09.hwp

Size: px

Start display at page:

Download "09.hwp"

병선 탁
6 years ago
Views:

1 대한조선학회논문집 Journal of the Society of Naval Architects of Korea Vol. 47, No. 5, pp , October 2010 DOI : / SNAK IMO 피난지침기반의여객선탈출시간계산프로그램개발 최진 1, 김수영 2 신성철 2 강희진 1 박범진 1 한국해양연구원해양시스템안전연구소 1 부산대학교조선해양공학과 2 Development of an Evacuation Time Calculation Program for Passenger Ships Based on IMO Guidelines, MSC.1/Circ.1238 Jin Choi 1, Soo Young Kim 2 Sung Chul Shin 2 Hee Jin Kang 1 Beom Jin Park 1 Maritime & Ocean Engineering Research Institute, KORDI 1 Dept. of Naval Architecture and Ocean Eng., Pusan National University 2 Abstract Thousands of passengers and crews are onboard a cruise ship and there are many cabins and large public spaces such as atria and theaters. Therefore it is easy to cause a huge loss of life and damage to property when accidents happen at sea. To improve the safety of passenger ships, in October 2007, IMO proposed MSC.1/Circ.1238 on guidelines for evacuation analysis and recommended its use. However, this guideline is difficult to apply because ship designers need to get many pieces of information from CAD drawings such as width and length of stairs and corridors and manually calculate the evacuation time. In this paper, for practical application of the guidelines, an evacuation time calculation program is developed using AutoCAD.NET API library and C Sharp language. Keywords : Passenger ship( 여객선 ), IMO( 국제해사기구 ), MSC.1/Circ.1238, Evacuation time( 피난시간 ), AutoCAD( 오토캐드 ) 1. 서론 대형여객선은많은승객을싣고대양을장시간운항하기때문에다른선종보다인명안전이우선고려되어야한다. 특히매우복잡하고유사한내부구조로이루어진객실구획에서의승객피난은설계시반드시고려되어야한다. 피난이란화재등비상시에보다안전한장소로대피하는행위이며, 피난을고려한설계는거주자가위험공간에서벗어나신속하게안전한곳으로대피할수있도록피난경로및피난계획을마련하는것이다 (Kim, et al., 2007). 이를위해서는화재의특성을공학적으로파악하는것이필요하며, 국내외적으로도화재특성을분석하기위한연구가활발히이루어지고있다. 선박의경우는상대적으로관련연구가앞서있는건축물의화재해석기술을적용하는경우가많으며, 선박화재해석에적용가능한여러도구들이있다 (Choi, et al., 2007). 북유럽에서발생한 Ro-Ro 여객선의사고로수백명의인명손 실이발생하자, 국제해사기구 (IMO) 산하해사안전위원회 (MSC) 에서는해양사고로부터인명의안전을확보하기위하여일차적으로손상시전복속도가상대적으로빠른 Ro-Ro 여객선에대한인명탈출분석지침인 MSC/Circ.909 제정을시작으로 (Lee, et al., 2003), 지난 2007년 10월, MSC.1/Circ.1238, Guidelines for Evacuation Analysis for New and Existing Passenger Ships 를승인하고, 적용을권장하고있다 (IMO, 2007). 하지만지침을적용하기위해서는수많은문, 복도, 계단의유효폭 (clear width) 과길이등의입력정보를설계자가도면으로부터추출하여, 주방화구역 (MFZ; Main Fire Zone) 별로탈출시간을직접계산해야하기때문에수십개의갑판과수천개의객실로이루어진대형여객선의경우상당한노력과시간이요구되며, 계산실수가발생할수있다. 이에본논문에서는피난지침을쉽게적용할수있도록오토캐드라이브러리와 C# 언어를사용하여 2차원캐드도면으로부터입력정보를추출하여지침에따라탈출시간을계산해주는프로그램 (EVAC1238 Ver. 1.0, 이하 EVAC1238) 을개발하였다. 접수일 : 2010 년 6 월 7 일 승인일 : 2010 년 7 월 2 일 교신저자 : jinnycc@moeri.re.kr,

