1. 서론
최근에 빈번하게 발생하는 유해화학가스 유출사고, 플랜트 폭발, 방사능 누출사고 등 유해물질 유출사고는 피해범위를 광역화시키고 있으며, 피해의 누적 및 장기화로 인해 불특정 다수의 주민과 생물환경에 생물학적⋅의학적 피해는 증가시키고 있다. 또한, 국내에서 운영하고 있는 화학산업단지는 조성된 지 20년 이상 경과되어 노후화 단계에 이르고 있으며, 화학물질의 유통량 증가로 인해 사고발생 위험은 항상 증가하고 있다.
국가산업단지와 같은 유해화학물질을 취급하는 위험설비는 재난취약 시설에 대한 종합적인 관리 와 설비시설에 대한 구체적인 자료가 체계적으로 전산화되어 있지 않기 때문에, 위험요인이 항상 내재되어 있으며, 사고 발생 시 재난의 확산범위를 파악하는데 많은 인력과 시간이 소요된다. 또한, 사고의 위험요인을 제거하거나 개선, 사고의 확산방지, 피해 최소화를 위한 대응활동을 전개하는데도 어려움이 발생된다. 따라서 유해화학물질 유출사고의 재난대응은 자방자치단체, 민간기업체, 유관기관 등의 협업네트워크를 구축하여 재난 위험요인을 체계적으로 수집하고, 재난정보를 공유함으로써 효과적으로 의사결정을 지원할 수 있는 선제적 대응체계가 매우 중요하다(Song, 2015).
국내의 국가산업단지 중 최대규모인 여수국가산업단지는 화학공장이 밀집되어 있고, 사업장 간 충분한 안전거리가 확보되지 않아 유해물질 유출 등의 사고가 발생되는 경우 인접기업 및 주민까지 피해가 확산될 가능성이 높다. 또한, 여수국가산업단지에 위치한 합동방재센터는 산업단지 내 입주기업이 취급하는 화학물질에 대한 정확한 정보를 전산화 및 통합관리하지 않기 때문에, 입주한 기업의 재난관리는 단위 사업장의 인력점검 및 자체감시시스템에 의존하고 있는 실정이다.
본 논문에서는 유해물질 유출 사고에 대한 신속한 초기대응력 강화와 체계적인 재난관리를 위한 방재플랫폼을 제안한다. 방재플랫폼은 더욱 복잡해지고 다양해지는 유해화학물질 유출사고 유형에 효과적인 재난정보의 공유 및 대응절차의 제시가 가능하며, 향후 센서기술, 통신기술, 제어기술 등의 발전에 따라 유해물질 취급시설물의 성격에 최적화된 효율적인 재난관리가 가능하다.
2. 관련연구
국가산업단지 내 석유화학공장은 다양한 종류의 화학물질을 대량으로 저장취급하고 있어 공정이상, 설비결함 등 여러 가지 원인에 의해 유해물질 누출, 화재폭발 등 대형재난의 발생가능성을 항상 포함하고 있다. 특히, 유해화학사고는 규모에 따라 막대한 인적물적 피해를 초래할 수 있으며, 환경오염 등 2차피해의 발생으로 인해 인근주민까지 피해를 확산시키는 특성을 가진다(Kim et al., 2012). 이러한 유해화학사고의 특성에 따른 재난의 문제점을 개선하기 위해 다양한 연구가 진행되었다.
Han et al. (2012)은 화학공장들을 비롯한 수많은 가스 이용 시설에 있는 방대한 양의 운전변수들을 감시하면서 운전 상태 및 부하에 따라 설비를 제어하고, 공정상의 이상, 물리적인 고장, 외부 교란, 운전자의 오류 등과 같은 원인으로 문제점이 발생될 경우 실시간으로 감시하여 공정상태의 판단을 지원하고, 공정의 이상이 발생하기 전에 조기 경보를 해주는 조기경보 시스템에 대한 연구를 수행하였다. Kim et al. (2012)은 가스센서기술을 이용하여 산업 현장의 유해물질 약 700종 중 밀폐된 공간에서 발생하기 쉬운 중요한 탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 암모니아(NH3)의 세 가지 가스를 검출하는 휴대용 가스센서 모듈을 구현하였다. Park et al. (2011)은 페인트와 같은 화학물질에서 다량 검출되는 Toluene가스를 대상으로 센서 모듈을 구성하고, 실시간으로 모니터링하기 위하여 VOC 센서 모듈과 임베디드 웹서버를 연동함으로써 인터넷이 연결되어 있는 환경에서는 장소에 구애받지 않고 어느 곳에서나 유해 물질 검출 여부를 모니터링하고 감시할 수 있는 원격 VOC 센서 신호 모니터링 시스템을 개발하였다. 그러나 기존에 수행한 선행연구는 센서의 개발을 통한 모니터링 및 계측모형, 안전관리체계의 개선 등을 중심으로 진행되었으며, 본 연구에서 제시하는 재난대응프로세스를 중심으로 수행한 연구는 없었다
Jung et al. (2016)은 재난 상황에서 현재 일어나고 있는 재난에서 신속하게 대처하기 위해 IoT 센서 플랫폼을 공공 환경에 적용하고, 이를 효과적으로 활용할 수 있는 시나리오를 제시하였다. 그러나 이 연구를 통한 재난대응프로세스의 적용은 상황실의 정보수집체계, 모니터링을 위한 시각화 정보에 국한되어 있으며, 지자체 및 유관기관의 협업기능을 통한 재난대응은 고려하지 않고 있다.
