근래 해적에 의한 선박 피랍이 전 세계적으로 큰 문제가 되고 있다. 우리나라의 초대형 유조선 "삼호드림호"가 소말리아 해적에 의해 피랍되어 몸값으로 엄청난 액수를 지불하고 풀려났다. 그리고 2011년 1월 20일 "삼호쥬얼리호"의 경우 해군은 창군 이래 처음으로 공해상에서 해적과 교전하여 선원 21명 모두를 구출하는 쾌거를 이루어냈다. 또한, "한진텐진호"의 경우, 전 선원이 선원대피처로 신속하게 대피하여 모두 안전하게 해군에 의해 구출되었다. 이와 같이 우리나라 선박들이 해적에 의해 피랍되는 경우가 늘어나면서 해적의 위험으로부터 벗어날 수 있는 다양한 방법이 연구되고 있다. 정부는 2011년 1월 선박설비기준을 일부 개정하여 선원대피처를 지정된 위험해역을 항해하는 모든 선박에 설치하도록 강제화하였다. 따라서 이 연구에서는 선박 피랍의 위험상황 발생시 장시간 대피 거주해야 하는 선원대피처의 적정 규모를 선원들의 피난 안전성에 기초한 이론적인 산출과 FDS를 이용한 화재시뮬레이션을 통해 설정하고자 한다.
근래 해적에 의한 선박 피랍이 전 세계적으로 큰 문제가 되고 있다. 우리나라의 초대형 유조선 "삼호드림호"가 소말리아 해적에 의해 피랍되어 몸값으로 엄청난 액수를 지불하고 풀려났다. 그리고 2011년 1월 20일 "삼호쥬얼리호"의 경우 해군은 창군 이래 처음으로 공해상에서 해적과 교전하여 선원 21명 모두를 구출하는 쾌거를 이루어냈다. 또한, "한진텐진호"의 경우, 전 선원이 선원대피처로 신속하게 대피하여 모두 안전하게 해군에 의해 구출되었다. 이와 같이 우리나라 선박들이 해적에 의해 피랍되는 경우가 늘어나면서 해적의 위험으로부터 벗어날 수 있는 다양한 방법이 연구되고 있다. 정부는 2011년 1월 선박설비기준을 일부 개정하여 선원대피처를 지정된 위험해역을 항해하는 모든 선박에 설치하도록 강제화하였다. 따라서 이 연구에서는 선박 피랍의 위험상황 발생시 장시간 대피 거주해야 하는 선원대피처의 적정 규모를 선원들의 피난 안전성에 기초한 이론적인 산출과 FDS를 이용한 화재시뮬레이션을 통해 설정하고자 한다.
Recently, vessel hijacking by pirates has been a big issue around the world. For example, the hostages of VLCC "SAMHO Dream" were released for a large sum of ransom. On January 20, 2011 "SAMHO Jewelry" succeeded releasing all of the 21 crews on the vessel by attacking the pirates in international wa...
Recently, vessel hijacking by pirates has been a big issue around the world. For example, the hostages of VLCC "SAMHO Dream" were released for a large sum of ransom. On January 20, 2011 "SAMHO Jewelry" succeeded releasing all of the 21 crews on the vessel by attacking the pirates in international waters for the first time since the founding of the Naval Force. Furthermore, the "HANJIN Tianjin" crews evacuated to the Citadel promptly and were rescued by the navy. As hijacking of Korean vessels by pirates is increasing, various safety measures must be implemented. As a matter of fact, the standard for ship's facilities has been partially revised and setting up an evacuation shelter on all vessels sailing dangerous zone has been reinforced. This research aims to discuss crew Citadel installation on vessels intended for long haul. In addition, it will look at measures against potential gas flow in the event of pirate armed attacks and fire outbreak onboard a vessel. It will also assess the optimal number of crew Citadels theoretically. Lastly, the optimal number of shelters in the event of fire outbreak will be discussed based on an FDS simulation.
