† 책임저자 : 현대로템(주) 기술연구소 주임연구원, 비회원 E-mail : [email protected]
* 현대로템(주) 기술연구소 선임연구원 ** 현대로템(주) 기술연구소 책임연구원
철도차량 비상상황과 안전을 위한 관련 설비
Related Facilities for the Safety from a State of Emergency
정동석† 송영정* 우이완**
Dongsuk Jung Young-Jeong Song Yi-Wan Woo
ABSTRACT
There can be several states of emergency when the train is in operation. In this paper we consider passengers how to escape from emergency states and what facilities they can use by each situation.
In general, passengers can escape from a train by manual door openning, emergency ramp and breaking window. Now, we consider which facility is proper to each scenario.
1. 서론 철도사고는 다수의 승객과 연계된 이유로 사고가 발생하게 되면 대규모 인원의 사상이 불가피하고 사 회,경제적 그리고 국민 정서에 끼치는 영향이 클 수밖에 없다. 그 대표적인 예로 2003년 2월 대구 지하철 참사를 꼽을 수 있는데, 대구 지하철 참사가 가져온 끔찍 한 결과는 여러 가지 복합적 문제점에 의해 야기 되었으며 대표적인 요인으로 불연성과 난연성능이 미 약한 차량내장재의 연소에서 발생되는 유독가스와 연기를 효과적으로 제어하거나 연소 자체를 진압시킬 수 있는 장비의 부재, 비상상황에 적절한 대응을 할 수 있는 훈련이 되어있지 못한 기관사 그리고 위기 상황을 즉각적으로 대처할 준비가 되어있지 못했던 사령실 등을 들 수 있다. 그 중에서도 인사사고가 크게 발생된 이유는 언론에 공개된 사고 직후의 사진에서도 알 수 있듯이 연 기가 발생되는 상황에서도 승객들이 탈출하지 못하고 그대로 객실 내에 머무른 상황이었다.물론 기관 사의 잘못된 상황 파악과 조치 미흡1)이 있었지만,승객들이 사고 상황을 인지하고 능동적으로 차량의 비상 탈출 장비를 이용하여 차량 밖으로 탈출했다면 끔찍했던 피해를 줄일 수 있었을 것이라 조심스럽 게 예상하여 볼 수 있다. 대구 지하철 참사 이후 불거진 도시철도 전동차량 및 안전시설상의 문제점이 각 기관들에 의해 진단 및 분석되었고,도시철도 차량에 대하여 “도시철도차량 안전기준에 관한 규칙”이 제정됨에 따라 화재 및 비상 상황을 대비한 기준이 강화되었다. 기본적으로 화재사고에 대비해 철도차량 내장 설비에 대한 화재성능 세부기준이 강화됨에 따라 주요 실내 내장설비에 대하여 불연재 또는 화재성능 항목2)을 만족하는 난연재를 사용하게 됐으며,화재안전 에 대한 위험도 분석을 통하여 화재발생 시나리오부터 감지 및 경보체계,진압체계 및 비상탈출 지원 설비의 설치와 승객이 용이하게 식별할 수 있는 축광을 이용한 명판설치까지 강조되고 있다. 1)화재가 발생한 차량의 후속으로 도착한 차량에 불이 옮겨 붙었으나,기관사는 승객 출입문을 개방하지 않은 채 마스터 키를 빼어 탈출하였고,출입문이 닫힘에 따라 최초 화재 발생 차량보다 많은 인명피해를 가져왔다. 2)화재성능 주요 시험항목은 상온산소지수(LOI),연기밀도(Ds(n)),독성지수(R),평균연소지속열(Qasb),소화점 임계열류량(CFE)이다.