2 IMO 피난지침기반의여객선탈출시간계산프로그램개발 2. 피난지침 (MSC.1/Circ.1238) 검토 2.1 지침승인이력국제해사기구의피난지침개발은 Fig. 1과같이 1999년 MSC/ Circ.909를시작으로 2007년 MSC.1/Circ.1238에이르렀다 년해사안전위원회는 SOLAS II-2/28-1.2의완성을위한지침으로 MSC/Circ.909, Interim Guideline for a Simplified Evacuation Analysis of Ro-Ro Passenger Ships 를승인하는한편, 방화전문위원회 (Sub-committee on Fire Protection, FP) 에일반여객선과고속여객선을위한피난해석지침을개발하도록요청하여, 2001년 74차회의에서고속여객선에대한지침 MSC/Circ.1001, Interim Guidelines for a Simplified Evacuation Analysis of High-Speed Passenger Craft 를승인하였다. 이지침은 2005년 80차회의를거쳐 MSC/ Circ.1166, Guidelines for a Simplified Evacuation Analysis of High-Speed Passenger Craft 로발전되었다. 한편, MSC/Circ.909는 2002년 MSC/Circ.1033, Interim Guidelines for Evacuation Analysis for New and Existing Passenger Ships 를거쳐 2007년 10월 83차회의에서마침내 MSC.1/Circ.1238로승인받게된다 (Choi et al. 2008). Protection Association) 의 SFPE(Society of Fire Protection Engineering) 방화공학핸드북의자료를기반으로피난경로에대한혼잡 (congestion) 여부식별및탈출시간계산을수행하기위한단순화된피난해석방법론이다 (IMO, 2007). 탈출시간은식 1~2의기준에의해계산되며, 승정및진수시간 (Embarkation time and launching time, 모든거주자가구명정에승정하고, 구명정진수까지걸리는시간 ), E+L 은유사선박이나피난수단의실크기실험 (full scale test) 또는생산업체에서제공하는값을사용한다. 하지만이두값이없을경우지침에서는통상최대허용값인 30분으로가정하도록하고있어, 본프로그램에서 E+L 은 30분으로가정하였다. Table 1은선종별탈출시간 (total evacuation time) 기준값 n을나타내고있다. (1) min (2) Table 1 Standards of total evacuation time n(min) 선종 60 Ro-Ro 여객선 60 여객선 ( 주방화구역 3개미만 ) 80 여객선 ( 주방화구역 3개이상 ) 3. 프로그램구조분석및개발 피난지침에따라탈출시간을계산하기위해서는우선도면으로부터피난경로를객실, 복도, 문, 계단으로구분하고, 경로의속성값 ( 유효폭, 길이, 면적등 ) 및경로간의연결관계를식별해야한다. 본프로그램에서는오토데스크사의 AutoCAD.NET API 라이브러리를사용하여 C# 언어기반으로캐드도면으로부터이러한입력정보를추출하고, 생성하는기능을구현하였으며, 입력정보가생성되면, 지침의해석절차에따라자동으로탈출시간을계산하게된다. Fig. 1 Approval history of MSC.1/Circ.1238 MSC.1/Circ.1238은아래와같이 3개의부속서 (annex) 로구성되어있으며, EVAC1238은이중부속서 1을기반으로개발되었다. - Annex 1: a simplified evacuation analysis - Annex 2: an advanced evacuation analysis - Annex 3: a guidelines on validation and verification of evacuation simulation tools 3.1 프로그램입출력구조 Fig. 2는프로그램의입출력관계를나타내고있다. 방, 복도, 문, 계단의속성을캐드도면상에서정의하면, 프로그램에서피난경로를생성하고, 각경로에서의거주자밀도 (Density of persons, 피난경로를지나는사람의수 ), 이동량및피난시간피난시간 (Travel time, 모든거주자가피난지역으로대피하여승정 (embarkation) 가능한상태까지에걸리는시간 ) 등을계산하여각경로간의혼잡여부및최종탈출시간을계산하게된다. 2.2 부속서 1 - 여객선의단순피난성능해석지침 3.2 프로그램 GUI 피난지침중부속서 1 은미국방화협회 (NFPA; National Fire Fig. 3 은프로그램의 GUI(Graphical User Interface) 화면을보 720 대한조선학회논문집제 47 권제 5 호 2010 년 10 월

