세월호 침몰시의 힐링각변화 조건에서 승객의 정상적인 탈출시나리오에 관한 시뮬레이션 분석 Simulation Analysis on Passengers' Normal Evacuation Scenarios Considering the Changes of Heeling Angle during MV Sewol's Sinking원문보기
본 연구는 세월호 침몰 상황 시의 실제 힐링각 변화를 환경조건으로 하고 476명의 승선자에게 정상적인 탈출명령이 전달되었을 경우를 가정한 승객 탈출시나리오를 선박용 인적피난시뮬레이션을 활용하여 예측, 분석하였다. 연구 결과, 평지에서의 평균보행속도가 각각 1.48 m/s, 2.04 m/s인 경우 힐링각 $0^{\circ}$인 시나리오와 힐링각 $30^{\circ}$인 시나리오에서 탈출 소요시간은 다르지만 모든 승객이 매우 높은 확률로 탈출에 성공할 것으로 예측되었다. 또한 세월호 사고의 힐링각 변화를 반영한 시나리오의 시뮬레이션에서는 평지 평균보행능력을 2.04 m/s로 설정한 경우 Nav. deck(5층)의 우현 슈트로만 퇴선하는 시나리오(Sc-Va)에서는 평균 3.1 %, 우현의 모든 갑판으로 퇴선하는 시나리오(Sc-Vb), 우현의 모든 갑판과 선미로 향하는 통로를 이용해 퇴선하는 시나리오(Sc-Vc)에서는 각각 11.1 %, 20.0 %이 탈출에 성공하지만, 평지 보행속도를 1.48 m/s로 설정할 경우 각각의 시나리오에 대해 0.8 %, 3.8 %, 10.7 %만이 탈출에 성공할 것으로 예측되었다.
본 연구는 세월호 침몰 상황 시의 실제 힐링각 변화를 환경조건으로 하고 476명의 승선자에게 정상적인 탈출명령이 전달되었을 경우를 가정한 승객 탈출시나리오를 선박용 인적피난시뮬레이션을 활용하여 예측, 분석하였다. 연구 결과, 평지에서의 평균보행속도가 각각 1.48 m/s, 2.04 m/s인 경우 힐링각 $0^{\circ}$인 시나리오와 힐링각 $30^{\circ}$인 시나리오에서 탈출 소요시간은 다르지만 모든 승객이 매우 높은 확률로 탈출에 성공할 것으로 예측되었다. 또한 세월호 사고의 힐링각 변화를 반영한 시나리오의 시뮬레이션에서는 평지 평균보행능력을 2.04 m/s로 설정한 경우 Nav. deck(5층)의 우현 슈트로만 퇴선하는 시나리오(Sc-Va)에서는 평균 3.1 %, 우현의 모든 갑판으로 퇴선하는 시나리오(Sc-Vb), 우현의 모든 갑판과 선미로 향하는 통로를 이용해 퇴선하는 시나리오(Sc-Vc)에서는 각각 11.1 %, 20.0 %이 탈출에 성공하지만, 평지 보행속도를 1.48 m/s로 설정할 경우 각각의 시나리오에 대해 0.8 %, 3.8 %, 10.7 %만이 탈출에 성공할 것으로 예측되었다.
Under the conditions of invested actual changes of heeling angles during MV Sewol's sinking, this study proposes passengers' evacuation scenarios, which are based on the assumption of normal orders of evacuation being given to the passengers, and evaluates using a marine-specialized human evacuation...
