공통방법론을적용한철도사고위험도평가절차개발 Development of Railway Accident Risk Assessment Procedures using Common Safety Methods 박찬우 왕종배 * 곽상록 * 최돈범 * Park, Chan-Woo Wang, Jong-Bae Kwak, Sang-Log Choi, Don-Bum ------------------------------------------------------------------------------------ Abstract This study has proposed the development procedure of 'railway accident risk assessment model' by as a common approach. The risk assessment procedure is following the requirements of the common safety methods (CSM) suggested in EU and was developed based on the accident scenarios. Various hazardous events, which have the potential to lead directly to casualties, were defined. Then, for each hazardous event, the railway accident appearance scenarios and railway accident progress scenarios were developed. The developed procedure will provide a generic model of the safety risk on the Korea railway. ------------------------------------------------------------------------------------ 1. 서론철도는사람, 규칙 / 절차, 열차및기반시설등이복합적, 상호의존적으로연계되어운영되는시스템으로서, 시스템구성및운영과정에잠재되어있는위험요인을체계적으로파악하고비용-효율적인안전대책을수립하여허용가능한수준으로위험도를제어할수있는시스템안전관리체계구축과합리적인안전활동이요구된다. 이를위해본논문에서는철도시스템안전관리의출발점이자핵심과정인위험 (Hazard) 분석및위험도 (Risk) 평가를위한공통적인접근법으로서철도시스템의운영과정에서발생하는철도사고위험도평가절차와사고시나리오를기반으로하는주요개발내용을소개하고자한다. 철도사고의위험도평가를위해본논문에서는철도사고의위험요인을분석하여관련위험사건을정의하였고, 위험사건의발생을초래하는위험요인들의논리적연계성을사고발생시나리오로구성하여사고발생빈도평가모델을고장수목 (Fault Tree) 을이용하여개발하였다. 또한사건수목 (Event Tree) 을이용하여인명피해를초래하는영향인자를사고진전시나리오로구성하고, 위험사건별사고심각도를등가사망지수로환산하여계산하는위험도평가모델을개발하였다. 2. 철도사고위험도평가동향국내의경우 2004년 10월 철도안전법 이제정이후, 철도사고분석및통계관리기반을마련하기위해 2006년 1월공표된 철도사고보고및조사에관한지침 이 2007년 11월 철도사고등의보고에관한지침 로개정되었으며, 철도운영자등은철도사고및운행장애를해당절차및방법에따라보고해야한다. 철도사고및운행장애분류는철도사고, 운행장애, 철도재난으로구성되며, 철도사고는다시철도교통사고, 철도안전사고로구분된다. 철도교통사고는열차충돌, 열차탈선, 열차화재등의열차사고, 건널목사고및철도교통사상사고를포함한다. 여기에서, 철도교통사상사고란열차사고와건널목사고를동반하지않고열차또는철도차량의운행으로여객, 공중, 직원이사망하거나부상을당
