화생방 방호시설의 행동 절차 분석을 통한 진입 소요시간 예측 시뮬레이션 Chemical/Biological/Radiological Protective Facility Entering Time Estimation Simulation with Procedure Analysis원문보기
최근 화생방 공격에 대한 위협이 증가함에 따라 화생방 방호시설의 중요성이 강조되고 있다. 화생방전 발생 시 화생방 방호시설 외부에 있는 작전인원은 화생방 방호시설 내 오염통제구역 및 무해구역에서 제독과정을 거쳐 방호시설 내부로 진입하게 된다. 이 과정에서 부족한 설비 등으로 인해 특정 절차 및 구역에서 병목현상이 발생할 경우 작전인원은 제시간에 방호시설 내로 진입 할 수 없게 되며, 이는 전시 작전 수행의 효율성 저하뿐만 아니라 큰 인명피해로도 이어지게 된다. 현재의 화생방 방호시설 설계기준은 공조시스템 등 특정 설비에 국한되어 있으며, 실제 화생방전 발생 시 실제 진입 소요시간을 고려한 설계기준은 부재한 실정이다. 본 연구에서는 화생방 방호시설 진입 소요시간에 크게 영향을 미치는 요소를 시뮬레이션에 반영하여 화생방 방호시설 진입 소요시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 이를 위해 오염통제구역 및 무해구역에서 이루어지는 행동절차를 세분화하고, 각 행동절차에 소요되는 실제 시간을 측정하여 이를 시뮬레이션에 적용하였다. 또한 진입 소요시간에 영향을 미치는 요인들을 선정하여 이들의 조절을 통해 대안을 작성하고 각 대안별 진입 소요시간 및 전체결과에 미치는 영향을 분석하였다. 이 모델은 향후 화생방 방호시설 진입 시뮬레이터의 모듈로써 활용될 수 있으며 방호시설 설계 및 운용자의 의사결정 기초자료로 활용될 수 있다.
최근 화생방 공격에 대한 위협이 증가함에 따라 화생방 방호시설의 중요성이 강조되고 있다. 화생방전 발생 시 화생방 방호시설 외부에 있는 작전인원은 화생방 방호시설 내 오염통제구역 및 무해구역에서 제독과정을 거쳐 방호시설 내부로 진입하게 된다. 이 과정에서 부족한 설비 등으로 인해 특정 절차 및 구역에서 병목현상이 발생할 경우 작전인원은 제시간에 방호시설 내로 진입 할 수 없게 되며, 이는 전시 작전 수행의 효율성 저하뿐만 아니라 큰 인명피해로도 이어지게 된다. 현재의 화생방 방호시설 설계기준은 공조시스템 등 특정 설비에 국한되어 있으며, 실제 화생방전 발생 시 실제 진입 소요시간을 고려한 설계기준은 부재한 실정이다. 본 연구에서는 화생방 방호시설 진입 소요시간에 크게 영향을 미치는 요소를 시뮬레이션에 반영하여 화생방 방호시설 진입 소요시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 이를 위해 오염통제구역 및 무해구역에서 이루어지는 행동절차를 세분화하고, 각 행동절차에 소요되는 실제 시간을 측정하여 이를 시뮬레이션에 적용하였다. 또한 진입 소요시간에 영향을 미치는 요인들을 선정하여 이들의 조절을 통해 대안을 작성하고 각 대안별 진입 소요시간 및 전체결과에 미치는 영향을 분석하였다. 이 모델은 향후 화생방 방호시설 진입 시뮬레이터의 모듈로써 활용될 수 있으며 방호시설 설계 및 운용자의 의사결정 기초자료로 활용될 수 있다.
As CBR(Chemical, Biological, and Radiological) attack increases, the importance of CBR protective facilities is being emphasized. When CBR warfare emerges, a task force team, who exist outside of CBR protective facility, should enter the CBR protective facility through neutralizing process in CCA(Co...
As CBR(Chemical, Biological, and Radiological) attack increases, the importance of CBR protective facilities is being emphasized. When CBR warfare emerges, a task force team, who exist outside of CBR protective facility, should enter the CBR protective facility through neutralizing process in CCA(Contamination Control Area) and TFA(Toxic Free Area). If a bottleneck occurs in the process or zones, the task force team cannot enter the CBR protective facility efficiently and may cause inefficiency in its operation performance or result in casualties. The current design criteria of the CBR protective facility is only limited to ventilation system and it does not consider how much time it takes to enter the facility. Therefore, this research aims to propose the entering time estimation model with discrete event simulation. To make the simulation model, the procedure performed through CCA and TFA is defined and segmented. The actual time of the procedure are measured and adapted for the simulation model. After running the simulation model, variables effecting the entering time are selected for alternatives with adjustments. This entering time estimation model for CBR protective facility is expected to help take time into consideration during the designing phase of CBR protective facility and help CBR protective facility managers to plan facility operation in a more realistic approach.
