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미영 증
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1 Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety Research Paper Vol. 21, No. 1, pp , February 28, 2015, ISSN (Print) / ISSN (Online) 세월호 침몰시의 힐링각변화 조건에서 승객의 정상적인 탈출시나리오에 관한 시뮬레이션 분석 황광일 * * 한국해양대학교 기계 에너지시스템공학부 Simulation Analysis on Passengers Normal Evacuation Scenarios Considering the Changes of Heeling Angle during MV Sewol s Sinking Kwang-Il Hwang * * Division of Mechanical and Energy Systems Engineering, Korea Maritime and Ocean University, Busan , Korea 요 약 : 본 연구는 세월호 침몰 상황 시의 실제 힐링각 변화를 환경조건으로 하고 476명의 승선자에게 정상적인 탈출명령이 전달 되었을 경우를 가정한 승객 탈출시나리오를 선박용 인적피난시뮬레이션을 활용하여 예측, 분석하였다. 연구 결과, 평지에서의 평균보 행속도가 각각 1.48, 2.04 인 경우 힐링각 0 인 시나리오와 힐링각 30 인 시나리오에서 탈출 소요시간은 다르지만 모든 승객이 매 우 높은 확률로 탈출에 성공할 것으로 예측되었다. 또한 세월호 사고의 힐링각 변화를 반영한 시나리오의 시뮬레이션에서는 평지 평 균보행능력을 2.04 로 설정한 경우 Nav. deck(5층)의 우현 슈트로만 퇴선하는 시나리오(Sc-Va)에서는 평균 3.1 %, 우현의 모든 갑판으 로 퇴선하는 시나리오(Sc-Vb), 우현의 모든 갑판과 선미로 향하는 통로를 이용해 퇴선하는 시나리오(Sc-Vc)에서는 각각 11.1 %, 20.0 % 이 탈출에 성공하지만, 평지 보행속도를 1.48 로 설정할 경우 각각의 시나리오에 대해 0.8 %, 3.8 %, 10.7 %만이 탈출에 성공할 것으 로 예측되었다. 핵심용어 : 세월호, 힐링각, 승객, 탈출시나리오, 시뮬레이션 Abstract : Under the conditions of invested actual changes of heeling angles during MV Sewol s sinking, this study proposes passengers evacuation scenarios, which are based on the assumption of normal orders of evacuation being given to the passengers, and evaluates using a marine-specialized human evacuation simulation tool. As results, when the heeling angle is set as 0 degree or 30 degree, it is found out that almost every passengers can success to evacuate to the musterstations, even though the evacuation times are different depending on the scenarios and the walking speeds. Meanwhile, when the heeling angle is varied as the Sewol incident, 3.1 %(Scenario Sc-Va which set chutes on port side as evacuation routes), 11.1 %(Sc-Vb, every open decks of port side as evacuation routes) and 20.0 %(Sc-Vc, every open decks of port and AFT sides as evacuation routes) among 476 passengers can successfully reach to the musterstations from their cabins with the condition of average walking speed as 2.04 m/s on flat. And only 0.8 %(Sc-Va), 3.8 %(Sc-Vb) and 10.7 %(Sc-Vc) can success to evacuate with the condition of average walking speed as 1.48 m/s on flat. Key Words : MV Sewol, Heeling angle, Passenger, Evacuation scenario, Simulation 1)1. 서 론 1.1 연구의 배경과 목적 2014년 4월 16일 인천에서 476명이 승선하여 제주로 향하 던 세월호가 전라남도 진도 해역에서 침몰하는 사고가 발생 hwangki@kmou.ac.kr, 했다. 이 사고로 295명이 사망하고 9명이 실종되는 인명피해 가 발생하였다. 선박 침몰의 직접적인 원인에 대해서는 과 적, 고박불량, 평형수 부족, 급격한 변침, 불충분한 복원력 등 하드웨어적인 문제가 지적되었으며, 많은 인명피해가 발 생한 것은 승객에 대한 승무원들의 탈출 유도와 관리가 적 절하지 못했었기 때문으로 분석되었다(GDC, 2014).

.21.1.047 세월호 침몰시의 힐링각변화 조건에서 승객의 정상적인 탈출시나리오에 관한 시뮬레이션 분석 황광일 * * 한국해양대학교 기계 에너지시스템공학부 Simulation Analysis on Passengers Normal Evacuation Scenarios Considering the Changes of Heeling Angle during

