Development of Emergency Restoration Scenarios for Railway Accident using Analytic Network Process

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鐵道工學大韓土木學會論文集

第31卷第5D 號·2011年 9月 pp. 727~737

네트워크분석적 의사결정기법을 이용한 철도사고 임시복구시나리오 개발

성덕룡*·박용걸**

Sung, Deok-Yong·Park, Yong-Gul

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Abstract

The emergency restoration scenarios for efficient railway accident management and restoration were developed. The emergency restoration procedures defined by the worst case of emergency restoration and the important events was proposed based on questionnaires from specialists and the result of survey. Via these studies, the railway accident in the tunnel could be the worst case among all railway accident types. Therefore, educations for a restoration team in confined area condition should be planned and performed to recover the worst case accident. In order for the emergency restoration, when a railway accident is occurred, the restoration should be performed in orders of handing collapse of facilities, burying track, and derailment of vehi- cle in tunnel based on the statistical analysis. The result of priorities were established by the period of restoration. The standard operation system for efficient railway accident management was developed by synthesizing the worst case for rapid emergency restoration, and important events for the standard operation procedures according to each emergency restoration type. Through this study, the restoration operation system of railway accident are recommended. This paper suggests to develop emergency restoration scenarios for the efficient railway accident management and recovery system. The study results will contribute not only for insuring punctuality, but also for minimizing delays from accidents. Therefore, emergency restoration scenarios will play a major role in the SOP for the damage limitation and the prevention of accident spread.

Keywords : railway accident, temporary restoration, Standard Operation Procedures (SOP), Analytic Network Process (ANP)

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요 지

본 연구에서는 효율적인 철도사고관리 및 복구작업을 위한 임시복구 시나리오를 개발하였다. 문헌조사 및 전문가 설문조사 결과를 통하여 임시복구 Worst Case 선정시기준이 되는 고려항목과 임시복구 시나리오 수립에 필요한 중요항목(event)을 도 출하였으며, 임시복구가 가장 힘든 Worst Case로는 터널구간에서 발생하는 철도사고가 선정되었다. 이는 신속한 임시복구를 위해 좁은 공간에서 체계적이고 효율적인 복구절차를 갖추고 숙련된 복구요원 양성이 필요한 것으로 분석되었다. 또한, 본 연구에서는 통계학적 분석기법을 이용하여 임시복구 시나리오 수립 시 중요항목(event)간 중요도(우선순위)를 선정한 결과 임 시복구유형중 시설물 붕괴를 가장 우선적으로 복구하고 선로매몰, 차량탈선 순으로 처리함이 복구시간을 단축할 수 있는 것 으로 분석되었다. 이는 복구에 많은 시간이 소요되는 순으로 임시복구가 이루어져야 함을 나타낸다. 임시복구 시나리오는 임 시복구 Worst Case, 임시복구유형별 중요항목(event)을 종합하여 표준운영절차(안) 11개를 제안하였다. 이를 활용하여 철도사 고 DB관리 및 신속한 사고복구를 통해 정시성을 확보하여 열차지연시간을 최소화하는데 크게 기여할 것이다.

핵심용어 : 철도사고, 임시복구, 표준운영절차, 네트워크 분석적 의사결정(ANP)

···

1. 서 론

철도는 차량, 시설, 전기, 신호, 통신 등이 종합된 시스템 으로 구성되어 있으며, 이를 운영하여 대량의 승객을 안전하 고 신속정확하게 수송해야하는 책임이 주어져 있다. 이러한 철도시스템 특성상 다양한 형태의 사고로 인한 피해가 발생

할 수 있으며, 경우에 따라서는 여러 가지 사고피해가 중복 하여 발생하기도 한다. 2002~2006년까지 5년 동안의 국내(코 레일) 철도사고 발생현황을 살펴보면 철도사고로 인한 지연 료 반환이 48.8%를 차지하고 있어 차량, 선로, 시설물의 복 구비와 유사한 수준으로 조사되었다(건설교통부, 2006). 이와 같이 철도사고 및 장애로 인한 지연료 반환은 응급복구가

*정회원·교신저자·대원대학 철도건설과 전임교수 (E-mail : [email protected])

**정회원·서울과학기술대학교 철도전문대학원 교수 (E-mail : [email protected])

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늦어져 약속된 시간내에 도착하지 못한 것에 기인한 것이며 , 철도사고발생 시 신속한 대처로 사고확대를 방지할 수 있 는 수습체계 마련이 철도 운영의 중요한 관건이라 할 수 있 다. 하지만 현재까지 철도운영기관들에서는 여러 분야에 걸 쳐 철도사고 예방을 위해 노력하여 왔으나, 신속한 사고(장 애) 처리를 위한 임시복구체계 구축에 대한 인식이 부족하여 임시복구에 대한 체계적인 관리 및 데이터베이스(DB)가 이 루어지지 않고 있다. 임시복구는 비상사고 발생시 신속히 인 명을 구조한 후 손상된 설비 및 시설 등의 임시복구를 통하 여 신속한 임시열차 운행이 가능하도록 하는 단계를 말하며, 신속하게 인명 등을 구조하는 비상대응단계 이후에 이루어 지는 단계를 말한다. 또한, 철도사고는 막대한 재산 및 인명 피해를 가져올 수 있기 때문에 사고발생 시 체계적인 사고 수습체계를 통해 신속한 비상대응 및 임시복구가 이루어져 사고 확대 및 피해 확산을 줄여야 한다.

따라서 본 연구에서는 철도사고 발생 시 신속하고 체계적 인 사고복구를 위해 다양한 임시복구유형에 대해 대표할 수 있는 임시복구 Worst Case 선정과 이를 해결하는데 필요한 임시복구 시나리오의 중요항목(event)을 선정하고자 하였다.

또한, 통계학적인 분석기법을 이용하여 임시복구 Worst Case 및 시나리오 중요항목(event)의 중요도(우선순위)를 선 정하고, 신속한 사고수습을 통해 열차지연을 최소화 할 수 있는 시나리오기반의 임시복구유형별 표준운영체계(안)를 개 발하여 제시하는데 그 목적이 있다.

2. 국내·외 임시복구절차 체계 검토 및 현황 분석 2.1 국내 철도사고 임시복구절차 현황

국내 철도운영기관별 철도사고 중 열차탈선에 대한 비상대 응절차서(SOP, Standard Operation Procedures)(건설교통부, 2008; 박용걸, 2008)는 Fig. 1과 같다.

