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문제 정의
- 본 연구에서 선정하여 계산한 IMO 복원성능 지표 6가지 항목간의 자세한 상관관계 및 변화 추이를 분석하기 위하여, GoM 값의 증가에 따른 다른 항목의 실제 값들을 계산하여 정리하여 보았다. Table 4는 그 계산 결과이다.
- 이러한 현실을 감안하여, 이 연구에서는 선장이나 항해사에게 선박의 복원성능 정도를 종합적으로 간편히 파악할 수 있는 지수를 제공하는 것을 그 목적으로 하여, 선박의 복원성능을 하나의 수치로 표현하는 복원성 지수를 개발하였다. 이를 위하여, IMO 복원성 규정에서 설정된 각종 규정 및 항목을 분석하고, 각 항목간의 상관관계를 분석하여 복원성 지수 산정식을 제안하였다.
제안 방법
- 1) 복원성 관련 IMO 규정에 대한 검토를 수행하였으며, 복원성능지수(SIIMO)의 개발을 위해 IMO 복원성 규정의 6가지 항목을 대상으로 삼았다.
- 2) 17,000ton 급의 컨테이너 선박을 이용, IMO 복원성 규정 항목을 계산하였으며, 총 20cases의 화물 적재 상태에 대한 IMO 복원성 규정 각 항목간의 관계를 비교 분석하였다.
- 3) 복원성 지수개발을 위한 복원성 지수 산정식을 제안하였으며, 이를 통하여 선박의 복원성 상태를 종합적이며 간편히 파악할 수 있는 지수값을 제안하였다.
- )를 계산할 수 있는 복원성 지수 산정식을 제안하였다. 개발될 복원성 지수는 해당 선박의 복원성능이 IMO 복원성 규정 전반적인 항목을 고려할 때 어는 정도의 복원성능을 지니고 있는지 그 정도를 하나의 지수값으로 나타낼 수 있도록 설계하였다. 제안된 복원성 지수는 제안될 산정식에 의해 계산되며, 그 값의 범위는 Table 5와 같이 0.
- 대상 선박의 복원성능 계산하고, IMO 복원성 규정 각 항목간의 관계를 살펴보기 위하여 다양한 화물 적재 상황을 가상하여 설정하였다. 다양한 화물 적재 상황은 완성복원성계산서(Stability booklet) 상에 명시된 표준적하상태를 화물적재 상황을 우선 고려하였다.
- 다양한 화물 적재 상황은 완성복원성계산서(Stability booklet) 상에 명시된 표준적하상태를 화물적재 상황을 우선 고려하였다. 또한 선박의 배수량이 100 %인 상황에서 화물의 위치를 수직 이동함으로써 적재상황에 변화를 주어 다양한 화물 적재 상황을 산정하였다. 산정된 화물적재상황의 시나리오 개수는 총 20가지이며, 이때 GoM값의 범위는 0.
- 0 이상이 IMO 규정을 만족한다고 평가할 수 있다. 또한 안전 Margin율 20 % 감안하여 안전한 복원성 지수를 1.2로 산정하였다. 또한 2.
- 복원성 지수(SIIMO)를 계산할 수 있는 복원성 지수 산정식을 제안하였다. 개발될 복원성 지수는 해당 선박의 복원성능이 IMO 복원성 규정 전반적인 항목을 고려할 때 어는 정도의 복원성능을 지니고 있는지 그 정도를 하나의 지수값으로 나타낼 수 있도록 설계하였다.
- 제안된 복원성 지수 산정식을 이용하여 복원성 지수값을 계산하고, 그 결과 값이 선박의 복원성을 적절하게 설명하는지 검증하였다. 본 연구의 대상 모델 선박에 대하여 Table4와 같은 총 20가지 화물 적재 상태에 대한 복원성 지수값을 계산하여 그 유효성을 살펴보았다.
- 이 장에서는 복원성 지수개발용 지수 산정식 제안을 위하여 모델 선박을 대상으로 다양한 화물적재상태를 구현하고 각 상황별 복원성능을 계산하였다. 이를 통하여 각 복원성 규정 항목별 상관 관계를 살펴보고, 복원성 지수 산정식 제안을 위한 기초 자료로 활용하였다.