2 여객선 재난상황에서 승객을 안전하게 탈출시키기 위해 서는 선내 구조에 익숙하고 반복적으로 훈련된 승무원의 역 할이 매우 중요하다. 이와 관련해서 세월호 사고 전 국내 다 른 여객선 이용자들을 대상으로 수행된 설문조사에서 재난 상황에 대해 전체 응답자의 73.3 %가 승무원의 안내(56.0 %), 선내 방송(17.3 %)과 같은 승무원의 직접적인 피난유도에 의 존하겠다고 응답한 Hwang et al.(2013a)의 연구는 주목할 만 하다. 즉 재난상황에서 승무원에 대한 신뢰도가 높은 승객 의 탈출가능성은 숙련된 승무원의 판단에 결정적 영향을 받 는다고 할 수 있다. 승객의 피난성능과 관련된 유사연구로 Brown et al.(2013) 과 Galea et al.(2013)는 재난상황에서 승객의 피난특성 표준 화 모델을 개발하기 위해 대형 크루즈선(실험참가 약 2,300 명)과 ROPAX선(실험참가 약 1,500명)에서의 실측실험을 수 행하였고 그 결과 선종에 따라 승객의 피난특성이 다르다는 것을 분명히 하였다. 국내에서는 Hwang(2011)은 운항실습선 에서 승선자의 군집 패턴에 따른 대피시간을 예측하여 지나 치게 분산되거나 집중되지 않은 패턴일 때 피난시간이 가장 짧다는 시뮬레이션 결과를 발표하였고, Kim(2010)은 기존 선 박의 내부구조 중 복도와 피난구 각각의 폭 증가에 따른 피 난시간 감소 정도를 정량적으로 도출하였다. 그러나 이러한 몇몇 연구성과에도 불구하고 변화하는 재난환경과 승무원 의 역량에 따른 승객의 피난가능성에 관한 연구는 매우 부 족한 것이 현실이다. 그러나 여객선 재난상황에서 승객에 대한 승무원의 안전 한 탈출유도 및 관리 임무는 매우 중요하기 때문에, 승무원 이 정상적인 탈출유도 활동을 수행했을 경우의 피해규모를 예측하는 기술은 사회적으로 반드시 확보해야만 할 기술이 다. 이에 이 연구에서는 세월호 침몰 상황의 실제 힐링각 (Heeling angle) 변화를 환경조건에서 승객에게 정상적인 탈 출명령이 전달되었고 승무원들은 정상적인 탈출 유도를 하 였을 경우에 대한 시나리오를 가정하여 승객의 탈출가능성 을 예측, 분석하였다. 이 연구의 성과는 향후 선박 승선자들 의 탈출시나리오와 대응방안 수립을 위한 기초자료로 활용 될 것으로 기대한다. 1.2 연구의 범위와 방법 이 연구는 세월호 침몰사고에 관한 승객의 탈출가능성을 시뮬레이션 툴을 활용하여 분석한 것이다. 이를 위해 세월 호의 규모, 평면와 같은 세월호의 기본데이터와 승선자수, 사고 초기 이후부터의 힐링각변화 등 세월호 침몰과 관련된 여러 가지 실제 데이터를 활용하였다. 이 연구에서는 변화하는 재난환경에서 정상적으로 탈출 에 성공한 승객수를 예측하여 탈출가능성을 예측하였다. 일 반적으로 전체탈출자수(Etot)는 정상적이고 상식적이며 보통 사람이라도 매우 높은 확률로 재현가능한 방법으로 탈출하 는 정상조건 탈출자수(Enor)와 모험적이고 도전적이지만 다 른 재난환경에서는 재현 가능성을 확신할 수 없는 방법으로 탈출하는 극한조건 탈출자수(Eabn)의 합이며 다음 식(1)로 표현할 수 있다. Etot = Enor + Eabn (1) 그러나 극한 조건에서의 탈출자수(Eabn)를 이론적이고 기 술적으로 예측하는 것은 경험에 근거한 일반적이지 않은 많 은 가정을 전제로 하며 또한 결과에 대한 보편성을 확인할 수 없기 때문에 이 연구에서는 정상적이고 상식적으로 설정 가능한 시나리오의 탈출자수(Enor) 예측만을 수행하였다. 또한 선박에서의 안전한 인적탈출을 해석하기 위해서는 선박의 6자유도 운동특성을 반영한 전문 프로그램을 활용해 야만 한다. 이에 본 연구에서는 IMO MSC.1/Circ.1238(2007)가 제시하고 있는 탈출시간예측 시뮬레이션 방법과 조건을 만 족하며, 동 지침의 개선을 목적으로 수행된 EU FP7 프로젝트 에서도 검증 도구의 하나로 활용된 Evi를 사용하였다(Rina, 2012 ; SafetyatSea, 2009). 2. 세월호 선박과 사고 개요 2.1 선박 개요 세월호는 1996년 4월 일본에서 건조된 이후 19년간 일본 연안여객선으로 운항한 6,586 GT, 최대승객인원 840명의 나 미노우에호 (, Ferry Namioue)호를 청해진해운이 2012년 10월에 국내로 도입한 선박으로, 도입 후 여객정원을 증원하기 위해 선수 우현의 카램프 40톤 상당을 철거하고, B deck(3층), A deck(4층), Nav. deck(5층)의 각 일부를 철거, 연 장, 보강하여 생긴 공간을 두 개 층으로 만들어 아래층은 여 객실, 위층은 전시실 등으로 개조하였고, 세월호의 최대승선 인원은 증개축 전에 비해 116명 증가한 956명이 되었다. 세 월호는 증개축 이후 2013년 3월 15일 첫 항해 이후 사고시점 까지 인천 제주 항로의 화물여객선으로 운항하였다. 세월호의 개요를 Table 1에 정리하였다. Fig. 1은 세월호의 우현측 입면도와 외관이며, Fig. 2는 중앙 계단과 선실 복도 그리고 280명 정원의 다인실 모습이다. Fig. 3에는 B deck, A deck, Nav. deck에 위치한 승객용 선실과 승무원용 선실 등의 위치를 표시하였다.

(2013)는 재난상황에서 승객의 피난특성 표준 화 모델을 개발하기 위해 대형 크루즈선(실험참가 약 2,300 명)과 ROPAX선(실험참가 약 1,500명)에서의 실측실험을 수 행하였고 그 결과 선종에 따라 승객의 피난특성이 다르다는 것을 분명히 하였다.