Fig. 1과 같이 국내 철도운영기관들의 비상대응절차서는 철 도사고유형별 비상대응 조치를 Flow-chart형식으로 작성되어 있는 것을 알 수 있고, 비상대응절차 속에 임시(응급)복구의

항목이 혼재되어 있다. 이러한 비상대응절차서는 철도사고 발생에 따른 시나리오에 입각한 절차서가 아니며, 주체별 역 할 및 책임이 구체적으로 제시되어 있지 않기 때문에 비상 대응 주체들에게 혼란을 가져올 수 있다. 특히, 임시복구를 위 한 절차가 단순하고 복구지휘자의 개인적인 견해 및 능력에 따라 결정될 수 있어 복구시간에 차이가 발생할 수 있다.

2.2 국외 철도사고 임시복구절차 현황

일본의 철도사고 비상대응체계(임광균, 2006)는 Fig. 2와 같다. Fig. 2에서와 같이 일본의 경우 크게 통보체제, 소집 체제, 복구체제, 여객구호체제, 여객에의 정보연락체제로 구 분되며, 각 단계별 주요행동요령을 제시하고 있다. 프랑스 SNCF의 열차탈선 시 표준운영절차(임광균, 2006)는 Fig. 3 과 같다. 프랑스 SNCF에서는 철도사고에 대한 유형별 표준 운영절차를 구축하고 있으며, 반드시 시행해야하는 절차를 기술하고 있다. 하지만 일본과 프랑스의 경우에도 임시복구 를 위한 복구주체들에 대한 행동요령이 제시되어 있지 않아 현장에서의 책임과 역할이 불분명하며, 복합적인 철도사고에

Fig. 1. 열차탈선 시 비상대응절차 예

Fig. 2. 일본의 철도사고 비상대응체계

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대한 복구순서 및 절차에 대한 언급이 없는 것으로 조사되 었다.

2.3 현황 분석

현재 각 철도운영기관에서 구축한 철도사고 비상대응절차 서에는 임시복구절차에 대하여 간략하게 명기되어 있을 뿐 이며, 최근 국내에서 개발된 비상대응 시나리오는 임시복구 반 투입전까지의 주체별 역할 및 책임을 제시하고 있다. 이 러한 비상대응절차서는 철도사고수습에 있어 임시복구지휘자 의 주관적인 견해 및 경험에 따라 임시복구 작업이 이루어

질 수 있고, 철도사고 현장에서 복구주체별 작업절차에 혼란 을 야기할 수 있으며, 병발사고에 대한 처리가 미비할 수 있 다. 따라서 시나리오 기반의 임시복구유형별 표준운영절차를 구축하고 임시복구유형별 우선순위를 정하여 신속하고 체계 적인 임시복구 작업이 이루어질 수 있도록 할 필요가 있다.

3. 임시복구 시나리오 수립을 위한 분석기법(ANP) 1970년대 Tomas Saaty 교수에 의해 개발된 AHP(Analy- tic Hierarvhy Process : 계층적 의사결정 방법)는 의사결정 의 계층구조를 구성하고 있는 요소간의 상대비교를 통해 평 가자의 지식, 경험 및 직관을 포착하는 의사결정방법론 중 하나이며, 의사결정자의 판단을 근거로 정량적인 요소와 정 성적인 요소를 동시에 고려함으로써 의사결정문제의 해결을 위한 포괄적인 틀을 제공해 주었다. 지금까지 많은 의사결정 해결방안의 단순화를 위하여 고려되는 구성요소들간 독립성 을 가정하였지만, 대부분의 의사결정 문제는 특성상 요소들 간의 수평적 상호관계와 수직·종속성이 존재하기 때문에 단 순히 계층적 구조만으로는 설명할 수 없는 경우가 존재한다.

이러한 점에서 1996년에 Thomas Saaty 교수는 AHP기법을 보완한 ANP(Analytic Network Process, 네트워크 분석적 의사결정방법)기법을 개발하였다. ANP는 AHP에 기초를 둔 시스템 분석, 통합 및 조정을 위한 방법으로 요소간의 비선 형 관계를 모델화하는 복잡한 의사결정을 다룰 수 있다. 따 라서 본 연구에서는 임시복구 시나리오 중요항목(event) 및 중요도(우선순위) 선정의 복잡한 의사결정을 위해 ANP기법 을 적용하고자 하였다. 철도사고 임시복구유형과 복구주체들 간의 관계가 수평적 관계 및 상호 독립적인 계층적 구조가 아니고, 각 구성요소간 상관관계가 있고 상호종속성을 가지 고 있기 때문에 ANP기법을 적용하는데 있어 문제가 없다고 판단된다. AHP기법과 ANP기법을 상호 비교하여 보면 Table 1과 같다.

4. 임시복구 Worst Case 및 Event 우선순위 선정 4.1 임시복구 Worst Case 및 Event 우선순위 선정 절차 신속한 사고처리 및 피해확대 예방을 위한 임시복구 시나 리오 개발 절차는 Fig. 5와 같다. 임시복구 시나리오 수립 절차는 임시복구유형 표준코드(박용걸, 2009)에 대하여 발생 할 수 있는 모든 임시복구유형을 판단하고, 문헌조사 및 전 문가 설문조사를 통해 임시복구 Worst Case 선정을 위한 Fig. 3. 프랑스 SNCF 열차탈선 시 표준운영절차

Fig. 4. 현 철도사고 임시복구 운영체계의 문제점 분석

Table 1. AHP기법과 ANP기법 상호비교

구 분 AHP기법(계층적 분석 의사결정방법) ANP기법(네트워크 분석 의사결정방법)

구 조 • 트리(tree) 구조 • 네트워크(network)구조

가 정 • 각 구성요소간 상호 독립 • 각 구성요소간 상관관계 존재

특 징

• 목표, 기준, 대안의 단방향 흐름

• 계산이 비교적 단순

• 대부분의 의사결정 문제는 수평, 수직, 종속성이 존재하 기 때문에 단순히 계층적 구조만으로 설명이 어려움.

• 상호 종속성, 피드백 효과

• 계산이 복잡하여 시간과다 소요

• AHP에 기초를 둔 시스템 분석, 통합 및 조정을 위한 방 법으로 요소간의 비선형 관계를 모델화하는 복잡한 의사 결정을 다룰 수 있음.