3 최진 김수영 신성철 강희진 박범진 evac 명령어를입력하면, 관련화면이바로실행되도록 DLL 파일로구현하였다. 설계자는아래의절차에따라모든피난경로의속성을정의한후계산버튼만선택하면프로그램이관련계산을자동으로수행하게된다. 4.1 방 (room) 속성정의 Fig. 2 System structure of the evacuation program 방정의를위한속성은이름 (name), 용도 (purpose), 면적 (area), 연결경로 (connection) 이다. 이름은사용자가임의로정의하며, 용도와연결경로는 Listbox 메뉴의목록에서선택하게된다. 방의면적은 Fig. 4와같이경계점 (boundary point) 를선택하면, 자동으로계산되며, FSS(Fire Safety Systems) Code 13장의기준에따라계산된면적에대한거주자밀도 (density of persons) 를자동으로계산한다. Fig. 4 Example of calculation of room area 4.2 복도 (corridor) 속성정의 Fig. 3 Evacuation program GUI 여주고있다. 크게피난경로를정의하고식별하는메뉴와탈출시간을계산하는메뉴로구성되어있다. 피난경로의속성을정의하는방법은두가지로구분되는데, 첫째, 사용자가입력창 (textbox, listbox) 에관련값을직접입력하는방법과둘째, AutoCAD 화면상의도면에서피난경로의경계점을선택하여관련값을자동으로추출하는방법이다. 피난경로정의가완료되고, Calculation 버튼을선택하면, 프로그램상에서자동으로피난경로간의연결관계를식별하여피난지침의계산절차에따라탈출시간을계산하게된다. 복도의속성은이름, 복도의손잡이나부가물등을제외한유 효폭 (clear width), 길이 (length), 연결경로이다. 유효폭과길이는 Fig. 5 와같이대각의두점을선택하면, 자동으로계산된다. 4. 탈출시간계산절차 EVAC1238 은설계자의편의성을고려하여 AutoCAD 상에서 Fig. 5 Example of calculation of corridor length and clear width JSNAK, Vol. 47, No. 5, October

IMO 피난지침기반의여객선탈출시간계산프로그램개발 4.3 문 (door) 속성정의 문의속성은이름, 유효폭, 연결경로이며, 유효폭은 Fig. 6 과같 이문의양끝두점을선택하면자동으로계산된다. Fig. 6 Example of calculation of door clear width 4.

6 탈출시간계산정의된피난경로를바탕으로 Fig. 10과같이각경로별로거주자밀도, 거주자이동량 (Flow of persons, 피난경로의특정지점을지나는사람의수 ), 피난시간및경로간혼잡여부등이계산되며, 식 1에의해최종탈출시간이계산된다. Fig. 7 Stair Types 4.

9와같이 MS 엑셀파일형식으로출력가능하다. Fig. 10 The results of the evacuation time calculation Fig.

4 IMO 피난지침기반의여객선탈출시간계산프로그램개발 4.3 문 (door) 속성정의 문의속성은이름, 유효폭, 연결경로이며, 유효폭은 Fig. 6 과같 이문의양끝두점을선택하면자동으로계산된다. Fig. 6 Example of calculation of door clear width 4.4 계단 (stair) 속성정의계단에정의되는속성은복도와동일하며, 유효폭은문에서정의하는방법과동일하다. 본프로그램에서정의가능한복도의형태는 Fig. 7과같이 2가지이며, 그림과같이두점혹은세점을선택하면계단의길이가계산된다. Fig. 9 Exported spread sheet(ms Excel) file 4.6 탈출시간계산정의된피난경로를바탕으로 Fig. 10과같이각경로별로거주자밀도, 거주자이동량 (Flow of persons, 피난경로의특정지점을지나는사람의수 ), 피난시간및경로간혼잡여부등이계산되며, 식 1에의해최종탈출시간이계산된다. Fig. 7 Stair Types 4.5 피난경로의파일관리 정의된피난경로의속성은 Fig. 8과같이 XML(eXtensible Markup Language) 파일형식으로저장 (save) 되며, 다시불러오기 (load) 가가능하다. 또한모든경로에대한속성정보를 Fig. 9와같이 MS 엑셀파일형식으로출력가능하다. Fig. 10 The results of the evacuation time calculation Fig. 8 XML formatted file of routes properties for saving and loading 프로그램의검증을위해피난지침부록 2의적용예중 Case 1을적용하여각종계산결과와비교하였으며, 소수점이하반올림자리수에따라약간의오차가있으나지침의계산값과거의동일한값으로계산됨을확인하였다. 722 대한조선학회논문집제 47 권제 5 호 2010 년 10 월