2. 본론 본 연구에서는 철도차량 내에 화재를 비롯한 위험상황이 발생하였을 때,발생된 위험을 감지하는 설 비부터 위험요소 진압 그리고 비상탈출에 이르기까지 승객의 안전을 위하여 이용될 수 있는 설비에 대 하여 알아보고,각 설비의 특징과 역할에 대하여 알아보기로 하며,현재 운영 중인 철도차량에서의 적용 실태에 대하여 알아보기로 한다. 2.1 위험요소 대응단계에 따른 설비 위험요소에 대한 대응단계는 크게 감지,진압,탈출의 3단계로 나뉠 수 있으며,위험상황이 발생하였 을 때 각각의 대응단계에 적용되는 방식,관련 설비 및 그 특징에 대하여 알아본다. 2.1.1 감지 단계 감지 단계에서는 크게 화재와 차량기능 정지 상황을 고려할 수 있으며 각각의 경우 자동감지와 사람 에 의한 인지로 나뉠 수 있다. 화재 상황시 화재감지센서는 열 및 연기를 자동으로 감지하여 승객에게 경보하며 기관사 및 사령실로 화재 정보를 전달한다.또한 승객 및 기관사의 직접적인 인지에 통해 감지 될 수 있으며,이때 승객과 기관사는 비상인터폰과 스피커를 통하여 상호 정보전달을 할 수 있다. 다양한 요인에 의한 차량정지의 경우 역시 사람에 의한 인지는 물론,실시간 차량상태 정보를 기관사 및 사령실에 전달하는 신호체계에 의하여 자동으로 감지 될 수 있다. 2.1.2 진압 단계 진압 단계에서는 화재의 경우만 생각해 볼 때,화재감지센서에 의해 수신된 화재신호에 따라 화재진 압장치가 작동하여 자동으로 화재를 진압할 수 있으며,소화기를 이용해 승객 및 기관사가 직접적으로 화재 지점을 진압할 수 있다. 2.1.3 탈출 단계 탈출 단계의 경우는 차량의 정지 장소,정지 원인,위험 요소 등의 복합적인 경우에 따라 탈출의 방식 이 다르며 일반적으로 출입문 수동 개방을 통한 탈출,비상창문을 통한 탈출,비상도어를 통한 탈출이 있다. 위험요소가 발생하였을 때,기관사의 판단에 의해 출입문을 일괄 제어할 수 있지만 승객의 의지에 따 라 차량 내부에 설치된 비상 레버를 작동하여 출입문을 수동 개방하는 것도 가능하다 비상창문을 통한 탈출은 비상창문을 파괴 또는 탈거하고 창문 공간을 이용해 차량 밖으로 탈출하는 방식이며 승객이 해머 등의 설비를 이용하여 비상창을 파괴할 수 있고 또한 창문파괴장치를 이용하여 손쉽게 버튼만으로 비상창을 파괴할 수 있다. 최근 도시철도 전동차량에 빈번하게 적용되고 있는 비상도어는 차량의 전두부3)를 통해 탈출할 때 사 용되며 비상도어와 함께 비상사다리 혹은 비상램프가 함께 사용되어 탈출이 이루어지게 된다.비상 사 다리는 비상도어와 분리형 구조를 가져가며 비상램프의 경우 비상도어와 분리형 및 일체형의 구조를 가 질 수 있는데,일체형 구조일 경우 폴딩형 비상램프와 슬라이딩형 비상램프로 구분되어질 수 있다. 3)제어차량의 앞부분을 전두부라 하며,주로 운전 조작을 할 수 있는 운전실(기관사실)이 배치되어 있다.
표 1.위험요소 감지 단 계 설비(주체) 내 용 감 지 화재감지센서 화재로 인한 열 및 연기를 감지하여 승객에게 경보 및 기관사 와 사령실로 화재정보 전달 (기관사,승객) 승객과 기관사의 화재에 대한 직접적 인지 비상인터폰,스피커 승객과 기관사/사령실의 상호간에 정보전달 TCMS4)모니터 기관사와 사령실에 실시간으로 차량 상태를 현시 진 압 화재진압장치 화재감지센서로부터 수신된 신호에 따라 자동으로 화재 진압 기관사/사령실로 부터의 명령에 따라 선택적 화재 진압 소화기 소화기를 이용한 사람의 직접적 화재 진압 탈 출 출입문 기관사에 의한 출입문 제어 비상레버를 통해 승객에 의한 출입문 수동 개방 비상창 해머를 이용하여 사람이 비상창을 직접 파괴 창문파괴장치 내에 버튼을 눌러 비상창을 파괴 유리 고정 러버를 탈거하여 비상창 분리 비상도어 비상도어 개방 후 비상사다리 설치하여 탈출 비상도어 개방 후 비상램프를 수동으로 작동시켜 탈출 비상도어 개방과 동시에 비상램프 자동으로 작동되어 탈출 2.2 각 설비의 특징 표 1에서 언급된 장비 중 주요 장비에 대하여 형상 및 특징,그리고 적용 현황 등을 알아본다. 2.2.1 화재감지센서 화재감지센서는 열 및 연기를 감지하는 복합형으로 구성되어 있으며,감지기의 화재신호를 제어5)하는 수신기와 함께 사용된다.주로 객실 천정에 설치되며 효과적인 화재 감지를 위해 1unit당 감지 범위를 고려하여 객실 크기에 따라 적정한 수량을 배치한다.
4)TCMS :TrainControlandMonitoringSystem
5)화재감지센서에 의해 감지된 화재신호는 수신기로 전해지며,수신기를 통해 기관사 및 사령실로 화재 신호를 보내고 기관사 및 사령실의 제어(경보 알람 해제 등)또한 수신기를 통해 이루어진다.