본 연구

적용 • 철도사고 임시복구유형은 수평적 관계 및 상호 독립적인 계층적 구조가 아니며, 유형별 상관관계가 존재하고 상호 종속성을 가지고 있기 때문에 본 연구에서는 ANP기법을 적용하여 임시복구유형별 시나리오 중요항목(event)을 선정하고 함.

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고려항목을 선정한 뒤 통계학적 분석기법인 ANP(Analytic Network Process)기법(Saaty, 1996)을 이용하여 임시복구 시 나리오에 영향을 미치는 중요항목(event)을 선정하여 우선순 위를 결정하는 것으로 하였다. 이를 종합하여 임시복구 시나 리오를 도출하였다.

4.2 전문가 설문조사

본 연구에서 제안한 임시복구유형별 시나리오는 임시복구 표준코드(박용걸, 2009), 임시복구 Worst Case, 임시복구 시 나리오 중요항목(event)을 종합하여 개발하는 것으로 하였다.

여기서 임시복구 Worst Case 선정 시 고려항목 및 시나리 오 중요항목 선정과 임시복구 Worst Case 선정 및 중요항 목들의 중요도(우선순위)를 평가하는데 있어 철도사고 임시 복구에 경험이 풍부한 전문가 그룹을 구성하여 설문조사를 시행하였다(Table 2 참조).

설문은 설문대상자의 인구통계학 및 직무특성에 대한 설문 조사(1), 임시복구 Worst Case 선정을 위한 고려항목들의 가중치 분석을 위한 설문조사(2), ANP분석을 통한 임시복구 표준운영절차의 중요항목(event) 선정을 위한 설문조사(3)(4) 로 구성하였다. 설문조사 방식은 e-mail과 면담조사를 병행 하여 실시하였으며, 총 40명에게 설문지를 배포하였고 그 중 25명이 회신하였다(회수율 62.5%). 설문조사 대상은 철도관

련기관의 전문가들로 선정하였고, 업무분야도 철도관련 분야 로 구분하여 고르게 분포되었으며, 근무경력이 10년 이상된 전문가의 비율이 88%로 본 설문조사 결과가 대표성을 가질 수 있도록 하였다.

4.3 임시복구 Worst Case 선정

임시복구유형 표준화(code)에 따른 단순한 이론적인 복구 투입 경우의 수는『관련분야의 수×복구대상의 수×복구위치 의 수』에 따라 임시복구 투입유형이 발생할 수 있다. 그러 나 실제 사고가 발생되지 않는 경우가 있으므로 발생 가능 한 임시복구유형 선정을 위해 Table 3과 같이 9종류의 비상 사고유형별(임광균, 2006)로 실제 임시복구 투입이 필요할 것으로 판단되는 경우의 수를 검토하였다. 각 비상사고유형 별 발생 가능한 경우를 종합한 결과, 9종류 비상사고유형에 대한 피해 발생 가능한 경우는 도시(광역)철도 834종류, 일 Fig. 5. 임시복구 Worst Case 선정 절차

Fig. 6. 임시복구 시나리오상 중요 Event 도출 절차

Table 2. 설문 참여 전문가 현황

구 분 빈도수 백분율(%)

소속

코레일 6 24

각 지자체도시철도공사 8 32

한국철도시설공단 3 12

기타(정부기관, 엔지니어링 등) 8 32

계 25 100

업무분야 (1)

궤도/토목 10 40

철도차량 8 32

전기/신호/통신 7 28

계 25 100

업무분야 (2)

고속철도 9 36

일반철도 6 24

도시(광역)철도 10 40

계 25 100

근무경력

30년 이상 10 40

20~29년 6 24

10~19년 6 24

5~9년 3 12

계 25 100

Table 3. 철도사고유형별 발생 가능한 임시복구유형(단위 : 개)

비상사고유형 발생 가능한 임시복구유형

도시(광역)철도 일반철도 고속철도

(C) 충돌사고 144 144 144

(D) 탈선사고 144 144 144

(F) 화재사고 108 108 108

(P) 사상(인명)사고 - - -

(R) 차량장애 6 6 6

(I) 시설장애 72 72 72

(H) 위험물사고 - 180 -

(D) 자연재해 180 180 180

(T) 테러 180 180 180

합 계 834 1,014 834

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반철도 1,014종류, 고속철도 834종류로 나타났다.

Table 3과 같이 철도사고유형에 따라 많은 임시복구유형이 존재하게 된다. 임시복구 표준운영체계를 개발하기 위해서는 이러한 많은 임시복구유형에 대하여 대표할 수 있는 Worst Case 선정 및 시나리오를 기반으로 하는 표준운영절차 수립 이 필요하다. 박용걸(2009)은 철도종류별 구분 없이 임시복구 투입 가능유형에 대한 경우의 수를 임시복구유형 10가지, 사 고복구위치 6가지로 총 60개의 임시복구유형이 존재함을 제 시하였다.

60개의 임시복구유형에 대하여 시나리오를 구성하는 것은 임시복구주체들에게 혼란을 가져올 수 있다. 따라서 본 연구 에서는 중복되는 임시복구유형을 통합하고 임시복구 측면에 서 가장 작업 및 절차가 어려운 경우(Worst Case)를 선정하 여 중복된 임시복구유형들에 대해 하나의 임시복구시나리오 를 제시하고자 하였다.

임시복구 Worst Case 선정을 위한 고려항목 선정은 2단 계로 실시하였다. 1단계는 기존 문헌조사(건설교통부, 2005;

서울시지하철공사, 2003; 철도청, 2002, 2004)를 토대로 임 시복구에서 고려되어야할 항목들을 선정하였으며, 2단계는 전문가 설문조사에서 전문가들이 요청한 항목들을 추가로 고 려하였다.

이렇게 선정된 임시복구 Worst Case 선정 시 고려항목은 Table 4와 같이 크게 5가지로 구분되며, 이 중 사고복구위 치에 대해서는 국내 철도사고 표준대응절차서 및 전문가들 의 의견을 반영하여 6가지로 세분화하였다.

4.4 항목별 가중치 산정 및 Worst Case 선정

Table 5, 6은 임시복구 Worst Case 선정을 위한 설문조 사 결과를 보여준다. Table 5는 임시복구 Worst Case 선정 시 주요 고려항목을 나타내며, Table 6은 사고복구위치를 세 분화한 결과를 보여준다. 항목별 가중치는 아래와 같이 계산 하였다.

