 C3가 아닌 C4로 분류하는 것이다. 주거와 근생이 함께 있는 건물은 대부분 1층에 상가나 사무실이 있으므로 주택과는 다른 구조 유형이다.

최종 개선된 분류 규칙의 정확성을 이전과 동일한 기준을 사용하여 확인하였으며, 그 결과를 Table 6에 정리하였다. 2차 개선 결과와 비교하면 C2와 C3의 동수와 정확도는 거의 변화가 없다. C4는 이전에 비해 60동가량 감소했고 C5가 그만큼 증가했다. C4의 정확도는 약간 상승하여 F1 점수가 0.9를 초과하였다. C5는 정확도가 대폭 상승하였는데, 정밀도와 재현율을 비교하면 재현율이 더 큰 폭으로 상승하였다. 재현율이 0.87이므로 실제 C5인 건물 중에서 87%를 C5로 분류했다는 것이다. 이렇게 C5의 정확도가 대폭 상승했지만, 여전히 타 유형에 비해 낮은 수준이다.

최종 개선에서 1층 면적 정보를 사용했음에도 불구하고 C5는 여전히 낮은 정확도를 보이는 이유는 먼저 건축면적과 바닥면적의 정의에 있다. 건축법 시행령[13] 119조에는 건축면적과 바닥면적 산정 방법을 정의하고 있다. 여기서는 구조적 형태가 아닌 행정적 또는 상업적 목적에 맞춰 여러 예외 조항을 두고 있다. 따라서 건축 HUB에서 제공하는 건축면적과 1층 면적이 이 연구에서 원하는 값과 정확히 일치하지 않는다. 또 다른 이유는 제공하는 1층 바닥면적의 포맷이 매우 다양하다는 것이다. 건축물대장표제부에서 제공하는 건축면적은 건물당 하나의 값이므로 그대로 사용하는 데 아무런 문제가 없다. 반면 1층 바닥면적은 건물마다 제공하는 포맷이 매우 다양하다. 기본적으로 1층에 주택, 사무실, 창고, 주차장 등 용도를 특정할 수 있을 때 해당 용도와 함께 바닥면적을 제공한다. 그런데 일부는 용도에 계단실, 계단실(연면적 제외), 주차장/계단실/승강기 등을 명기하고 바닥면적을 제공하기도 한다. 이렇게만 1층 면적을 제공할 때는 1층 면적비를 산출하기가 쉽지 않고 어떤 식으로 산출하더라도 C5로 분류하는 조건을 정하는 데 도움이 되지 않았다.

따라서 현재 건축 HUB에서 제공하는 정보로는 정확도를 더 높이는 데 한계가 있으므로, 구조적으로 필로티 유형이라는 것을 명시하는 정보가 필요하다고 생각한다. 물론 필로티 구조로 분류하는 기준도 단일화할 필요가 있다. 아니면, 건물 평면 구획 내면서 1층에 주차장이 있을 때 그 주차장 면적을 반드시 건축물대장에 기록하고 건축물대장표제부에도 제공할 필요가 있다. 포항 지진 피해 사례[15]에서 알 수 있듯이 국내 저층 필로티 구조 건물은 다른 구조 유형보다 지진에 매우 취약하므로 다른 어떤 구조 유형보다 C5 유형의 정확한 분류가 중요하기 때문이다.

4.4 개선된 유형 분류 적용 결과

앞 절에서 제시한 구조 유형 분류 개선은 모집단 12,586동에서 추출한 1,830동의 표본을 대상으로 수행한 것이다. 개선된 분류 규칙을 모집단 전체인 12,586동을 대상으로 적용하여 구조 유형을 분류한 후 기존 구조 유형 분류[5]를 적용한 결과와 비교하였다. 구조유형별 동수와 전체 동수에 대한 비율을 Fig. 9에 각각 나타내었다. 분류 규칙의 변화에 따라 C2와 C5의 동수는 감소하였고 C3와 C4의 동수는 증가하였다. 구조유형 내에서도 내진 성능의 변동성이 크지만 대체로 전단벽만 있는 C3와 전단벽이 함께 있는 모멘트골조인 C4가 조적벽이 함께 있는 모멘트골조인 C2와 필로티를 가진 구조인 C5보다 내진 성능이 더 좋다. 지진 저항에 유리한 C3와 C4 유형이 대폭 증가한 것은 개선된 분류 규칙을 사용하면 해당 지역에서 내진 성능을 확보한 건물 동수가 증가한다는 것을 의미한다.