Under the conditions of invested actual changes of heeling angles during MV Sewol's sinking, this study proposes passengers' evacuation scenarios, which are based on the assumption of normal orders of evacuation being given to the passengers, and evaluates using a marine-specialized human evacuation simulation tool. As results, when the heeling angle is set as 0 degree or 30 degree, it is found out that almost every passengers can success to evacuate to the musterstations, even though the evacuation times are different depending on the scenarios and the walking speeds. Meanwhile, when the heeling angle is varied as the Sewol incident, 3.1 %(Scenario Sc-Va which set chutes on port side as evacuation routes), 11.1 %(Sc-Vb, every open decks of port side as evacuation routes) and 20.0 %(Sc-Vc, every open decks of port and AFT sides as evacuation routes) among 476 passengers can successfully reach to the musterstations from their cabins with the condition of average walking speed as 2.04 m/s on flat. And only 0.8 %(Sc-Va), 3.8 %(Sc-Vb) and 10.7 %(Sc-Vc) can success to evacuate with the condition of average walking speed as 1.48 m/s on flat.
Under the conditions of invested actual changes of heeling angles during MV Sewol's sinking, this study proposes passengers' evacuation scenarios, which are based on the assumption of normal orders of evacuation being given to the passengers, and evaluates using a marine-specialized human evacuation simulation tool. As results, when the heeling angle is set as 0 degree or 30 degree, it is found out that almost every passengers can success to evacuate to the musterstations, even though the evacuation times are different depending on the scenarios and the walking speeds. Meanwhile, when the heeling angle is varied as the Sewol incident, 3.1 %(Scenario Sc-Va which set chutes on port side as evacuation routes), 11.1 %(Sc-Vb, every open decks of port side as evacuation routes) and 20.0 %(Sc-Vc, every open decks of port and AFT sides as evacuation routes) among 476 passengers can successfully reach to the musterstations from their cabins with the condition of average walking speed as 2.04 m/s on flat. And only 0.8 %(Sc-Va), 3.8 %(Sc-Vb) and 10.7 %(Sc-Vc) can success to evacuate with the condition of average walking speed as 1.48 m/s on flat.
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문제 정의
이 연구에서는 변화하는 재난환경에서 정상적으로 탈출에 성공한 승객수를 예측하여 탈출가능성을 예측하였다. 일반적으로 전체탈출자수(Etot)는 정상적이고 상식적이며 보통 사람이라도 매우 높은 확률로 재현가능한 방법으로 탈출하는 정상조건 탈출자수(Enor)와 모험적이고 도전적이지만 다른 재난환경에서는 재현 가능성을 확신할 수 없는 방법으로 탈출하는 극한조건 탈출자수(Eabn)의 합이며 다음 식(1)로 표현할 수 있다.
탈출시나리오 설정에 가장 중요한 것은 여객선 승객의 안전한 탈출을 유도해야하는 승무원의 의식을 추측하는 것이다. 이 연구에서는 탈출시나리오 설정을 위해 세월호 사고 1심 판결문(GDC, 2014)에 기록된 Table 2의 사실에 주목하였다.
그러나 여객선 재난상황에서 승객에 대한 승무원의 안전한 탈출유도 및 관리 임무는 매우 중요하기 때문에, 승무원이 정상적인 탈출유도 활동을 수행했을 경우의 피해규모를 예측하는 기술은 사회적으로 반드시 확보해야만 할 기술이다. 이에 이 연구에서는 세월호 침몰 상황의 실제 힐링각 (Heeling angle) 변화를 환경조건에서 승객에게 정상적인 탈출명령이 전달되었고 승무원들은 정상적인 탈출 유도를 하였을 경우에 대한 시나리오를 가정하여 승객의 탈출가능성을 예측, 분석하였다. 이 연구의 성과는 향후 선박 승선자들의 탈출시나리오와 대응방안 수립을 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.
이와 같이 힐링각 35° 이상에서도 탈출은 가능하지만 전술한 바와 같이 이러한 탈출은 재현성이 매우 낮은 특별한 탈출이기 때문에 이 연구에서는 힐링각이 35°에 도달하는 시간까지 이루어지는 탈출에 대해서만 평가하고자 한다.
