2.1 객화혼용 여객선의 IMO 피난규정 검토
2.1.1 세월호 피난시설의 IMO 적합성 검토
세월호는 탑승자가 외부에서 승선하기 위해 처음 올라타는 브리지(5층) 데크와 아래에 위치한 A(4층) 데크, 다음 아래에 위치한 B(3층) 데크와 같은 3개 층의 객실 데크와 객실 데크의 하부에는 선박의 기관실이나 화물창고가 위치한 C(2층)데크와 D(1층) 데크로 구성되었다.
국제적으로 선박의 안전규정을 정립하여 권고하는 IMO 규정 FSS(Fire Safety System) 코드의 ‘제13장 피난수단의 배치규정’에서는 모든 여객선에서 데크(deck) 별로 구비해야 할 계단폭의 합계에 대하여 일정기준 이상으로 설계하도록 권고하고 있어 세월호의 피난시설의 유효폭을 산정하여 비교하였다.
피난시설의 유효폭은 해당 데크의 갑판으로 나가는 출구 유효폭과 다른 층의 소집갑판과 연결된 계단실의 출구 유효폭의 합계를 말한다. 여객 데크별 데크가 가진 출구 유효폭의 합계값은 해당 데크의 탑승정원을 기준으로 산정한 최소값을 상회하여야 한다. 즉 데크별 출구 유효폭 합계값은 최소출구 유효폭인 0.9 m에 데크별 정원에서 90인을 제외한 초과 인원을 대상으로 인당 10 mm 폭을 추가적으로 확보하도록 규정하고 있다.
세월호의 내부구조 도면을 검토하여 데크별 출구의 유효폭의 합계를 산출하여 IMO 피난규정에 의해 필요한 최소값과 비교한 결과 세월호의 출구 폭 합계는 데크별로 IMO가 요구하는 합계값을 만족하는 것으로 도출되었다. 따라서 대피성능산정에 필요한 세월호 선박이 가져야 할 물리적인 조건이 충족됨에 따라 기본적인 피난시설의 구비는 이루어진 것으로 분석되었다.
2.1.2 갑판소집 필요대피시간의 정의 및 산정방법
갑판소집 필요대피시간은 여객선에서 재난발생시 승선정원전체로 하여금 재난발생을 인지한 시간에, 객실에서 대피를 개시한 시각에서 외부와 접하는 탈출 갑판으로 소집하기까지 걸리는 시간을 합산한 시간으로 정의한다. 소집의 종료시점은 마지막 피난자가 탈출갑판으로 소집된 종료시점을 기준으로 한다.
즉 Fire Engineering Design Guide(
A. H Buchanan, 2001)에 의하면 필요대피시간은 재난이 발생한 시각부터 건축물은거주자 전체, 여객선은 승선정원 전체가 피난안전구역까지 대피하는데 걸리는 시간을 말한다. 다만, 세월호와 같은 여객선에서는 피난안전구역을 외기와 면하면서 구명정이 설치된 갑판으로 설정할 수 있으며, 이런 경우의 필요대피소요시간을 갑판소집 필요대피시간으로 정의할 수 있다.
반면에 Interim Guidelines for Evacuation Analyses for New and Existing Passenger Ships (
IMO, 2002)에 의하면 여객선에서는 탈출갑판에 소집된 피난자를 구명정에 태워 바다로 진수시켜야만 대피가 종료되므로 구명정을 펼쳐 바다에 진수시키는 시간을 구명정 진수 필요대피시간으로 정의하고, 갑판소집 필요대피시간과 합산한 시간을 총필요대피시간으로 부른다. 여기서 선박해상 전복사고의 갑판소집 필요대피시간은 다음과 같은 식으로 산정가능하다.