3. 여수국가산업단지 재난대응프로세스
여수국가산업단지에는 영산강 유역 환경청 산하 환경부, 고용노동부, 국민안전처, 산업통상자원부, 전라남도, 여수시공무원으로 구성된 합동방재센터(여수 화학재난 합동방재센터)가 설치되어 있다. 합동방재센터는 환경팀, 가스안전팀, 지자체팀, 화학구조팀, 산업안전팀이 협력하여 화학재난사고 현장대응을 위한 통합 정보체계를 구축하였으며, 이 통합정보체계에는 여수산업단지 내 271개 사업장 중 화학물질을 취급하고 있는 161개 사업장에 대한 사고대응 핵심정보(사업장 일반현황, 취급 화학물질의 종류 및 수량, 공장 건물배치도, 사업장의 위험요인, 보유 장비 및 인력)를 A3규격으로 출력하여 관리하고 있다. 통합 정보체계는 화학사고 발생 시 출동차량 내에 출력⋅비치하여 출동 도중에 현장의 중요 대응정보를 한눈에 파악하며, 현장에서의 대응작전 수립 시에도 활용가능하다. 그러나 이러한 통합정보체계는 현재까지 전산화하여 통합관리하는 것이 아니라 DB만 구축되어 있기 때문에 합동방재센터는 여수국가산업단지 내 재난발생 시 기업의 제어 및 정보 공유 등 통합적인 방재센터로서의 역할을 수행하기에 어려운 실정이다. 또한 유해화학물질이 유출되는 경우 화학재난의 특수성으로 인해 합동방재센터가 초동대응을 위해 현장에 투입된다. 그러나, 합동방재센터는 위기관리 매뉴얼과 대책본부와의 협업체계상에서 역할과 책임이 불분명한 상황이며(Song, 2015), 이러한 이유로 인해 복잡한 상황전파 및 보고체계로 인하여 각 재난대응기관별 소통에 어려움이 있다(Fig. 1).
또한, 여수국가산업단지의 재난 발생 시 지자체, 유관기관, 입주기업, 지역주민 등이 공동으로 활용가능한 네트워크 및 정보공유 시스템은 미흡한 실정이며, 특히 재난총괄기관인 여수시가 입주기업에 대한 재난관리의 강제적 권한이 없기 때문에, 산업단지 내 재난의 통합관리가 이뤄지지 않고 있다. 이러한 이유로 입주기업은 자체적으로 유해화학물질 유출사고에 대한 예방, 예측. 대응업무를 실시하고 있지만, 지자체, 산업단지공단 등 유관기관과 재난정보를 공유할 수 있는 제도적 장치도 부족한 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 기존의 소방서(화재), 지방환경청(환경), 지방고용노동지청(안전보건) 등 각 기관이 개별적으로 분리 대응하던 개별정보를 통합한 방재시스템을 구축해야하며, 지자체, 유관기관, 입주기업, 인근 주민들의 협업을 통해 효과적으로 재난에 대응할 수 있는 능동적인 재난대응 체계가 필요하다.
현재, 여수국가산업단지에서 발생하는 유해화학물질 유출사고는 긴급구조통제단(여수 소방서), 여수 화학재난 합동방재센터, 여수경찰서를 중심으로 유해화학물질 유출사고에 대응하고 있으며, 이들은 예방-대비-대응-복구 등에 관한 사항을 총괄조정하고, 재난상황에 대한 통합관리를 위하여 재난대응에 관계된 재난관리책임기관의 장에게 제반조치를 요청하는 등의 임무를 수행해야 한다. 그러나 여수시 재난안전대책본부 체계도1를 보면 재난안전대책본부는 여수소방서와는 연결관계가 형성되어 있으나, 합동방재센터 및 여수시 산업단지관리공단 등은 연결관계가 없기 때문에 협업체계를 구축하는데 어려움이 있다.
