Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 28, No. 3, pp. 11-17, June 2013 Copyright@2013 by The Korean Society of Safety (pissn 1738-3803) All right reserved. 차량크레인전도사고의구조안정성평가에관한법공학적연구 김종혁 김의수 국립과학수사연구원 (2012. 8. 20. 접수 / 2013. 5. 30. 채택 ) Forensic Engineering Study on the Evaluation of the Structural Stability of the Mobile Crane Accident Jong-Hyuk Kim Eui-Soo Kim National Forensic Service (Received August 20, 2012 / Accepted May 30, 2013) Abstract : Forensic Engineering is the area covering the investigation of products, structures that fail to perform or do not function as intended, causing personal injury or damage to property. To investigate the mobile crane s overturn accident in terms of the forensic engineering, in this study, we identified the accident mobile crane s position and posture before accident by the analysis of the trace resulted by the contact between the outrigger and the ground, and the accident remodeling has been performed using CATIA modeling program in the basis of the accident mobile crane s position and posture information. The accident analysis has been performed by comparing this accident remodeling and the crane s specification, the table of the allowance load about the boom s length and the working radius. Through these studies, the safety accident that may occur in mobile crane can be minimized by performing specialized and systematic investigation of the accident cause in terms of the forensic engineering. Key Words : forensic engineering, accident investigation, safety accident, mobile crane 1. 서론 법공학 (Forensic Engineering) 은기계안전사고와폭발사고등의공학과관련된분야에서사고가발생했을경우이에관한법적문제에대해공학적으로해명하는학문분야이며, 이분야의전문적인지식과경험을갖추고있는전문가가법적인관점에서문제점을규명하는학문이다 1,2). 이러한법공학은법적책임문제를해명하는목적이외에사고원인분석을통해원인을규명하고이를예방하기위한각종제도와법적규제에관한규격및정책을제안하여안전한사회실현을지향한다 3-6). 본연구에서는법공학에서다루는내용중차량크레인 (Mobile Crane) 전도 ( 顚倒 ) 사고의사고조사및분석에관한연구를진행하고자한다. 차량크레인은차량에크레인을장착하여크레인의일반적인기능과차량의이동기능이결합된크레인으로주로건설공사현장에서사용되고있으며, 고중량 ( 高重量 ) 의건설자재등을들어올려서상하 좌우 전후로운반하는사용환경으로인해전도되어사고가발생할개연성을지니고있다. 이러한차량크레인의전도사고는주로차량크레인을지지하는지반이침하하는경우, 아웃트리거가파손되는경우, 작업반경에따른정격하중초과의경우등으로인해발생되며, 안전관리감독등이부실한공사현장등에서점검및안전의식없이사용함에따라빈번히발생하고있다 7,8). 따라서이러한 차량크레인전도사고를예방하기위해서는좀더전문화되고체계적인사고조사와분석을통하여유사및동종재해의발생을최소화해야할필요가있으며, 이에본연구에서는차량크레인전도사고에관한법공학적연구를통해사고원인을재조명하고예방을위한방안을제시하고자한다. 2.1. 사고개요 2. 사고개요및구조이해 본사고의사고현장은물류창고신축공사장내로약 9 m 높이에해당되는물류센터건물지상 3 층옥상에서작업자가크레인을조작하여철골조립설치작업의일부에해당되는철골기둥을연결하는철골빔을운반하던중차량크레인이무게중심을잃어전도되면서철골빔과함께작업자가추락하여사망한사고이다. 사고차량크레인의전체적인모습을 Fig. 1 에나타내었다. 2.2. 구조이해차량크레인은 Fig. 2에나타낸바와같이차량본체의베이스프레임에크레인이탑재되는구조이다. 크레인의붐은 2단 ~6단으로이루어져있으며, 각단이와이어로프등에의해연성으로결합되어있어유압실린더의인입 Corresponding Author: Eui Soo Kim, Tel : +82-2-2600-4972, E-mail : es92kim@korea.kr National Forensic Service, 139, Jiyang-ro, Yangcheon-gu, Seoul 158-707, Korea 11