Recently, vessel hijacking by pirates has been a big issue around the world. For example, the hostages of VLCC "SAMHO Dream" were released for a large sum of ransom. On January 20, 2011 "SAMHO Jewelry" succeeded releasing all of the 21 crews on the vessel by attacking the pirates in international waters for the first time since the founding of the Naval Force. Furthermore, the "HANJIN Tianjin" crews evacuated to the Citadel promptly and were rescued by the navy. As hijacking of Korean vessels by pirates is increasing, various safety measures must be implemented. As a matter of fact, the standard for ship's facilities has been partially revised and setting up an evacuation shelter on all vessels sailing dangerous zone has been reinforced. This research aims to discuss crew Citadel installation on vessels intended for long haul. In addition, it will look at measures against potential gas flow in the event of pirate armed attacks and fire outbreak onboard a vessel. It will also assess the optimal number of crew Citadels theoretically. Lastly, the optimal number of shelters in the event of fire outbreak will be discussed based on an FDS simulation.
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문제 정의
따라서 이 연구는 선원이 장시간 대피·거주해야 하는 특성상 선원대피처의 적정규모를 선원들의 피난안전성에 기초한 이론식과 FDS(Fire Dynamics Simulator, 이하 FDS)를 이용한 화재시뮬레이션에 의해 검토한 것이다.
물론, 소형선박의 경우 적절한 공간을 만들기 어려울 것으로 판단되지만 가능하다면 안전을 고려한 적정규모의 선원대피처 설치가 필요할 것으로 판단된다. 이 연구에서는 미국과 일본의 규정을 통하여 선원대피처의 적정규모에 대해 검토하였다. 검토 결과 바닥면적은 125m2 이상이어야 할 것으로 나타났다.
FDS를 이용하여 시뮬레이션을 실시하기 위해서는 화재공간의 재질, 화재의 크기, 유입공기의 속도 및 화재장소 등과 같은 다양한 조건과 변수가 필요하다. 이 연구에서는 한국선급에서 지정한 일인당 0.85m2 와 이론적으로 검토된 적정면적인 125m2 (바닥면적)에 대하여 동일한 화재규모로 시뮬레이션을 실시하고 결과를 분석하고자 한다. 단, 높이는 거주구역의 경우 선박설비기준에 의하면 2.
이 장에서는 장시간 거주가 필요한 선원대피처의 적정규모를 산정하기 위하여 육상 건축물의 규정을 참조하여 이미 설정된 선원대피처의 규모와 비교하고자 한다.
가설 설정
8 m 로 하였다. 그리고 공기조절장치는 작동이 불가하여 작동이 중지된 것으로 가정한다.
85m2 와 이론적으로 검토된 적정면적인 125m2 (바닥면적)에 대하여 동일한 화재규모로 시뮬레이션을 실시하고 결과를 분석하고자 한다. 단, 높이는 거주구역의 경우 선박설비기준에 의하면 2.03m로 규정하고 있어 이 연구에서는 2.03m로 하며 추가적으로 거주구역이 아닌 특수한 곳을 선원대피처로 설치할 경우를 가정하여 3m, 4m, 5m로 구분하고 화재의 강도도 다양하게 지정하여 시뮬레이션한다. 이 시뮬레이션을 위한 물리적 조건은 아래와 같다.
제안 방법
검토 결과 바닥면적은 125m2 이상이어야 할 것으로 나타났다. 그리고 선원대피처의 높이는 화재시 선원의 안전과 긴밀한 관련이 있으므로 화재 발생을 고려한 시뮬레이션을 실시하여 분석하였다. 그 결과 안전 피난완료시간을 고려하면 3m이상인 경우에는 안전한 것으로 판단된다.
그리고 이 시뮬레이션에서는 대피한계 온도 및 가시거리를 파악한다. 대피공간의 온도는 60 °C를 초과하지 않아야 하며 가시거리로서는 출입문, 벽, 계단 등 스스로 발광하지 않는 반 사체는 약 6 m에서 식별 가능한 조건을 만족하도록 규정하고 있다(이와 유, 2003).