가설 설정
② 구명벌 투하시간 Tlau 설정 : 구명벌 투하는 적절한 훈련을 받은 승무원의 고유 업무로써, 이 연구에서는 해당 업무에 배정된 승무원이 재난을 인식하자마자 부여된 위치의 슈트, 사다리를 펼치고 구명벌을 바다에 투하 및 팽창가능하도록 임무를 완수한다고 설정하였다. 단지, 이 행동은 탈출자의 탈출행동과 별도로 진행될 수 있는 항목이기 때문에 이 연구에서는 이를 위한 추가적인 시간을 고려하지 않았다.
이상의 사실과 추측으로부터 정상적인 탈출시나리오 설정을 위한 조건을 다음과 가정하였다.
제안 방법
8은 가상 탈출처(musterstation)를 보여준다. Evi 프로그램의 특성상 재난현장과 연결된 탈출처가 반드시 표시되어 만하기 때문에 시나리오에 맞도록 몇군데 가상의 탈출처를설정하였다. Table 4의 시나리오 중 슈트를 타고 해상으로 탈출하는 시나리오(Sc-Na, Sc-Fa, Sc-Va)에 적용 탈출처는 Nav.
힐링각은 비교를 위해 사고전 수평각도(0°), 선장과 1급 항해사가 고정상태로 인식한 각도(30°), 그리고 세월호 침몰시의 실제 힐링각 변화를 반영하여 상호 비교 가능하도록 하였고, 탈출경로는 우현 Nav. deck(5층) 슈트만을 사용하여 탈출 방법, 우현의 모든 개방 갑판을 이용하여 탈출하는 방법, 우현 모든 개방 갑판과 선미 통로를 이용하는 탈출하는 방법에 대해 각각모사하였다.
그리고 우현 갑판과 선미 통로를 이용하는 탈출 시나리오(Sc-Nc, Sc-Fc, Sc-Vc)에 대해서는 Nav. deck(5층)의 Virtual musterstation N-1, A deck(4층)의 Virtual musterstation A-1과 A-2, B deck(3층)의 Virtual musterstation B-1과 B-2를 탈출처로 설정하였다.
① 승객의 초기반응시간 Tres 설정 : 세월호가 짧은 시간에 갑자기 30도 이상 기울어진 상황이기 때문에 승선자들은 위기의식을 갖게 되었기에 즉각적인 탈출이 가능하지만, 구명복착용 등의 시간을 고려하여 Tres를 120초(표준편차 90초)로 설정하였다.
그러나 극한 조건에서의 탈출자수(Eabn)를 이론적이고 기술적으로 예측하는 것은 경험에 근거한 일반적이지 않은 많은 가정을 전제로 하며 또한 결과에 대한 보편성을 확인할수 없기 때문에 이 연구에서는 정상적이고 상식적으로 설정 가능한 시나리오의 탈출자수(Enor) 예측만을 수행하였다.
이 논문의 일부는 “여객선 힐링각 변화에 따른 승객의 피난 가능성 예측 비교”(2014 추계학술발표회 논문집 해양환경 안전학회, 2014.11.27.-28, pp. 312-313), “선박 승선자의 안전성 향상을 위한 성능기반 피난안전설계 평가의 필요성 제안”(2014공동학술대회 (사)한국항해항만학회 논문집, 2014.06.12.-14, pp.312-313)이라는 제목으로 발표된 논문을 수정보완한 내용을 포함하고 있다.
이 연구는 세월호 침몰사고에 관한 승객의 탈출가능성을 시뮬레이션 툴을 활용하여 분석한 것이다. 이를 위해 세월호의 규모, 평면와 같은 세월호의 기본데이터와 승선자수, 사고 초기 이후부터의 힐링각변화 등 세월호 침몰과 관련된 여러 가지 실제 데이터를 활용하였다.
1절에서 정한 탈출자의 보행속도와 힐링각의 관계를 Table 4에 정리한 시나리오에 대입하여 세월호 사고 시 힐링각 변화 상황에 대한 탈출가능성을 예측하였다. 이 연구에 적용된 보행속도가 평균에 대한 표준편차를 갖고 있고 시뮬 레이션 툴이 확률론에 근거하고 있기 때문에 모든 시나리오에 대해 시뮬레이션을 10회씩 반복 수행하였다.