4. 방재플랫폼의 개요
여수국가산업단지에서 사고발생 시 효율적인 지휘통제를 위해서는 재난대응 기관에게 명령하여 사고를 신속하게 수습할 수 있는 통합방재센터가 구축되어야하며, 통합방재센터는 유관기관 및 재난대응협업기관 간 유기적인 의사전달 네트워크가 이루어져야 한다.
플랫폼은 일반적인 시스템의 개념과는 달리 응용프로그램이 실행될 수 있는 기초를 이루는 시스템을 의미한다. 본 연구에서 제시하는 방재플랫폼은 합동방재센터의 통합관리시스템에 탑재가 가능한 플랫폼의 형태로 개발하였으며, 유해물질 감지 센서의 양방향 네트워크를 통해 다양한 응용프로그램이 서로 연동할 수 있는 서비스를 제공한다. 또한 산업단지에서 요구하는 기능을 추가할 경우, 응용프로그램만 개발하여 데이터베이스 구조 및 인터페이스의 변경을 하지 않고 용이하게 탑재할 수 있다(Fig. 2).
또한, 방재플랫폼을 통해 유해화학물질 유출사고 발생장소에서 실시간으로 센서로부터 수집되는 재난 데이터의 분석을 실시하여 재난 상황을 전파할 수 있고, 양방향 네트워크를 통한 소셜 방재 인프라 개념을 포함하고 있기 때문에 산업단지 내 입주기업별 인력 점검 및 자체 감시 시스템에 의존하고 있는 기존의 분산형 재난대응체계에서 발생되는 문제점을 극복할 수 있으며, 화학물질 누출 등을 사전에 감지하고 사고로 이어지는 상황을 사전에 예측하여 대응할 수 있다.
5. 방재플랫폼의 구성요소
방재플랫폼은 다음과 같이 센서를 통한 유해물질 유출정보 수집, 시나리오를 통한 재난대응, 집단지성을 통한 협업네트워크 기능으로 구성된다.
5.1 유해물질 감지센서
방재플랫폼에 탑재되는 유해물질 감지센서는 Fig. 4와 같이 센서모듈에 유해물질 감지센서를 표준형 소켓타입으로 탈부착이 가능하도록 개발하였다. 소켓타입은 계측할 수 있는 유해물질의 종류를 변경할 경우 센서모듈 전체를 변경하지 않고, 센서부품만 교체하여 사용할 수 때문에 매우 경제적이다. 본 연구에서 제시한 센서모듈이 감지할 수 있는 유해물질은 포스겐, 암모니아, 염소, 불산, 벤젠, 톨루엔, 에틸렌, 프로필렌 등 총 8종이다.
각 센서는 캘리브레이션을 실시하여 유해물질의 농도를 계측할 수 있도록 하였으며, 무선모듈 (900MHz/2.4GHz)을 장착하여 설치 장소의 노이즈 발생에 따라 능동적으로 대처할 수 있도록 구성하였다(Fig. 6). 또한 LCD의 디스플레이를 이용하여 작업자가 알람 발생 시 또는 평상시에도 가스 누출 또는 수치를 육안으로 확인할 수 있도록 구성하였다. 센서모듈은 KCC 인증을 통해 개발된 제품에 대한 성능 및 신뢰성 평가를 실시하고, 내구성을 고려하여 방폭, 방진설계를 적용하였다.
5.2 재난대응 시나리오
재난대응 시나리오는 유해화학물질 유출사고에 효과적인 대응을 위해 재난 유발 공간(장소 및 이동 차량)에서 화재, 폭발, 환경오염, 유해화학물질등 재난 관련 사전 인지, 상황 인지를 센싱 한 정보를 기반으로 사고의 진행 및 확산 프로세스를 예측하여 의사결정을 지원할 수 있다. 재난대응 시나리오는 센서모듈을 감지할 수 있는 8종의 유해물질 특성을 고려하여, 각 유해물질별로 재난의 확산, 재난대응절차, 2차피해의 발생 가능성, 복구단계의 업무 들 예방-대비-대응-복구의 단계별 재난관리절차에 대한 정보를 사용자들에게 제공한다.