① 순위에 따른 점수부여

1위 → 6점, 2위 → 5점, 3위 → 4점, 4위 → 3점, 5위 → 2점, 6위 → 1점

② 점수 × 설문결과(인원수)

③ 항목별 상대도수(백분율)를 적용하여 가중치 산정

④ 가중치 결과에 따른 종합순위 선정

임시복구 Worst Case 선정을 위한 전문가 설문조사 결과,

“복구특징”에 대한 중요항목 중에서는 “사고복구위치”가 가 장 중요한 항목으로 선정되었으며, “복구장비(기중기 등) 투 입가능여부”, “사고주변 시설물 붕괴위험”, “복구작업환경”,

“사고주변 교통방해” 순으로 조사되었다. 또한, “사고복구위 치”에 대해서 본 연구에서는 6개의 고려항목으로 구분하였 으며, “사고복구위치”에 대한 고려항목 중에서 “터널구간”이 임시복구 시 가장 고려되어야할 중요항목인 것으로 분석되 었다.

Table 5, 6에서 산정된 복구특징 및 사고복구위치에 대한 가중치를 종합하여 Table 7에 정리하였다.

기존 문헌조사 및 전문가 설문조사를 통한 임시복구 Worst Case는 철도종류별 사고발생 시 임시복구유형 중 터 널구간에서 발생한 철도사고가 임시복구 Worst Case로 선정 되었다. 단, 임시복구유형 중 “선로유실”의 경우 터널구간에 Table 4. 임시복구 Worst Case 선정 시 고려항목 및 선정근거

고려항목 선정근거

사고복구위치 “사고유형별 표준대응절차, 코레일, 2007” 및 각 지자체 도시철도공사의 SOP(Standard Operation Procedures) 에는 사고가 발생한 위치에 따라 행동요령이 상이하게 제시되어 있다. 또한, 사고복구위치는 정거장 내, 일반(토공)구간, 교량구간, 터널구간, 건널목구간, 차량기지 내로 구분될 수 있다.

복구장비(기중기 등)

투입가능여부 “사고유형별 표준대응절차, 코레일, 2007” 및 각 지자체 도시철도공사의 SOP(Standard Operation Procedures) 에는 복구장비(기중기 등)의 투입가능여부에 따라 행동요령이 상이하게 제시되어 있다.

사고주변 시설물

붕괴위험 철도사고가 발생한 지역 주변의 시설물이 열차충돌 및 기타 사유로 인해 붕괴위험이 있다면 중량의 복구 장비(기중기 등) 투입 및 복구작업에 상당한 어려움이 따를 수 있다.

사고주변 교통방해 철도사고 발생으로 인해 인접 도로를 차단되는 경우가 발생할 수 있으며, 이는 복구작업 완료시간에 지장 을 초래할 수 있어 신속한 사고수습이 중요한 임시복구에서는 문제가 될 수 있다.

복구작업환경 철도사고 임시복구를 위한 작업환경에는 복구장비(기중기 등) 위치와 사고현장의 거리, 교통상황, 사고현 장의 지장물 등이 포함되며, 이러한 작업환경에 따라 복구작업 완료시간에 지장을 줄 수 있다.

Table 6. 임시복구 Worst Case 선정을 위한 설문조사 결과(2) - 복구위치

구 분 (점수×설문결과)의

합계 상대도수(%) 종합순위

정거장 내 90 0.165 3

일반(토공)구간 73 0.134 5

교량구간 129 0.236 2

터널구간 142 0.260 1

건널목구간 75 0.137 4

차량기지 내 37 0.068 6

계 546 1.000

Table 5. 임시복구 Worst Case 선정을 위한 설문조사 결과(1) - 복구특징

구 분 (점수×설문결과)

의 합계 가중치 종합순위

사고복구위치 136 0.261 1

복구장비(기중기 등)

투입가능여부 109 0.209 2

사고주변 시설물 붕괴위험 108 0.207 3

사고주변 교통방해 79 0.151 5

복구작업환경 90 0.172 4

계 522 1.000

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비해 일반(토공)구간에서 발생하는 경우가 대부분이며, 그 피 해규모가 가장 클 것으로 판단되어 선로유실의 경우 일반(토 공)구간에서 발생할 때를 임시복구 Worst Case로 선정하였다.

4.5 임시복구 시나리오 중요항목(Event) 우선순위 선정 임시복구유형별 시나리오를 수립하기 위한 중요항목(event) 선정은 임시복구 Worst Case 선정방법과 마찬가지로 1차적 으로 기존 문헌조사(건설교통부, 2005; 서울시지하철공사, 2003; 철도청, 2002, 2004)를 토대로 하였으며, 2차적으로 전문가 설문조사결과 추가되어야 할 항목들에 대해 제안을 받았다. 이렇게 선정된 임시복구 시나리오 수립 시 고려되어 야 할 중요항목(event)은 Table 8과 같다

Table 8에 제시된 중요항목들에 대하여 효율적인 임시복구 를 위해 철도사고유형별 우선순위를 정할 필요가 있다. 따라 서 본 연구에서는 중요항목들을 체계적이고 계층적으로 분 류하여 고려해야할 항목을 파악하기 용이하도록 ANP분석기 법을 이용하여 정리하고, 임시복구유형별 우선순위를 정하고 자 하였다.

ANP분석을 위해서 우선적으로 정리된 분류체계가 필요하 며, 이는 Table 9와 같다. 여기서 임시복구유형 10개 항목 을 기준집단으로 선정하고, 중요항목을 세부항목으로 분할함 으로써 상위계층과 하위계층과의 상호관계와 종속성을 파악 하기 용이하도록 분류체계를 구성하였다.

Table 9와 같이 임시복구유형별 중요항목을 분류한 뒤 다 음과 같은 절차에 따라 ANP분석(Saaty, 1996)9

을 하여 임시복구유형별 중요항목들의 우선순위를 정하고 자 하였다.

