선상안전교육 시 선내 연기충진 여부에 따른 실습생의 피난이동특성 비교 A Comparison of the Trainees' Evacuation Characteristics according to the Indoor Smoke-fullfill during the Safety Training on Ship원문보기
본 연구는 선박에서 발생할 수 있는 화재연기의 위험성을 인식시키고 비상대응능력을 향상시키기 위해 선내에 안전교육을 위한 환경을 구축하고 시나리오를 개발 운영하면서 획득한 실습생의 상황별 이동특성을 측정분석한 것으로, 그 결과를 정리하면 다음과 같다. 연기가 없는 조건에서는 익숙한 이동경로에 장애가 발생한 경우와 그렇지 않은 경우의 각 피난이동 상대속도 사이에 차이가 없지만, 실내에 연기가 충진되어 가시도가 매우 낮은 조건에서는 시야불량에 따른 이동능력 저하로 인해 그렇지 않은 경우에 비해 평균상당속도가 62.5 % 감속되었다. 시나리오에 관계없이 단순이동경로에 비해 복잡이동경로의 평균 상당속도가 빠르고 표준편차도 작게 나타났다. 연기가 충진된 경우에 대한 단순 데이터 평가에서는 전체이동경로와 복잡이동경로의 상대속도 확률분포가 매우 유사하였지만, 전체이동경로의 상대속도에 대한 복잡이동경로의 상대속도비율의 개인간 변동폭은 매우 컸다. 한편, 상당속도는 가시거리의 로그함수로 표현할 수 있었다. 또한 실습생의 긴장감이 증가하면서 모든 경로에서 상대속도가 빨라졌다.
본 연구는 선박에서 발생할 수 있는 화재연기의 위험성을 인식시키고 비상대응능력을 향상시키기 위해 선내에 안전교육을 위한 환경을 구축하고 시나리오를 개발 운영하면서 획득한 실습생의 상황별 이동특성을 측정분석한 것으로, 그 결과를 정리하면 다음과 같다. 연기가 없는 조건에서는 익숙한 이동경로에 장애가 발생한 경우와 그렇지 않은 경우의 각 피난이동 상대속도 사이에 차이가 없지만, 실내에 연기가 충진되어 가시도가 매우 낮은 조건에서는 시야불량에 따른 이동능력 저하로 인해 그렇지 않은 경우에 비해 평균상당속도가 62.5 % 감속되었다. 시나리오에 관계없이 단순이동경로에 비해 복잡이동경로의 평균 상당속도가 빠르고 표준편차도 작게 나타났다. 연기가 충진된 경우에 대한 단순 데이터 평가에서는 전체이동경로와 복잡이동경로의 상대속도 확률분포가 매우 유사하였지만, 전체이동경로의 상대속도에 대한 복잡이동경로의 상대속도비율의 개인간 변동폭은 매우 컸다. 한편, 상당속도는 가시거리의 로그함수로 표현할 수 있었다. 또한 실습생의 긴장감이 증가하면서 모든 경로에서 상대속도가 빨라졌다.
To make students recognize the danger of fire smoke that may occur in ships and to improve the response capability, spaces for safety educ ation were built inside the training ship, and scenarios were developed. This study is an analysis of the movement characteristics of the students acquire d unde...
To make students recognize the danger of fire smoke that may occur in ships and to improve the response capability, spaces for safety educ ation were built inside the training ship, and scenarios were developed. This study is an analysis of the movement characteristics of the students acquire d under each scenario. Followings are the summary of the analysis results. In the non-smoke environments, there was no difference in the velocity of escape movement between the case of without block on the familiar route and the case of with unexpected block. However, when the indoor was filled with smoke, the visibility became very low because of the smoke density and the average velocity was 62.5 % slower than the case where it was not. Regardless of the scenarios, the average equivalent velocity on the complex path was faster than the simple straight path, and the standard deviation was smaller. Under the smoke-fullfilled environment, although the relative velocity probability distributions of the complex passage and the entire passag e are very similar, the inter-individual fluctuation of the relative velocity ratio of the complex passage to that of the entire passage was very large. On the other hand, equivalent velocity could be expressed by the logarithmic function of the visibility. Also, as the tension of the students increased, the equivalent velocities were accelerated on all scenarios.
