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(1)

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(2)

공학석사 학위논문

대형 여객선에서의

피난성능 개선방안에 관한 연구

The study on the improvement of evacuation performance in cruise ship

지도교수 황 광 일

2014년 8월

한국해양대학교 대학원

(3)

INSIDabcdef_:MS_0001MS_0001

본 논문을 구재혁의 공학석사 학위논문으로 인준함.

위원장 도 덕 희 (인) 위 원 황 광 일 (인) 위 원 유 삼 상 (인)

2014년 06월 20일

한국해양대학교 대학원

(4)

목 차

List of Tables ··· iv

List of Figs ··· vi

Abstract ··· ix

제1장 서 론 1.1 연구배경 ··· 1

1.2 선행연구 ··· 2

1.3 연구목적 ··· 2

1.4 논문의 내용 및 구성 ··· 3

제2장 의식조사를 통한 문제점 도출 및 적용대상 2.1 승객의 피난안전관련 의식조사 ··· 4

2.1.1 설문대상 ··· 4

2.1.2 설문지의 구성 ··· 5

2.1.3 설문 결과 ··· 6

2.1.3.1 응답자 특성 ··· 6

2.1.3.2 질문별 응답 결과 ··· 8

2.1.3.3 응답결과 분석 ··· 20

2.2 의식조사를 통한 문제점 선정 ··· 22

(5)

제3장 기존상태의 피난성능

3.1 기존상태의 피난한계시간(ASET) ··· 24

3.1.1 사용프로그램 ··· 24

3.1.2 Modeling ··· 24

3.1.3 시나리오 설정 ··· 25

3.1.4 결과 ··· 26

3.2 기존상태의 피난완료시간(RSET) ··· 35

3.2.1 사용프로그램 ··· 36

3.2.2 Modeling ··· 37

3.2.3 시나리오 설정 ··· 38

3.2.4 결과 ··· 45

3.3 기존상태의 피난안전성 평가 ··· 48

제4장 피난성능 개선방안 4.1 개선방안에 따른 피난한계시간 ··· 50

4.2 개선방안에 따른 피난완료시간 ··· 53

4.3 개선방안에 따른 피난안전성 평가 ··· 57

5. 결론 참고문헌 ··· 61

감사의글 ··· 62

(6)

List of Tables

Table 1 Questionnaire contents ··· 5

Table 2 Survey participants’ residential area ··· 7

Table 3 Specifications ··· 23

Table 4 The composition of fires scenario ··· 25

Table 5 The relationship between Temperature and Time ··· 26

Table 6 The reaction of human according to the concentration of oxygen ··· 26

Table 7 The reaction of human according to the concentration of carbon monoxide ··· 27

Table 8 The standard for Safety of Life ··· 27

Table 9 ASET from simulation ··· 34

Table 10 Delay time ··· 36

Table 11 The walking speed by age ··· 38

Table 12 Case number and composition ··· 40

Table 13 The composition of evacuation scenario ··· 44

Table 14 The result of Case A1 simulation ··· 45

Table 15 The result of Case B1 simulation ··· 46

Table 16 The result of Case C1 simulation ··· 47

Table 17 The composition of improved fires scenario ··· 50 Table 18 The comparison of ASET between before and after improvement

(7)

Table 19 The structure of improved Maritime EXODUS scenario

··· 53

Table 20 The result of Case A2 simulation ··· 54

Table 21 The result of Case B2 simulation ··· 55

Table 22 The result of Case C2 simulation ··· 56

(8)

List of Figs

Fig. 1 The number of annual passengers ··· 1

Fig. 2 A survey at Jeju Terminal ··· 4

Fig. 3 Age distribution of the respondent ··· 6

Fig. 4 Gender distribution of the respondent ··· 7

Fig. 5 A result of Question1 ··· 8

Fig. 13 A result of Question8-2 ··· 13

(9)

Fig. 24 Cruise ship ··· 22

Fig. 25 CAD drawing of Cruise ship ··· 23

Fig. 26 Pyrosim Modeling of Cruise ship ··· 25

Fig. 27 The graph of carbon monoxide concentration on Case 1 ··· 28

Fig. 28 The graph of carbon dioxide concentration on Case 1 ··· 28

Fig. 29 The graph of oxygen concentration on Case 1 ··· 29

Fig. 30 The graph of temperature on Case 1 ··· 29

Fig. 39 EXODUS Modeling of Cruise ship ··· 37

Fig. 40 The example of setting bar in EXODUS ··· 38

Fig. 41 Heel&Trim value in Maritime EXODUS ··· 39

Fig. 42 Behaviour option in Maritime EXODUS ··· 39

Fig. 43 The time to escape in each cases ··· 41

Fig. 44 The comparison of the escape time in case 1-9 ··· 42

(10)

Fig. 47 The number of casualty on Case A1 ··· 48

Fig. 48 The number of casualty on Case B1 ··· 48

Fig. 49 The number of casualty on Case C1 ··· 49

Fig. 50 The time when evacuation is finished on Case A1, B1 and C1 ··· 49

Fig. 51 The location of sprinkler ··· 50

Fig. 55 The number of casualty on Case B2 ··· 57

Fig. 56 The number of casualty on Case C2 ··· 57

Fig. 57 The time when evacuation is finished on Case A1,A2,B1,B2,C1,C2 ··· 58

(11)

The study on the improvement of evacuation performance in cruise ship

Jae Hyeok Koo

Department of Refrigeration and Air-Conditioning Engineering Graduate School of Korea Maritime and Ocean University

Abstract

As the industry of cruise is developing, the number of ships taking a rest at a port in Korea increases every year. Also, there are quite a few ships running in Korea. Unlike this situation, there are few of the study for safety of ships currently. This paper shows that people’s awareness of safety when it is emergency situation using actual cruise ship and the purpose of this paper is to improve the effectiveness of evacuation by organizing problems in emergency.

To organize a virtual situation for emergency, Pyrosim is used for making fires in ship and Available Safe Egress Time is determined. The scenario is divided into a cafeteria on 1st floor, cabin on 1st floor and cabin on 2nd floor according to the location of fires. To calculate Required Safe Egress Time, Maritime EXODUS is used for comparing and assessing both Figs and effectiveness. For studying the factors affecting evacuation

(12)

time, slope, the number of passengers and the location of passengers is organized differently to examine the major effect by using 27 cases. After that, the scenario of evacuation is designed for making passengers act differently according to 3 types of fires situation. The character of passenger’s moving is designed like the results from the survey mentioned above.

For the development of evacuation effectiveness, Available Safe Egress Time is measured when sprinkler works properly in fires and how improved the effectiveness of evacuation is evaluated making a situation that crew members guide passengers to a safety path in emergency.

KEY WORDS: Cruise Ship 대형여객선; Evacuation 피난; Ship fire 선박화재;

Pyrosim ; Maritime EXODUS.

(13)

제 1 장 서 론

1.1 연구 배경

전 세계적인 경제 및 생활수준의 향상과 더불어 크루즈 선박 산업 시장 역시 매년 꾸준한 성장을 보이고 있다. 한국관광공사의 크루즈 통계 표준화 방안 연구 보고서에 따르면 국내 항에 입항하는 크루즈 선의 입항 횟수가 2008년 73회에서 2012년 222회로 증가하였다. 이는 국내 크루즈 선박 산업역시 지속적인 성장을 하고 있음을 보여준다.