3 Table 1. Outlines of MV Sewol Lenth Over All Breadth 146 m 22 m Gross Tonnage 6,825 Ton Max. Speed 21 Knot Passenger Capacity 921 persons Number of container (10 feet) 200 EA Number of Cars 130 Number of Truck (5 ton) 60 (a) Main stair at B deck 4) (a) Elevation drawing from starboard 1) (b) Rest space at Nav. deck 5) (b) The starboard side 2) (c) Corridor 5) (c) The port side 3) Fig. 1. Outside views of MV Sewol. (d) 270 persons cabin 4) Fig. 2. Inside views of MV Sewol. 1) &from=search, accessed April 25, ) accessed April 25, ) accessed April 25, ) accessed April 25, ) accessed April 25, 2014

Rest space at Nav. deck 5) (b) The starboard side 2) (c) Corridor 5) (c) The port side 3) Fig. 1. Outside views of MV Sewol. (d) 270 persons cabin 4) Fig. 2. Inside views of MV Sewol. 1) http://www.

4 Fig. 3. Deck plans of MV Sewol including the space needs and arrows for stairs to move upper deck. 2.2 사고 개요 이 사고는 2014년 4월 15일 21:00경 인천에 있는 연안부두 에서 선수 갑판에 컨테이너 45개 외 다수의 화물을 적재하 고, 수학여행을 가는 학생 등 총 476명이 승선하여 제주도를 향하여 출항한 세월호가 4월 16일 오전 전라남도 진도해역 에서 갑작스러운 변침으로 선수가 급속도로 우회두하면서 외방경사의 영향으로 선체가 좌현 측으로 급속히 기울어지 면서 오전 10시 21분경 완전 침몰한 사고이다. 이로 인해 2014년 11월 30일 현재까지 승객 중 295명이 사망하고 9명이 실종된 상태이며, 과적, 부실한 고박, 평형수 부족, 급격한 변침 그리고 이러한 원인들의 복합적 작용으로 인한 복원성 상실을 선박침몰의 1차 원인으로 지적하고 있다. Fig. 4는 사 고 당일 예약 기록에 의한 선실별 남녀 승객수를 나타낸다. 단지, 승무원 각자의 선실에 관해서는 알려진 것이 없기 때 문에 임의로 배치하였다. 세월호 전복과정 중의 시각별 힐링각변화를 살펴보면, 4 월 16일 오전 08시 50분경 좌현으로 약 30도 전도된 이후, 09 시 34분 03초경 52.2도로 기울어졌고, 09시 47분 37초경 62도 로 B deck(3층)의 좌현 난간이, 09시 50분 21초경 A deck(4층) 좌현 난간이 차례로 침수되었으며, 10시 09분 03초경 73.8도 기울어지다가 10시 17분 06초경 108.1도로 전복된 것으로 조 사되었다(GDC, 2014). Fig. 5는 이러한 시각별 힐링각변화를 나타낸 것으로, 빨간색 작은 원은 기록된 시각별 힐링각을 나타내며 점선은 기록된 힐링각 데이터을 이용한 미지 시간 대에 대한 힐링각 추정곡선이다. Fig. 4. Numbers of passengers and crews (The locations genders of passengers are distributed as based on cabins reservation, and the crews locations are just assumed and the genders are fixed as males. Fig. 5. Heeling angle changes along with times. 3.1 탈출시나리오 설정 탈출시간의 정의 3. 탈출가능성 예측 IMO(2007)는 선박 재난 시 승선자의 탈출시간을 Fig. 6과 같이 정의하고 있다. 즉 최대 탈출허용시간은 60분 이내에 가능해야 하는데, 재난을 인지하고 몸을 움직여 탈출을 개 시하기 전까지의 시간인 초기응답시간(Response, Tres)은 주 간 5분 이내, 야간 10분 이내이어야 하고, 승무원의 구명정 강하에 필요한 시간(Launching, Tlau)과 탈출자가 구명정에 탑승하는 시간(Embarkation, Temb)의 합은 30분 이내에 가능

급속히 기울어지 면서 오전 10시 21분경 완전 침몰한 사고이다. 이로 인해 2014년 11월 30일 현재까지 승객 중 295명이 사망하고 9명이 실종된 상태이며, 과적, 부실한 고박, 평형수 부족, 급격한 변침 그리고 이러한 원인들의 복합적 작용으로 인한 복원성 상실을 선박침몰의 1차 원인으로 지적하고 있다. Fig.