갑판소집 RSET = 재난인지시간(Tcognition)+대피개시지연시간(Tpre-move)+대피행동시간(Ttravel)
재난인지시간(Tcognition): 재난발생을 물리적·기계적으로 탐지, 통보하여 탑승자가 재난을 인지(Cognition)하는데 걸리는 시간
대피개시지연시간(Tpre-move): 탑승자가 재난발생을 인지한 후부터 대피를 결심하고 대피를 개시(Pre-move)하기까지 지연되는 시간
대피행동시간(Ttravel): 대피개시 후 피난경로를 따라 갑판으로 이동(Travel)하여 갑판의 집합장소에 소집되기 위해 행동하는 시간
2.1.3 갑판소집 허용한계대피시간의 정의 및 설정기준
갑판소집 허용한계대피시간이란 여객선에서 승선정원 전체가 선택하는 피난경로에서 대피가 이루어지는데 가용한 조건, 즉 대피가능 환경이 지속되는 시간을 말한다. 예를 들어 화재재난일 경우 연기의 하강이 이루어져 정상적인 피난보행이 이루어질 수 없는 환경이 조성되기까지 소요되는 시간을 말한다. 반면에 선박의 전복사고에서는 탈출갑판의 침수가 발생하거나, 침수가 발생하지 않았더라도 탈출갑판으로 향하는 대피경로 상에서 장애가 발생한 상황(급격한 기울기 경사각 또는 장애물의 형성)이 초래되기까지의 시간을 허용한계대피시간으로 판단할 수 있다.
Interim Guidelines for a Simplified Evacuation Analysis on Ro-Ro Passenger Ships(
IMO, 1999)에서는 바다 한가운데서 여객선의 침몰이 우려되는 재난이 발생하면 승무원은 탑승자에게 재난상황을 즉각 통보하여 비상상황을 인지시킨 후, 객실을 떠나 구명정이 비치된 갑판으로 일단 소집시키도록 규정되어 있다. 특히 탑승자를 폐쇄된 객실에서 빠져나오도록 하여 탈출갑판으로 소집시키는 이유는 선박이 더 기울어지기 전에 피난보행 하도록 하여 대피가 불가능한 상황에 빠지지 않도록 하면서 특히 접안하는 구조선에 옮겨 태우거나 구명정에 탑승시켜 신속히 바다에 진수하기 위함이다.
따라서 탑승자가 비상상황을 인지하는데 소요되는 상황인지한계시간을 주간은 5분, 야간은 10분 이내로, 구명정 진수한계대피시간을 30분 이내로 한정하고 있다(
Table 2).
Table 1
Sum of Effective Width(W) of Exits on Sewol Ship
Effective Width Deck |
IMO’s required Sum of Effective Width(W) of Exits(Calculation) |
Sum of Effective Width(W) of Exits |
Bridge(5th) Deck |
0.9 m {0.9} |
2.4 m |
A(4th) Deck |
4.84 m {(484-90)×0.01+0.9} |
9.8 m |
B(3th) Deck |
4.44 m {(444-90)×0.01+0.9} |
6.6 m |
Table 2
Total ASET Value for Ro-Ro Ship’s Turn-over Accident according to IMO
Desc. |
Total ASET |
ASET on Deck |
ASET for Rescue |
Cognition Time |
Pre-Move Time |
Assembly Time on Deck |
No. |
Total Capacity Numbers |
ASET |
Max.10 min. |
Max. 2 min. |
Max. 18 min. |
Max. 30 min. |
IMO ASET Standard |
Max. 30min. |
Max. 30min. |
2.2 대피가능 시점별 세월호의 기울기 및 승선현황 분석
2.2.1 세월호 침몰사고 당시의 데크 기울기 현황분석
세월호 사고조사보고서(
Kim, Heyon-Ho, 2014)에 따르면 세월호는 진도 연안을 항해하다가 갑자기 멈춘 후 좌현으로 기울어지면서 1시간 20분 정도 지나 완전히 전복되었으나, 사고 당시 승무원들에 의한 대피유도조치가 전혀 이루지지 않아 많은 탑승자가 객실에서 빠져나오지 못하는 상황이 초래되었다. 따라서 승무원에 의한 갑판소집 대피유도조치가 가능한 시점을 설정하여 그 시점의 테크 경사각과 데크별 탈출갑판의 침수상황을 토대로 탈출갑판으로의 소집가능 여부와 피난계단의 가용성을 조사한 결과
Table 3과 같이 분석되었다.