To make students recognize the danger of fire smoke that may occur in ships and to improve the response capability, spaces for safety educ ation were built inside the training ship, and scenarios were developed. This study is an analysis of the movement characteristics of the students acquire d under each scenario. Followings are the summary of the analysis results. In the non-smoke environments, there was no difference in the velocity of escape movement between the case of without block on the familiar route and the case of with unexpected block. However, when the indoor was filled with smoke, the visibility became very low because of the smoke density and the average velocity was 62.5 % slower than the case where it was not. Regardless of the scenarios, the average equivalent velocity on the complex path was faster than the simple straight path, and the standard deviation was smaller. Under the smoke-fullfilled environment, although the relative velocity probability distributions of the complex passage and the entire passag e are very similar, the inter-individual fluctuation of the relative velocity ratio of the complex passage to that of the entire passage was very large. On the other hand, equivalent velocity could be expressed by the logarithmic function of the visibility. Also, as the tension of the students increased, the equivalent velocities were accelerated on all scenarios.
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문제 정의
이를 위해 해사대학 재학생이 해기사로 승선하기 위해서는 국제협약(STCW 1978/2010 부속서 제 Ⅵ조)과 국내법(선원법 제116조, 동법시행령 제 43조 및 동법 시행규칙 제 57조)에 따라 선원의 훈련, 자격증 명과 관련된 해상안전교육을 필수로 이수해야만 한다. 이 교육은 선박에서의 소화, 조난 시 비상 탈출 및 해상 생존 방법, 각종 선박 사고 발생 시 응급처지 요령 등을 반복적으로 실습함으로써, 본인의 안전은 물론 전문사관으로서의 책임감과 안전 리더의 역량을 키우는 것을 목적으로 한다.
이 연구는 화재연기의 위험성을 인식시키고 그에 대한 대응능력 향상을 목적으로 수행된 해양안전훈련과정에서 취득한 실습생의 상황별 이동특성을 측정분석한 것이다. 화재 연기의 위험성을 실습생에게 효과적으로 전달하기 위한 교육환경을 실습선 내부에 구축하고 교육시나리오를 개발하여 운영하였다.
제안 방법
2대의 연기발생기를 사용했음에도 불구하고 출발, 도착 시의 문의 개방, 실습생의 이동, 시간경과 등에 의해 연기농도를 일정하게 유지하는 것은 현실적으로 어려운 일이다. 그러나 연기농도는 가시도에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 개인별로 녹화된 영상물 상의 구간별 가시거리와 이동 정보를 하나하나 목측 기록하여 실습생의 이동특성을 분석하였다. 연기충진조건에서 수행된 SN3의 기록영상을 분석한 결과, 유효한 데이터 취득 및 분석이 가능한 것은 9월 6일에 12명, 9월 7일에 22명 등 총34명분의 영상물이었다.
선상안전교육 중 실습생에게 화재연기의 위험성을 분명히 인식시키고 또한 안전한 피난이동이라는 교육목표를 달성하기 위해, 국내 운항실습선을 연구대상으로 선내 공간에 단순이동경로(복도)와 복잡이동경로(교육목적에 맞게 설계된 미로 공간)를 구축하고, 이 공간에서 연기충진 여부에 따른 실습생의 피난이동교육을 실시하였다. 이 연구는 좁은 관점에서는 향후 교육자료로 활용되고, 넓은 관점에서는 선상재난대용용 인명안전설계를 위한 기초설계자료로 활용되기를 기대하며, 교육훈련과정 중 취득한 실습생의 상황별 이동특성을 측정분석한 것이다.
이 교육은 화재연기의 위험성을 인식시키기 위해 시나리오에 따라 개인별로 P01을 출발하여 동일한 거리에 있는 Exit(CE) 혹은 Exit(LE)에 도착하는 시간을 비교하였다. 이에 개인별로 취득된 데이터 중, ASET(안전피난허용시간, Available Safe Egress Time) 개념을 고려하여, Exit(CE 혹은 LE)에 도착한 모든 실습생의 구간별 이동시간을 분석 대상으로 하였다.
대상 데이터
단지, 선박 내부의 다양한 구역 중 거주구역으로 교육공간을 한정하였다. 이는 거주구역이 일반적으로 재실자의 왕래가 가장 많고, 내부구조가 복도와 선실로 단순하며, 구조상 교육목적의 연기충전이 용이하기 때문이다.
본 교육은 정규교과내용으로 포함시킬지 여부의 타당성을 검증하기 위한 프로토타입 성격의 교육이었기 때문에 실습생의 자발적인 참여신청을 받았고 지원자 중 원활한 교육을 위해 총 60명의 학생만을 선발하였다. 동일한 교육이 2017년 9월 6일과 7일에 진행되었으며, 하루에 30명씩 참가하였다.
이 교육은 해기사 전문인력양성을 목적으로 2005년 12월에 건조된 한국해양대학교 실습선 한바다호에서 수행되었다. 승선정원 246명인 실습선 한바다호는 최하부인 Second deck에서 시작하여, Main deck, Upper deck, Shelter deck, Boat deck 그리고 최상부인 Navigation & Bridge deck에 이르는 총 6개 deck로 구성되었다. 한바다호의 외관은 Fig.