국내를 위주로 운항하는 여객선 산업 역시 매년 발전을 거듭하고 있다. 한국해운조합 의 2013년도 연안 해운 통계연보에 따르면 2003년 국내 여객선 이용승객수가 1033만 명에서 2013년 1453만 명으로 증가하였음을 보여준다.

Fig.1 The number of annual passengers

이와 대조적으로 현재 선박피난안전에 관한 국내 연구는 미흡한 것이 현실이며 2002 년부터 2012년도 까지 매년 평균 15건 이상의 선박사고가 일어나고 있고 올해 2014년 4월16일 세월호 참사 사건의 발생으로 여객선사고에 대한 대비와 피난성능의 개선이 중요함을 실감하였다. 또한 대형 여객선에서의 안전에 관한 연구를 위해 사용하고 있

(14)

는 MaritimeEXODUS, Evi, Pathfinder 등의 프로그램들은 주로 서양인들에 대한 실험데 이터를 위주로 만들어진 프로그램이기 때문에 이를 국내에서 운항하는 선박에 대해 적 용시키기에는 문제가 있는 것이 사실이다. 따라서 한국인에 대한 기본적인 신체적, 심 리적 특성을 측정하고 이를 적용시켜 여객선 안전에 대한 연구를 진행하는 것이 우선 수행되어야 할 과제이다.

1.2 선행연구

현재까지 국내에서 수행된 선박피난 관련 연구들은 그 대상이 단순한 객실 또는 실 습선을 대상으로 하는 경우가 있었고 실제 대형여객선을 대상으로 하는 연구는 없었 다. 김원욱^{ } 등 3인은 선박 화재시 피난 안전성에 대한 연구를 수행하였다. 이 논문에 서는 선박 내 한 개의 단체실을 대상으로 FDS(Fire Dynamics Simulator)를 이용한 화재 시뮬레이션 및 Pathfinder를 이용하여 피난성능을 검토하였다. 그 결론으로는 피난성능 의 개선을 위해 다중이용객실의 천장높이를 올리거나 출입구의 폭을 넓혀 유동계수를 늘리는 방법을 제안하였다. 하지만 위 논문은 승객들의 보행속도 및 행동특성에 대한 값을 Default 값으로 수행한 결과이기 때문에 이를 제대로 적용시키기 위한 실험값이 적용되지 못하였다. 황광일^{ } 외 6인은 선박 화재시 가시율에 따른 대피시간 가상 모 의실험을 통해 가시율에 따른 이동속도의 증감을 수치적으로 제시하였으며, 황광일^{ } 의 승선생활 미숙련 대학 신입생들의 여객선 내 보행속도 실험을 통해 실질적인 보행 속도 실험을 수행하여 국내기준에 적합한 실험값들을 얻을 수 있었다.

1.3 연구목적

본 연구의 목적은 의식조사를 통해 한국인의 선박안전에 대한 의식정도를 파악하고 또한 피난시의 행동특성에 대해 조사하여 이를 수치적으로 제시하고자 하였다. 또한 기존 피난안전성 평가를 위해 사용해온 프로그램인 MaritimeEXODUS 및 Pyrosim을 통 해 국내 특성에 맞는 시뮬레이션을 실시하여 대형여객선의 안전성을 높이기 위한 방안 을 제안하는 것이다.

(15)

1.4 논문의 내용 및 구성

본 연구를 위해 실시한 방법은 다음과 같다. 우선 한국인의 기본적인 특성을 알기위 해 의식조사를 실시하였다. 의식조사를 통해 얻은 결과를 토대로 기존 선박에서의 안 전에 대한 문제점을 도출하고 실험기반 시뮬레이션을 통하여 개선방안을 제안한다. 이 때 시뮬레이션은 ASET(Available Safe Egress Time) 값을 도출하기 위한 화재시뮬레이 션을 화재조건에 따라 수행하였고, RSET(Required Safe Egress Time) 값을 얻기 위해 피난시뮬레이션 프로그램을 통해 다양한 조건에서의 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 비교하여 안전성을 평가하고 개선방안을 제안한다.

본 논문은 총 4장으로 구성되어 있다. 1장에서는 연구배경, 선행연구, 연구목적, 논 문의 내용 및 구성이 포함되어 있고 2장은 의식조사를 통한 문제점 도출 및 적용대상 선정으로 승객을 대상으로 한 의식조사와 이를 통해 문제점을 선정하였다. 또한 적용 대상에 대한 내용이 포함되어 있다. 3장은 기존상태의 피난성능으로 기존상태의 피난 한계시간과 피난 완료시간 및 피난성능을 분석하였고 4장에서는 피난성능을 개선하기 위한 방안을 제안하여 이를 적용한 피난 한계시간 및 피난완료시간을 도출하고 이를 분석하여 개선된 피난성능을 평가한다. 5장은 결론이며 얻어진 결과에 대해 논하였다.

(16)

제 2장 의식조사를 통한 문제점 도출 및 적용대상 선정

2.1 승객의 피난안전관련 의식조사

실제 대형여객선을 이용하는 한국인의 안전에 대한 의식과 피난상황시의 행동에 대 한 조사를 실시하였다. 승선경험이 많고 전문적인 교육을 받은 사람들이 아닌 이동 또 는 휴식을 위해 여객선을 이용하는 일반인 승객의 선박의 안전에 대해 느끼는 바를 조 사하고 피난상황을 가정하여 피난 상황 시 어떻게 행동을 취할 것인 가에 대한 설문을 실시하였다.

2.1.1 설문대상

설문은 2014년 2월 21일~22일 2일간 제주여객터미널 및 제주 국제여객선터미널에서 진행되었으며 하선하는 승객을 대상으로 실시하였다. 제주여객터미널 및 제주 국제여 객선터미널은 하루에 9척의 배가 도착하며 전국에서 대형 여객선을 이용하여 운항하는 장소이기 때문에 설문장소로 선정하였다.

(17)

2.1.2 설문지의 구성

승객들의 의식조사를 위한 설문지는 총 4페이지로 구성하였다. 설문자의 특성을 나 이, 성별, 여객선 탑승경험, 국적 및 거주지로 구분하였고 18개의 질문을 통해 설문 응 답자의 피난안전에 대한 의식 및 실제 피난상황 발생 시의 행동을 예측해 보았다. 구 체적인 설문의 내용은 Table1 과 같다.

질문 1~9번은 일반적인 안전관련 안전의식 관련 질문이며 10~18번의 항목은 실제 피난상황이라고 가정하여 응답하도록 하였다.

Table 1 Questionnaire contents

질문 내용

1 실제피난상황을 겪어본 적이 있으십니까?

2 이동수단의 종류 중 가장 안전하다고 생각하는 순서대로 적어주십시오 3 비행기 탑승경험이 있다면 승무원에 의한 비상시 대피요령에 대한 교육에

집중하고 숙지하는 편이십니까? (탑승경험이 없는 경우에는 생략) 4 평소 여객선이 화재, 침수 또는 기타 재난에 대해 안전하다고

생각하십니까?

5 여객선에서 사고 발생 시 가장 염려되는 사고는 무엇입니까?