As CBR(Chemical, Biological, and Radiological) attack increases, the importance of CBR protective facilities is being emphasized. When CBR warfare emerges, a task force team, who exist outside of CBR protective facility, should enter the CBR protective facility through neutralizing process in CCA(Contamination Control Area) and TFA(Toxic Free Area). If a bottleneck occurs in the process or zones, the task force team cannot enter the CBR protective facility efficiently and may cause inefficiency in its operation performance or result in casualties. The current design criteria of the CBR protective facility is only limited to ventilation system and it does not consider how much time it takes to enter the facility. Therefore, this research aims to propose the entering time estimation model with discrete event simulation. To make the simulation model, the procedure performed through CCA and TFA is defined and segmented. The actual time of the procedure are measured and adapted for the simulation model. After running the simulation model, variables effecting the entering time are selected for alternatives with adjustments. This entering time estimation model for CBR protective facility is expected to help take time into consideration during the designing phase of CBR protective facility and help CBR protective facility managers to plan facility operation in a more realistic approach.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 화생방 방호시설의 전시 작전 효율성을 높일 수 있는 화생방 방호시설 진입 소요시간 예측 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 이를 위해 오염통제구역 및 무해구역에서 이루어지는 행동절차를 세분화하고 각 행동절차에 소요되는 시간을 측정하여 이를 화생방 방호시설 진입 소요시간 예측 시뮬레이션 모델 개발에 활용하였다.
본 연구는 현재 기 시공된 화생방 방호시설의 진입소요시간을 예측하고 예상되는 문제점을 사전에 파악, 이에 따른 대비책을 세울 수 있다는 점에서 의의가 있다. 그러나 장비 및 설비, 개인의 차이 등에서 발생하는 실제 시간의 차이를 반영하지 않고 일괄적인 값을 적용 하였기 때문에 실제 발생할 수 있는 소요시간과의 차이를 반영할 수 없다는 점에서 한계가 있다.
본 연구는 화생방 방호시설 안에서 이루어지는 오염 제독 절차 및 시간을 분석하여 화생방 방호시설의 진입 소요시간을 예측 할 수 있는 시뮬레이션 모델 개발을 목적으로 한다. 이를 통해 화생방 방호시설 진입 과정 중 발생 가능한 병목구역을 사전에 예측하고, 각종 대안에 따른 방호시설 진입 소요시간의 변화를 파악함으로써 설계자 및 관련분야 종사자들의 효율적인 방호시설 설계 및 작전 운용의 기초자료로써 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 화생방전 시 외부에 있는 군 작전 인원의 방호시설 진입과정에서 발생하는 병목현상의 원인을 찾아내고 이에 따른 대안 제시 및 개선 효과 분석을 통해 화생방 방호시설의 작전 효율성을 높일 수 있는 실제적인 개선안을 제시함으로써 기존 연구와의 차별성을 지닌다.
가설 설정
본 연구의 경우 화생방 방호시설로 진입하는 인원은 군인을 대상으로 하기 때문에 인간의 다양한 행태와 의사결정·감정을 배재한 채 충분한 훈련을 통해 해당 정보 및 절차를 명확히 숙지한 상태로 가정한다.
제안 방법
1) 화생방 방호시설 진입 과정에서 발생하는 문제점을 조사하고 시뮬레이션 모델링에 대해 고찰한다.
4) 방호시설 내 행동절차와 시간 영향요소를 반영하여 방호시설 진입 소요시간 예측 시뮬레이션 모델을 개발한다.
5) 모델의 타당성 검증을 위해 현역 군 장병의 실제 화생방 방호시설 진입 소요시간과 비교한다.
특정 변수가 전체 시뮬레이션 결과에 미치는 영향을 살펴보고자, 모든 조건이 동일한 상황에서 해당 변수만을 조정한다. 기존안의 행동절차 지연시간 분석 결과 공기폐쇄실(28-32)과 개인제독(14)에서 가장 오랜 지연시간이 발생하였으므로 이와 관련된 공기폐쇄실 및 샤워기를 주요 변수로 선정하여 각 대안을 작성한다.