그러나 연기농도는 가시도에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 개인별로 녹화된 영상물 상의 구간별 가시거리와 이동 정보를 하나하나 목측 기록하여 실습생의 이동특성을 분석하였다. 연기충진조건에서 수행된 SN3의 기록영상을 분석한 결과, 유효한 데이터 취득 및 분석이 가능한 것은 9월 6일에 12명, 9월 7일에 22명 등 총34명분의 영상물이었다. 또한 그중 Table 6에 정리한 것과 같이 이동경로 전반의 목측가시거 리가 1 m 이내인 경우가 21명, 다른 구간의 목측가시거리는 1 m 이내이지만 P01-P02 구간에서의 목측가시거리만 4 m 이상인 경우가 6명, 이동경로 전반의 가시거리가 2~4 m인 경우가 7명으로 관측되었다.
이 연구에서는 기본적으로 SN3 시나리오에서 목측가시거리 1 m 이내였던 21명 각각이 이전에 수행했던 SN1과 SN2의데이터를 선별 정리하여 분석하였다. 또한 이동경로 중 직선인 단순이동경로(P01 P02)와 곡선과 분기점이 있는 복잡 이동경로(P02 Exit)가 연결되어있기 때문에 이 연구에서는 상당속도(Equivalent velocity, ve)를 다음 식(1)과 같이 정의하고 이를 활용해 취득 데이터를 비교분석하였다.
데이터처리
이 교육은 화재연기의 위험성을 인식시키기 위해 시나리오에 따라 개인별로 P01을 출발하여 동일한 거리에 있는 Exit(CE) 혹은 Exit(LE)에 도착하는 시간을 비교하였다. 이에 개인별로 취득된 데이터 중, ASET(안전피난허용시간, Available Safe Egress Time) 개념을 고려하여, Exit(CE 혹은 LE)에 도착한 모든 실습생의 구간별 이동시간을 분석 대상으로 하였다. 3개의 시나리오를 수행하면서 연인원180명 중 96.
성능/효과
1) 연기가 충진된 시나리오 SN3에서 출발점에서 도착점까지의 이동경로 전반의 목측가시거리가 1 m로 관측된 21명이 참여한 모든 시나리오별 데이터를 분석한 결과, 연기가 없을 경우에는 익숙한 이동경로에 장애가 발생한 경우와 그렇지 않은 경우에 차이가 발생하지 않지만, 실내에 연기가 충진된 경우에는 이동능력 저하로 인해 그렇지 않은 경우에 비해 평균상당속도가 62.5 % 감속되었다.
2) 시나리오에 관계없이 단순이동경로에 비해 복잡이동경로의 평균 상당속도가 빠르고 표준편차도 작게 나타났으며, 전체이동경로의 상대속도 확률분포는 복잡이동경로와 매우 유사하였다.
3) 전체이동경로의 상대속도에 대한 복잡이동경로의 상대속도비율이 연기가 충진되지 않은 경우는 평균 0.75~0.77 정도이고 개인간 변동폭이 작지만, 연기가 충진된 경우에는 평균값은 0.97로 커지고 개인간 변동폭도 매우 크게 나타났다.
5) 실습생이 교육에 참여하는 긴장감의 증가에 따라 모든 경로에서 상대속도가 빨라져, 전체이동경로에서의 평균상대 속도가 34.2 % 향상되었다.
(2009)은개인별로 가시도를 100 %, 27 %, 8 %로 조절할 수 있는 착용장비를 이용하여 선박에서의 각 이동 속도와 시간을 실험하였고 이를 화재해석시뮬레이션에 의한 안전피난허용시간 (ASET, Available Safe Egress Time)과 비교하여 생존율을 평가 하였다. 실험결과에 따르면, 가시율이 낮아질수록 통로에 대한 판단능력이 저하되어 생존율은 낮아지고, 더욱이 익숙한 피난동선이라 하여도 통로차단과 같이 예상할 수 없는 환경 에서는 쉽게 방향감각을 상실하게 되므로 피실험자의 생존율은 더욱 낮아졌다. Hwang et al.
후속연구
선상안전교육 중 실습생에게 화재연기의 위험성을 분명히 인식시키고 또한 안전한 피난이동이라는 교육목표를 달성하기 위해, 국내 운항실습선을 연구대상으로 선내 공간에 단순이동경로(복도)와 복잡이동경로(교육목적에 맞게 설계된 미로 공간)를 구축하고, 이 공간에서 연기충진 여부에 따른 실습생의 피난이동교육을 실시하였다. 이 연구는 좁은 관점에서는 향후 교육자료로 활용되고, 넓은 관점에서는 선상재난대용용 인명안전설계를 위한 기초설계자료로 활용되기를 기대하며, 교육훈련과정 중 취득한 실습생의 상황별 이동특성을 측정분석한 것이다.