김종혁 김의수 을 장착하여 구조 변경한 차량크레인으로 최대 작업높이 22.7 m, 최대 작업반경 19.8 m, 붐 선회각도 360도, 총 6단 붐의 제원을 나타낸다. 현장조사 당시 사고 차량크레인은 차량 의 적재부가 전방우측 방향으로 전도된 상태로 건물 옥상 에 위치해 있었으며, 사고 차량크레인의 우측에는 사고 당 (a) Third-floor rooftop view Fig. 3. Damaged platform due to crash to the ground. (b) The ground view Fig. 1. Overturned state of accident mobile crane. Fig. 4. Extended stage state of the boom(1stage-3stage). Fig. 2. Structure of mobile crane. 인출 작동에 따라 붐이 인입 인출 동작함으로써 붐의 길 이가 조절 된다. 아웃트리거는 붐의 길이 증가와 플랫폼에 작용하는 적재물의 무게에 의해 생성되는 작용 모멘트를 지 탱하는 역할을 한다. 따라서 크레인 작동 시 아웃트리거를 확장하여 지면에 차체를 지지시킨 후 틸팅 실린더, 턴테이 블을 이용하여 붐의 자세를 결정하고 붐의 길이를 조정함으 로써 작업을 수행한다. 3. 사고 원인 검토 및 분석 3.1. 현장조사 사고 차량크레인은 4.5 ton 초장축 카고 트럭에 크레인 12 Fig. 5. Contracted stage state of the boom(4stage-6stage). Journal of the KOSOS, Vol. 28, No. 3, 2013
차량크레인 전도 사고의 구조 안정성 평가에 관한 법공학적 연구 다. 사고 차량크레인에 근접한 바닥에서 사고 차량크레인의 전방우측 아웃트리거와의 접촉에 의해 생성된 것으로 추 정되는 충격흔 및 조흔(抓痕)이 관찰되었으며, 이에 대한 위치 및 길이를 Fig. 6과 Fig. 7에 나타낸 바와 같이 길이 및 각도 등을 측정하여 사고 당시의 사고 차량크레인의 위치 및 자세를 추정하였다. 또한 Fig. 8-Fig. 10에 나타낸 바와 같이 아웃트리거의 확장 폭과 틸팅 유압실린더의 인출 길이, 붐의 회전각 및 수평각, 붐의 길이 등 사고 차량크레인의 주요 부분에 해당되는 길이 및 각도를 측정하였으며, 현장 조사 당시 붐의 회전각은 약 52.6 deg, 수평각은 약 52 deg, 붐 길이는 약 11 m 임을 확인하였다. Fig. 6. Measurement of the position of the trace created by contact between the outrigger and the ground. 시 같이 작업 중이던 타 차량크레인이 위치되어 있었다. 사 고 차량크레인의 붐은 건물 외곽으로 전도되면서 붐 끝단이 지면을 충격하여 플랫폼이 파손된 상태이며, 붐의 1단-3 단 부는 인출된 상태이나 4단-6단 부는 인입된 상태로 현 장 조사 당시의 붐의 상태를 Fig. 3-Fig. 5에 각각 나타내었 3.2. 사고 현장 재구성 사고 현장에서 사고 차량크레인 전도 시 전방우측 아 웃트리거와의 접촉에 의해 생성된 충격흔 및 조흔 등의 흔적과 사고 차량크레인의 각 주요 부분들에 대한 크기 및 각도 등을 종합하여 사고 당시의 사고 차량크레인의 위치 및 자세, 붐의 자세 등을 3차원 모델링 프로그램인 CATIA를 이용하여 재구성하였으며, 이를 Fig. 11과 Fig. 12에 각각 나타내었다. 또한 Fig. 13-Fig. 15에 나타낸 바와 같은 사 고 현장의 건물 설계도와 사고 현장 주변 철골 기둥MC2- Fig. 7. Measurement of length and degree of the trace. Fig. 8. Measurement extension length of the outrigger. Fig. 9. Measurement rotation angle of the boom. Fig. 10. Measurement length of the boom. 한국안전학회지, 제28권 제3호, 2013년 13
김종혁 김의수 Fig. 11. Reconstruction of accident mobile crane, top view. Fig. 12. Reconstruction of accident mobile crane, side view. (2, C-37) 및적재물인철골빔 (G-26) 의도면등을토대로 CATIA 를이용하여사고현장을재구성하였으며, 이를 Fig. 16 에나타내었다. 3.3. 붐길이에따른정격하중분석 사고당시의적재물인 G-26 철골빔의무게를추산하고자 철골구조부품별하중표 로부터 G-26 철골빔을 Fig. 13. Drawing of the accident site. Fig. 15. Drawing of G-26 steel beam. Fig. 14. Drawing of MC2-2 steel pillar. Fig. 16. Reconstruction of the accident site. 14 Journal of the KOSOS, Vol. 28, No. 3, 2013