5 해야하기 때문에 다른 항목들이 모두 최대 시간을 필요로 한다면 순수하게 허용되는 탈출자의 이동시간(Travel, Ttra)은 최소 20분만 허용된다. Fig. 6. Calculation of evacuation time(imo, 2007). 일반적으로 인간이 탈출에 필요한 시간을 안전탈출필요 시간(RSET, Required Safe Egress Time)이라 정의하며, 선박에 서는 상기 IMO의 지침에 따라 다음 식(2)과 같이 탈출시간 을 계산할 수 있다. 식(2)의 우변의 첫 번째 대괄호는 승객들 각자의 Tres와 Ttra를 더한 것 중 최대시간, 즉 가장 오랜 걸 린 피난시간을 의미한다. RSET = max{ind(tres + Ttra)} + (Temb + Tlau) (2) 이 연구에서는 시간과 관련된 초기 조건을 다음과 같이 설정하였다. 승객의 초기반응시간 Tres 설정 : 세월호가 짧은 시간 에 갑자기 30도 이상 기울어진 상황이기 때문에 승선자들은 위기의식을 갖게 되었기에 즉각적인 탈출이 가능하지만, 구 명복착용 등의 시간을 고려하여 Tres를 120초(표준편차 90 초)로 설정하였다. 구명벌 투하시간 Tlau 설정 : 구명벌 투하는 적절한 훈 련을 받은 승무원의 고유 업무로써, 이 연구에서는 해당 업 무에 배정된 승무원이 재난을 인식하자마자 부여된 위치의 슈트, 사다리를 펼치고 구명벌을 바다에 투하 및 팽창가능 하도록 임무를 완수한다고 설정하였다. 단지, 이 행동은 탈 출자의 탈출행동과 별도로 진행될 수 있는 항목이기 때문 에 이 연구에서는 이를 위한 추가적인 시간을 고려하지 않 았다. 보행속도 설정 : 탈출경로와 탈출속도가 Ttra에 직접적 인 영향을 미친다. 이에 이 연구에서는 긴급한 위기 상황임 을 인식하여 소집과정 없이 승무원에 의해 바다에 투하된 구명벌로 퇴선하는 경로를 탈출경로로 설정하였고, 탈출자 의 보행속도는 힐링각이 0 인 경우의 평면 보행속도 2.02, 상향계단 보행속도 0.89, 하향계단 보행속도 1.04, 표 준편차 0.15, 평면 보행속도 1.48, 상향계단 보행속도 0.72, 하향계단 보행속도 0.76, 표준편차 0.36 의 두 가 지로 설정하였다. 이 속도는 국내에서 수행된 선상 보행속 도실험 중 피실험자수가 가장 많은 Hwang(2013b)의 논문 결 과 중 정박중 보행속도와 운항중 보행속도 측정결과 를 인용한 것이다. 또한 힐링각변화에 따른 보행속도 변화 는 MEPdesign(1997)의 연구결과를 반영한 Evi 프로그램 내장 된 함수에 의해 산출되었으며, 참고로 이 비선형 함수에서 는 힐링각이 35 일 때 보행속도가 0 가 된다. 물리적으로 세월호 사고와 같이 좌현으로의 힐링각이 커 질수록 좌현에 위치한 선실의 재실자에게는 상향이동 능력 이, 우현 선실 재실자에게는 하향이동 능력이 더욱 요구된 다. 보행자의 관점에서는 힐링각이 증가할수록 피난자는 복 도면 한쪽으로 몰려 이동할 가능성이 커지며 45도가 되면 바닥면과 벽면의 모서리부분을 걸어야 하고, 힐링각이 45도 이상이 되면 지금까지 벽이었던 면이 바닥면이 되고 벽의 문은 맨홀과 같은 구멍이 되며 핸드레일과 같은 보행 지원 기구가 없기 때문에 보행이 어려워진다. 이 때 구멍으로 변 한 어떤 방의 문과 그 옆방의 문 사이의 공간이 걸을 수 있 는 공간이 되지만, 군집이동이라는 관점에서는 해당 공간 내 탈출자 중에 한사람이라도 소극적 탈출자 6) 가 포함되어 있다면 단위 공간 내 전체 탈출자의 이동이 어려워지는 상 황이 발생하게 된다. 그러므로 실제 35 이상에서는 정상적 인 탈출 보행이 불가능할 것으로 판단된다. Fig. 7은 언론에 다수 공개된 세월호 사고시 35 이상의 힐링각에서의 선박 외부 탈출모습을 보여준다. 이와 같이 힐링각 35 이상에서도 탈출은 가능하지만 전술한 바와 같 이 이러한 탈출은 재현성이 매우 낮은 특별한 탈출이기 때 문에 이 연구에서는 힐링각이 35 에 도달하는 시간까지 이 루어지는 탈출에 대해서만 평가하고자 한다. 한편, 주어진 재난조건에서 탈출자가 탈출할 수 있는 물 리적 시간을 의미하는 탈출허용시간(ASET, Available Safe Egress Time)보다 RSET이 커지면 인명피해가 발생하기 때 문에, 일반적으로 RSET이 ASET보다 커지게 다양한 안전설 비를 구축하게 된다. IMO의 지침에 따를 경우 ASET은 60 분이 되지만, 힐링각이 변하는 세월호의 경우는 탈출 명령 이 전달된 시각부터 힐링각이 35 가 되어 보행속도가 0 이 되는 551초가 ASET이 되기 때문에, RSET이 힐링각이 고정일 경우에는 60분, 힐링각이 변하는 세월호 사고상황에 서는 551초보다 탈출 이동시간이 짧아야 인명피해가 발생 하지 않게 된다. 6) 재난환경에 처한 불안감과 두려움 등으로 인해 자기 의사에 따른 능 동적 탈출활동에 소극적으로 대처하는 탈출자를 의미이며, 소극적 탈출자는 의사결정에 상대적으로 긴 시간이 소요되기 때문에 다른 탈출자의 탈출활동을 방해할 가능성이 매우 높음

RSET = max{ind(tres + Ttra)} + (Temb + Tlau) (2) 이 연구에서는 시간과 관련된 초기 조건을 다음과 같이 설정하였다.