6 여객선탑승 시 피난경로가 그려진 안내도(비상대피도)를 확인하십니까?

7 여객선탑승 시 탈출용 구명보트의 위치를 확인하십니까?

8 여객선에서 피난안전관련 교육을 받은 적이 있으십니까?

9 피난안전관련 매뉴얼 개발 및 교육이 실시된다면 피난상황 발생 시 실질적인 도움이 될 것 같습니까?

10 실제 피난상황 발생 시 본인은 피난에 성공할 것이라 생각하십니까?

11 실제 피난상황에서 가장 위험할 것으로 예상되는 요소를 순서대로 적어주십시오.

12 피난경보 방송(사이렌 및 안내방송)이 처음 울렸을 때 최초로 어떤 행동을 할 것입니까?

13 객실이 아닌 다른 장소에 있을 때 피난 안내를 알리는 방송이 나온다면 어떻게 행동할 것입니까?

14 실제 피난상황 시 안전한 대피를 위해 어떤 경로로 이동할 것입니까?

15 피난도중 다수의 사람에 의한 정체가 발생하면 어떻게 행동할 것입니까?

16 실제 피난상황 시 가장 도움이 될 것 같은 피난 유도 방법은 무엇입니까?

17 실제 피난상황 시 피난상황을 사람들에게 전파하면서 다니실 것입니까?

18 여객선에서 화재를 발견했을 때 어떻게 행동할 것입니까?

(18)

2.1.3 설문 결과 2.1.3.1 응답자 특성

설문에 응답한 인원은 총 394명이며 응답에 대한 분포는 백분율로 나타내었다. 우선 응답인원의 연령분포는 Fig3에 나타난 것과 같다. 10대 이하(71명), 20대(101명), 30대(34 명), 40대(88명), 50대(74명), 60대(20명), 70대(6명), 80대 이상(0명)으로 조사되었으며 20 대와 40대가 가장 많은 응답을 한 것으로 나타났다.

응답인원을 성별로 구분하면 남성 240명, 여성 153명 무응답1명으로 나타났으며 남 성응답인원이 61.1%로 나타났다. 이는 Fig4에 나타나있다.

응답인원의 지역분포는 Table 2와 같으며 제주와 전남의 인원이 많은 분포를 보였으 나 응답인원이 전국 각지에서 모인 것으로 조사되었다.

Fig.3 Age distribution of the respondent

(19)

Fig.4 Gender distribution of the respondent

Table 2 Survey participants’residential area

From Numbers/Ratio

Seoul and Gyeoggi area 53/0.135 Kangwon province 2/0.005 Chungcheong province 7/0.018 Jeolla province 118/0.299 Gyeongsang province 80/0.203

Jeju island 96/0.244

N/A 38/0.096

Summation 394/1

(20)

2.1.3.2 질문별 응답결과

설문에 응답한 인원은 총 394명이며 응답에 대한 분포는 백분율로 나타내었다.

질문1) 실제피난상황을 겪어본 적이 있으십니까? 의 응답으로는 전체인원 중 5명의 인원만이 겪은 적이 있다고 답하였다. 5명의 인원 중 3명의 응답자가 피난상황에 대해 구체적 응답을 하였으며 그 내용은 6.25사변 및, 태풍에 의한 피난 등이 있었다. 또한 실제피난상황에서 구명보트의 노후로 인해 대피하는데 어려움을 겪었다는 응답이 있었 다.

Fig.5 A result of Question1

질문2) 이동수단의 종류 중 가장 안전하다고 생각하는 순서대로 적어 주십시오 의 응답은 Fig6과 같이 나타났다. Fig6은 안전하다고 생각하는 순위중 1순위에 응답한 결 과로 나타낸 것이며 철도(43.6%), 자동차(25.8%), 비행기(23.7%), 선박(5.9%) 의순으로 결 과가 나왔다.

(21)

질문3) 비행기 탑승경험이 있다면 승무원에 의한 비상시 대피요령에 대한 교육에 집 중하고 숙지하는 편이십니까? 의 질문에 Fig7과 같은 응답 결과가 나왔고 과반수이상 이 승무원에 의한 교육에 집중하고 숙지하는 것으로 나타났다.

(22)

질문4) 평소 여객선이 화재, 침수 또는 기타 재난에 대해 안전하다고 생각하십니까?

에 대한 응답결과는 매우 그렇다(4.9%), 그렇다(27.4%), 보통이다(45.5%), 아니다(18.9%), 매우 아니다(3.3%)로 나타났다.

질문5) 여객선에서 사고 발생 시 가장 염려되는 사고는 무엇입니까? 에 대한 응답으 로는 침수(60.9%), 화재(21%), 조난(14.1%), 테러(2.9%), 기타(1.1%)의 순으로 나타났다.

기타의견으로는 해양오염 및 엔진의 고장 등이 있었다.

(23)

질문6) 여객선탑승 시 피난경로가 그려진 안내도(비상대피도)를 확인하십니까? 에 대 한 응답으로는 Fig10과 같이 나타났다.

(24)

질문7) 여객선탑승 시 탈출용 구명보트의 위치를 확인하십니까? 에 대한응답은 Fig11 와 같이 나타났으며 질문 6,7번 모두 안전을 위해 확인이 필요함에도 불구하고 확인하 는 인원과 그렇지 않는 인원의 수가 비슷한 경향을 보였다.

질문8)여객선에서 피난안전관련 교육을 받은 적이 있으십니까? 에 응답으로는 14.6%

의 인원만이 받은 적이 있다고 응답하였으며 85.4%의 인원이 교육을 받은 적이 없다고 응답하였다. 교육을 받은 인원들은 주로 구명조끼 착용 법 및 피난행동에 대한 교육을 영상이나 승무원을 통해 받은 것으로 나타났다.

(25)

질문8-2)는 질문8번에서 교육을 받은 적이 있다고 응답한 인원을 대상으로 교육이 실제로 도움이 될 것인가 에 대해 질문한 문항으로 매우 그렇다(23.4%), 그렇다(55.3%), 보통이다(17%), 아니다(2.1%), 매우 아니다(2.1%)의 결과를 얻었다.

Fig.13 A result of Question8-2

(26)

질문9) 피난안전관련 매뉴얼 개발 및 교육이 실시된다면 피난상황 발생 시 실질적인 도움이 될 것 같습니까? 에 대한 응답으로는 Fig14와 같은 결과가 나왔다. 질문 8-2 는 실제 교육을 받은 인원들에게 그 실효성에 대해 물은 설문이었고 질문 9번은 모든 인 원을 대상으로 실시한 설문이다. 피난안전관련 매뉴얼 개발 및 교육이 실시된다면 실 직적인 도움이 될 것이라고 생각하는가에 대한 질문에 24.9%의 인원이 매우 그렇다 라 응답하였고 51.7%의 인원이 그렇다 라 응답하였다. 반면 도움이 될 것 같지 않다는 대 답은 3.5% 전혀 도움이 될 것 같지 않다 0.3%의 응답이 나왔다.

질문10) 실제 피난상황 발생 시 본인은 피난에 성공할 것이라 생각하십니까? 에 대한 응답은 매우 그렇다(12.3%), 그렇다(35.0%), 보통이다(36.3%), 아니다(14.8%), 매우 아니다 (1.5%) 로 보통이다 와 그렇다 의 응답이 우세하였다.