- 이와 관련하여 다른 IMO 복원성 규정 항목의 값들도 각 항목별로 다른 증가 추세를 잘 보여주고 있다. 이러한 결과를 보다 자세히 분석하기 위하여, 6가지 IMO 복원성 평가 항목의 각 지수값과 종합 복원성 지수값을 동시에 도식하여 각각의 추이를 비교 분석하였다. 그 결과는 Fig.
- 이러한 현실을 감안하여, 이 연구에서는 선장이나 항해사에게 선박의 복원성능 정도를 종합적으로 간편히 파악할 수 있는 지수를 제공하는 것을 그 목적으로 하여, 선박의 복원성능을 하나의 수치로 표현하는 복원성 지수를 개발하였다. 이를 위하여, IMO 복원성 규정에서 설정된 각종 규정 및 항목을 분석하고, 각 항목간의 상관관계를 분석하여 복원성 지수 산정식을 제안하였다. 제안된 산정식을 이용하여 대상 선박 모델의 다양한 적재상태에 따른 복원성 지수값을 계산하였다.
- 이 장에서는 복원성 지수개발용 지수 산정식 제안을 위하여 모델 선박을 대상으로 다양한 화물적재상태를 구현하고 각 상황별 복원성능을 계산하였다. 이를 통하여 각 복원성 규정 항목별 상관 관계를 살펴보고, 복원성 지수 산정식 제안을 위한 기초 자료로 활용하였다.
- 제안된 복원성 지수 산정식을 이용하여 복원성 지수값을 계산하고, 그 결과 값이 선박의 복원성을 적절하게 설명하는지 검증하였다. 본 연구의 대상 모델 선박에 대하여 Table4와 같은 총 20가지 화물 적재 상태에 대한 복원성 지수값을 계산하여 그 유효성을 살펴보았다.
- 이를 위하여, IMO 복원성 규정에서 설정된 각종 규정 및 항목을 분석하고, 각 항목간의 상관관계를 분석하여 복원성 지수 산정식을 제안하였다. 제안된 산정식을 이용하여 대상 선박 모델의 다양한 적재상태에 따른 복원성 지수값을 계산하였다. 제안된 복원성 지수값의 유효성을 검증하기 위해 선박의 복원성능 계산결과와 복원성 지수값을 비교·검토한 결과 개발된 복원성 지수값이 종합적인 선박의 복원성능 정도를 적절하게 표현하고 있음을 확인하였다.
- 이 장에서는 평가항목의 분석결과를 토대로 복원성능 지수 제안을 위한 산정식을 개발하였다. 제안된 지수 산정식을 대상 선박에 적용하여 복원성 지수를 도출하고 그 값이 선박의 종합적인 복원성능 상황을 잘 나타내고 있는지 검증하였다.
- 총 20가지 선박 적하 상태에 대하여, 6가지 IMO 복원성능 기준 항목(Table 1)에 대한 계산이 이루어 졌으며, 계산에 사용된 각 항목의 수식은 2008 IS CODE 및 국내 선박복원성 기준에 규정된 각 항목의 계산식을 채용하였다.
대상 데이터
- 대상선박은 17,000 ton 급의 컨테이너 선박이며, Table 2는 선박의 주요제원을, Fig. 1은 선박의 화물적재 상태 화면을 나타내고 있다.
- 이 CODE는 주로 길이가 24미터 이상인 선박 및 기타 해상운송수단을 대상으로 하고 있다. 본 연구에서 제안한 복원성 지수 개발 산정식에 고려할 항목으로 기본적인 IMO 복원성 규정의 GoM 및 복원성 곡선(GZ Curve)과 관련된 면적값을 우선 대상으로 선정하였다. 이 값들은 선박의 복원성능을 평가할 때 기초적으로 사용되는 항목이며, 그 내용은 아래의 Table 1과 같이 각 항목 의미와 IMO 규정 기준값을 표시하였다.