하지만 선박의 경우는 롤링과 피칭에 의한 보행속도 감소가 예상된다. 네덜란드의 TNO Human Factors는 BriteEuram 프로젝트인 MEPdesign (Mustering and Evacuation : Scientific Basis for Design)는 프로그램의 일환으로 18세에서 83세의 성인 150명을 대상으로 통로 및 계단의 경사와 동요에 의한 보행속도를 검토하였다. 이때 종동요 및 횡동요 모두에서 동요주기 증가에 따라 약 15%정도 감소됨을 알 수 있었다(김, 2004).
FDS를 사용하여 시뮬레이션을 하기 위해서는 DXF 파일로 화재구역을 제작해야하므로 AutoCAD를 이용하여 DXF 파일로 변환한 후 3차원 파일로 제작한다. 변환된 파일을 DXF2FDS 프로그램을 이용하여 FDS에서 원하는 파일로 변환한다. FDS를 이용하여 시뮬레이션을 실시하기 위해서는 화재공간의 재질, 화재의 크기, 유입공기의 속도 및 화재장소 등과 같은 다양한 조건과 변수가 필요하다.
이론적으로 산정된 적정규모의 선원대피처를 AutoCAD를 이용하여 제작한다. FDS를 사용하여 시뮬레이션을 하기 위해서는 DXF 파일로 화재구역을 제작해야하므로 AutoCAD를 이용하여 DXF 파일로 변환한 후 3차원 파일로 제작한다.
그리고 질식의 위험에 도달하는 산소농도는 10%로 지정하였다. 일반적으로 움직임이 거의 없는 상태의 성인의 1회 호흡량인 500ml이며 분당 10회 호흡을 하므로 이를 이용하여 검토하였으며 선원대피처에 선원은 선박마다 승선원수가 다르지만 대형선의 일반적인 인원인 20명으로 정하였다.
따라서 이 연구는 선원이 장시간 대피·거주해야 하는 특성상 선원대피처의 적정규모를 선원들의 피난안전성에 기초한 이론식과 FDS(Fire Dynamics Simulator, 이하 FDS)를 이용한 화재시뮬레이션에 의해 검토한 것이다. 즉, 이론적으로 산정된 선원대피처의 적정규모에 대하여 3차원 공간에서의 복잡하고 세분화된 해석이 가능한 NIST(National Institute of Standards and Technology)의 Field Model방식인 FDS를 이용하여 화재시뮬레이션을 실시하고 선원대피처의 적정규모를 파악하고자 한다.
대상 데이터
근래에 우리나라 선박들의 해적에 의한 피랍사태가 증가하고 있다. 과거에는 상대적으로 피랍하기 쉬운 소형상선 및 원양어선이 대상이었다. 그러나 “삼호드림호” 및 “한진텐진호” 피랍사건에서 보는 바와 같이 초대형 유조선 및 20kts이상 고속으로 운항하는 초대형 컨테이너선도 그 대상이 되고 있어 위험해역을 운항하는 모든 선박들에게 위험요소가 되고 있다.
이 시뮬레이션을 위한 물리적 조건은 아래와 같다. 화재 시 온도 및 가시거리 측정지점은 기준점에서 X축 및 Y 축으로 2 m 그리고 Z축은 일반적인 사람의 호흡위치인 1.8 m 로 하였다. 그리고 공기조절장치는 작동이 불가하여 작동이 중지된 것으로 가정한다.
이론/모형
그리고 추가로 미국의 SFPE(Society of Fire Protection Engineers)의 Harold E. "Bud" Nelson과 Frederick W. Mowrer의 비상시 이동 연구의 피난계산방법에 의하여 예측 하였다.