(27)

질문11) 실제 피난상황에서 가장 위험할 것으로 예상되는 요소를 순서대로 적어주십 시오. 에 대한 응답으로는 많은 인구의 밀집( 25.0%), 화재로 인한 연기(24.7%), 탈출경 로를 모를 경우(21.2%), 화염(15.9%), 여객선의 기울기 또는 흔들림(12.1%), 기타(1.0%) 로 나타났다. 실제상황에서 인구의 밀집과 연기, 경로의 혼동이 승객들의 이동에 혼란 을 초래할 것이라고 예상된다. 기타의견으로는 침수, 침몰, 폭발, 공황상태 등이 있었 다.

(28)

질문12) 피난경보 방송(사이렌 및 안내방송)이 처음 울렸을 때 최초로 어떤 행동을 할 것입니까? 에 대한 응답으로는 다음방송을 기다린다(17.9%), 승무원에게 문의한다 (10.6%), 즉시 피난을 실시한다(16.4%), 소지품을 챙긴다(13.2%), 구명조끼를 찾아 입는다 (40.8%) 라 응답하였다. 기타(1.0%) 의견으로는 침착한다, 가만히 있는다, 상황에 따라 다르다 등이 있었다.

질문13) 객실이 아닌 다른 장소에 있을 때 피난 안내를 알리는 방송이 나온다면 어 떻게 행동할 것입니까? 에 대한 응답으로는 일행을 찾는다(49.7%)의 응답이 가장 많았 으며 다음으로 즉시 피난한다(38.5%), 소지품을 챙기기 위해 객실로 돌아간다(10.2%), 기타(1.6%) 순의 응답결과가 나왔다. 기타의견으로는 구명조끼를 찾는다, 침착 한다 등 이 있었다.

(29)

질문14) 실제 피난상황 시 안전한 대피를 위해 어떤 경로로 이동할 것입니까? 에 대 한 응답으로는 직원의 안내대로 이동한다(43.3%)다 가장 많은 응답결과를 얻었으며 다 음으로는 비상구표시를 따라 이동한다(27.9%), 다수의 사람들을 따라 이동한다(15.4%), 미리 알고 있는 경로로 이동한다(13.1%), 기타(0.3%)의 응답결과가 나왔다.

(30)

질문15) 피난도중 다수의 사람에 의한 정체가 발생하면 어떻게 행동할 것입니까? 에 대한 응답결과로는 다른 길로 돌아간다(42%), 밀치고 지나간다(13.7%), 가만히 따란 간 다(41.7%), 기타(2.6%)의 응답결과가 나왔으며 기타의견으로는 다 가면 간다, 모르겠다, 직원을 찾는다 등이 있었다.

질문16) 실제 피난상황 시 가장 도움이 될 것 같은 피난 유도 방법은 무엇입니까? 에 대한 응답결과로는 직원의 경로유도(56%), 방송으로 경로유도(17.3%), 비상구표시 (16.8%), 피난경로가 그려진 약도(9.4%), 기타(0.5%)의 응답결과가 나왔다. 기타의견으로 는 스티커부착 등의 의견이 있었다.

(31)

문17) 실제 피난상황 시 피난상황을 사람들에게 전파하면서 다니실 것입니까? 에 대 한 응답으로는 Fig22와 같은 응답 결과가 나왔다.

(32)

질문18) 여객선에서 화재를 발견했을 때 어떻게 행동할 것입니까? 에 대한 응답으로 는 초기진압을 실시한다(32.3%)의 의견이 가장 많이 나왔으며 다음으로는 비상벨을 찾 아 울린다(28.8%), 승무원을 찾아 알린다(24%), 즉시 피난한다(14.7%), 기타(0.3%)의 의견 이 나왔다.

Fig.23 A result of Question18 2.1.3.3 응답결과 분석

실제 선박탑승경험이 있는 승객들을 대상으로 의식조사를 실시한 결과 선박에 대하 여 타 이동수단에 비해 안전하다고 생각하지 않는다는 점이 질문2를 통해 밝혀졌다.

전체 인원 중 5.9%의 인원만이 선박이 가장 안전한 이동수단이라고 밝혔다. 또한 질문 4를 통해 평소 여객선이 재난에 대해 안전하다고 생각하는 인원이 32.3%로 약 1/3수준 밖에 되지 않았다. 여객선에서 사고발생시 침수(60.9%) 및 화재(21%)상황을 가장 걱정 하였으며 이는 두 가지 경우 모두 긴급히 피난을 해야 하는 상황을 나타내었다. 질문 6과 7을 통해 피난 경로 및 구명정의 위치를 확인하지 않는 인원이 상당수 있음을 확 인하였다. 실제 피난상황에서 경로의 미인지와 목적지를 모르는 경우 피난시간에 상당

(33)

탑승경험이 있는 승객에 의해 질문 3에서 60%가 넘는 인원이 교육에 집중한다는 점을 밝혔다. 선박에서 역시 승무원을 통해 또는 영상을 통해 교육에 집중도를 높일 수 있 는 방안이 요구된다. 질문 8-2와 9번을 통해 안전관련 매뉴얼의 개발이 실질적인 도움 이 될 것이라 판단한 승객들이 상당수 있음을 통해 안전교육에 관한 새로운 방법 또한 제시되어야 한다고 생각된다.

실제 피난상황 시 승객들의 행동에 대해 알아보고자 한 설문에서는 실제 피난상황 을 겪어본 승객이 거의 없었기 때문에 실제 상황을 가정하여 설문을 실시하였다. 질문 10번의 결과에 따르면 47%가 넘는 인원이 본인은 실제 피난상황에서 피난에 성공할 것 이라고 판단하였고, 16.3%의 인원이 피난이 어려울 것이라고 예측하였다. 질문 11에 의 해실제피난에서는 인구의 밀집, 연기, 경로의 미인지 등이 큰 위험요소로 작용할 것이 라고 예측하였다.

또한 질문 16번에 의해 실제 피난상황에서 직원에 대한 의존도가 상당히 높아질 것 으로 예상되었다. 질문 12,13에 의해 승객들의 최초 상황 발생 시의 행동에 대해 어느 정도 예측해 볼 수 가 있었다. 또한 질문 14에 의해 직원의 유도와 비상구의 표시가 경로선택에 큰 영향을 줄 수 있다는 점을 알 수 있었다. 질문 15번은 피난상황 발생 시 빈번히 발생하게 되는 정체현상에 대한 질문으로 이때 42%의 인원이 다른 길을 선 택해서 돌아가겠다고 응답하여 이 역시 경로선택에 큰 영향을 줄 수 있음을 알게 되었 다. 질문 17번은 상황전파에 대한 설문으로 65%이상의 인원이 상황을 알리며 다니겠다 고 응답하였다. 마지막으로 질문 18번은 최초 화재 발견 시 행동에 대한 내용으로 초 기진압을 실시한다는 의견이 많았고, 비상벨을 울린다, 승무원에게 알린다, 즉시 피난 한다 의 순서로 응답이 나왔다.