성능/효과
- 4) 제안된 복원성 지수 산정식을 모델 선박에 적용, 총 20case 적재 상황에 대한 복원성 평가를 수행하였고, 복원성 지수값을 통하여 각 IMO 복원성 평가 항목의 규정 만족도 여부 및 평상시 선박의 복원성 대비하여 복원성의 우수성 여부를 간편히 파악 할 수 있음을 검증하였다.
- Fig. 6에서 나타난 것과 같이, 종합 복원성 지수는 GoM이증가함에 따라 IMO 복원성 규정 항목 전체가 Criteria 값을 충족하는 종합 복원성 지수값 1.0 지점까지 서서히 증가하다가, 그 이후 증가율이 다소 높아지며 평상시 만재 출항 상태인 복원성 지수값 2.0 지점까지 증가율이 다소 확대되고 있음을 알 수 있다. 이와 관련하여 다른 IMO 복원성 규정 항목의 값들도 각 항목별로 다른 증가 추세를 잘 보여주고 있다.
- Table 6에서 나타낸 바와 같이, GoM 값이 0.06 m에서 최대 1.91 m까지 서서히 증가함에 따라, GoM 값이 가장 이른 시점에서 IMO 규정(GoM=0.15 m)을 만족하고 있으며, 복원성평가 항목 전체가 IMO 규정을 모두 만족하는 시점은 GoM이1.08 m로 증가하고 있는 경우로 나타냈다.
- 0을 잘 나타내고 있다. 그리고 GoM 값이 더 증가하여 복원성이 양호한 표준적하상태의 Full loading condition 조건까지 선박 상황이 변화하자 복원성 지수값은 2.0을 표시하고 있어, 복원성 지수값이 복원성 지수 제안식에서 설계한 의미를 잘 반영하여 계산되고 있음을 보여주고 있다.
- Table 4는 그 계산 결과이다. 도표에서 보는 바와 같이 총 20가지 선박 화물적재 상황별로 계산되었으며, GoM은 0.06 m~1.91 m의 값 범위로 분포하고 있다.
- 3은 30°에서의 복원정과 최대복원정에서 발생하는 횡경사각을 나타낸 그래프이다. 두 그래프 모두 GoM이 증가함에 따라 각 항목의 계산결과도 증가하는 경향을 보이고 있다. 그러나 그 증가변화율은 각기 항목별로 차이가 있음을 알 수 있다.
- 하지만, 그림에서 보는 바와 같이 선박의 복원성능을 평가하는데 사용되는 IMO 복원성 규정 항목들은 GoM 증가에 따라 그 증가폭이 각기 다르기 때문에 GoM 만을 복원성 평가 기준으로 삼는 것은 바람직하지 않음을 알 수 있다. 또한 GoM이 IMO 기준값을 만족하더라도 다른 항목은 각자의 기준값에 미달할 수 있으며, IMO 규정 항목들이 모두 기준값을 초과하더라도 복원성능의 그 정도는 GoM 뿐 아니라 전체 IMO 규정 항목을 종합적으로 평가하여 판단하는 것이 바람직하다고 평가 할 수 있다.
- 또한 모든 항목이 IMO 규정을 만족한 후 GoM 값이 1.49 m 도달 한 시점에 복원성 지수값이 2.0인 값을 도출하고 있어,표준적하상태의 Full loading condition 조건의 상황임을 잘 보여주고 있다. 또한 모든 항목이 IMO 규정을 만족한 후 GoM값이 서서히 증가하여, 표준적하상태의 Full loading condition 조건의 상황에 이르자, 복원성 지수값이 2.
- 제안된 복원성 지수값의 유효성을 검증하기 위해 선박의 복원성능 계산결과와 복원성 지수값을 비교·검토한 결과 개발된 복원성 지수값이 종합적인 선박의 복원성능 정도를 적절하게 표현하고 있음을 확인하였다.