6 3.1.2 탈출시나리오 설정 탈출시나리오 설정에 가장 중요한 것은 여객선 승객의 안 전한 탈출을 유도해야하는 승무원의 의식을 추측하는 것이 다. 이 연구에서는 탈출시나리오 설정을 위해 세월호 사고 1 심 판결문(GDC, 2014)에 기록된 Table 2의 사실에 주목하였다. Table 2. Statements at court(gdc, 2014) (a) Approximately 55~60 at Nav. deck 7) Time 08:55 08:58 Statements When 1st officer requested for rescue to Jeju VTS(Vessel Traffic Service Center), he told This ship is under serious condition. She is already inclined. 10) Captain ordered to 2nd officer to announce to the passengers as Wear the life jacket and wait inside the cabin. 11) (b) Approximately 70~80 at stern side 8) (c) Approximately 80 at starboard side 9) (d) Approximately 100 at starboard side 10) Fig. 7. Scenes of evacuees and rescues. 7) Captured from _CODE= (accessed April 29, 2014) 8) Capture from _CODE= (accessed April 30, 2014) 9) Captured from (accessed April 30, 2014) 2.2절에 전술한 바와 같이 세월호 침몰시의 힐링각 변화 는 8시 50분에 30 정도에서 10시 9분에 74 로 기울어졌는데, 이는 79분 동안 분당 0.56 의 각속도로 총 44 기울어진 것이 다. 여기서 8시 50분 직전에 짧은 시간에 갑작스럽게 30 정 도로 기울어져 충격을 받은 세월호 내 승선자들이 이후 자 신이 승선한 선박이 유동하는 바다 위에서 분당 평균 0.56 로 기울어지는 물리적 상황을 인지할 수 있었겠는가라는 의 문이 발생한다. 위 Table 2의 1급 항해사의 표현은 배 넘어 가고 있습니다. 와 같은 현재진행형이 아닌 배 넘어가 있습 니다 라는 완료형 표현이고, 선장의 대기하라 는 표현은 아 직 판단할 시간이 있다는 의미로도 해석할 수 있기 때문에, 초기에는 인간이 감지하기 어려운 변화량인 분당 평균 0.56 의 각속도로 기울어져 가는 선상에서 선장과 1급 항해사는 힐링각 변화가 멈췄다고 인식한 것으로 추측할 수도 있다. 또한 선장이 사고 후의 조류가 상당히 빠른 곳입니다. 수 온도 차고, 구명조끼도 입지 않고 판단없이 퇴선하면 상당 히 멀리 떠밀려 가서요. (jtbc, 2014)라고 언급한 부분은 선장 이 승객이 바닷물에 직접 뛰어 들어가는 것을 위험하다고 인식하고 있다는 의미로 해석할 수 있기 때문에, 만약 승객 에 대한 피난명령을 내렸다면 침몰방향과 반대방향인 우현 갑판으로 초기 피난을 유도했을 가능성이 높을 것으로 예상 할 수도 있다. 이상의 사실과 추측으로부터 정상적인 탈출시나리오 설 정을 위한 조건을 다음과 가정하였다. 10) (재판기록 원문) 1급 항해사가 제주 해상교통관제센터(VTS, Vessel Traffic Service Center)에 본선... 아... 위험합니다. 지금 배 넘어가 있습니다. 라며 구조요청을 하였다. 11) (재판기록 원문) 선장이 2급 항해사에게 구명조끼를 입고 선내에 대기하라 는 방송을 지시하였다.

deck 7) Time 08:55 08:58 Statements When 1st officer requested for rescue to Jeju VTS(Vessel Traffic Service Center), he told This ship is under serious condition. She is already inclined.