(34)

2.2 의식조사를 통한 문제점 선정

설문 결과를 실제상황에 적용하여 생각해 보았을 때 현재의 선박 내 교육시스템은 상당히 문제가 있다는 점이 밝혀졌다. 이는 실제 피난상황발생시 승객들의 행동을 늦 추는 원인이 되며 자칫 대형 사고를 유발할 수 있는 원인이 될 수 있다. 또한 승객들 의 승무원과 방송에 대한 의존도가 상당히 높게 나타났는데 이는 역으로 알람이 울리 지 않거나 승무원이 역할을 제대로 수행하지 못했을 경우 승객들이 피난을 시작하기까 지의 초기반응 시간 및 이동시간에 큰 영향을 줄 수도 있다는 점이 파악되었다.

2.3 적용대상

대형여객선에서의 피난성능을 알아보기 위해 적용한 대상은 P사의 대형 여객선으로 중에는 부산과 오사카를 왕복 운항하며 주말에는 부산 연안을 운항하는 선박이다.

Fig.24 Cruise ship

(35)

Table 3 Specifications

Tonnage 21,535[tons]

Type Cruise ship/Cargo ship Number of persons 681

Course1 Busan Coast

Course2 Busan, Korea ↔ Osaka, Japan

Fig.25 CAD drawing of Cruise ship

(36)

제 3장 기존상태의 피난성능

3장에서는 기존상태의 피난성능을 알아보기 위해 피난 한계시간을 의미하는 ASET(Available Safety Egress Time)와 실제 피난시간을 의미하는 RSET(Required Safety Egress Time)를 구하여 비교한다. 피난상황의 원인은 화재, 침수, 테러 등 여러 가지가 있을 수 있으나 본 논문에서는 실제로 시뮬레이션이 가능하고 일반적으로 가장 일어나기 쉬운 사고인 화재를 대상으로 피난한계시간을 구한다.

3.1 기존상태의 피난 한계시간(ASET)

피난한계시간이란 피난이 요구되는 상황에서 인명의 피해가 발생하지 않도록 사람들 이 피난을 완료해야하는 시간을 의미한다.

3.1.1 사용프로그램

본 논문에서는 선박내 화재를 해석하기 위해 Pyrosim 이라는 프로그램을 사용하였다.

Pyrosim은 FDS(Fire Dynamic Simulator) 사용자를 위한 그래픽 유저 인터페이스로 화재 해석을 위한 프로그램이다. FDS는 국립 기술 표준국 (National Institute of Standard and Technology(NIST))에서 개발한 화재시뮬레이터이며 전산유체역학(CFD)을 통한 화재 를 예측한다. 이를 유저가 사용하기 쉽도록 개선한 것이 Pyrosim이며 본 논문에서는 이 를 이용하여 선박에서의 화재 시나리오를 구성, 피난상황을 가정하여 피난한계시간 (ASET)을 구한다.

3.1.2 Modeling

Pyrosim을 이용하여 화재의 영향을 받는 실내구역을 대상으로 모델링을 하였다. 총 3 개 DECK로 구성하였으며, 출구 및 주요 지점마다 CO, CO2, 산소, 온도 센서를 설정하 였다.

(37)

Fig.26 Pyrosim Modeling of Cruise ship 3.1.3 시나리오 설정

우선 화재의 규모는 4000[kW/㎡] 급으로 설정하였으며 시뮬레이션 시간은 500초로 설정하였다. 또한 화재의 위치에 따라 1층 식당, 1층 객실, 2층 객실 이렇게 3가지 Case를 구성하였다.

Table 4 The composition of fires scenario

모델링 영역 선박3개DECK의 실내

화재의 위치

Case 1 : 1층 식당 Case 2 : 1층 객실 Case 3 : 2층 객실

화재의 규모 4000[kW/㎡]

시뮬레이션 시간 500[s]

(38)

3.1.4 결과

시뮬레이션을 수행하여 Fig.27~38과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 이를 상황에 따른 인간의 반응조건 및 인명안전 기준과 비교하여 ASET값을 도출해 낼 수 있었다.

인간의 반응조건 및 인명안전 기준은 다음과 같다.

Table 5 The relationship between Temperature and Time

피부 표면 온도 (℃) 시간 (초)

71 60

82 30

100 15

문헌과 실험에 따르면 50℃에서 입과 코 그리고 식도에 심각한 불편함을 느끼게 되 고 65℃에서는 무기력증을 유발시키며, 100℃에서는 고열에 의한 사망을 일으키게 된다.

※자료 “Combustion Products and Their effect on Life Safety”, Fire Protection Handbook, NFPA

Table 6 The reaction of human according to the concentration of oxygen

산소 _의 농도 (%) 시간 영향

21-17 - 호흡량 감소 ; 판단 미흡

17-14 2시간 빠른 심장박동, 어지러움증

14-11 30분 매스꺼움, 구토, 마비

9 5분 의식불명

6 1-2분 사망

※자료 “Human Factors Considerations”, Introduction to Performance-Based Fire Safety. NFPA

(39)

Table 7 The reaction of human according to the concentration of CO

일산화탄소 CO농도

(ppm)

시간 (분) ppm-분 영향

200 120-180 24,000-36,000 약간의 두통

800 45 36,000 약간의 두통

3,200 10-15 32,000-48,000 어지러움증

3,200 30 96,000 사망 가능성

6,900 1-2 69,000-13,800 어지러움증

12,800 0.1* 12,800 의식불명

12,800 1-3 12,800-38,400 사망

*2-3회 호흡

※자료 “Human Factors Considerations”, Introduction to Performance-Based Fire Safety. NFPA

Table 8 The standard for Safety of Life

구 분 성능기준 비 고

호흡 한계선 바닥으로부터 1.8m 기준 열에 의한 영향 60℃ 이하

가시거리에 의한 영향

용도 허용가시거리 한계

단, 고휘도 유도등, 바닥유도등, 축광유도표지 설치시, 집회시설 판매시설 7m 적용 가능

기타시설 5m

집회시설

판매시설 10m

독성에 의한 영향

성분 독성기준치

기타, 독성가스는 실험결과에 따른 기준치를 적용 가능 CO 1,400ppm

O2 15%이상 CO2 5% 이하

(40)

Fig.27 The graph of carbon monoxide concentration on Case 1

(41)

Fig.29 The graph of oxygen concentration on Case 1

Fig.30 The graph of temperature on Case 1

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

시뮬레이션 결과와 인간의 반응 조건 및 인면안전 기준을 통해 ASET값을 구해본 결 과 다음과 같은 ASET값을 얻을 수 있었다.