한사고를의미한다. 단, 건널목에서철도차량과도로차량과충돌및접속사고외에여객, 공중, 직원의사상이발생한사고를포함한다. 또한철도안전사고는열차또는차량의운전과관계없이철도운영및철도시설관리와관련하여인명의사상이나물건의손괴가발생된사고로서철도화재사고, 철도안전사상사고, 철도시설파손사고등을포함한다. 여기에서, 안전사상사고란열차또는차량의운전과관계없이철도시설에서추락, 감전, 충격등으로여객, 공중, 직원의사상이발생한사고를의미한다. 미국 FRA(Federal Railroad Administration) 에서는열차사고의유형별원인을궤도 / 노반 / 구조, 기계적 / 전기적고장, 신호및통신, 열차운영 / 인적요소, 기타원인등으로분류하여코드화하였으며, 그외사상자의행위특성을포함한환경조건, 상해 / 질병또한유형별로분류하여위험분석을수행하였다. 호주의철도사고유형별위험요인은안전체계및운영관리상의위험, 선로점유및작업실행상의위험, 업무종사자의자격및활동상의위험등으로분류한후각각의경우에대해위험조건과위험요인을세분하고있다. 유럽연합은 2004년도부터 SAMRAIL(Safety Management in Railway) 프로젝트를진행하여승객, 작업자및하청직원, 건널목이용자및선로불법침입자등에대한철도안전목표지수 (CST, Common Safety Target) 를개발하였고, 철도안전목표를설정하기위한공통적인위험도관리접근법 (CSM, Common Safety Method) 을개발하였다. 영국에서는철도사고를열차사고 ( 철도충돌 / 탈선 / 화재 / 건널목사고 ), 철도교통사상사고를나타내는이동사고 (movement accidents), 철도안전사상사고를의미하는비이동사고 (non-movement accidents) 로분류하였고, 각각의사고를세분하여사고로발전될잠재적가능성이높은상황을의미하는위험사건을총 125로정의하였다. 그리고영국철도에대한시스템차원의위험도평가모델 (safety risk model) 을구축하여초래될수있는각위험사건에대한위험요인을파악하고위험사건에대한원인분석 (causal analysis) 와결과분석 (consequence analysis) 을수행하고있다. 특히영국에서는위험도의정량적평가를위하여기본자료를안전경영정보시스템 (SMIS, Safety Management Information System) 에서축출하고있다. SMIS는웹기반의사고보고시스템으로시설관리자인 Network Rail의관리영역에서발생한모든안전관련사건을기록하기위해 60개이상의모든철도운영자및관리자에의해사용된다. 3. 철도사고위험도평가절차통상위험도평가는위험요인판별 (hazard identification), 위험도산출 (risk estimation) 및위험도경감 (risk reduction) 을골격으로하는단계적인절차를따르지만, 적용대상의특징에따라기준별로조금씩의차이가있다. 예를들어, 영국철도의공학적안전관리에서는 1) 위험요인판별, 2) 원인분석, 3) 결과분석, 4) 손실분석, 5) 대안분석, 6) 영향분석, 7) 허용위험도입증의 7단계절차를따른다. 또한유럽연합 SAMRAIL 프로젝트의 공통적인위험도관리접근법 에서는다음과같은 6단계의위험도관리접근법을개발하였다. 1) 시스템경계설정및위험요인판별, 2) 사고시나리오기반의위험도평가, 3) 위험도허용수준및제어수단의판별, 4) 제어수단의선정및위험도경감효과평가, 5) 판별된위험요인에대한대응계획및실행전략수립, 6) 지속적인위험요인추적및변경사항관리. 그림 1은본연구에서제시된철도사고위험분석및위험도평가절차를나타낸것으로서, 유럽철도안전지침과 ISO/IEC Guide 51, MIL-Std 882c] 등에서지시하는국제적인공통방법론을따르고있다. 우선, 위험분석과정에서위험사건을정의하고, 위험사건의발생원인과최종적인결과피해에