7 선장은 8시 50분 세월호가 30 도 기울고 해상의 특정 위치에 머무른 상태에서 즉각적으로 승객에게 소집 및 퇴선 명령을 내렸다. 선장과 1급 항해사는 30 기운상태를 고정상태로 인식 하고 승객이 바닷물에 빠지는 것을 위험하다고 인식하였기 때문에 승객에게 세월호가 기운 좌현의 반대쪽인 우현의 갑 판을 통해 탈출하도록 유도하였다. 승무원은 반복적으로 적합한 훈련을 받았기 때문에 즉 각적으로 탈출에 필요한 슈트를 펼치고 구명벌을 해상에 투 하하여 퇴선 준비를 완료하였다. 선원들은 각자에게 지정된 승객 선실로 이동하여 재실 자를 파악하고 아직 탈출하지 않은 재실자에게는 근접하여 직접 탈출하도록 유도하였다. 지금까지 전술한 내용을 모두 고려하여 이 연구에서는 Table 3와 같이 탈출시나리오를 설정하였다. 힐링각은 비교 를 위해 사고전 수평각도(0 ), 선장과 1급 항해사가 고정상태 로 인식한 각도(30 ), 그리고 세월호 침몰시의 실제 힐링각 변화를 반영하여 상호 비교 가능하도록 하였고, 탈출경로는 우현 Nav. deck(5층) 슈트만을 사용하여 탈출 방법, 우현의 모든 개방 갑판을 이용하여 탈출하는 방법, 우현 모든 개방 갑판과 선미 통로를 이용하는 탈출하는 방법에 대해 각각 모사하였다. 해 슈트와 임시 문으로 탈출하는 시나리오(Sc-Nb, Sc- Fb, Sc-Vb) 에 적용되는 탈출처는 Nav. deck(5층)의 Virtual musterstation N-1, A deck(4층)의 Virtual musterstation A-1, B deck(3층)의 Virtual musterstation B-1이 해당된다. 그리고 우현 갑판과 선미 통로 를 이용하는 탈출 시나리오(Sc-Nc, Sc-Fc, Sc-Vc)에 대해서는 Nav. deck(5층)의 Virtual musterstation N-1, A deck(4층)의 Virtual musterstation A-1과 A-2, B deck(3층)의 Virtual musterstation B-1 과 B-2를 탈출처로 설정하였다. AFT Virtual musterstation A-2 Virtual musterstation N-1 Virtual musterstation A-1 FW D Nav. deck (5th floor) A deck (4th floor) Table 3. Scenarios for evacuation simulation Scenario Sc-Na Sc-Nb Sc-Nc Sc-Fa Sc-Fb Sc-Fc Sc-Va Sc-Vb Sc-Vc Heeling angle 0 (fixed) 30 (fixed) Changing as Sewol sinking Evacuation route Through chutes of starboard side Through outside places of starboard side Through outside places of starboard and stern side Through chutes of starboard side Through outside places of starboard side Through outside places of starboard and stern side Through chutes of starboard side Through outside places of starboard side Through outside places of starboard and stern side Fig. 8은 가상 탈출처(musterstation)를 보여준다. Evi 프로그 램의 특성상 재난현장과 연결된 탈출처가 반드시 표시되어 만하기 때문에 시나리오에 맞도록 몇군데 가상의 탈출처를 설정하였다. Table 4의 시나리오 중 슈트를 타고 해상으로 탈 출하는 시나리오(Sc-Na, Sc-Fa, Sc-Va)에 적용 탈출처는 Nav. deck(5층)의 Virtual musterstation N-1만 유효하며, 우현 갑판을 통 Virtual musterstation B-2 Virtual musterstation B-1 Fig. 8. Locations of virtual musterstations. 3.2 시뮬레이션 결과 및 분석 B deck (3rd floor) 3.1절에서 정한 탈출자의 보행속도와 힐링각의 관계를 Table 4에 정리한 시나리오에 대입하여 세월호 사고 시 힐링 각 변화 상황에 대한 탈출가능성을 예측하였다. 이 연구에 적용된 보행속도가 평균에 대한 표준편차를 갖고 있고 시뮬 레이션 툴이 확률론에 근거하고 있기 때문에 모든 시나리오 에 대해 시뮬레이션을 10회씩 반복 수행하였다. Fig. 9는 승선자가 평지에서 평균보행속도 2.04 의 운동 력을 가진 경우에 대한 Sc-Vb 시나리오, 즉 힐링각 변화는 세월호 사고의 실제 기록값을 반영하고 선장은 재난 인지 즉시 탈출명령을 전달하였으며, 승무원은 정해진 업무를 성 공적으로 수행하였고, 승객에 대해서는 선박이 기울어지는 방향과 반대 방향인 우현 갑판을 통해 바다에 펼쳐진 구명 벌로 탈출하는 시나리오에 대한 대표시각별 힐링각 상황에

지금까지 전술한 내용을 모두 고려하여 이 연구에서는 Table 3와 같이 탈출시나리오를 설정하였다. 힐링각은 비교 를 위해 사고전 수평각도(0 ), 선장과 1급 항해사가 고정상태 로 인식한 각도(30 ), 그리고 세월호 침몰시의 실제 힐링각 변화를 반영하여 상호 비교 가능하도록 하였고, 탈출경로는 우현 Nav.

8 Virtual musterstation AFT Nav. deck (5th floor) A deck (4th floor) B deck (3rd floor) (a) Heeling angle 30 at 0 second FWD (d) Heeling angle after 300 seconds (b) Heeling angle after 100 seconds (e) Heeling angle after 400 seconds Virtual musterstation AFT Nav. deck (5th floor) A deck (4th floor) (c) Heeling angle after 200 seconds B deck (3rd floor) FWD (f) Heeling angle 35 after 551 seconds Fig. 9. Scenes of scenario Sc-Vb at each heeling angle.

78 after 300 seconds (b) Heeling angle 30.93 after 100 seconds (e) Heeling angle 33.