따라서, 본 연구에서는 유연성과 통합성이 우수한 AnyLogic(AnyLogic 7, The AnyLogic Company)에서 제공하는 Discrete Event Simulation 모델링 기능을 이용하여 화생방 방호시설 진입 소요시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하며 시뮬레이션 모델 개발에 사용된 AnyLogic의 모델링 요소는 Table 2와 같다.
본 연구는 평면이 정형화 되어있는 군 화생방 방호시설을 대상으로 하였으며, 화생방전 발생 시 출입 및 제독이 이루어지는 오염통제구역 및 무해구역에서의 행동절차 및 소요시간을 측정하여 이를 시뮬레이션 모델 개발에 활용하였다. 본 연구의 진행방법은 다음과 같다.
본 장에서는 앞서 발견한 병목현상을 해결할 수 있는 대안을 제시하고 설계 대안 별 시뮬레이션 결과를 분석하여 시사점을 도출하였다.
행동 절차 세분화 및 소요시간 측정을 위해 방문한 군 화생방 방호시설의 평면과 구조는‘국방 · 군사시설 기준-화생방 방호시설 설계지침’에 기술된 설계기준과 유사하였다. 소요시간은 2명의 장병이 화생방 방호시설 진입 행동절차를 각 2번 실시한 것을 측정하였으며 각 Event에는 최솟값, 최댓값과 평균값을 계산하여 삼각분포(Triangular Distribution)를 적용하였다.
시뮬레이션을 통한 화생방 방호시설 진입 소요시간 예측을 위해 다음의 시뮬레이션 조건을 설정하였다.
오염통제구역의 각 실은 고유 양압 유지를 위해 인원의 실 간 이동을 제외하고는 문이 폐쇄되어 있어야만 한다. 외부의 오염된 인원은 먼저 오염통제구역의 전실로 입장을 하여 화학 오염탐지기를 통해 화생방 작용제 오염정도를 확인한다. 이 후 전투화 덮개, 총기 및 개인 장구류를 제독하고 각 장비를 지정장소에 폐기 및 보관 후 액체오염구역으로 진입한다.
외부의 오염된 인원은 먼저 오염통제구역의 전실로 입장을 하여 화학 오염탐지기를 통해 화생방 작용제 오염정도를 확인한다. 이 후 전투화 덮개, 총기 및 개인 장구류를 제독하고 각 장비를 지정장소에 폐기 및 보관 후 액체오염구역으로 진입한다. 액체오염구역에서는 화생방 보호의를 폐기 후 1차적으로 물 샤워를 통해 피복을 제독하고 기체오염구역으로 이동한다.
따라서 본 연구에서는 화생방 방호시설의 전시 작전 효율성을 높일 수 있는 화생방 방호시설 진입 소요시간 예측 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 이를 위해 오염통제구역 및 무해구역에서 이루어지는 행동절차를 세분화하고 각 행동절차에 소요되는 시간을 측정하여 이를 화생방 방호시설 진입 소요시간 예측 시뮬레이션 모델 개발에 활용하였다. 시뮬레이션 결과 분석을 통해 외부에 위치한 군 작전 인원의 방호시설 진입과정에서 발생하는 병목현상의 원인을 찾아내었고 이에 대한 대안 제시 및 분석을 통해 병목현상을 완화할 수 있는 실제적인 개선안을 제시하였다.
6) 화생방 방호시설 진입과정 중 발생하는 병목현상 및 원인을 분석하여 이에 영향을 미치는 변수들을 찾아낸다. 주요 변수들의 조정을 통해 대안을 작성하고, 이에 따른 진입 소요시간의 변화를 분석하여 시사점을 도출한다.
특정 변수가 전체 시뮬레이션 결과에 미치는 영향을 살펴보고자, 모든 조건이 동일한 상황에서 해당 변수만을 조정한다. 기존안의 행동절차 지연시간 분석 결과 공기폐쇄실(28-32)과 개인제독(14)에서 가장 오랜 지연시간이 발생하였으므로 이와 관련된 공기폐쇄실 및 샤워기를 주요 변수로 선정하여 각 대안을 작성한다.
데이터처리
시뮬레이션 결과의 분석은 시뮬레이션을 100번 반복수행하여 나온 값들의 평균을 바탕으로 하였다. 시뮬레이션 결과 2명의 인원이 37개의 모든 행동절차를 마치는데 걸리는 시간은 682.
성능/효과
2) 방호시설 진입 인원은 신체/정신적으로 개별적 차이가 존재하지 않는다.
결과적으로 20명의 작전 인원이 모두 화생방 방호시설 진입을 완료하는데 걸린 시간은 2619.7초 → 1606.5초로 1013.2초가 감소하여 38.7%의 단축 효과를 보였다.