이에 이 연구에서는 긴급한 위기 상황임을 인식하여 소집과정 없이 승무원에 의해 바다에 투하된 구명벌로 퇴선하는 경로를 탈출경로로 설정하였고, 탈출자의 보행속도는 힐링각이 0°인 경우의 평면 보행속도 2.02㎧, 상향계단 보행속도 0.89㎧, 하향계단 보행속도 1.04㎧, 표준편차 0.15㎧, 평면 보행속도 1.48㎧, 상향계단 보행속도 0.72㎧, 하향계단 보행속도 0.76㎧, 표준편차 0.36㎧의 두 가지로 설정하였다.
여객선 재난상황에서 승객에 대한 승무원의 안전한 탈출 유도 및 관리 임무는 매우 중요하기 때문에, 승무원이 정상적인 탈출유도 활동을 수행했을 경우의 피해규모를 예측하는 기술은 사회적으로 반드시 확보해야만 할 기술이다. 이에 이 연구에서는 세월호 침몰 상황의 실제 힐링각(Heeling angle) 변화를 환경조건에서 승객에게 정상적인 탈출명령이 전달되었고 승무원들은 정상적인 탈출 유도를 하였을 경우에 대한 6가지 시나리오를 설정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다.
대상 데이터
세월호는 증개축 이후 2013년 3월 15일 첫 항해 이후 사고시점까지 인천⇔제주 항로의 화물여객선으로 운항하였다.
이 연구는 세월호 침몰사고에 관한 승객의 탈출가능성을 시뮬레이션 툴을 활용하여 분석한 것이다. 이를 위해 세월호의 규모, 평면와 같은 세월호의 기본데이터와 승선자수, 사고 초기 이후부터의 힐링각변화 등 세월호 침몰과 관련된 여러 가지 실제 데이터를 활용하였다.
이론/모형
또한 선박에서의 안전한 인적탈출을 해석하기 위해서는 선박의 6자유도 운동특성을 반영한 전문 프로그램을 활용해야만 한다. 이에 본 연구에서는 IMO MSC.1/Circ.1238(2007)가 제시하고 있는 탈출시간예측 시뮬레이션 방법과 조건을 만족하며, 동 지침의 개선을 목적으로 수행된 EU FP7 프로젝트에서도 검증 도구의 하나로 활용된 Evi를 사용하였다(Rina, 2012 ; SafetyatSea, 2009).
성능/효과
2.2절에 전술한 바와 같이 세월호 침몰시의 힐링각 변화는 8시 50분에 30° 정도에서 10시 9분에 74°로 기울어졌는데, 이는 79분 동안 분당 0.56°의 각속도로 총 44° 기울어진 것이다.
셋째, 그러나 시뮬레이션 결과에서 세월호의 힐링각 변화에 의해 승선자의 보행속도가 0㎧ 이 되어 정상적인 보행이 불가능해지는 551초 시점에서 대부분의 승객이 복도, 중앙 홀 등 개방된 공간에 위치하고 있었다. 제한된 시간 내에 가상의 탈출처까지 도착하지는 못했으나, 개방공간에 존재하는 탈출자의 숫자는 이 연구의 범위에서 거론하지 않은 비정상적인 탈출가능성과 연관된 것으로, 세월호 사고에서는 더 열악한 환경에서 172명이 탈출하여 구조된 사실로부터, 이 연구에서 설정한 정상적인 퇴선명령이 승객들에게 전달되었다면 더 많은 승객이 탈출에 성공할 수 있었을 것으로 예상된다.
첫째, 평지에서의 평균보행속도가 각각 1.48㎧ , 2.04㎧인 경우 힐링각 0°인 시나리오와 힐링각 30°인 시나리오에서 탈출 소요시간은 다르지만 모든 승객이 매우 높은 확률로 탈출에 성공할 것으로 예측되었다.