Table 9 ASET from simulation

일산화탄소 이산화탄소 산소 온도 ASET[s]

Case1

1-1 - - - - -

1-2 - - - 87s 87s

1-3 - - - - -

2-1 - - - - -

2-2 - - - - -

2-3 - - - 154s 154s

2-4 - - - 163s 163s

2-5 - - - 197s 197s

2-6 - - - - -

2-7 - - - 105s 105s

3-1 - - - - -

3-2 - - - - -

3-3 - - - - -

3-4 - - - - -

3-5 - - - - -

Case2

1-1 - - - - -

1-2 - - - - -

1-3 - 90s 173s 20s 20s

2-1 - - - - -

2-2 - - - - -

2-3 - - - - -

2-4 - 181s - 40s 40s

2-5 - 469s - 210s 210s

2-6 - - - 150s 150s

2-7 - - - - -

3-1 - - - - -

3-2 - - - - -

3-3 - - - - -

3-4 - - - - -

3-5 - 193s - 60s 60s

Case3

1-1 - - - - -

1-2 - - - - -

1-3 - - - - -

2-1 - - - - -

2-2 - - - 197s 197s

2-3 - - - 236s 236s

2-4 - 65s 110s 20s 20s

2-5 - 160s - 100s 100s

2-6 - 194s 227s 21s 21s

(47)

3.2 기존상태의 피난 완료시간(RSET)

피난시간을 계산하기 위해서는 손으로 계산하는 방법과 시뮬레이션을 수행하여 구하 는 방법이 있다. 하지만 실제 피난은 인간에 대한 다양한 육체적, 심리적 영향을 받는 행위이므로 이론적으로 구하기가 쉽지 않다. 따라서 보통의 경우 다양한 실험을 통해 얻은 값을 적용한 피난 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 피난시간을 도출한다. 프로그 램을 적용하기에 앞서 피난완료시간을 구하는 식은 다음과 같다.

      

_ : 화재(또는 피난의 원인)가 감지되는데 걸리는 시간

_ : 화재(또는 피난의 원인)가 탐지된 후 거주자들이 인지하는데 걸리는 시간

_ : 상황을 인지한 후 거주자들이 행동을 취할 때 까지 걸리는 시간

_ : 행동을 취하기로 결정한 순간부터 피난을 시작하는 데까지 걸리는 시간

_ : 피난을 시작하면서부터 피난이 끝날 때 까지 걸리는 시간

이중 _는 피난시뮬레이션을 통해 계산이 되며 _,_,_ 의 세항을 합해 지연시간이라 하는데 이는 주로 다음과 같이 정하여 사용한다.

(48)

Table 10 Delay time

거주형태 W1[min] W2[min] W3[min]

사무실, 상업＆상업 건물, 학교, 대학

(빌딩, 경보시스템, 탈출과정에 익숙한 깨어 있는 거주자)

<1 3 <4 상점, 박물관, 레저스포츠센터, 그 밖의 다른 집회

건물(깨어 있지만 빌딩, 경보시스템, 탈출과정에 익숙하지 않은 거주자)

<2 3 <6 기숙사, 중층과 고층주택 (거주자는 졸리지만 빌

딩, 경보시스템, 탈출과정에 익숙함) <2 4 <5 호텔과 숙소(빌딩, 경보시스템, 탈출과정에 익숙하

지 않고, 졸린 거주자) <2 4 <6

병원, 요양소, 그 밖의 공공 숙소(대부분의 거주자

가 도움이 필요함) <3 5 <8

W1.공간 안의 모든 거주자에 의하여 보거나 들을 수 있는 교육된 제복차림의 직원 과 분명한 지령 또는 폐쇄회로 텔레비전 시설을 가지고 있는 통제실로부터 음성 통신시스템을 이용하여 분명한 지령

W2.직접적이지 않은 음성 메시지 그리고/또는 훈련된 직원과 더불어 정보를 제공하 는 시각적 경고

W3.화재 경고 신호와 적절히 훈련되지 않은 직원을 사용하고 경고 시스템이 기준 밖의 지연시간을 적용할 시, 타당한 근거와 전문가의 판단이 요구됨

3.2.1 사용프로그램

피난완료시간을 구하기 위해 본 논문에서는 Maritime EXODUS라는 프로그램을 사용 하였다. Maritime EXODUS는 영국 Greenwich 대학의 FSEG(Fire Safety Engineering Group)에 의해 개발된 프로그램으로 피난 시뮬레이션 프로그램이다. 이 프로그램을 이 용하여 대형 크루즈 선박에서의 피난시간을 구하였다.

(49)

3.2.2 Modeling

실제 운항중인 대형여객선을 기준으로 모델링을 실시하였으며 승객들은 총 4개의 DECK에서 자유롭게 활동할 수 있다. 출구는 2층(A DECK)에 1개 3층(BRIDGE DECK)에 2개의 CHUTE(해상 탈출 설비)를 설정하여 LSA(Life saving appliance)를 구성하였다.

Fig.39 EXODUS Modeling of Cruise ship

(50)

3.2.3 시나리오 설정

Population 설정을 위해 남, 녀 각각 4가지 연령층으로 구분하여 설정하였다. 설정한 값들은 2012년부터 진행한 선박 내 보행속도 측정값으로 총 294명을 대상으로 측정한 값의 평균값을 이용하였다.

Table 11 The walking speed by age

　 Flat

Population Make up Min(-0.2)

[m/s] Mean

[m/s] Max(+0.2) [m/s]

Females

10-20 1.29 1.49 1.69

20-40 1.44 1.64 1.84

40-60 1.23 1.43 1.63

60-80 1.18 1.38 1.58

Males

10-20 1.48 1.68 1.88

20-40 1.57 1.77 1.97

40-60 1.31 1.51 1.71

60-80 1.17 1.37 1.57

(51)

Maritime EXODUS에서는 선박의 기울기에 따라 보행속도에 영향을 줄 수 있다. 이를 적용시키는 것이 Heel&Trim값 설정이다. 각도에 따른 보행속도의 감소 값은 프로그램 자체에 실험값으로 적용되어 있으며 적용한 모델은 SHEVA모델을 적용하였다.

Fig.41 Heel&Trim value in Maritime EXODUS

Maritime EXODUS에서의 Behaviour option은 다음과 같이 설정하여 시뮬레이션을 수 행하였다.

Fig.42 Behaviour option in Maritime EXODUS

또한 실제 피난 상황 시 전체 피난 속도에 영향을 주는 변수를 찾아내기 위해 승객 수, 승객의 위치, 선박의 기울어짐 에 따른 전체 피난 속도를 변수로 두어 시뮬레이션 을 수행하였다. 승객의 수는 전체 객실 정원보다 조금 초과하여 탑승한 경우 719명을 기준으로 정했다. 이후 승객수의 75%인 540명, 50%수준인 360명인 경우로 구성하였고,

(52)

승무원의 수는 50명으로 설정하였다. 승객의 위치에 따른 피난상황의 고려를 위해 위 치도 3가지 경우로 구분하였고, 기울기 역시 0°,10°,20°로 구분하여 Case를 구성하 였다.

Table 12 Case number and composition

피난 시나리오

Case number 승객 수 승객의 위치 선박의 기울어짐 1

719+50=769명 (승객+승무원=총원)

전원객실

0도

2 10도

3 20도

4

절반만 재실

0도

5 10도

6 20도

7

전원 객실 밖

0도

8 10도

9 20도

10

540+50=590명 (승객+승무원=총원)

전원객실

0도

11 10도

12 20도

13

절반만 재실

0도

14 10도

15 20도

16

전원 객실 밖

0도

17 10도

18 20도

19

360+50=410명 (승객+승무원=총원)

전원객실

0도

20 10도

21 20도

22

절반만 재실

0도

23 10도

24 20도

(53)

시뮬레이션은 각 Case별로 50회씩 반복하여 수행하였고 그 평균값을 이용하여 Case 별 피난 결과를 얻었다.