또한 지진에 가장 취약하다고 알려진 C5 유형이 기존 분류에 비해 1/3 수준으로 감소한 것은 매우 중요한 결과다. 기존 분류는 저층 건물에서 허가 일자가 2002년 9월 이후면 C5로 분류하는 단순한 규칙을 사용했기 때문에 실제보다 더 많은 건물을 C5로 분류했다. 개선된 분류 규칙을 사용하면 여전히 미흡하지만, 기존에 비해 매우 높은 수준의 정확도를 가지고 C5를 분류할 수 있다. 결과적으로 만약 이 지역의 철근콘크리트구조 건물을 대상으로 특정 지진에 대한 취약성 또는 안전성을 평가한다면, 두 분류 규칙 간 결과 차이는 클 것이다.

5. 결 론

2009년 소방방재청의 지진취약도함수에서는 국내 건축물의 구조 유형을 분류하기 위한 규칙을 개발하였다. 이때 매우 단순한 규칙을 사용하였으며, 2021년에 철근콘크리트구조에만 약간 더 복잡한 규칙을 사용한 분류 방법이 제시되었다. 이 연구에서는 해당 규칙을 특정 지역의 철근콘크리트구조 건물에 적용하여 정확도를 분석하였고, 그 결과를 바탕으로 분류 규칙을 개선하여 정확도를 향상하였다.

대상 건물의 모집단은 12,586동이며, 표본 1,830동을 대상으로 분류 규칙을 적용한 후 로드뷰로 확인한 구조 유형과 비교하는 방법을 사용하였다. 개선 작업의 초기에는 기존과 마찬가지로 건축물대장표제부에서 제공하는 정보만을 사용하여 개선하려 하였다. 상당한 수준의 개선은 얻을 수 있었으나, C5 유형은 정확도를 높이는 데 한계가 있었다. 따라서 건축물대장표제부에서는 제공하지 않는 층별 용도 및 면적을 추가로 사용하여 C5 유형 분류에 사용하였다.

개선된 구조 유형 분류 규칙은 기존에 비해 정확도가 크게 향상되었다. C2, C3 및 C4의 F1 점수는 0.9를 초과하였으며, C5는 0.85(기존은 0.44)로 나타났다. 또한 기존에 비해 C2와 C5의 동수는 감소하였고 C3와 C4의 동수는 증가하였다. 전자는 후자보다 상대적으로 지진에 취약한 것으로 알려져 있다. 따라서 이는 개선된 규칙을 사용하면 이전에 비해 특정 지역의 지진 피해 예측 수준이 감소할 수 있음을 의미한다. 결론적으로 개선된 규칙을 사용하면 구조 유형 분류의 정확도를 높임과 동시에 피해가 예상되는 건물 동수의 감소를 기대할 수 있다. 이러한 결과는 지진 피해 대비뿐만 아니라 지진 발생 후 대처와 관련한 행정력의 낭비를 줄이는 데 도움이 될 수 있다.

이와 같은 성과와 기대효과가 있지만, 이 연구는 다음과 같은 한계를 지니고 있다. 이 연구에서 정답으로 사용한 구조 유형은 로드뷰를 통해 저자가 맨 눈으로 확인한 결과다. 저자의 편견이 포함되어 있으므로 정답으로 사용한 구조 유형이 100% 정확하다고 볼 수 없다. 특히 모멘트골조에 철근콘크리트 전단벽의 존재 여부는 로드뷰로 정확히 판단하기 힘들므로 실제 구조 도면 사용한 광범위한 확인이 필요하다. 또한 유사한 구조 유형의 건설 시기 편차가 수도권과 지역, 지역과 지역 사이에 존재하므로, 다른 지역을 대상으로 한다면 분류 규칙에 사용된 허가 일자의 시기가 달라질 수 있다. 마지막으로 C5 유형을 분류하기 위해 사용한 층별 정보는 대용량 자료 서비스로 제공되는 건축물대장표제부에 포함되어 있지 않다. 따라서 개선된 규칙을 전국의 건물에 바로 적용하는 것이 현실적으로 쉽지 않다는 것을 주지한다.