그림 1. 화재감지센서 형상 및 배치 2.2.2 TCMS 모니터
TCMS는 직렬 전송선을 통해 차량의 설비들과 연결시켜 차내 설비들을 집중적으로 제어하고 모니터
링하는 열차 정보관리 시스템을 일컬으며,열차제어 컴퓨터(TC :Train Computer),차량 컴퓨터(CC :
CarComputer),모니터 화면(DU :Display Unit),무선 전송장치(RTD :RemoteTransmitDevice)로 구성되어 있다. TCMS 시스템을 이용하여 차량 내에서 발생되는 설비 이상,차량 정지 등의 위험요소를 기관사와 사 령실이 실시간 모니터링 할 수 있으며,차량 내 시스템 구성은 아래 그림 2와 같다. 그림 2. TCMS 의 구성 2.2.3 화재진압장치 화재진압장치는 화재가 발생한 경우 화재감지장치로부터 신호를 수신하여 화재를 진압하는 장치로써, 일반적으로 물입자를 배출시키는 노즐,물의 이동경로인 배관,고압을 생성시키는 모터,물을 저장하는 물탱크 등으로 구성되어 있다. 기본적으로 물을 이용하지만,물과 불의 직접적인 접촉으로 인해 진화되는 것 보다는,장치 가동시 가 압펌프는 노즐을 통하여 고압의 물을 실내로 배출시키며 이때 발생되는 미세 물입자6)로 불과 공기의 접촉을 차단시켜 화재를 진압하는 구조이다.
추가 진압 시스템을 원하는 수요처의 차량에 선택적으로 설치되고 있다. 노즐로부터 물이 나오기 시작하면 아래 그림 37)에서 보는 바와 같이 차량 내부는 짧은 시간 내에 물 미세입자로 채워지게 되고 산소와 결합하지 못한 불꽃은 사그러지게 된다. 그림 3. 화재진압장치 작동 모습 2.2.4 출입문 수동 개방 비상 레버 가장 기본적인 탈출 수단으로써 출입문 수동 개방을 들 수 있다. 대구 지하철 참사의 경우 대부분의 승객이 출입문 수동 개방법을 인지하지 못하여 대규모 인명 피해 발생했던 것을 고려해 볼 때,출입문 수동 개방은 승객이 반드시 인지하여야 할 탈출법이며,승객이 쉽 게 인지할 수 있도록 안전기준8)에 적합한 축광 명판으로 비상레버 위치를 표시하고 있다. 대부분의 비상레버는 의자 밑 또는 도어포스트에 위치하고 있으며,형태는 다르지만 레버를 풀림 방 향으로 돌린 후 도어를 손으로 밀어 여는 방식은 동일하다. 그림 4. 의자 밑 비상레버 그림 5. 도어포스트 비상레버 6)미세 물입자 :WaterMist,1㎛ 이하의 미세 물 알갱이 7)우측 그림은 인천2호선 실제 작동 테스트 사진임 8)소방방재청 고시 제 2009-31호 [축광유도표지 및 축광위치표지의 성능시험기술기준]
버튼누름 창문파괴 창문제거 일괄제거 2.2.5 비상창 비상창은 현재 운행되고 있는 거의 모든 차량에 적용되며 비상창에 적용되는 유리는 일반적으로 유리 파손시 아주 작은 조각으로 파손되어 인체에 피해를 최소화시킬 수 있는 강화유리를 사용하고 있다. 비상창 유리 제거방식은 일반적으로 유리에 표시된 타격점을 해머를 이용하여 가격하는 방식9)과 버튼 조작으로 손쉽게 유리를 제거할 수 있는 창문파괴장치를 이용한 방식이 있다.또한,차량을 고정시키는 고정러버를 제거하여 유리를 파괴하지 않고 제거시키는 방식이 있으며 해외 차종과 고속철도차량에 주 로 적용된다. 부수적인 설비로 파괴된 유리의 조각들이 비산되지 않고 한 장의 유리처럼 일괄적으로 제거될 수 있 도록 부착하는 필름이 있는데 접합유리의 경우 창문과 창문사이에 압착되는 필름이 그 역할을 하며 중 간에 공기층이 들어간 복층유리 혹은 단층 강화유리에는 비산방지 필름을 추가로 부착한다. 그림 6. 해머 그림 7. 창문파괴장치 그림 8. 러버제거핸들 창문 파괴장치는 유리 상단에 설치되며 설치 위치 및 작동 절차는 그림 7및 그림 910)과 같다. 그림 9. 