Fig.43 The time to escape in each cases

Fig43은 27개의 Case의 전체 피난 완료시간인 마지막 피난자의 PET(personal elapsed time)를 나타낸 것이다. 위 Case들은 전부 모든 승객 및 승무원들이 가까운 LSA(Life Saving Appliance)로 즉시 피난을 시작하도록 설정하였다. 그 결과 Case1~27까지 선박 의 기울어짐에 따른 최종 피난시간의 차이는 근소하게 나타났다. 선박의 각도가 0도에 서 10도로 기울었을 경우에는 평균적으로 0.95초의 전체 피난 시간이 증가 하였고, 10 도에서 20도로 기울었을 경우 평균 4.15초의 전체 피난 시간이 증가하였다. 0도일 경우 와 20도 기울었을 경우를 비교해 보면 평균 5.10초의 전체 피난시간이 증가하였음을 보였다. 그러나 승객의 위치에 따른 피난시간을 비교하여보면 전체 피난시간에 상당한 영향을 미치는 것을 알 수 있다. FIg44, 45, 46은 동일 승객수인 상황에서 승객의 위치 에 따라 전체 피난시간이 달라짐을 비교한 그래프이다.

(54)

Fig.44 The comparison of the escape time in case 1-9

(55)

Fig.46 The comparison of the escape time in case 19-27

Fig44은 Case1~9번의 전체 피난 완료시간을 나타낸 것으로 비교를 위해 평균값을 사 용하자면 Case1~3번의 평균 전체 피난완료 시간은 814.24초, Case4~6번의 평균 전체 피 난 완료 시간은 683.39초, Case7~9번의 평균 전체 피난 완료 시간은 550.28초 이다. 이 는 승객이 전원 밖에 있을 경우 전원 객실에 있을 때보다 263.96초의 시간이 줄어든 것으로 약 32.4%의 피난시간을 감소시켰다. Fig45는 Case10~18번의 전체 피난 완료시 간을 나타낸 것으로 비교를 위해 평균값을 사용하자면 Case10~12번의 평균 전체 피난 완료 시간은 624.74초, Case13~15번의 평균 전체 피난 완료 시간은 484.39초, Case16~18 번의 평균 전체 피난 완료 시간은 440.27초 이다. 이는 승객이 전원 밖에 있을 경우 전 원 객실에 있을 때보다 184.47초의 시간이 줄어든 것으로 약 29.5%의 피난시간을 감소 시켰다. Fig46은 Case19~27번의 전체 피난 완료시간을 나타낸 것으로 비교를 위해 평 균값을 사용하자면 Case19~21번의 평균 전체 피난완료 시간은 420.85초, Case22~24번의 평균 전체 피난 완료 시간은 335.52초, Case25~27 의 평균 전체 피난 완료 시간은 301.72초 이다. 이는 승객이 전원 밖에 있을 경우 전원 객실에 있을 때보다 119.13초의 시간이 줄어든 것으로 약 28.3%의 피난시간을 감소시켰다. 이는 승객들이 객실에 있지 않고 흩어져 있을 경우 3개의 CHUTE에 보다 분산되어 피난을 실시하기 때문에 이러한

(56)

결과가 나왔다. 즉 피난시간을 줄일 수 있는 중요한 방법으로 3곳의 CHUTE로 승객들 을 적절히 분배하는 것이 매우 중요함을 알 수 있었다.

기울기에 따른 영향은 프로그램의 특성상 20도에서의 보행속도 감소 값밖에 적용이 안 되기 때문에 만약 그 이상의 기울기로 실제 피난상황이 발생한다면 피난시간은 더 욱 길어질 것이며 피난의 모습 또한 달라질 것으로 예상된다. 결국 프로그램 수행 결 과 본 논문에서는 기울기에 따른 영향보다는 승객들의 위치 및 피난 경로에 주목하여 개선방안을 제시하는 것이 옳다고 판단된다.

이러한 결과 및 설문지의 질문 12, 13번의 응답을 적용하여 최종적인 Case를 구성하 였다.

Table 13 The composition of evacuation scenario

Case A1 Case B1 Case C1

피난 상황 1층 식당 화재 1층 객실화재 2층 객실화재

승객의 수 승객 수 : 631+50=681명 (승객+승무원=총원)

선박의 기울기 선박 기울기 : Heel : 20° Trim : 20°

설문 내용적용

설문12번) 객실에 있을 경우

16.4%의 인원을 제외하고 전원 Delay Time 발생

설문13번) 객실밖에 있을 경우 38.5%의 인원이 즉시피난 10.2%의 인원이 객실 복귀 그 외 인원 Delay Time발생

승객의 행동 가까운 출구로 이동하며 화재가 발생한 구역으로는

(57)

3.2.4 시뮬레이션 결과

Case A1, B1, C1 시뮬레이션 결과 다음과 같은 결과가 나왔다.

Table 14 The result of Case A1 simulation

1-1 1-2 1-3

2-1 2-2 2-3

2-4 2-5 2-6

2-7 3-1 3-2

3-3 3-4 3-5

(58)

Table 15 The result of Case B1 simulation

1-1 1-2 1-3

2-1 2-2 2-3

2-4 2-5 2-6

2-7 3-1 3-2

3-3 3-4 3-5

(59)

Table 16 The result of Case C1 simulation

1-1 1-2 1-3

2-1 2-2 2-3

2-4 2-5 2-6

2-7 3-1 3-2

3-3 3-4 3-5

(60)

3.3 기존상태의 피난 안전성 평가

기존상태에서의 피난 안전성 평가를 위해 앞서 구한 피난 한계시간 값과 피난 완료 시간 값을 비교하여 사상자의 수를 추정할 수 있다. 우선 Case A1의 경우 2-4번 출구 를 통해 피난을 실패한 인원이 19명, 2-7번을 통해 피난을 실패한 인원이 11명 총 30 명으로 추정되었다.

Fig.47 The number of Casualty on Case A1

Case B1의 경우에는 2-6번 출구를 통한 피난실패 인원이 총 46명으로 추정되었다.

(61)

Case C1의 경우에는 2-2, 2-4, 2-5, 2-6번 지점에서 각각 115명, 1명 17명, 3명 총 136 명의 인원이 피난을 실패할 것으로 추정되었다.

Fig.49 The number of Casualty on Case C1

위의 결과를 통해 별다른 지시가 없이 가까운 출구로 이동하는 경우 Case A1의 경우 에는 30명, Case B1의 경우에는 46명, Case C1의 경우에는 115명의 사상자가 발생할 수 있음을 보여준다. 또한 전원이 피난을 완료하는 피난완료시간은 Fig50과 같았다.

Fig.50 The time when evacuation is finished on Case A1, B1 and C1

(62)

제4장 피난성능 개선방안

3장에서의 시뮬레이션 결과 사상자가 발생할 수 있다는 점을 개선하기 위해 피난 한계시간(ASET)을 늘리는 방법과 피난 완료시간(RSET)시간을 감소시키는 방법이 필요 함을 알게 되었다. 따라서 4장에서는 기계적인 설비를 통한 ASET시간의 증가를 시뮬레 이션을 통해 구해보고 승무원의 유도를 가정하여 승객들의 안전구역으로의 적절한 유 도를 통한 RSET시간의 감소를 구하려한다. 이를 통해 향상된 피난안전성을 이전결과와 비교해볼 것이다.