4.5.1 임시복구유형별 중요항목(event)간 상관관계 Network 구성

본 연구에서는 Table 9에서와 같이 임시복구유형별 중요항 목(event)을 선정하였으며, 10개의 기준집단과 31개의 중요 Table 7. 임시복구 Worst Case 선정을 위한 가중치 종합

사고복구위치복구특징 복구장비

투입가능 여부 사고주변

시설물 붕괴위험 사고주변

교통방해 복구작업

환경 계 종합

가중치 0.261 0.209 0.207 0.151 0.172 순위

1. 정거장내 0.165 0.0090 0.0089 0.0065 0.0074 0.0318 3

2. 일반(토공)구간 0.134 0.0073 0.0072 0.0053 0.0060 0.0258 5

3. 교량구간 0.236 0.0129 0.0128 0.0093 0.0106 0.0455 2

4. 터널구간 0.260 0.0142 0.0140 0.0102 0.0117 0.0501 1

5. 건널목구간 0.137 0.0075 0.0074 0.0054 0.0062 0.0264 4

6. 차량기지내 0.068 0.0037 0.0037 0.0027 0.0031 0.0131 6

Table 8. 임시복구 시나리오 수립 시 고려되어야 할 중요항목 (event)

중요항목(event)

차량복구장비(기중기 or 유니목 등) 출동 여부, 단시간 조치 여 부, 차량 자력운전 가능 여부, 차량 탈선 여부, 시설복구장비(백 호, 불도저 등) 출동 여부, 궤도구성품 교체 여부, 가시설물 설 치 여부, 선로침수 여부, 노반 및 도상 유실 여부, 인접사업소 급전 여부, 열차 타행 통과 여부, 전기차 사용 여부, 단전 여부, 인접사업소 송,변전 여부, 열차 신호, 제어장치 파손 여부, 수신 호, 수작업 가능 여부, 종합관제실 제어 가능 여부, 열차제어장 치 파손 여부, 인접사업소를 통한 통신가능 여부, 시험실을 통한 통신가능 여부

Table 9. 임시복구유형별 중요항목(Event) 분류체계

기준집단 중요항목(Event)

A 차량탈선

(선로이탈)

1 차량복구장비(기중기 or 유니목 등) 출동 여부

2 단시간 조치 여부 3 차량 자력운전 여부 B 차량고장 및

파손

1 차량탈선 여부 2 차량 자력운전 여부

C 시설물(궤도) 파손

1 시설복구장비(백호, 불도저 등) 출동 여부

2 궤도구성품 교체 여부

D 시설물 붕괴

2 단시간 조치 여부 3 가시설물 설치 여부 4 궤도구성품 교체 여부

E 선로유실

2 선로침수 여부

3 노반 및 도상 유실 여부 4 궤도구성품 교체 여부

F 선로매몰

2 단시간 조치 여부 3 가시설물 설치 여부 4 궤도구성품 교체 여부

G 전차선설비

고장 및 파손

1 인접사업소 급전 여부 2 열차 타행 통과 여부 3 전기차 사용 여부 4 단전 여부

H 송변전설비

고장 및 파손

1 인접사업소 송/변전 여부 2 단전 여부

I 신호제어설비 고장 및 파손

1 열차 신호, 제어장치 파손 여부 2 수신호, 수작업 가능 여부 3 종합관제실 제어 가능 여부

J 통신설비

고장 및 파손

1 열차제어장치 파손 여부

2 인접사업소를 통한 통신가능 여부 3 시험실을 통한 통신가능 여부

(7)

항목으로 구성하였다. 이를 바탕으로 전문가 5인의 면담을 통하여 상위 행에 있는 중요항목이 좌측 열에 있는 중요항 목과의 상호 연관관계를 묻는 방식으로 상관관계 분석이 진 행되었으며, 상위 행의 중요항목이 좌측 열의 중요항목에 영 향이 있다면 “O”로 표기하였다(Table 10 참조). 예를 들면, 기준집단 “A”는 “차량탈선”이고 중요항목 “1”은 “차량복구 장비 출동 여부”를 나타내며, Table 10의 중요항목 상관관계 표에서 상위 행의 “1”이 좌측 열의 “2”인 “단시간 조치 여 부”에 영향이 있다고 해석하여 “O”로 표기하였다. 본 결과 는 면담자의 주관적 의사를 최대한 반영하여 5명중 1명이상 이 연관성을 인정한 항목에 대해서는 상관관계를 인정하였 다. 이는 정밀도를 요구하는 작업이 아니라 설문지 작성 시 주관적 입장에서 상호 영향성을 묻기 위함이라고 이해하면 될 것이다. 그 이유는 서로 간의 영향요인이 적다면 ANP기 법을 활용한 상대비교 시 분명 영향관계에서 미미한 값이 도출되기 때문이다. Fig. 7과 같이 기준집단간 네트워크를 작성하면 기준집단간 상호 종속적인 관계뿐만 아니라 내부 종속관계(Inner Dependence)도 형성되어 1개의 Cycle로 강 하게 결속된 더 이상 축소할 수 없는(Irreducible) 구조를 가진다.

4.5.2 기준집단의 가중치 결정

본 연구에서는 기준집단을 중요항목의 특성별로 10개의 집 단으로 구분하였으며, 먼저 설문조사 중 기준집단에 관한 자 료를 입력하여 각각의 설문조사자별 기준집단별로 상대비교를 실시하였다. 이 과정에서 일관성 비율(CR)값이 0.1이상인 데 이터는 제외하였다. 판단된 결과치를 토대로 각각의 문항별로

기하평균을 구하였다. 기하평균이란 n개의 양수 a1, a₂, …, an

이 있을 때, 이들 수의 곱의 n제곱근의 값( )을 말하며 상승평균이라고도 한다. 이와 같이 기하평균을 사용 하는 이유는 설문지에서 설문 대상자 이해의 용이성을 위하 여 A항목과 B항목의 중요도를 똑같이 9단계로 두었으나, 실 제 설문값은 (A항목의 중요도)/(B항목의 중요도)이므로 B항 목의 중요도를 9로 답했다면 실제 입력값은 1/9이 되기 때 문이다. 예를 들면 3명의 설문대상자가 9, 5, 1/9에 각각 답 했다면 산술평균의 경우 (9+5+(1/9))/3=4.7이 되지만, 기하평 균의 경우 이 되어 기하평균을 사용하는 것 이 타당함을 알 수 있다. 즉, 본 연구에서는 설문대상자의 답변결과를 해당 비율에 대한 평균으로 구하기 위해 기하평 균을 사용하였다.