Table 3
Summary of Deck & Stair Usability Classified by Deck Slope of the Sewol Ship
Desc. Time |
Still Picture |
Slope |
Left open deck’s flooded status |
08:50:00 |
N/A(None Available) |
30° |
Sinking begins |
09:34:03 |
(Initial picture caught when C.G. 123 vessel approaching) |
52.5° |
·No flooding on left 3rd, 4th, 5th deck, but assembly point on 3rd deck only ·Right stairs are not possible to use, left & middle stairs are possible |
09:38:48 |
(Picture caught when tube boat approaching)
(Picture caught when some passengers are saved on 3rd deck) |
54.4° |
·Flooding begin on left 3rd deck, but still assembly point on 3rd deck only ·Right stairs are not possible to use, left & middle stairs are possible |
09:46:25 |
(Picture caught when crew moving to 123 Vessel) |
61.2° |
·Flooding serious on left 3rd deck, therefore assembly on 4th deck only ·Right & middle stairs are not possible to use, left & back stairs are possible |
09:50:21 |
(Picture caught when C.G. 123 vessel retreating from Sewol Ship) |
62.6° |
·Flooding serious on left 3rd, 4th, 5thdeck, therefore no assembly point ·Right & middle stairs are not possible to use, left & back stairs are possible |
Table 4
Status of Deck Slope When Evacuation Guided Points by Crew
Evacuation Guided Points Possibly |
Time |
Deck Slope |
1) When sinking begins |
08:50 |
30.0° |
2) When Coast Guard 123 Vessel approaching to Sewol ship |
09:34 |
52.2° |
3) When crew retreats to Coast Guard 123 Vessel |
09:36 |
61.2° |
Table 5
Status of Input Data for Evacuation Simulation on Deck Assembly Scenarios
Desc. |
Slope |
Deck |
Usability |
Walking Speed |
Scen-ario 1 |
30.0° |
5th |
Left(o), Right(×) |
Upward/Downward Male 0.79 m/s, Female 0.64 m/s |
4th
|
Left(×), Right(×) |
3rd
|
Left(×), Right(×) |
Scen-ario 2 |
52.2° |
5th |
Left(×), Right(×) |
Downward Only, Male 0.50 m/s, Female 0.40 m/s |
4th
|
Left(×), Right(×) |
3rd
|
Left(o), Right(×) |
가장 먼저 갑판소집 대피유도조치가 취해질 수 있던 시점은사고 직후로서 이 당시의 시각은 8시 50분경으로 밝혀졌다. 이 시점의 선박의 기울기 경사각은 해경 123단정이 도착하기이전이었기 때문에 사진 획득은 불가능하여 정확한 기울기경사각은 산정할 수 없었지만, 조타실 승무원이 선박이 정지한 후에 확인한 경사계 값이 30°정도인 것으로 증언하였기에 30°로 설정하였다.
두 번째로 대피유도조치가 취해질 수 있었던 시점의 세월호가 정지하여 침몰 중인 현장에 해경123단정이 도착한 직후로서 조타실에 대기 중인 선원들이 구조선이 도착한 사실을 알고 승객들에게 탈출갑판으로 나오도록 통보할 수 있었을 것으로 판단된다. 그 시점의 시각은 9시 34분경으로 밝혀졌으며 세월호의 모습이 최초로 촬영되었기에 촬영된 화면을 기준으로 데크 경사각을 산출한 결과 52.2°인 것으로 조사되었다. 마지막 시점은 9시 46분경으로 승무원들이 조타실에서 나와 해경 123단정으로 퇴선하는 시점으로 당시의 데크 기울기는61.2°로 조사되었다.
2.2.2 세월호 탑승인원 및 배치현황 분석
사고 당시의 세월호는 총 463명의 탑승자가 승선하였으며 승객은 437명, 승무원은 26명으로 구성되어 있었으며, 탑승자를 성별로 구분하면 남자가 274명, 여자가 189명으로 조사되었다. 세월호가 해상에서 정지한 후, 승무원의 객실 대기 지시방송에 의해 모든 승객은 각자의 객실에 대기하고 있는 것으로 가정하고, 반면에 승무원은 근무위치나 조타실에 대기한 것으로 가정하였다.