본 논문은 실습생의 가상 화재연기 유무에 따른 선내환경에서의 운동 능력을 수치적으로 분석한 것이지만, 본 교육 중에는 본 건과 별개로 개인별 사고능력을 분석하기 위해 피난경로 선택과 진행과정 등에 대해서도 관찰, 기록하였다. 향후 이에 대한 추가적인 연구를 통해 피난이동 시 행동능력과 사고능력 상호간의 영향력을 비교분석하고 또한 선박재난 시 인명피해최소화를 위한 인명안전설계용 데이터베이스를 구축하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
화재 연기에 의한 인명피해의 원인에는 어떤 것들이 있는가?
화재 연기에 의한 인명피해는 독성과 연기농도에 의해 발생한다. 독성은 인명피해의 직접적 원인이며, 연기농도는 가시거리 불량에 따른 이동속도 저하로 이어지면서 인명피해가 발생하는 간접적 원인이다.
인간의 피난특성에 영향을 미치는 주요소는 무엇인가?
화재에 대한 피난이동 시 이동속도, 이동경로결정 등 인간의 피난특성에 영향을 미치는 주요 요소는 화재연기농도에 의해 제한 받는 실내 가시도(可視度, Visibility), 즉 사람이 현재위치에서 인식 가능한 물체까지의 거리이다. 선박의 경우 컴퓨터 시뮬레이션만으로 해석이 가능한 화재 및 연기 확산특성에 관한 연구는 일부 수행되었지만, 실험환경구축 등의 어려움으로 인해 선박에서의 화재 혹은 연기 환경에서 사람의 피난 및 이동특성과 관련된 연구 사례는 매우 부족하다.
선박의 화재와 폭발사고로 인한 인명피해가 큰 이유는 무엇인가?
2015년 국내에서 발생한 선박의 화재와 폭발사고는 2011년 대비 16건 증가하여 100건에 달했고, 이로 인한 인명피해는 5년간 158명에 달하며 이는 충돌 642명, 전복 412명 다음으로 높은 것으로 조사되었다(KMST, 2016; NFA, 2016). 이와 같이 선박화재로 인한 인명피해가 큰 이유 중의 하나는 선박은 육상건물에 비해 일반적으로 선내 이동통로의 높이가 낮고 매우 길고 복잡한 복도 구조를 갖고 있기 때문에 이를 통해 화재 연기가 매우 빠르게 확산되며, 또한 상대적으로 좁은 통로로 인해 다수가 동시에 빠른 시간에 이동하기 어렵기 때문이다.
참고문헌 (9)
Cho, K. H., H. K. Lee, J. U. Lee and M. S. Gam(2007), Training ship HANBADA, Korea Maritime University, pp. 15-25.
Hwang, K. I., D. K. Shin, Y. J. Kim, J. H. Youn, S. I. Lee and W. H. Hong(2009), A Case Study on the Passengers' Evacuation Times according to the Fire Smoke Density On a Ship, Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 33, No. 2, pp. 369-376.
Hwang, K. I., I. S. Cho and Y. S. Lee(2016), A Study on Walking Characteristics of Novices at Onboard Environments under Blackout Conditions in a Training Ship, Journal of the Kore Society of Marine Environment & Safety, Vol. 22, No. 1, pp. 74-81.
Hwang, K. I. and Y. S. Lee(2014), A Comparative Study on Evacuation Behavior Characteristics of Trainees according to Experience Level on board a Training Ship, Journal of Navigation and Port Research. Vol. 38, No. 3, pp. 233-238.
KATS(2011), 2011 Size Korea - Final Report, Korean Agency for Technology and Standards, 2011.12.15.
Kim, W. O.(2016), A Study on Evacuation Time According to Seafarer Visibility, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 22, No. 6, pp. 600-606.
KMST(2016), Korea Maritime Safety Tribunal, Statistics for the marine accidents (in Korean), https://data.kmst.go.kr/kmst/ /statistics/annualReport/selectAnnualReportList.do#a.
NFA(2016), National Fire Agency, Statistics for the fire occurrence (in Korean), http://kosis.kr/statHtml/statHtml.do?org Id156&tblIdDT_15601N_007.
SFPE(2005), Handbook of Fire Protection Engineering, 3rd, pp. (2-42)-(2-46).
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