이르는사고진전과정을논리적으로연결한사고시나리오를구성한다. 여기에서위험사건은사고로발전될잠재적가능성이높은상황을말한다. 그리고위험도평가단계에서는이들시나리오를기반으로위험사건의발생확률 ( 빈도 ) 과사고진전과정의결과심각도를산정하여, 최종적으로인명피해에대한위험도를정량적으로평가하는것으로하였다. 위험도경감및대책분석은철도운영환경에따라상이하여철도운영기관별특성을반영하여야하기때문에본연구에서는생략되었다. 그림 1. 철도사고위험도분석절차 4. 철도사고시나리오개발 표 1. 철도사상사고의위험목록 사건형식 주요기여요인 열차추락 뛰어내림 / 뛰어탐, 열차출입문개방 / 열차출입문오동작, 열차출입문오사용 ( 반대측 ), 열차출입문매달림 추락 승강장추락 안전설비 ( 펜스, 경고장치 ) 결함, 떠밀림추락 ( 혼잡, 범죄 ), 개인부주의 ( 자살포함 ) 작업장추락 안전설비 ( 펜스, 경고장치 ) 결함, 작업장비 ( 사다리, 비계, 곤도라 ) 결함, 개인부주의 열차내전도 / 실족 제동 / 급출발, 바닥결함 ( 미끄러움, 결빙 )/ 통로장애물지장, 안전설비 ( 손잡이 ) 결함, 개인부주의 전도 승강장전도 / 실족 바닥결함 ( 미끄러움, 결빙 )/ 통로장애물지장, 안전설비결함, 개인부주의 / 운반 / 이동장비 ( 승강기등 ) 실족역구내전도 / 실족결함, 개인부주의 급제동 / 급출발, 바닥결함 ( 미끄러움, 결빙 )/ 통로장애물지장, 안전설비 작업장전도 / 실족 바닥결함 ( 미끄러움, 결빙 )/ 통로장애물지장, 안전설비결함, 작업장비결함, 개인부주의 열차출입문끼임 출입문고장 / 오작동, 개인부주의 끼임역구내출입문출입문고장 / 오작동, 개인부주의 / 끌림열차 -승강장끼임승강장곡선부간격과다, 안전설비 ( 발판 ) 결함, 개인부주의 ( 승 / 하차과정 ) 작업장비끼임 작업장비결함, 개인부주의 열차 / 차량충격 선로추락 ( 열차 / 승강장 / 작업장 ), 승강장열차근접통행 / 이동, 선로무단침입 / 통행, 선로 ( 변 ) 이동 / 작업, 차량입환작업 ( 돌방입환, 차량분리 / 구름 ) 충격 시설물충격 ( 기둥, 건물, 표지, 창문 ) 시설물붕괴 / 구성품탈락, 안전설비 ( 보호 / 방호 ) 결함, 개인부주의 물체충격바닥결함 ( 미끄러움, 결빙 )/ 통로장애물지장, 열차내화물추락, 외부물체투사 / 낙하, 작업도구 / 공구투사 / 낙하, 재료 / 자재낙하 / 붕괴, 기타물체충격 열차화재, 기기과열, 고온부화상내장재연소, 화물연소, 전기합선, 난방기과열, 제동부과열, 식당온수, 뜨거운물체접촉 전철 / 전력설비, 열차전기설비, 감전승강장전기설비, 작업장전기설치 / 안전보호결함 ( 파손, 노출, 누전 ), 개인부주의, 오사용 설비, 선로변전기설비 기타질식 ( 독가스, 매연, 화학물질 ), 질병, 폭행 / 협박, 사상자발견 철도사고시나리오를모형화하기위해서는먼저철도사고의위험사건과위험요인을규명하여야한 다. 본연구에서는위험사건과위험요인을정의하기에앞서현존하는사고자료와다양한국 내외자료를 분석하고, 다수의국 내외전문가검토를거쳐, 충돌, 탈선, 화제, 건널목, 사상사고별위험목록
(hazard list) 을표 1 의사상사고의예와같이개발하여분석의범위를규명하였고, 개발된위험목록을 이용하여인명피해를초래할수있는위험사건을표 2 의사상사고의예와같이사고종류별로정의하였 다. 표 2. 철도사상사고의위험사건 - 여객 - 공중 - 직원 구분 교통사상사고 안전사상사고 위험사건 충격 열차충격, 물체충격 전도 / 실족 열차승 / 하차중전도 / 실족, 급제동 / 급출발에의한전도 / 실족 추락 열차추락 / 낙하, 열차승 / 하차중승강장추락 끼임 / 끌림 열차출입문끼임, 승강장 -열차사이끼임 충격 차량충격, 물체충격 전도 / 실족 역사내부전도 / 실족, 선로 / 건널목전도 / 실족, 차량내부전도 / 실족, 작업장전도 / 실족 추락 차량추락 / 낙하, 고소작업중추락, 시설물추락, 승강장추락 끼임 / 끌림 차량설비끼임, 역사내부시설물끼임, 작업장비 / 물체끼임 감전 차량및시설물감전 화상 차량및시설물화상 질식 차량및시설물질식 기타 환자발생, 폭행 / 협박, 사상자발견 표 3. 