2.3 탑승객 대피시나리오별 갑판소집 RSET 산정
2.3.1 세월호의 갑판침수 상황을 고려한 탈출갑판과 피난계단의 가용성 분석
1) 5층 데크의 피난계단 가용성 분석
5층 데크는 여객 데크 중 최상부에 있는 층으로 이 데크의 갑판은 해수면보다 상당히 높기 때문에 탈출갑판으로는 사용할 수 없다. 따라서 3, 4층의 갑판으로 내려가야 하므로 피난계단이 전부 하향계단으로 구성되어 있다. 이 하향계단은 좌현계단 1개, 중앙계단 1개, 우현계단 1개, 선미계단 2개로 총 5개가 배치되어 있다.
데크의 기울기 경사각이 30°를 초과할 경우 테크의 경사부위쪽에 있는 우현계단을 사용하기 위해서는 탑승자가 오르막경사면을 타고 올라가야 한다. 따라서 우현계단은 사고 직후의 경우를 제외하고는 사용이 불가능할 것으로 판단된다. 반면에 좌현계단과 중앙계단은 오르막으로 보행하는 탑승자가 아닌 내리막으로 보행하는 탑승자에게는 사용 가능할 것으로 판단되어 비교적 중앙에 위치하고 있는 선미계단과 함께 가용할 것으로 판단된다.
2) 4층 데크의 피난계단 가용성 분석
4층 데크는 여객 데크 중 중앙에 있는 층으로 5층 데크로 통하는 상향계단 6개, 3층 데크로 통하는 하향계단 5개로 이루어져 있다. 첫 번째 시점과 두 번째 시점에서는 4층 데크의 좌우현 갑판 모두 해수면보다 상당히 높이 위치하고 있어 탈출갑판으로는 사용하기 어려운 것으로 분석되었다. 다만, 데크의 경사각도가 61.2°에서는 해수면과 가까운 4층 좌현 데크의 갑판은 가용한 것으로 분석되었다. 따라서 첫 번째 시점과 두 번째 시점에서는 3층의 갑판만 소집이 가능하므로 5층 데크에서 내려오는 탑승자와 함께 3층의 소집갑판으로 내려가야만 하며 세 번째 시점에서는 4층 갑판이 탈출갑판으로 사용될 수 있을 것으로 분석되었다.
4층 데크에는 하향 피난계단이 총 5개가 배치되어 있으며 좌현계단 1개, 중앙계단 1개, 우현계단 1개, 선미계단 2개로 구성된다. 이 데크의 기울기 경사각이 30°를 초과할 경우 테크의 경사부 위쪽에 있는 우현계단을 사용하기 위해서는 탑승자가 오르막 경사면을 타고 올라가야 하므로 5층 데크의 경우와 동일한 사유로 인해 모든 시점에서의 우현 계단은 가용할 수 없을 것으로 도출되었다. 반면에 좌현계단과 중앙계단은 오르막으로 보행하는 탑승자가 아닌 내리막으로 보행하는 탑승자에게는 사용 가능할 것으로 판단되어 선미계단과 함께 가용할 것으로 판단된다.
3) 3층 데크의 피난계단 가용성 분석
3층 데크는 여객 데크 중 아래에 있는 층으로 4층 데크로 통하는 상향계단 6개로 이루어져 있으며 침수가 발생한 세 번째 시점을 제외하고는 좌우현 갑판 모두 해수면과의 높이차가 크지 않아 탈출갑판의 역할을 수행할 수 있는 것으로 분석되었다. 다만, 세 번째 시점에서는 좌현 경사각도가 61.2°에 도달하여 침수가 발생하였기에 가용하지 않는 것으로 도출되었다. 3층 데크에는 상향 피난계단이 총 5개가 배치되어 있으며 좌현계단 1개, 중앙계단 1개, 우현계단 1개, 선미계단 2개로 구성되어 있으나 세 번째 시점을 제외하고는 사용할 필요가 없는 것으로 분석되었다.
2.3.2 데크 기울기에 따른 피난보행속도를 반영한 대피유도시나리오 설정
전절에서 승무원들에 의해 탑승자의 갑판 소집유도를 할 수 있는 시점별로 데크 기울기와 침수상황을 고려한 갑판과 피난계단의 가용성을 분석한 후, 데크 경사각에 따른 피난보행속도를 설정하여 탑승자의 대피가능상황에 대한 현실적 모사를 수행할 목적으로 다음과 같이 2개의 갑판소집 시나리오를 설정하였다.