결과적으로 20명의 작전 인원이 모두 화생방 방호시설 진입을 완료하는데 걸린 시간은 2619.7초 → 1972.7초로 나타나 대안 A와 비교하여 큰 차이가 없었다.
결과적으로 20명의 작전 인원이 모두 화생방 방호시설 진입을 완료하는데 걸린 시간은 2619.7초 → 1975.4초로 644.3초가 감소하여 24.6%의 단축 효과를 보였다.
결과적으로 20명의 작전 인원이 모두 화생방 방호시설 진입을 완료하는데 걸린 시간은 2619.7초 → 2620.2초로 나타나 기존안(Base)과 비교하여 큰 차이가 없었다.
7초로 측정되어 대안 A와 큰 차이가 없음을 나타냈다. 대안 A+B의 분석 결과, 주요 변수로 선정한 샤워기와 공기폐쇄실은 서로 영향을 미치지 않으며 독립적으로 작용하는 것으로 분석된다.
3%의 단축 효과를 보였다. 대안 A의 분석 결과, 공기폐쇄실에서의 지연시간이 화생방 방호시설 진입 총 소요시간에 영향을 크게 미치는 변수로 분석되며 공기폐쇄실의 증설 시현재 발생하는 병목 현상을 완화시켜 단위시간 당 제독 인원수를 증가시킬 수 있을 것으로 사료된다.
1초로 측정되어 큰 차이가 없었다. 대안 B의 분석 결과, 샤워기개인제독에서의 지연시간이 화생방 방호시설 진입 소요시간에 영향을 미치지 않는 변수로 분석된다. 따라서 기존안(Base) 시뮬레이션 결과 지연시간이 각각 1.
4%의 단축 효과를 보였다. 대안 C의 분석 결과, 공기폐쇄실 2개소 증설은 현재 화생방 방호시설 진입 과정 중 발생하는 병목현상을 효과적으로 해결할 것으로 분석된다.
대안별 시뮬레이션 결과 공기폐쇄실의 개소수가 화생방 방호시설 진입 소요시간에 크게 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 이 결과에 따라 공기폐쇄실 1개소 증설시 20명의 작전 인원이 모두 방호시설을 진입 완료하는데 24.
대안 B의 분석 결과, 샤워기개인제독에서의 지연시간이 화생방 방호시설 진입 소요시간에 영향을 미치지 않는 변수로 분석된다. 따라서 기존안(Base) 시뮬레이션 결과 지연시간이 각각 1.66초, 0.26초, 0.07초 발생한 행동절차 3, 9, 23은 그 지연시간 값이 행동절차 14보다 작기 때문에 화생방 방호시설 진입 소요시간에 영향을 미치지 않는 것으로 판단할 수 있다.
시뮬레이션 결과의 분석은 시뮬레이션을 100번 반복수행하여 나온 값들의 평균을 바탕으로 하였다. 시뮬레이션 결과 2명의 인원이 37개의 모든 행동절차를 마치는데 걸리는 시간은 682.7초로 나타났으며 이는 현역 장병을 대상으로 실제 측정한 화생방 방호시설 진입 소요시간인 680초와 유사한 결과를 보였다. 전문가 자문 결과, 화생방전시 방호시설 외부에서 작전을 수행하는 최소 인원은 20명이라고 하였으며 시뮬레이션 결과, 20명의 인원이 모두 화생방 방호시설로 진입하는데 걸리는 총 소요시간은 2619.
이를 위해 오염통제구역 및 무해구역에서 이루어지는 행동절차를 세분화하고 각 행동절차에 소요되는 시간을 측정하여 이를 화생방 방호시설 진입 소요시간 예측 시뮬레이션 모델 개발에 활용하였다. 시뮬레이션 결과 분석을 통해 외부에 위치한 군 작전 인원의 방호시설 진입과정에서 발생하는 병목현상의 원인을 찾아내었고 이에 대한 대안 제시 및 분석을 통해 병목현상을 완화할 수 있는 실제적인 개선안을 제시하였다. 이는 단순히 화생방 방호시설의 중요도와 기존 대피시설의 보강 방안에 머물던 기존의 연구에서 발전하여 실제 화생방 방호시설의 효율성과 기능성을 향상 시킬 수 있는 개선안을 제시하였다는 접에서 차별성을 지닌다.