철도사상사고추락의위험사건사고발생시나리오 사고구분 위험사건 위험상황 위험요인 교통출입문무단취급, 출입문취급오류 / 오동작, 출 -음주열차추락 입문잠금장치고장, 출입문개방상태운행, 정보인식오류, 상황판인적 -질병사상 매달림 / 뛰어탐단오류, 의사결정오류관리 -혼잡열차승 / 하차중바닥 / 미끄러움, 안전설비고장, 바닥장애물실행오류, 의사소통오 요인 -장애사고승강장추락지장, 부주의류, 절차 / 규정위반 -기타 뛰어내림, 출입문취급오류 / 오동작, 출입문잠 차량추락 금장치고장, 출입문개방상태운행, 매달림 / 선로 / 구조물결함, 신호제어설비결함, 안전사상 뛰어탐, 차량격동 / 급제동 / 급출발, 부주의기술 요인 정보통신설비결함, 전철전력설비결함, 열차 / 차량설비결함, 건널목설비차량지붕추락 차량지붕에서추락, 전철 / 전력선감전후추락결함, 작업물체 / 장비결함사다리에서추락, 비계에서추락, 철로교에서추 고소작업중추락 락, 검사피트로추락, 기타고소작업중추락불법침입 / 행동, 자살추정 사고외부지역에서선로추락, 외부지역에서도로차불법행위 무단공사 / 임의작업, 무단설치시설물추락 외부량의선로로추락, 역사내부시설물에서추락요인 / 방치, 테러, 기타 바닥 / 미끄러움, 안전설비고장, 바닥장애물지승강장추락 불완전한기후조건, 불완전한환경조장, 부주의건 철도사고시나리오는위험사건을중심으로위험사건이발생하기전까지과정을나타낸사고발생시나리오와위험사건이발생후사고가확대되는과정을나타내는사고진전시나리오로구성된다. 본논문에서는지면관계상전체위험사건의사고시나리오는생략하고, 추락/ 낙하 위험사건을대상으로개발된사고시나리오의구성을소개한다. 철도사고시나리오에대한세부내용은참고문헌을참고하기바란다. 사고발생시나리오는위험사건의발생을초래할수있는위험상황과이와같은위험상황의원인을나타내는위험요인으로구성되며, 위험요인은다시인적관리요인, 기술적요인, 외부요인으로구분된다. 위험상황은위험사건의특징을반영하여위험사건별로다르게구성되었으며, 위험요인은모든위험사건에동일하게적용되었다. 표3은 추락/ 낙하 위험사건의사고발생시나리오를나타낸것이다. 위험사건이발생후확대되는과정을나타내는사고진전시나리오는인명피해를초래하는핵심영향인자를선별하고영향인자별인명피해에영향을줄수있는피해기준을검토하여작성되었다. 표 4는철도사고의 열차/ 차량추락 / 낙하 위험사건의사고진전시나리오를나타낸것이다.
표 4. 철도사상사고추락의위험사건사고진전시나리오위험사건 운행속도 추락높이 인명피해열차추락 / 낙하고속 2M 이상사망 저속 중상차량추락 / 낙하정지 2M 이하경상 5. 철도사고위험도평가모델개발위험도를평가하기위해서는사고시나리오의분기별발생빈도 ( 또는확률 ) 및인명피해의평가가이루어져야한다. 본절에서는철도사고위험도평가모델을소개한다. 발생빈도평가는위험사건형식별로위험상황과위험요인을개발된사고발생시나리오를기반으로 FTA 기법을적용하여관계논리를모델링하였다. 그림 4는열차충격위험사건의발생에대한 FTA 모델링사례를제시한것이다. 수치계산을설명하기위해서 FT(Fault Tree) 의구성인자는서로독립이라고가정하였고, 발생빈도값은사고자료를기반으로한다. 본연구에서는인명피해 ( 사망 / 중상 / 경상 ) 를산정할수있는결과심각도평가모델을 ETA 기법을적용하여개발하였으며, 개발모델은위험사건의발생에따른사고피해의확대과정을논리적으로전개한사고진전시나리오를바탕으로한다. 사고자료가충분한경우 ET(Event Tree) 의분기확률을사고자료를기반으로객관적관점에서계산할수이였다. 자료가충분하지못하는경우인적신뢰도분석분야에 HEART(Human Error Assessment and Reduction Technique) 과전문가의의견및공학적판단을병행고려하여적용하였으며, 향후추가적인연구를통해보완이필요한분야이다. 그림 2. 열차충격위험사건의 Fault Tree Fig. 3. 열차충격위험사건의 Event Tree 철도위험도평가는방대한사고 / 장애자료의처리와사고시나리오모델개발에많은인력과시간이소요될뿐만아니라, 향후철도안전법의시행에따른주기적철도위험도분석의효율성을고려할때철도사고 / 장애자료와사고시나리오모델의유기적인유지및연계관리, 신속한철도위험도정량분석을통한의사결정지원등이요구되므로철도위험도평가에특성화된전문소프트웨어의개발이용이필수적이다. 