4.1 개선방안에 따른 피난한계시간

피난한계시간의 향상을 위해 본 논문에서는 스프링클러를 적용시켜 보았다. 스프링 클러는 화재안전기준에 따라 물의 토출량을 80[l/min]으로 설정하였고 간격은 3m로 가 정하여 설치를 실시하였다. 시나리오의 구성은 Table17 와 같고 그 결과는 Fig52~54로 나타내었다. 전체 피난한계시간에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 온도이므로 온도그래 프만 나타내었다.

Table 17 The composition of improved fires scenario

모델링 영역 선박3개DECK의 실내

화재의 위치

Case 4 : 1층 식당 Case 5 : 1층 객실 Case 6 : 2층 객실

화재의 규모 4000[^]

스프링클러의 유량 80[min]

스프링클러 설치간격 3[]

시뮬레이션 시간 500[ ]

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Case 4,5,6의 시뮬레이션 결과 Case 4번의 경우 300초 이상이 되면 계산오류가 발생 하여 그이상의 계산은 수행하지 못하였으나 그전까지의 결과로 피난 한계시간의 변화 를 구할 수 있었다. 스프링클러의 설치를 통한 피난한계시간의 변화는 다음과 같다.

Table 18 The comparison of ASET between before and after improvement 위치 Case1 Case4 결과 Case2 Case5 결과 Case3 Case6 결과

1-1 - - - -

1-2 87s 103s +16s - - - -

1-3 - - 20s 20s - -

2-1 - - - -

2-2 - - - - 197s -

2-3 154s 150s -4s - - 236s -

2-4 163s 153s -10s 40s 45s +5s 17s 20s +3s 2-5 197s 175s -22s 210s 197s -13s 100s 169s +69s 2-6 - - 150s 132s -18s 21s 20s -1s

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피난한계시간은 예상과는 조금 다르게 나타났다. 1층의 화재의 경우에는 식당화재, 객실화재 모두 스프링클러의 영향이 오히려 역으로 악영향을 미칠 수 있음을 알 수 있 었다. 그 이유로는 2층까지 개방된 공간에서 1층 스프링클러로 인해 1층에 있는 연기 가 2층으로 더욱 유동적으로 이동하여 나타난 결과라고 해석된다. 2층화재의 경우에서 는 확실히 스프링클러로 인한 전체적인 피난한계시간을 충분히 증가시킬 수 있었다.

따라서 피난성능개선을 위해 1층 화재의 경우에는 스프링클러를 적용시키지 않고, 2층 화재의 경우 스프링클러시스템을 적용하여 피난한계시간을 최대로 유지하는 것이 전체 적인 피난성능 향상에 도움이 된다는 점을 알 수 있었다.

4.2 개선방안에 따른 피난완료시간

피난 완료시간의 단축 및 위험구역으로 승객들이 이동하는 것을 개선하기 위해 새로 운 시나리오를 구성하여 피난 완료시간을 구하였다. 새로운 시나리오에서는 승무원들 이 유도를 통해 승객들을 안전구역으로 유도하여 탈출을 시킨다는 점을 가정하였다.

Table 19 The composition of improved EXODUS scenario

Case A2 Case B2 Case C2

피난 상황 1층 식당 화재 1층 객실화재 2층 객실화재

승객의 수 승객 수 : 631+50=681명 (승객+승무원=총원) 선박의 기울기 선박 기울기 : Heel : 20° Trim : 20°

설문 내용적용

설문12번) 객실에 있을 경우

16.4%의 인원을 제외하고 전원 Delay Time 발생

설문13번) 객실밖에 있을 경우 38.5%의 인원이 즉시피난 10.2%의 인원이 객실 복귀 그 외 인원 Delay Time발생

승객의 행동 화재가 발생한 구역을 피해 안전한 구역으로 유도되어 피난 한다

승객의 위치 절반재실 절반 객실 밖

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시뮬레이션 결과는 다음과 같다.

Table 20 The result of Case A2 simulation

1-1 1-2 1-3

2-1 2-2 2-3

2-4 2-5 2-6

2-7 3-1 3-2

(67)

Table 21 The result of Case B2 simulation

1-1 1-2 1-3

2-1 2-2 2-3

2-4 2-5 2-6

2-7 3-1 3-2

3-3 3-4 3-5

(68)

Table 22 The result of Case C2 simulation

1-1 1-2 1-3

2-1 2-2 2-3

2-4 2-5 2-6

2-7 3-1 3-2

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4.3 개선방안에 따른 피난안전성평가

피난한계시간의 증가를 위한 개선방안으로 스프링클러를 설치하여 시뮬레이션을 실 시하였고 그 결과 1층 식당, 객실화재의 경우 기존 시나리오가 오히려 더 안전성이 높 았으며 2층화재의 경우 스프링클러를 설치한 시나리오가 피난한계시간을 크게 높여줄 수 있었다. 따라서 화재시나리오 Case 1,2,6과 개선된 피난 시뮬레이션 결과인 Case A2, B2, C2를 비교하여 피난 안전성을 평가하여 보았다.

1층 식당화재의 경우 승객들이 안전한 구역으로 유도되어 이동한다면 피난에 실패하 는 인원은 발생하지 않음을 알 수 있었다. 개선 전 총30명의 피난 실패인원이 나타났 던 점과 비교하여 개선이 되었음을 알 수 있었다.

1층 객실화재의 경우 개선 전 46명의 피난 실패인원이 발생하였으나 개선방안에 따 라 2-5번 출구를 통해 9명, 2-6번 출구를 통해 13명 총 22명의 피난 실패인원이 발생 하였다. 시뮬레이션을 통해 24명의 인원이 더 피난에 성공할 수 있었다.

Fig.55 The number of casualty on Case B2

2층 객실화재의 경우 개선 전 총 136명의 피난 실패인원이 있었으나 스프링클러를 통 한 연기확산의 지연과 승객들의 적절한 유도를 실시하여 화원과 너무 가까웠던 인원 5 인을 제외하고 전원이 무사히 피난을 완료할 수 있었다.

Fig.56 The number of casualty on Case C2

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종합적으로 판단해 보았을 때 스프링클러의 설치를 통한 피난 한계시간의 증가와 승 무원을 통한 승객의 유도로 피난완료시간을 줄이는 방안에 의해 피난에 실패하는 인원 즉 사상자의 수가 1층 식당화재의 경우 30명에서 0명, 1층 객실화재의 경우 46명에서 22명, 2층 객실화재의 경우 136명에서 5명으로 줄어들었음을 확인하였다.

또한 화재구역을 벗어나는 것과는 별개로 선박 탈출하는데 까지 걸리는 시간을 비교 하였을 때 Case A1의 경우 584.2초가 걸렸으나 승무원이 유도한 Case A2의 경우 492.9 초로 총 91.3초의 시간이 감소하였고 Case B1의 경우 547.4초에서 Case B2의 경우 543.8초로 3.5초 감소, Case C1의 경우 680.5초에서 Case C2의 경우 623초로 57.5초의 시간을 줄일 수 있었다.

Fig.57 The time when evacuation is finished on Case A1,A2,B1,B2,C1,C2