1) 갑판소집 대피유도 시나리오 1
침몰시점인 08시 50분에 대피 개시하여 좌현으로 30° 기울어진 데크에서 가용한 피난경로를 이용, 좌현 3층 탈출갑판으로 소집되는 시나리오로 다음과 같이 구성한다.
- 갑판소집 대피유도조치 시각 08:50: 사고 직후 세월호 선박이 기울어짐을 느끼고 승무원이 조타실에 있는 방송장비를 이용하여 객실서비스 선원에게 탑승자 전원을 갑판 소집하도록 지시함
- 데크 경사각을 고려한 탑승자 피난보행속도 설정 : 좌현으로 30° 경사의 피난보행속도는 오르막 보행과 내리막보행이 가능한 것으로 가정하여 경사각이 없는 평지의 성인남자 평균피난보행속도 1.19 m/s를 기준으로, 직선 보간법에 의해 성인남자는 0.794 m/s로 설정하고 성인여자의 피난보행속도를 성인남자의 80%로 보아 0.635 m/s로 설정함
- 침수 상황에 따른 갑판탈출 가용성 설정: 이 시간대에는 침수 해당 상황이 없어 제일 하단에 위치한 좌현 3층 갑판을 통해 가능한 것으로 설정함
2) 갑판소집 대피유도 시나리오 2
해경123정이 기울어가는 세월호에 도착한 시점으로 사전에 세월호에 많은 탑승자가 빠져나오지 않고 대기하고 있었다는 사실을 알고 도착하자마자 확성기를 통하여 갑판으로 소집할 것을 지시할 수 있었을 시각이 09시 34분 03초를 시점으로 설정하였으며, 발견당시의 최초 경사각인 52.2o로 가정하여 다음과 같이 시나리오를 설정하였다.
- 좌현으로 52.2°로 기울어진 데크 경사각에서의 탑승자 피난보행속도: 오르막보행은 어렵고, 내리막 보행만 가능하며 평지의 성인남자 평균피난보행속도 1.19 m/s를 기준으로 직선 보간법에 의해 남자는 0.5 m/s로 설정하고 성인여자의 피난보행속도를 성인남자의 80%로 보고 0.4 m/s로 설정하였으며, 전체계단 중 오르막 보행이 요구되는 우현계단과 중앙계단은 일부 탑승자(중앙계단보다 우현에 위치한 객실 탑승자)만 사용가능하고 선미계단도 사용가능하도록 설정하였음. 단, 우현방향으로 객실의 출구가 있는 탑승자는 객실 문을 나가기까지 오르막 보행을 해야 하므로 다른 객실과 비교하여 피난개시지연시간을 60초를 두어 늦게 피난을 개시하는 것으로 적용하여 차등을 둠
- 침수 상황에 따른 갑판탈출 가용성 설정: 이 시간대까지 침수가 심각하게 발생하지 않았으며 09:40이 지나서야 3층 갑판의 침수가 심각한 상태로 변했으므로 시나리오 1과 동일하게 좌현 3층 갑판을 통해 탈출 가능한 것으로 설정함
2.3.3 세월호 탑승객의 갑판소집 RSET 산정
본 연구에서 사용한 피난시뮬레이션 소프트웨어는 미국의 썬더헤드(Thunderhead)사가 개발한 패스파인더(Pathfinder)프로그램이며 엑소더스는 영국의 그린위치 대학에서 개발한 소프트웨어이다. 두 개의 프로그램 모두 일정공간을 캐드도면에서 불러들여 플로어를 생성하고 플로어 위에 거주자를 정의하여 일정한 피난로직에 의해 거주자들이 비상시에 최적피난경로를 통하여 피난하는 상황을 나타내는 프로그램이다. 여기서 사용하는 피난 로직의 근간이 되는 알고리즘은 미 SFPE 핸드북 3판의 3-14장에 제시된 비상대피이동(Emergency Movement)에서 제시하는 피난이동 메커니즘을 적용하고 있다. 이번 연구를 수행하는데 있어서 패스파인더 프로그램이 익숙하여 오류를 최대한 방지한다는 측면에서 사용하였다.