이를 다시 각 기준집단별로 상대비교를 실시하여 가중치를 산출하면 Table 11과 같다. Table 11에서 보는 바와 같이 상위 행의 기준집단이 좌측 열의 기준집단과의 상호관계를 가중치로 표현한 것이다. 예를 들면 상위 행의 기준집단인 차량탈선이 좌측 열의 기준집단인 차량고장 및 파손에 0.2763, 시설물(궤도) 고장 및 파손에 0.1280정도의 가중 정 도를 갖는다. 여기서 각 기준집단의 열별 합이 1을 갖는 특 징이 있다.

4.5.3 초기 대행렬 산출

본 연구에서는 중요항목을 31개 요소로 구분하였으며, 기 준집단의 가중치 산정과 동일하게 먼저 설문조사 중 중요항 목에 관한 자료를 입력하여 각각의 설문조사자별로 중요항 목들에 대한 상대비교를 실시하였다. 이 과정에서 일관성 비 율(CR)값이 0.1 이상인 데이터는 일관성이 없는 것으로 간 주하여 제외하였다. 이를 다시 각 중요항목별로 상대비교를 실시하여 초기 대행렬(31×31)의 인수를 산출하여 일부만 표 현하면 Table 12와 같다. 이 행렬은 대행렬 내부의 소행렬 의 열별 합이 1이 되는 특징이 있다. 이것은 대행렬의 열에 위치한 중요항목이 소행렬의 중요항목에 상대적으로 어느 정 도 영향을 미치는지를 나타낸다. 이렇게 도출된 초기 대행렬

a₁⋅ ⋅ ⋅a₂ … a_n n

9 8× ×(1 9⁄ )

3 =1.7

Table 10. 임시복구유형별 중요항목(Event) 상관관계 예

구분 A B C D E F …

1 2 3 1 2 1 2 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 …

A

1 O O O O O O O O O O O O O O O O O …

2 O O O O O O O O O O O …

3 O O O O O …

B 1 O O O O O O O O O O O O O O …

2 O O O O O O O …

C 1 O O O O O O O …

2 O O O O O O O O O O O O …

D

1 O O O O O O O O O O …

2 O O O O O O O O O O O O O …

E

2 O O O O O O O O O O O O O O … 3 O O O O O O O O O O O O O O O …

F

2 O O O O O O O O O O O O O O … 3 O O O O O O O O O O O O O …

… … … …

Fig. 7. 네트워크 구성도

(8)

을 기초로 가중 대행렬(Weighted Super-Matrix)과 수렴 대 행렬(Limited Super-Matrix)을 차례로 구할 수 있다.

4.5.4 가중 대행렬 산출

가중 대행렬은 앞서 산출한 초기 대행렬에 기준집단의 가 중치를 곱하면 가중 대행렬을 구할 수 있다. 하지만 이 과 정에서 유의하여야 할 것은 가중 대행렬은 대행렬 열별 합 이 1이 되는 특징을 가지고 있는 것이다. 초기 대행렬에 기 준집단의 가중치를 곱하면 열별 합이 1이 생성되지 않는다.

그것은 영향을 받지 않는 인자들로 인해 발생되는 것으로 기준집단의 가중치를 보정해줄 필요가 있다. 즉, 초기 대행 렬에 기준집단의 보정 가중치를 곱하여 가중 대행렬을 산출 할 수 있다. 이는 대행렬의 행에 위치한 중요항목이 열전체 의 중요항목에 가중치를 포함하여 얼마만큼의 영향을 미치 는지(Influence Distribution)를 나타낸다. 가중치가 포함된 가중 대행렬의 일부를 표현하면 Table 13과 같다.

4.5.5 수렴 대행렬 산출

가중 대행렬을 무한대로 곱을 하면 일정한 값에 수렴한

행렬이 나타나는데 이것이 수렴 대행렬이다. 수렴 대행렬에 서 나타내는 값은 그 항목이 지니는 중요도(Priority)를 표시 한다. 수렴 대행렬의 일부를 표현하면 Table 14와 같다.

Table 14의 수렴 대행렬을 기준집답의 중요항목(Event)별로 Table 11. 기준집단의 가중치

구분 차량

탈선 차량고장

및 파손

고장 및 파손시설물 시설물

붕괴 선로

유실 선로

매몰 전차선설비

고장 및 파손 송변전설비

고장 및 파손신호제어설비

고장 및 파손 통신설비 고장 및 파손 차량탈선 0.0557 0.2589 0.1163 0.1315 0.0692 0.0734 0.0274 0.0425 0.0664 0.0391 차량고장 및 파손 0.2763 0.0522 0.1014 0.0598 0.0688 0.0427 0.0848 0.1029 0.1097 0.0898 시설물 고장 및 파손 0.1280 0.1046 0.0506 0.0317 0.0472 0.0453 0.1905 0.1797 0.1135 0.1191 시설물붕괴 0.1911 0.0815 0.0418 0.0383 0.1962 0.1623 0.1628 0.1675 0.1782 0.1022 선로유실 0.0869 0.0809 0.0538 0.1694 0.0444 0.0871 0.1432 0.1279 0.1933 0.1387 선로매몰 0.0861 0.0469 0.0483 0.1310 0.0815 0.0475 0.1555 0.1202 0.0922 0.2346 전차선설비 고장 및 파손 0.0332 0.0962 0.2097 0.1357 0.1383 0.1606 0.0460 0.0807 0.0511 0.0964 송변전설비 고장 및 파손 0.0477 0.1081 0.1830 0.1292 0.1142 0.1148 0.0746 0.0497 0.0763 0.0801 신호제어설비 고장 및 파손 0.0558 0.0864 0.0867 0.1031 0.1295 0.0661 0.0354 0.0572 0.0663 0.0444 통신설비 고장 및 파손 0.0392 0.0843 0.1084 0.0704 0.1107 0.2002 0.0797 0.0716 0.0529 0.0556

계 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Table 12. 초기 대행렬

구 분 차량탈선 차량고장

및 파손 시설물 고장

및 파손 …

1 2 3 1 2 1 2 …

차량탈선

1 0 0.123 0 0.051 0.204 0.112 0.067 … 2 0.069 0 0.489 0.075 0.09 0 0.084 … 3 0 0.166 0 0.085 0 0 0 … 차량고장및 파손