이에따라본연구에서는철도사고위험도평가전용전산지원시스템을개발중이다. 철도사고위험도평가전용전산지원시스템 은철도시스템의위험도정보생산및관리를위한전용전산체계로요구되는구성모듈의프로그램방식에따라크게 1) 철도위험도평가전산시스템과 2) 철도위험도정보관리전산시스템의두분야로나눌수있으며, 현재전자는 MS Windows 기반프로그램으로, 후자는웹기반프로그램으로각각개발중에있다. 그림 4는시스템을구성하는전체전산프로그램모듈들을연차별개발완료일정과함께도식화한것이다. 여기에서통합연계프로그램을포함한모든전산모듈들은철도전용으로개발되어지나, 위험도정량평가엔진은한국원자력
연구소에서기개발된 FTREX(Fault Tree Reliability Evaluation expert) 최신버전을사용한다. 현재는그림 4의개발소프트웨어가운데위험도평가용데이터베이스 (DB) 검색 / 연계모듈과위험도정보출력모듈이웹기반프로그램으로개발중에있으며, 향후요건검증관리 (RVM: Requirements Verification Management) 모듈, 사상가치환산 (VPF: Value for Preventing a Fatality) 모듈, 비용-효과분석 (CBA: Cost-Benefit Analysis) 모듈등이웹기반프로그램으로개발될예정이다. 이들을제외한 R-ETA(Railway-Event Tree Analyser), R-FTA(Railway-Fault Tree Analyser), R-HRA(Railway-Human Reliability Analyser), 불확실성분석모듈, 민감도분석모듈, 위험도모델관리및통합평가를위한통합분석모듈은 MS Windows 기반프로그램으로개발된다. 여기서, 각모듈의괄호안의숫자는개발연도를의미한다. 그림 4. 철도사고위험도평가전용전산지원시스템 6. 결론본논문에서는철도시스템안전관리의출발점이자핵심과정인위험 (Hazard) 분석및위험도 (Risk) 평가를위한공통적인접근법으로서철도시스템의운영과정에서발생하는철도사고위험도평가절차개발에관한연구를수행하였다. 본연구에서는사건발행확률을평가하기위해위험사건별위험상황과위험요인을조합으로사고시나리오를구성하고하며, 이를토대로사고인자별사고분석을수행하고, 이를구성하여각위험사건별위험발생확률을추정할수있는위험사건별 FTA 모델을구성하였다. 또한사건발생시시피해확산요인을고려하여최종결과를 ETA 형식으로전개하였다. 본연구의결과는철도시스템의위험도평가단계에서체계적으로국내철도사고의직 간접원인과중요기여요소를분석하고, 국내철도사고의발생확률과위험도를정량적으로평가하는데활용될수있을것으로판단된다. 참고문헌 1. 건설교통부 (2004), 철도안전법, 제7245 호. 2. 건설교통부 (2006), 제1차철도안전종합계획 3. European Commission (2004), Safety Management in Railway, D.2.3:Common Safety Methods. 4. European Commission (2004), Safety Management in Railway, WP.2.4: Acceptable Risk Level. 5. Rail Safety and Standard Board (2005), Investigation of common safety methods. 6. Rail Safety and Standard Board (2006), Profile of Safety Risk on the UK Mainline Railway, issue 5. 7. Rail Safety & Standard Board, (2004), A statistical review of the RSSB Safety Risk Model (WP1). 8. 건설교통부 (2006), 철도사고보고및조사에관한지침, 제 2006-3 호.
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