- 다만, 그 항목별 증가 추이는 모두 다양하게 보이고 있는 것을 알 수 있다. 종합 복원성 지수값이 1.0 이 되어 모든 IMO 복원성 평가 항목이 규정을 만족하는 시점에서 전 항목의 복원성 지수가 1.0으로 수렴되고 있음을 보여주고, 그 이후 GoM 값이 증가하여 점점 복원성이 점점 더 개선되자, 각 항목의 지수값도 종합 복원성 지수 값의 증가와 비슷하게 증가되다가, 종합 복원성 지수값이 2.0에 접근하자 각 복원성 평가 항목의 지수값이 다소 증가변화가 각 항목별로 다양해 짐을 보여주고 있다. 종합 복원성 지수값이 선박의 다양한 화물 적재 상황에 따라 복원성 변화를 잘 반영하고 있음을 알 수 있다.
- 0에 접근하자 각 복원성 평가 항목의 지수값이 다소 증가변화가 각 항목별로 다양해 짐을 보여주고 있다. 종합 복원성 지수값이 선박의 다양한 화물 적재 상황에 따라 복원성 변화를 잘 반영하고 있음을 알 수 있다.
- 즉 복원력이 가장 열악한 상황인 복원성 지수값 0.046에서 출발하여 복원성이 서서히 증가하며 결국 전 항목이 IMO 규정을 만족한 시점인 GoM=1.08 m 상황에 이르자, 복원성 지수값은 1.0을 잘 나타내고 있다. 그리고 GoM 값이 더 증가하여 복원성이 양호한 표준적하상태의 Full loading condition 조건까지 선박 상황이 변화하자 복원성 지수값은 2.
- 즉 평가 항목별로 IMO규정을 만족하는 시점이 각기 다르게 발생하는 것을 확인 할 수 있다. 이러한 점은 항해사들이 복원성 평가를 할 때 GoM에만 의지하는 것이 얼마나 위험한 것인가를 간접적으로 보여주고 있다.
후속연구
- 본 연구는 복원성 지수 개발을 위한 기초 연구로서 시도되었기 때문에 그 대상 선박을 컨테이너 선종에 한정시켜 실시되었다. 따라서 보다 발전된 복원성 지수 개발을 위하여서는 다양한 선종 및 다양한 환경을 고려하지 못한 한계점이 있다. 이러한 문제는 향후 추가 연구에 고려해야 할 것으로 판단된다.
- 따라서 보다 발전된 복원성 지수 개발을 위하여서는 다양한 선종 및 다양한 환경을 고려하지 못한 한계점이 있다. 이러한 문제는 향후 추가 연구에 고려해야 할 것으로 판단된다.
- 본 연구를 통하여 복원성능을 하나의 값으로 표현할 수 있었다. 이를 통하여 항해사에게 선박의 복원성능을 좀 더 직관적이고 종합적으로 판단할 수 있는 도구를 제공할수 있다고 판단되며, 선박에 탑승하는 사람에게 선박의 상태를 쉽게 안내해주는 정보 제공의 측면에서 유용하게 사용할 수 있을 것으로 보인다. 향후 다양한 선종에 대한 복원성을 검토하고 배수량, 화물적재 등 다양한 상황을 고려하여 관련 연구를 보완하고자 한다.
- 현재 선박의 실무에서는 화물용 Loading Program 등을 이용하여 도표 4와 같이 고려할 복원성 IMO 항목을 구분하고, 모든 항목이 IMO 규정값을 초과 만족할 경우에 복원성능 안전으로 판단하고 있으며, 한 항목이라도 규정치에 미달하면 복원성능 미달로 판정하고 있다. 하지만 도표에서 보는 바와 같이, 복원성이 미달하는 경우도 과연 규정대비 몇 % 미달하고 있는지, 복원성이 만족되는 경우도 규정대비 어는 정도 우수하게 만족하고 있는지를 제공하는 지수적 성격의 수치화된 복원성 지수가 제공된다면 선장 및 항해사에게 많은 도움을 줄 것으로 생각된다.
- 이를 통하여 항해사에게 선박의 복원성능을 좀 더 직관적이고 종합적으로 판단할 수 있는 도구를 제공할수 있다고 판단되며, 선박에 탑승하는 사람에게 선박의 상태를 쉽게 안내해주는 정보 제공의 측면에서 유용하게 사용할 수 있을 것으로 보인다. 향후 다양한 선종에 대한 복원성을 검토하고 배수량, 화물적재 등 다양한 상황을 고려하여 관련 연구를 보완하고자 한다.
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