1 0.128 0.226 0.511 0 0.111 0 0.078 … 2 0 0.233 0 0.101 0 0 0 … 시설물 고장

및 파손

1 0 0 0 0 0 0 0.092 …

2 0.087 0 0 0.07 0 0.097 0 …

통신설비고장 및 파손

1 0.074 0 0 0.067 0.171 0 0 …

2 0 0 0 0 0 0 0 …

3 0 0 0 0 0 0 0 …

계 1 1 1 1 1 1 1

… … … … … … … … … …

…

Table 13. 가중 대행렬

및 파손 시설물 고장

및 파손 …

1 2 3 1 2 1 2 …

차량탈선

1 0 0.007 0 0.013 0.053 0.013 0.008 … 2 0.004 0 0.027 0.019 0.023 0 0.01 … 3 0 0.009 0 0.022 0 0 0 … 차량고장및 파손

1 0.035 0.063 0.141 0 0.006 0 0.008 … 2 0 0.064 0 0.005 0 0 0 … 시설물 고장

및 파손

1 0 0 0 0 0 0 0.005 …

2 0.011 0 0 0.007 0 0.005 0 …

1 0.003 0 0 0.006 0.014 0 0 …

2 0 0 0 0 0 0 0 …

3 0 0 0 0 0 0 0 …

Table 14. 수렴 대행렬

및 파손 시설물 고장 및 파손 …

1 2 3 1 2 1 2 …

차량탈선

1 0.0813 0.0813 0.0813 0.0813 0.0813 0.0813 0.0813 … 2 0.0432 0.0432 0.0432 0.0432 0.0432 0.0432 0.0432 … 3 0.0274 0.0274 0.0274 0.0274 0.0274 0.0274 0.0274 … 차량고장

및 파손

1 0.0268 0.0268 0.0268 0.0268 0.0268 0.0268 0.0268 … 2 0.0221 0.0221 0.0221 0.0221 0.0221 0.0221 0.0221 … 시설물 고

장 및 파손

1 0.0382 0.0382 0.0382 0.0382 0.0382 0.0382 0.0382 … 2 0.0197 0.0197 0.0197 0.0197 0.0197 0.0197 0.0197 …

1 0.0091 0.0091 0.0091 0.0091 0.0091 0.0091 0.0091 … 2 0.0089 0.0089 0.0089 0.0089 0.0089 0.0089 0.0089 … 3 0.0088 0.0088 0.0088 0.0088 0.0088 0.0088 0.0088 …

… … … … … … … … … …

(9)

분석하면 Table 15와 같이 차량탈선이 0.1519(0.0812+0.0432 +0.02740.1519), 차량고장 및 파손이 0.0430, 시설물(궤도) 고장 및 파손이 0.0354, 시설물 붕괴가 0.1809, 선로유실이 0.1040, 선로매몰이 0.1555, 전차선설비 고장 및 파손이 0.0540, 송변전설비 고장 및 파손이 0.0253, 신호제어설비 고장 및 파손이 0.0630, 통신설비 고장 및 파손이 0.0361의 임시복구유형별 중요항목에 대한 중요도가 계산되었다.

기준집단 및 중요항목에서의 중요도가 갖는 의미는 병발사 고가 발생할 수 있는 철도사고에서 다양한 임시복구유형들 에 대하여 우선순위를 정할 수 있다는 것이다. 또한, 기존의 임시복구지휘자의 주관적인 견해로 결정되던 임시복구절차에 있어서 통계학적인 분석을 통해 선정된 우선순위에 입각하 여 임시복구절차를 수립할 수 있다는 것이다.

Table 15로부터 철도사고로 인한 동시에 발생하는 임시복 구유형에 대해 전문가들의 의견을 종합하면 시설물붕괴, 선 로매몰, 차량탈선(선로이탈), 선로유실, 궤도/차량/전차선/송변 전/신호제어/통신설비 고장 및 파손 순으로 우선순위가 결정

되었으며, 이는 복구에 많은 시간이 소요되는 임시복구유형 이 우선시 되어야 하는 것으로 분석되었다. 또한, 임시복구 유형들 에 대하여 중요항목들간의 우선순위를 정함으로써 본 연구에서는 ANP기법을 활용해 산정된 기준집단(임시복구유 형) 및 중요항목에 대한 중요도(우선순위)를 이용하여 임시 복구 표준운영절차를 개발하고자 하였다.

5. 임시복구 시나리오 개발

본 연구에서는 철도관련기관의 전문가들에 대한 설문조사 결과를 바탕으로 임시복구가 가장 어려운 Worst Case를 선 정하였고, 병발사고에 대한 혼란을 막기 위해 임시복구유형 별 우선순위와 임시복구유형별 중요항목들에 대한 우선순위 를 ANP 분석을 통해 도출하였다.

본 연구에서 개발한 임시복구유형별 시나리오의 기본 가정 및 구성은 다음과 같고, 임시복구표준운영시나리오(공통)와 임시복구 Worst Case에 대한 시나리오의 기본구성 예는 Table 15. 중요항목별 중요도 평가 종합

기준집단 중요항목(Event) ANP 도출 중요도 Rank

차량탈선 (선로이탈)

차량복구장비 출동 여부 0.081264

0.151914

2

단시간 조치 여부 0.043227 7 3

차량 자력운전 여부 0.027423 9

차량고장 및 파손 차량탈선 여부 0.026815

0.048878 10

차량 자력운전 여부 0.022063 11 6

시설물(궤도)

고장 및 파손 시설복구장비 출동 여부 0.038157

0.057808 8

궤도구성품 교체 여부 0.019651 14 5

시설물 붕괴

시설복구장비 출동 여부 0.085633

0.180857

1

단시간 조치 여부 0.058199 5 1

가시설물 설치 여부 0.021414 13

궤도구성품 교체 여부 0.015611 17

선로유실

0.106985

4

선로침수 여부 0.018531 15 4

노반 도상 유실 여부 0.01577 16

궤도구성품 교체 여부 0.013616 21

선로매몰

0.155482

3

단시간 조치 여부 0.053878 6 2

가시설물 설치 여부 0.021844 12

궤도구성품 교체 여부 0.015013 19

전차선설비 고장 및 파손

인접사업소 급전 여부 0.010566

0.03772

22

열차 타행 통과 여부 0.009384 23 7

전기차 사용 여부 0.009251 24

단전 여부 0.008519 31

송변전설비

고장 및 파손 인접사업소 송변전 여부 0.015202

0.030111 18

단전 여부 0.014909 20 8

신호제어설비 고장 및 파손

열차 신호제어장치 파손 여부 0.009202

0.027196

25

수신호, 수작업 가능 여부 0.009028 27 9

종합관제실 제어 가능 여부 0.008966 28

고장 및 파손통신설비

열차제어장치 파손 여부 0.009061

0.026808

26

인접사업소를 통한 통신가능 여부 0.008946 29 10

시험실을 통한 통신가능 여부 0.008801 30

(10)

Fig. 8~9와 같다.