9 서의 탈출 시뮬레이션 상황을 캡처한 것이다. 시간이 경과 하면서 복도가 붐비는 상황을 확인할 수 있으며, 200초(Fig. 9(c))가 경과된 시점부터 가상탈출처에 탈출자가 도착하기 시작했음을 보여준다. 힐링각의 영향으로 정상적인 보행속 도가 0 처에 도착하였다. 가 되는 551초(Fig. 9(f))까지 약 54명이 가상의 탈출 Table 4의 6가지 시나리오에 대한 시뮬레이션 결과를 Fig. 10과 Fig. 11에 모두 나타내었다. Fig. 10과 Fig. 11은 평지에 서의 평균보행속도가 각각 1.48, 2.04 일 때의 시나리오 별 가상탈출처에 도착한 전체 탈출자수와 가상탈출처에 마 지막으로 도착한 자의 탈출시간과의 관계를 보여준다. Fig. 10과 Fig. 11 모두에서 힐링각 0 (Sc-Na, Sc-Nb, Sc-Nc), 힐링각 30 (Sc-Fa, Sc-Fb, Sc-Fc)인 시나리오에서는 모든 승객이 매우 높은 확률로 탈출에 성공할 것으로 예측되었다. 단지, 가상 탈출처의 개수가 적을수록, 즉 Sc-Na Sc-Nb Sc-Nc, Sc-Fa Fig. 10. Numbers of evacuees who succeeded to arrive at the musterstation(s) and their evacuation times, on the condition of standard walking speed on flat corridor as 1.48 m/s. Sc-Fb Sc-Fc의 순서로 탈출시간이 오래 걸린다는 것을 알 수 있지만, Sc-Nb와 Sc-Nc, Sc-Fb와 Sc-Fc의 차이는 크지 않은 것으로 나타났는데 이는 선실의 위치와 각 선실의 승객수에 의한 영향 때문이다. 또한 Fig. 10과 Fig. 11의 내용 중 세월호 사고의 힐링각 변 화를 반영한 시나리오(Sc-Va, Sc-Vb, Sc-Vc)의 시뮬레이션 결 과를 비교해 보면, 평지 보행속도를 1.48 로 설정한 Fig. 10 의 시나리오 Sc-Va에서는 승선객 476명 중 평균 4명(0.8 %), Sc-Vb, Sc-Vc에서는 각각 18명(3.8 %), 51명(10.7 %)만이 가상탈 출처에 도착할 수 있지만, 평지 평균보행능력을 2.04 로 설 정한 경우의 결과인 Fig. 11의 시나리오 Sc-Va, Sc-Vb, Sc-Vc에 서는 각각 15명(3.1 %), 53명(11.1 %), 95명(20.0 %)이 가상 탈출 처에 도착할 수 있는 것으로 예측되었다. 이와 같이 탈출자의 운동능력을 대변하는 평지에서의 평균보행속도가 1.48 에서 2.04 로 약 37.8 % 증가할 때 시나리오별 정상적 탈출자수는 1.86 ~ 3.75배 증가한다는 결과로부터 승선자의 운동능력이 탈 출가능성에 많은 영향을 미침을 알 수 있다. 그러나 이 시뮬레이션 결과에서 주목할 결과 중 하나는 Fig. 9(f)에 표시된 탈출자들의 위치이다. 전술한 바와 같이 Fig. 9(f)는 보행속도가 0 이 되어 정상적으로는 움직일 수 없는 551초 시점에서의 시뮬레이션 결과이다. 자세히 보면 A deck(4층) 선수측 복도에 탈출자 밀도가 높은 모습을 보이 지만, 후미 선실 출입구에 혼잡이 발생하여 그때까지 선실 내에 일부 재실자가 존재(빨간색 타원부분)하는 것을 제외 하면, 대부분의 승객이 복도, 중앙 홀 등 개방된 공간에 위 치하고 있음을 알 수 있다. 피난활동개시 이후 551초 경과시 점에서의 이러한 재실자 분포는 이 연구의 범위에서 거론하 지 않은 비정상적인 극한조건에서의 탈출가능성과 연관된 것으로, 세월호 사고의 경우 이보다 열악한 비정상적인 환 경에서도 172명이 탈출에 성공하였기 때문에, 대부분의 승 선자가 복도 등 개발공간에 나와 있는 Fig 9(f)의 환경이라면 정상적인 방법이 아닐지라도 더욱 많은 승객이 탈출에 성공 할 수 있었을 것으로 예상된다. 4. 결론과 과제 Fig. 11. Numbers of evacuees who succeeded to arrive at the musterstation(s) and their evacuation times, on the condition of standard walking speed on flat corridor as 2.04 m/s. 여객선 재난상황에서 승객에 대한 승무원의 안전한 탈출 유도 및 관리 임무는 매우 중요하기 때문에, 승무원이 정상 적인 탈출유도 활동을 수행했을 경우의 피해규모를 예측하는 기술은 사회적으로 반드시 확보해야만 할 기술이다. 이에 이 연구에서는 세월호 침몰 상황의 실제 힐링각(Heeling angle) 변 화를 환경조건에서 승객에게 정상적인 탈출명령이 전달되 었고 승무원들은 정상적인 탈출 유도를 하였을 경우에 대한 6가지 시나리오를 설정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 연구

Fig. 10과 Fig. 11 모두에서 힐링각 0 (Sc-Na, Sc-Nb, Sc-Nc), 힐링각 30 (Sc-Fa, Sc-Fb, Sc-Fc)인 시나리오에서는 모든 승객이 매우 높은 확률로 탈출에 성공할 것으로 예측되었다. 단지, 가상 탈출처의 개수가 적을수록, 즉 Sc-Na Sc-Nb Sc-Nc, Sc-Fa Fig. 10. Numbers of evacuees who succeeded to arrive at the musterstation(s) and their evacuation times, on the condition of standard walking speed on flat corridor as 1.