전절에서 설정된 세월호의 갑판소집 대피유도 시나리오 1,2를 대상으로 탑승객의 실제 배치모사 모델을 기반으로 피난시뮬레이션을 수행하여 갑판소집 필요대피시간 결과값을 출력화면으로 표시하였다. 물론 선박이 기울어져 보이는 출력화면은 선박을 실제로 기울여서 시뮬레이션을 수행한 것이 아니라, 특정한 횡경사와 동일한 상황에서 수행하였다는 것을 연출한 가상화면으로 선박의 실제 경사각도에서 일어나는 대피상황과 동일한 입력값으로 모사하였기에 실제로 기울어진 선박의 데크에서 대피하는 상황과 동일한 시뮬레이션 결과값을 가진다.
1) 대피 시나리오 1의 갑판소집 RSET 산정 결과
시나리오 1은 기울기 경사각이 좌현 30°인 상태에서 설정된 보행속도와 소집갑판 및 피난계단의 사용성 등을 고려하여 대피시뮬레이션을 수행한 결과 갑판소집에 필요한 소요시간은 최소 5분 5초로 산정되었다. 산정된 결과를
Fig. 7과
8로 나타낸다.
Fig. 1
Exit(
) Layout of Individual Deck.
Fig. 2
Usability Status of Stairs on 5th Deck.
Fig. 3
Usability Status of Stairs on 4th Deck.
Fig. 4
Usability Status of Stairs on 3rd Deck.
Fig. 5
Usability Status of Open Decks according to the Flooding Situation.
Fig. 6
Initial Slope Caught When Coast Guard 123 Vessel Approaching (52.5v).
Fig. 7
Still Picture at 1min. 30sec. past after Evacuation Begins on the Scenario 1.
Fig. 8
Still Picture When Evacuation Finishes(5min. 5sec. past) on the Scenario 1.
상기 결과값을 갑판소집 대피시간 산정공식에 대입하여 산출한 결과 시나리오 1의 최대 갑판소집 대피시간은 최대 17분 5초로 산출되었다. 여기서 최대 인지시간은 IMO에서 규정하고 있는 야간 10분을 기준으로 하였고, 대피개시 지연시간을 최대 2분으로 설정하여 산출하였다. 결과적으로 세월호에서 해난사고가 발생한 직후 승무원들이 갑판소집 대피유도조치를 하였다면 사고 발생시점부터 17분 5초가 경과한 시간에 탑승자 전원(463명)이 탈출갑판으로 소집되었을 것으로 예상할 수 있다.
2) 대피 시나리오 2의 갑판소집 필요대피시간 결과
시나리오 2는 기울기 경사각이 좌현 52.2°인 상태에서 설정된 보행속도와 탈출갑판 및 피난계단의 사용성 등을 고려하여 시뮬레이션을 수행한 결과 대피개시 후 갑판소집에 소요되는 대피시간은 9분 28초로 산정되었다. 산정된 결과를 다음
Fig. 9와
10으로 나타낸다.
Fig. 9
Still Picture at 1min. 30sec. past after Evacuation Begins on Scenario 2.
Fig. 10
Still Picture When Evacuation Finishes (9min. 28sec. past) on Scenario 2.
상기 결과 값을 갑판소집 대피시간 산정공식에 대입하면 시나리오 2의 최대 갑판소집 대피시간은 21분 28초로 산출되나, 대피개시시점이 사고발생 후 44분여가 경과되었기에 탑승자가 사고발생상황을 인지하고 있다고 판단하여, IMO에서 규정하고 있는 최대인지시간(야간 10분)을 별도로 고려하지 않고, 대피개시 지연시간인 2분만을 고려할 경우 13분 28초로 산정될 수 있다.
결과적으로 선박의 데크 경사각이 52.2°인 시점인 해경 123단정이 도착 시점에 승무원이 탑승자에게 갑판소집 대피유도조치를 할 경우 최소한 사고 발생시점에서 57분 28초(경과시간 44분에 13분 28초를 합한 값)가 경과된 후에야 탑승자 전원이 탈출갑판으로 소집되었을 것으로 예측된다. 그러나 소집완료시점이 사고 발생 후, 무려 57분 28초가 지난 시각인 09시 47분 28초로서 이미 세월호의 탈출갑판이 모두 침수되었으며 데크의 경사각이 60°를 넘어서(
Table 2 참조) 당초 설정한 시나리오의 입력조건에 상당히 벗어난 것으로 판단되어 채택할 수 없었다.