1. 국내 철도운영기관에서 보유하고 있는 철도사고 표준운영 절차를 기초로 하고, 철도사고 발생 후 임시복구반이 투입 되어 작업이 시작되기까지의 절차는 임시복구유형별로 동 일하다고 가정한다.

2. 사고발생 후 복구반이 출동하여 상황이 종료되기까지의 시나리오는 철도종류(도시 및 광역, 일반, 고속철도) 구분 없이 하나의 시나리오(공통)를 가진다.

3. 총 60개의 임시복구유형에 대하여 중복되는 유형들을 묶 어서 공통 1개, 임시복구유형 10개(기준집단)로 총 11개의 임시복구 시나리오로 통합한다.

4. 임시복구 시나리오는 공통분야 1개와 복구대상별로 구분 하여 차량분야 2개(차량탈선, 차량 고장 및 파손), 시설분 야 4개(시설물 붕괴, 궤도 고장 및 파손, 선로유실, 선로 매몰), 전기/신호/통신분야 4개(전차선/송변전선/신호제어/

통신설비 고장 및 파손)로 구분한다.

5. 임시복구유형 표준코드(박용걸, 2009)에 임시복구 Worst Case인 터널구간 차량탈선과 ANP기법을 통해 도출된 중 요항목들에 대한 우선순위를 임시복구 작업절차에 적용하 여 우선순위가 높은 순으로 의사결정이 이루어지도록 구 성한다.

6. 임시복구 시나리오상에 국내 복구조직체계를 고려하여 시 설반, 차량반, 전기/신호/통신반으로 구분하고 사고피해유 형에 따라 적절한 임시복구반이 운영이 가능하도록 사고 피해유형에 따른 “임시복구code 링크” 기능을 부여한다.

6. 결 론

본 연구의 목적은 복잡한 의사결정이 필요한 철도사고 임 시복구에 대하여 철도전문가 설문조사결과에 대한 ANP분석

을 수행하여 시나리오기반의 임시복구 표준운영절차를 개발 하는데 있으며, 본 연구를 통해 다음과 같은 결론을 도출하 였다.

1. 문헌조사 및 전문가 설문조사를 통해 다양한 임시복구유 형을 대표하고 포괄할 수 있는 임시복구 Worst Case는 터널구간에서 발생하는 철도사고유형이 Worst Case로 선 정되었다. 주요 고려항목은 사고복구위치, 복구장비 투입 가능 여부, 시설물 붕괴위험, 사고주변 교통방해, 복구작업 환경이며, 사고복구위치에 대한 세부항목으로 터널구간, 교 량구간, 정거장 내, 건널목구간, 일반(토공)구간, 차량기지 내가 선정되었다. 또한, 선정된 고려항목에 대한 가중치 분석결과 임시복구 Worst Case 선정 시 고려항목 중 가 장 중요한 요소는 사고복구위치이며, 그 중 터널구간에서 발생하는 철도사고가 임시복구 Worst Case로 선정되었다.

이는 신속한 임시복구를 위해 좁은 공간에서 체계적이고 효율적인 복구절차를 갖추고 숙련된 복구요원 양성이 필 요한 것으로 분석되었다.

2. 신속한 임시복구를 위해 통계학적 분석기법(ANP기법)을 이용하여 임시복구유형별 고려해야할 중요항목(event)을 도 출하여 중요도를 산정함으로써 병발사고 시 임시복구절차 의 우선순위를 정할 수 있도록 하였다. 또한, ANP분석결 과 임시복구유형 중 시설물 붕괴가 가장 먼저 이루어져야 할 임시복구유형이며, 그 다음으로 선로매몰, 차량탈선(선 로이탈), 선로유실, 시설물(궤도) 고장 및 파손, 차량고장 및 파손, 전차선설비 고장 및 파손, 송변전설비 고장 및 파손, 신호제어설비 고장 및 파손, 통신설비 고장 및 파손 순으로 우선순위가 도출되었다. 이는 복구에 많은 시간이 소요되는 임시복구유형 순으로 임시복구가 이루어져야함 을 나타낸다.

3. 임시복구유형 표준코드, 임시복구 Worst Case, 임시복구 Fig. 8. 임시복구 표준운영시나리오(공통) Fig. 9. 임시복구 worst case 시나리오 기본구성(예 : 터널구간 차량탈선)

(11)

중요항목(event) 및 우선순위 선정결과를 종합하여 임시복 구유형별 Worst Case에 대한 임시복구 시나리오를 개발 하였다.

참고문헌

건설교통부(2006) 도사고보고 및 조사에 관한 지침, 건교부 고시, 제2006-3호.

건설교통부(2005) 비상대응 표준운영절차 개발(안).

건설교통부(2008) 철도사고 및 비상대응 관리체계 구축 보고서.

박용걸(2008) 일반철도 비상사태유형별 임시복구 표준화 및 표준 운영절차 구축 방안-차량탈선을 중심으로, 한국철도학회 춘계 학술대회 논문집, 한국철도학회.

박용걸(2008) 철도비상사태유형별 임시복구 표준운영절차 시스템

개발, 한국철도학회 추계학술대회, 한국철도학회.

박용걸(2009) 철도사고 임시복구유형별 표준운영체계(안) 개발, 한국철도학회 논문집, 한국철도학회.

서울시지하철공사(2003) 재난/장애대비 역별 SOP 대피경로 및 조치요령.

임광균, 김시곤(2006) 철도사고유형분류 및 표준화 방안, 대한토 목학회 논문집, 대한토목학회, 제26권 제1D호, pp. 133-140.

철도청(2002) 철도사고보고 및 수습처리규정.

철도청(2004) 고속철도 사고유형별 대응절차서v

한국철도공사(2007) 철도사고보고 및 조사에 관한 지침, pp. 제1 장~제2장.

Saaty Thomas L. (1996) he Analytic Network Process, McGraw- Hill, RWS Publications.

(접수일: 2010.1.15/심사일: 2010.2.11/심사완료일: 2011.6.18)