10 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 평지에서의 평균보행속도가 각각 1.48, 2.04 인 경우 힐링각 0 인 시나리오와 힐링각 30 인 시나리오에서 탈 출 소요시간은 다르지만 모든 승객이 매우 높은 확률로 탈 출에 성공할 것으로 예측되었다. 둘째, 세월호 사고의 힐링각 변화를 반영한 시나리오의 시 뮬레이션에서는 평지 평균보행능력을 2.04 로 설정한 경우 Nav. deck의 우현 슈트로만 퇴선하는 시나리오(Sc-Va)에서는 승선객 476명 중 평균 15명(3.1 %), 우현의 모든 갑판으로 퇴 선하는 시나리오(Sc-Vb), 우현의 모든 갑판과 선미로 향하는 통로를 이용해 퇴선하는 시나리오(Sc-Vc)에서는 각각 53명 (11.1 %), 95명(20.0 %)이 탈출에 성공하지만, 평지 보행속도를 1.48 로 설정할 경우 각각의 시나리오에 대해 4명(0.8 %), 18 명(3.8 %), 51명(10.7 %)만이 탈출에 성공할 것으로 예측되었다. 셋째, 그러나 시뮬레이션 결과에서 세월호의 힐링각 변화 에 의해 승선자의 보행속도가 0 이 되어 정상적인 보행이 불가능해지는 551초 시점에서 대부분의 승객이 복도, 중앙 홀 등 개방된 공간에 위치하고 있었다. 제한된 시간 내에 가상의 탈출처까지 도착하지는 못했으나, 개방공간에 존재하는 탈출 자의 숫자는 이 연구의 범위에서 거론하지 않은 비정상적인 탈출가능성과 연관된 것으로, 세월호 사고에서는 더 열악한 환경에서 172명이 탈출하여 구조된 사실로부터, 이 연구에서 설정한 정상적인 퇴선명령이 승객들에게 전달되었다면 더 많 은 승객이 탈출에 성공할 수 있었을 것으로 예상된다. 전술한 바와 같이 이상적이고 정상적인 탈출시나리오에 대해서만 수행된 이 연구는 세월호 사고 조사과정에서 공개 된 힐링각 변화와 그에 따라 변하는 피난자의 보행속도에만 초점을 맞추었을 뿐, 탈출의 장애요소로 작용할 수 있는 침 수, 구조물과 내장재의 변형과 파괴, 선내에 비치된 각종 기 자재의 위치 이동 등 사고 당시 세월호 선내 상황에 대한 환 경조건은 아직까지 조사분석과정에 있기 때문에 이 연구의 시뮬레이션에는 반영하지 못한 기술적 한계를 안고 있다. 이는 향후 추가적인 연구를 통해 해결하고자 한다. 후 기 이 논문의 일부는 여객선 힐링각 변화에 따른 승객의 피 난 가능성 예측 비교 (2014 추계학술발표회 논문집 해양환경 안전학회, , pp ), 선박 승선자의 안전성 향상을 위한 성능기반 피난안전설계 평가의 필요성 제안 (2014 공동학술대회 (사)한국항해항만학회 논문집, , pp )이라는 제목으로 발표된 논문을 수정보완한 내용 을 포함하고 있다. References [1] Brown, R., E. R. Galea,, S. Deere,, and L. Filippidis(2013), Passenger Response Time Data-Sets for Large Passenger Ferries and Cruise Ships Derived from Sea Trials, International Journal of Maritime Engineering, Vol 155, Part A2, pp. A97-A103. [2] Galea, E. R., S. Deere,, R. Brown, and L. Filippidis(2013), An Experimental Validation of an Evacuation Model using Data-Sets generated from Two large Passenger Ships, Journal of Ship Research, Vol 57, number 3, pp , Sept 2013 [3] GDC(2014), Gwangju District Court, Decision of the court at 11th Criminal Justice Division for the Case 2014GoHap 180 and Case 2014GoHap384(Combined), [4] Hwang, K. I.(2011), Comparative Studies of Evacuation Time According to the Distribution Characteristics of Training Ship's Personnels, Journal of Navigation and Port Research, Vol. 35, No. 3, pp [5] Hwang, K. I.(2013a), A Koreans consciousness survey on the onboard safety of domestic passenger ship, Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 38, No. 4, pp [6] Hwang, K. I.(2013b), An Experiment on Walking Speeds of Freshmen Unexperienced in Shipboard Life on a Passenger Ship, Journal of Korean Institute of Navigation and Port Research, Vol. 37, No. 3, pp [7] IMO(2007), Guidelines for Evacuation Analysis for New and Existing Passenger Ships, MSC.1/Circ [8] jtbc(2014), id=ep , accessed April 30, [9] Kim, W. O.(2010), A Study on the Crew's Survival ratio according to ship's structure, Journal of Navigation and Port Research, Vol. 34, No. 6, pp [10] MEPDESIGN(1997), Mustering and Evacuation of Passengers Scientific Basis for Design, EU-Funded Project, COntract BRPR-CT [11] RINA(2012), The Royal Institution of Naval Architects, SAFEGUARD Passenger Evacuation Seminar, November [12] SafetyatSea(2009), Evi User Manual Version 3.5.3, Received : Revised : Accepted :

0 %)이 탈출에 성공하지만, 평지 보행속도를 1.48 로 설정할 경우 각각의 시나리오에 대해 4명(0.8 %), 18 명(3.8 %), 51명(10.7 %)만이 탈출에 성공할 것으로 예측되었다.

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE Jun.; 27(6),

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. 2016 Jun.; 27(6), 495 503. http://dx.doi.org/10.5515/kjkiees.2016.27.6.495 ISSN 1226-3133 (Print) ISSN 2288-226X (Online) Design