대안별 시뮬레이션 결과 공기폐쇄실의 개소수가 화생방 방호시설 진입 소요시간에 크게 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 이 결과에 따라 공기폐쇄실 1개소 증설시 20명의 작전 인원이 모두 방호시설을 진입 완료하는데 24.6%, 2개소 증설시 38.7%의 큰 시간 단축효과를 보였다. 따라서 화생방 방호시설 설계 시 오염통제구역 및 공기폐쇄실 각각의 유효 면적을 고려하여 적정수의 공기폐쇄실을 설계한다면 화생방전 발생 시 작전 인원의 방호시설 진입 소요시간을 단축하여 작전 효율성을 높일 수 있을 것으로 사료된다.
7초로 나타났으며 이는 현역 장병을 대상으로 실제 측정한 화생방 방호시설 진입 소요시간인 680초와 유사한 결과를 보였다. 전문가 자문 결과, 화생방전시 방호시설 외부에서 작전을 수행하는 최소 인원은 20명이라고 하였으며 시뮬레이션 결과, 20명의 인원이 모두 화생방 방호시설로 진입하는데 걸리는 총 소요시간은 2619.7초로 나타났다. 이때 각 행동절차에서의 평균 지연시간은 화생방 방호시설 진입 총 소요시간에 영향을 미치며 그 값은 Table 4와 같다.
후속연구
7%의 큰 시간 단축효과를 보였다. 따라서 화생방 방호시설 설계 시 오염통제구역 및 공기폐쇄실 각각의 유효 면적을 고려하여 적정수의 공기폐쇄실을 설계한다면 화생방전 발생 시 작전 인원의 방호시설 진입 소요시간을 단축하여 작전 효율성을 높일 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구는 화생방 방호시설 안에서 이루어지는 오염 제독 절차 및 시간을 분석하여 화생방 방호시설의 진입 소요시간을 예측 할 수 있는 시뮬레이션 모델 개발을 목적으로 한다. 이를 통해 화생방 방호시설 진입 과정 중 발생 가능한 병목구역을 사전에 예측하고, 각종 대안에 따른 방호시설 진입 소요시간의 변화를 파악함으로써 설계자 및 관련분야 종사자들의 효율적인 방호시설 설계 및 작전 운용의 기초자료로써 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구는 군 화생방 방호시설만을 대상으로 수행하였으나, 행동절차 및 측정방법의 조정을 통해 민간 화생방 방호시설에도 적용이 가능하다. 향후 평가모델의 정확도 및 활용성을 향상시키는 추가적인 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재의 화생방 방호시설 설계기준은 무엇에 국한되어 있는가?
이 과정에서 부족한 설비 등으로 인해 특정 절차 및 구역에서 병목현상이 발생할 경우 작전인원은 제시간에 방호시설 내로 진입 할 수 없게 되며, 이는 전시 작전 수행의 효율성 저하뿐만 아니라 큰 인명피해로도 이어지게 된다. 현재의 화생방 방호시설 설계기준은 공조시스템 등 특정 설비에 국한되어 있으며, 실제 화생방전 발생 시 실제 진입 소요시간을 고려한 설계기준은 부재한 실정이다. 본 연구에서는 화생방 방호시설 진입 소요시간에 크게 영향을 미치는 요소를 시뮬레이션에 반영하여 화생방 방호시설 진입 소요시간을 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하였다.
최근 화생방 공격에 대한 방호의 필요성이 강조되고 있는 이유는 무엇인가?
일본의 옴진리교 독가스 테러, 미국의 탄저균 테러부터 가장 최근의 시리아 독가스 살상에 이르기까지 화생방 무기는 적은 양으로도 심각한 피해를 일으킬 수 있기 때문에 화생방 공격에 대한 방호는 매우 중요하다(Jeong 2010). 화생방 방호시설은 화생방전 발생 시 개인 보호 장구를 착용하지 않고도 임무를 수행 할 수 있는 보호공간을 의미하며, 최근 현대전의 양상이 다양해지고 화생방 무기의 공격 위험도가 증가함에 따라 그 필요성이 강조되고 있다(Kim 2011).
화생방 방호시설은 어떠한 공간을 의미하는가?
일본의 옴진리교 독가스 테러, 미국의 탄저균 테러부터 가장 최근의 시리아 독가스 살상에 이르기까지 화생방 무기는 적은 양으로도 심각한 피해를 일으킬 수 있기 때문에 화생방 공격에 대한 방호는 매우 중요하다(Jeong 2010). 화생방 방호시설은 화생방전 발생 시 개인 보호 장구를 착용하지 않고도 임무를 수행 할 수 있는 보호공간을 의미하며, 최근 현대전의 양상이 다양해지고 화생방 무기의 공격 위험도가 증가함에 따라 그 필요성이 강조되고 있다(Kim 2011).
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