5 최진 김수영 신성철 강희진 박범진 5. 프로그램개선및보완 IMO의피난지침에서는탈출시간계산에밤 (case 1) 과낮 (case 2) 의주요피난시나리오와추가적인계산이필요한특수한시나리오 (case 3, 4) 의총네가지피난시나리오를가정하고있다. 현재까지구현된 EVAC1238 1차버전은이중가장긴피난시간이소요되는시나리오 case 1을기반으로탈출시간을계산하고있다. 프로그램 2차버전에서는다른시나리오를포함한모든경우에서탈출시간을계산하도록구현할예정이며, 사용자의편의성을고려하여피난경로의연결관계를 Fig. 11과같이다이어그램으로가시화하는기능을구현할예정이다. 능할것으로판단한다. 화재공학에서는 Fig. 12와같이화재가발생한후화재의크기가인명에게해로운수준에이르기전에모든사람이안전한장소로대피할것을요구하고있으며, 수식적으로는 ASET>RSET 으로표현될수있다 (Zhong, et al., 2008). 여기에서 RSET(Required Safe Egress Time, 모든거주자가안전하게위험공간을벗어나탈출하는데요구되는시간 ) 은피난지침으로부터계산하고, ASET(Available Safe Egress Time, 거주자의피난행위동안에위험이인명에해로운수준에이르기전까지의시간으로안전한피난을위해확보가능한시간 ) 은화재시뮬레이션해석도구를이용하여화재가인명에게해로운수준에이르는시간으로계산한후이를 RSET과비교하여화재시에인명피해없이안전한피난이이루어지는지를평가하는방법으로성능기반의안전설계에활용할수있을것으로판단한다. 7. 결론 본연구를통해 IMO의여객선피난지침을설계과정에보다쉽게적용할수있는프로그램을개발하였으며, 지침상의적용예를통해프로그램의유용성도검증하였다. 또한개발된프로그램은여객선의성능기반피난안전설계의기준으로사용가능한 RSET을계산하는데사용할수있다. 향후사용자의편의성향상을위해식별된피난경로가시화기능과계산결과의출력기능을추가한 2차버전개발과실선적용을통해프로그램의기능개선및보완이이루어질예정이며, 프로그램을앞서제안한성능기반화재안전설계에직접적용하여여객선의성능기반화재안전설계에활용가능성을검토할것이다. Fig. 11 Example of escape paths diagram 6. 프로그램활용 개발된프로그램은설계시피난지침의만족여부를판단하는데사용가능할뿐만아니라최근관심을받고있는성능기반안전설계 (performance based safety design) 의평가도구로도활용가 후기 본연구결과는한국해양연구원에서수행한 여객선의시뮬레이션기반피난안전성평가프로그램개발 (PES1360), 효과분석을위한선박안전성능예측기술개발 (PES132C) 및 위험도기반안전설계핵심기술개발 (PNS1410) 의연구성과중일부임을밝힌다. Fig. 12 Occupant evacuation criteria in fire safety engineering JSNAK, Vol. 47, No. 5, October

IMO 피난지침기반의여객선탈출시간계산프로그램개발 참고문헌 Choi, J. Kang, H.J. Park, B.J. & Lee, D.K., 2008.

Journal of Ships & Ocean Engineering, 45, pp.109-114. Choi, J. Lee, D.K. & Park, B.J., 2007.

Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 44(2), pp.83-92. IMO, 2007. MSC.1/Circ.

org [Accessed 1 September 2009]. Kim, D.H. Yoon, I.S. & Hwang, Y.K., 2007.

Proceeding of the Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp.3-8. Lee, D.K. Kim, H.T. & Park, J.H., 2003.

6 IMO 피난지침기반의여객선탈출시간계산프로그램개발 참고문헌 Choi, J. Kang, H.J. Park, B.J. & Lee, D.K., Application and Practical Use of Guidelines for Evacuation Analysis to Passenger Ships. Journal of Ships & Ocean Engineering, 45, pp Choi, J. Lee, D.K. & Park, B.J., A Study on the Analysis and Application of the Fire Simulation Tools for Ships. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 44(2), pp IMO, MSC.1/Circ.1238, Guidelines for Evacuation Analysis for New and Existing Passenger Ships. [Online]Available at: [Accessed 1 September 2009]. Kim, D.H. Yoon, I.S. & Hwang, Y.K., A Study on the Research Trends and Characteristics of Refuge Regulation of Building. Proceeding of the Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp.3-8. Lee, D.K. Kim, H.T. & Park, J.H., Human Behavioral Experiment for Evacuation Analysis. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 40(2), pp Zhong, M. et al., Study of the Human Evacuation Simulation of Metro Fire Safety Analysis in China. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 21(3), pp 최진김수영신성철 강희진박범진 724 대한조선학회논문집제 47 권제 5 호 2010 년 10 월

DBPIA-NURIMEDIA

DBPIA-NURIMEDIA Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety Research Paper Vol. 21, No. 1, pp. 047-056, February 28, 2015, ISSN 1229-3431(Print) / ISSN 2287-3341(Online) http://dx.doi.org/10.7837/kosomes.2015.21.1.047