대피공간의 온도는 60 °C를 초과하지 않아야 하며 가시거리로서는 출입문, 벽, 계단 등 스스로 발광하지 않는 반 사체는 약 6 m에서 식별 가능한 조건을 만족하도록 규정하고 있다(이와 유, 2003). 온도 측정방법은 FPA방법을 사용하며 식(3)과 같다(한국원자력기술원, 2008).
성능/효과
3.3절에서 검토된 이론적 피난 허용시간인 22.4초를 만족하여야하는데 한국선급에서 규정한 일인당 0.85m2 바닥면적으로 선원대피처가 설치될 경우 안전 온도 및 가시거리 분석 결과 외부로부터의 연기유입 혹은 내부의 100kW이하의 소규모 화재를 가정한다면 높이가 4m 이상인 경우에 만족하는 것으로 검토되었다. 그리고 이 연구에서 제안한 바닥면적이 125m2 인 경우 피난안전 온도 및 가시거리 분석한 결과는 Table 5.
16)이상이어야 한다. 결과적으로 미국과 일본 규정을 통한 선원대피처의 적정규모는 최소 125m2이상을 만족해야 하는 것으로 판단된다.
3초로 예상된다. 결과적으로 바닥면적 125m2이상의 선원대피처는 선원의 피난안전을 제고할 수 있는 것으로 나타났다.
이 연구 결과를 적용하면 실제 피난시간은 일본 계산식은 10.9초, 미국의 SFPE에 의하면 12.3초로 예상된다. 결과적으로 바닥면적 125m2이상의 선원대피처는 선원의 피난안전을 제고할 수 있는 것으로 나타났다.
외부로부터의 연기유입 혹은 내부화재시 선원의 안전에 선원대피처의 높이가 아주 중요한 역할을 한다. 이 연구에서는 다양한 화재강도로 화재시뮬레이션을 실시한 결과 높이가 4m이상이여야 안전 피난완료시간을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 갑작스러운 해적의 침입으로 인해 모든 선원들이 선원대피처에 신속하게 피난하지 못한 경우 일부 선원이 인질로 잡힐 수 있으며 이때 해군의 구출작전은 쉽지 않을 것이다.
85m2의 규모로 선원대피처가 설치되었을 경우 피난안전 온도 및 가시거리 분석한 결과는 Table 3과 4와 같다. 즉, 화재강도가 10kW에서는 분석한 모든 높이의 공간이 가능한 것으로 나타났으나 100kW에서는 3m이하에서는 안전 피난완료시간을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 특히, 1MW시는 모든 조건에서 안전 피난완료시간을 만족하지 못하는 것으로 검토되었다.
과 같다. 즉, 화재강도가 큰 1MW시 2.03m이하 에서만 안전 피난 완료시간을 만족하지 못하는 것으로 분석되었다. 즉, 높이가 선원대피처의 높이가 3m이상인 경우에는 비교적 화재강도가 큰 경우에도 안전 피난완료시간을 만족하여 선원의 인명안전에 상당한 도움이 되는 것으로 판단된다.
후속연구
그리고 추가적으로 검토하여야 할 부분은 선원대피처가 외부로부터의 연기유입 공격 등에 대비하기 위해서는 거의 밀폐 되어야 한다. 그러면 선원대피처내 산소부족으로 인한 질식의 위험이 발생하게 된다.
선원대피처는 인명안전 관점에서 접근해야한다. 향후 연구에서는 페인트 창고를 제외하고는 화물선에 설치되어 있지 않은 스프링클러의 설치, 복수의 선원대피처 설치 및 선원피난처의 최적장소 설정 등이 선원들의 인명안전에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다.
참고문헌 (11)
국토해양부(2011), 선박설비기준 일부개정안 제2편 제3장
국가법령정보센터(2011), 건축물의 피난？방화구조 등의 기준에 관한 규칙, http:/www.law.go.kr
김홍태(2004), 선박의 경사 및 동요효과가 탈출승객의 이동성에 미치는 영향, 대한산업공학회, Vol. 17, No. 1, pp. 22-23.
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