창문파괴장치 작동 절차 2.2.6 비상도어 비상도어는 비상상황 발생 시 승무원이나 승객이 적접 작동시켜 빠르게 대피할 수 있도록 하는 장치 로 일반적으로 차량의 전두부에 설치된다. 승객의 호기심,장난 등에 의한 비상도어의 오작동을 방지하기 위해 전기적인 잠금장치(Electric Locker)를 설치하며 리미트 스위치(LimitSwitch)를 통해 비상도어의 여닫힘 상태를 차량 시스템 내에 서 확인 가능하게 조치하는 것이 일반적이다. 9)가장 일반적인 방식이며 해머의 가격 부위는 끝이 뾰족하여 파괴력을 유리의 국소부위에 집중시킨다. 창문파괴장치 러버제거핸들
비상도어와 함께 비상사다리 및 비상램프가 사용되며 비상램프의 경우 비상도어와 일체형,분리형으 로 구분되며 일체형의 경우 비상도어의 열림과 동시에 램프가 펼쳐지는 원스톱 방식의 설비이다. 분리형의 경우 비상도어와 비상램프를 각각 작동시켜야 하지만,기구적인 메카니즘을 최소화하여 유 지보수를 간편화 시키는 장점이 있다. 각 타입별 비상램프 형상은 아래 그림 9와 같다. 분 리 형 비상도어 +비상사다리 비상도어 +비상램프(폴딩형) 일 체 형 비상도어 +비상램프(폴딩형) 비상도어 +비상램프(슬라이딩형) 그림 9. 타입별 비상램프 2.3 차량별 적용현황 최근 당사에서 진행된 대표적 프로젝트를 중심으로 각 차량유형별 화재 진압 및 탈출 관련 설비 적용현 황은 아래 표 2와 같다. 프로젝트 차량유형 화재진압 비상레버 비상창 비상도어 비상 유리 설비 비상도어 설비 2010서울시9호선 도시철도차량 소화기 ○ ○ 해머 ○ 2009인천2호선 무인경량전철 화재진압장치 ○ ○ 창문파괴장치 ○ 비상램프 KTX-II 고속철도차량 소화기 ○ ○ 러버제거핸들해머/ X -2009경춘선좌석형 간선형전기동차 소화기 ○ ○ 해머 X -2010DENVER 도시철도차량 소화기 ○ ○ 러버제거핸들 X -2007상파울로4호선 무인도시철도차량 소화기 ○ X - X -2005캐나다 RAV 무인경량전철 소화기 ○ ○ 러버제거핸들 X -비상도어 비상램프
3. 결론 본 연구에서는 승객의 안전을 위협하는 비상상황의 종류 및 그에 대응하는 행위를 감지,진압,탈출의 3단계로 나누고 각 단계별 내용과 관련 설비에 대하여 소개하였으며,설비별로 지니고 있는 기능과 특 징,형상 그리고 여러 가지 철도차량별 적용현황도 파악해 보았다. 철도차량의 대표적 위험상황인 화재의 경우 화재 감지부터 진압,탈출에 이르기까지 관련된 모든 설 비들은 각각의 기능을 함과 동시에 TCMS 에 의해 제어 및 유도되어 승객의 안전을 보장한다. 과거 철도차량의 적용설비에 비추어볼 때 현재의 안전관련 설비들은 기술적 진보,자동 시스템의 적 용 등 점진적으로 발전하고 있으며 다양하고 새로운 안전 관련 설비들이 늘어나고 있다.그러나 철도차 량에 다양한 안전 관련 설비들이 많이 적용될수록 안전한 것은 사실이지만 차량별 안전관련 설비 적용 현황을 파악해 본 결과 모든 차량이 많은 안전 설비를 추구하고 있지 않는 점에 주목할 필요가 있다. 안전관련 설비의 다양함 보다는 위험상황에 대한 올바른 판단 그리고 적절한 대처가 이루어질 수 있게 하는 안전 시스템이야말로 가장 중요하다는 것을 알 수 있는 대목이다. 승객,기관사 그리고 운행차량 전체를 통제하는 사령실 모두가 위험 상황에 대해 신속히 파악하고 그 에 맞는 올바른 판단으로 각 차량에 적용된 안전관련 설비를 적절히 운용할 때 비로소 승객의 안전이 보장될 것이다. 참고문헌 1. 최수한, “都市鐵道 安全管理政策 變化에 관한 硏究 -地下鐵을 中心으로” , 2007 2. 정화식, “무인 차량에서의 전두부 비상 탈출 시스템 개발” 한국철도학회논문집, 2009, pp.1235-1242