후속연구
또한 선박에서의 안전한 인적탈출을 해석하기 위해서는 선박의 6자유도 운동특성을 반영한 전문 프로그램을 활용해야만 한다. 이에 본 연구에서는 IMO MSC.
이에 이 연구에서는 세월호 침몰 상황의 실제 힐링각 (Heeling angle) 변화를 환경조건에서 승객에게 정상적인 탈출명령이 전달되었고 승무원들은 정상적인 탈출 유도를 하였을 경우에 대한 시나리오를 가정하여 승객의 탈출가능성을 예측, 분석하였다. 이 연구의 성과는 향후 선박 승선자들의 탈출시나리오와 대응방안 수립을 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.
전술한 바와 같이 이상적이고 정상적인 탈출시나리오에 대해서만 수행된 이 연구는 세월호 사고 조사과정에서 공개된 힐링각 변화와 그에 따라 변하는 피난자의 보행속도에만 초점을 맞추었을 뿐, 탈출의 장애요소로 작용할 수 있는 침수, 구조물과 내장재의 변형과 파괴, 선내에 비치된 각종 기자재의 위치 이동 등 사고 당시 세월호 선내 상황에 대한 환경조건은 아직까지 조사분석과정에 있기 때문에 이 연구의 시뮬레이션에는 반영하지 못한 기술적 한계를 안고 있다. 이는 향후 추가적인 연구를 통해 해결하고자 한다.
셋째, 그러나 시뮬레이션 결과에서 세월호의 힐링각 변화에 의해 승선자의 보행속도가 0㎧ 이 되어 정상적인 보행이 불가능해지는 551초 시점에서 대부분의 승객이 복도, 중앙 홀 등 개방된 공간에 위치하고 있었다. 제한된 시간 내에 가상의 탈출처까지 도착하지는 못했으나, 개방공간에 존재하는 탈출자의 숫자는 이 연구의 범위에서 거론하지 않은 비정상적인 탈출가능성과 연관된 것으로, 세월호 사고에서는 더 열악한 환경에서 172명이 탈출하여 구조된 사실로부터, 이 연구에서 설정한 정상적인 퇴선명령이 승객들에게 전달되었다면 더 많은 승객이 탈출에 성공할 수 있었을 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
세월호 사고가 벌어진 날짜는?
2014년 4월 16일 인천에서 476명이 승선하여 제주로 향하던 세월호가 전라남도 진도 해역에서 침몰하는 사고가 발생했다. 이 사고로 295명이 사망하고 9명이 실종되는 인명피해가 발생하였다.
세월호 사고 피해자 수는?
2014년 4월 16일 인천에서 476명이 승선하여 제주로 향하던 세월호가 전라남도 진도 해역에서 침몰하는 사고가 발생했다. 이 사고로 295명이 사망하고 9명이 실종되는 인명피해가 발생하였다. 선박 침몰의 직접적인 원인에 대해서는 과적, 고박불량, 평형수 부족, 급격한 변침, 불충분한 복원력등 하드웨어적인 문제가 지적되었으며, 많은 인명피해가 발생한 것은 승객에 대한 승무원들의 탈출 유도와 관리가 적절하지 못했었기 때문으로 분석되었다(GDC, 2014).
세월호 선박 침몰의 원인은 무엇인가?
이 사고로 295명이 사망하고 9명이 실종되는 인명피해가 발생하였다. 선박 침몰의 직접적인 원인에 대해서는 과적, 고박불량, 평형수 부족, 급격한 변침, 불충분한 복원력등 하드웨어적인 문제가 지적되었으며, 많은 인명피해가 발생한 것은 승객에 대한 승무원들의 탈출 유도와 관리가 적절하지 못했었기 때문으로 분석되었다(GDC, 2014).
참고문헌 (12)
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