차량크레인전도사고의구조안정성평가에관한법공학적연구 구성하는각부품에대한하중과각부품의개수등을파악하여 Table 1 에정리하여나타내었으며, 이에따라적재물 G-26 철골빔의무게가약 21 kn 임을확인하였다. 사고당시붐의인출길이에따른정격하중분석을위해사고당시붐의수평각이 52 deg 인점을고려하여 Fig. 17 에나타낸 작업반경도 로부터붐의길이에따른작업반경을확인하였으며, Fig. 18 에나타낸 정격총하중표 로부터붐의길이와작업반경에따른정격하중을확인하였고, 이를 Table 2 에정리하여나타내었다. Table 1. Calculation of total weight of G-26 steel beam. Part each wt.(n) num. num. each wt.(n) GP-14 144.6 2 289.2 GP-22 67.3 8 538.4 GP-69 9.2 2 18.4 GP-252 65.1 6 390.5 H692-1 76.2 8 609.9 H692-2 227.3 8 1818.6 H692-3 83.4 16 1333.7 SF-6 86.8 10 867.6 SF-57 65.1 6 390.5 SF-125 23.3 8 186.3 SF-127 41.4 8 330.9 MG-16 14349.6 1 14349.6 G-26 steel beam s wt. (N) 21,123.7 Fig. 18. Allowable weight of the accident mobile crane. Table 2. Allowable weight about the boom length and the working radius. Boom length(m) Working Radius(m) Allowable weight (N) 4.9 2.7 68,670 8 5.0 29,430 11 7.5 18,394 14 8.5 14,715 17 10 11,380 20 11.5 9,074 Fig. 17. Working radius of the accident mobile crane. 3.4. 사고당시상황재현앞서수행한사고차량크레인의재구성결과와사고현장재구성결과를 CATIA 프로그램을이용하여결합하였으며, 붐의길이및적재물등의위치를변경함으로써붐의길이에따른사고당시상황을재현하고자하였다. 붐의길이가 11 m인경우와 17 m인경우에대한사고당시상황을재구성한결과를 Fig. 19와 Fig. 20에각각나타내었다. 붐의길이가 11 m인경우, G-26 철골빔이 MC2-2 철골기둥과 C-37 철골기둥사이의중앙부에위치하지못하여작업이불가능함을확인하였으며, 붐의길이가 17 m 가량되어야작업이가능함을확인하였다. 따라서사고당시의사고차량크레인의위치및자세와붐의각도및길이등을종합분석하였을때, 설치작업중이던 G-26 철골빔의무게 ( 약 21 kn) 는붐의길이 11 m 이상에서는사고차량크레인이지니는정격하중을초과하며, 설치작업은붐의길이가 17 m 가량되어야작업이가능한것을알수있다. 한국안전학회지, 제 28 권제 3 호, 2013 년 15
김종혁 김의수 (a) Front view Fig. 19. Boom length 11 m case, reconstructed accident situation. (b) Rear view (a) Front view Fig. 20. Boom length 17 m case, reconstructed accident situation. (b) Rear view 따라서현장조사당시붐의길이 ( 약 11 m) 에서 G-26 철골빔의설치가가능한붐의길이 ( 약 17 m) 로증가하던중, 사고차량크레인이지니는정격하중에서안전율을초과하는과도한적재하중에기인되어크레인전도사고가발생한것으로사료된다. 4. 결론 본연구에서는차량크레인전도사고의전도원인을규명하기위해법공학적관점에서현장조사, 자료검토등을통해사고당시의상황재현을수행하였다. 사고당시의사고차량크레인의위치및자세와붐의각도및길이등을종합분석하였을때, 설치작업중이던적재물 G-26 철골빔의무게는붐의길이가 11m 이상에서는정격하중을초과하며, 설치작업은붐의길이가 17 m 가량되어야작업이가능한것으로보아사고차량크레인에적합하지않은과한적재하중에기인되어크레인전도사고가발생한것으로알수있다. 따라서본차량크레인전도사고는작 업자와안전관리감독자가사고차량크레인이지니는작업반경에따른정격하중과적재물의무게및운반위치등을사전에비교검토하지않아발생한사고로작업자의안전의식불감증과안전관리감독의부실에기인된것임을알수있다. 이러한크레인전도사고의재발을예방하기위해작업자및안전관리감독자는크레인안전예방을위한교육을통해안전의식을지니도록해야하며, 이에따라작업환경및차량크레인의정격하중등을작업자와안전관리감독자가함께사전에비교검토하여충분한안정성을확보한후작업을수행해야할필요가있다. 또한차량크레인의제작업체측에서는정격하중초과등차량크레인의불안정성을야기시킬만한경우에경계신호를작업자에게보낼수있는안전시스템의탑재를의무화해야할필요가있다. Reference 1) B. Sam, Forensic engineering : Reduction of Risk Improving Technology, Engineering Failure Analysis, Vol. 14, pp. 1019~ 16 Journal of the KOSOS, Vol. 28, No. 3, 2013
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