재난대응 시나리오(Fig. 5)는 유해화학물질 사고와 관련한 국가위기관리매뉴얼, 국가위기관리실무매뉴얼, 현장조치행동매뉴얼, 재난대응행동계획을 기반으로 13개 협업기능과 유관기관별 표준행동절차 및 재난대응 프로세스를 분석하여, 각 기관별 재난대응 절차를 시나리오에 포함하였으며, 여수국가산업단지의 재난대응기관(여수시, 합동방재센터, 여수소방서, 119화학구조대, 여천전남병원, 입주기업 등)의 사전심의를 통해 재난대응 시나리오의 적용성 및 효과성을 검토하였다(Song, 2015).
5.3 집단지성 인프라
유해화학물질 유출사고의 피해를 최소화하기 위해서는 중앙행정부서, 지자체, 공공기관, 기업체, 유관기관 등에서 기존의 명목적인 위원회를 대신하여 최고, 최적의 의사결정, 정책결정, 판단을 지원할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 유해물질 유출사고에 대한 전문가들의 네트워크를 구축하여 언제, 어디서나, 실시간으로 오픈된 공간에서 최고수준의 자문, 상담, 교육, 지시 받아 현장에서 보다 효율적인 사고 대응 방안을 신속하게 처리할 수 있는 체계가 필요하다
집단지성 인프라는 재난대응을 위한 의사결정을 지원할 수 있으며, 인터페이스를 통해 재난대응 참여자, 유관기관 간 유기적인 협력체계를 지원할 수 있다. 플랫폼에 탑재된 집단지성의 사용자는 여수시청의 재난대응 부서, 재난대응 기관, 재난 전문가 집단, 시민 등 사용자의 범위를 한정하지 않는다. 단, 재난 발생 시 정보의 보안 및 사용오류를 최소화하기 위해 사용자를 그룹함으로써 재난발생 시 정보유출로 인한 혼란을 방지하도록 하였다.
집단지성 인프라는 재난 발생 시 13개 협업기능을 담당하는 여수시 재난대응부서와 합동방재센터, 소방서 등 현장대응 팀이 양방향 커뮤니케이션을 통해 재난대응 주체 간의 지능적인 네트워크를 형성할 수 있으며, 이러한 집단지성 인프라는 기존의 위치적 한계를 초월한 재난대응참여자 간 정보네트워크를 통해 유해화학 유출 사고정보의 소통 및 전파, 재난정보공유, 국민⋅지자체⋅정부 간 유기적인 공조체계가 가능하며, 스마트폰과 연동을 통해 재난정보 및 알람을 지자체, 합동방재센터, 지역주민, 입주기업, 유관기관 등과 실시간으로 정보를 공유할 수 있다(Fig. 6).
6. 방재플랫폼 프로토타입
방재플랫폼 프로토타입은 센서모듈과의 정보 연계, 재난대응 시나리오, 집단지성 인프라 기능을 탑재하여 개발하였다(Fig. 7).
센서로부터 수집되는 데이터는 데이터베이스로 실시간 전송됨과 동시에 그래프화하여 계측된 유해화학물질의 농도를 시각적으로 쉽게 파악할 수 있도록 하였으며, 사전 캘리브레이션을 통해 누출된 유해물질의 종류와 농도를 실시간으로 계측할 수 있도록 하였다(Fig. 8).
설치된 센서의 위치정보는 산업단지 내 지도를 활용하여 프로토타입에 표시하고, 센서의 이상발생 및 전원공급 불량 시 알람을 통해 사용자에게 즉시 알림으로써 센서의 교체가 가능하도록 하였다(Fig. 9).
집단지성 인프라는 재난대응기관 간 효율적인 의사결정지원과 지자체, 유관기관, 주민 등 재난대응 주체별로 전파되는 정보의 혼선을 방지하기 위해 로그인 정보에 따라 이용자 설정을 3그룹으로 분류하였다. 1그룹은 전체이용자 대상이며, 2그룹은 주민을 제외한 모든 기관(지자체 재난대책본부, 합동방재센터, 유관기관, 입주기업)을 대상으로 하며, 3그룹은 지자체 재난안전대책본부, 합동방재센터를 대상으로 하였다(Fig. 10).
유해물질 감지센서로부터 계측된 데이터는 데이터베이스에 실시간으로 저장하고, 이는 Web상에서 실시간으로 확인 할 수 있다, 또한 저장된 데이터는 엑셀파일로 변환하여 데이터의 이상유무 확인과 재난정보의 피드백을 지원하도록 하였다(Fig. 11).
7. 방재플랫폼 적용실험
방재플랫폼 프로토타입의 성능 및 여수국가산업단지의 현장적용성을 검증하기 위해 현장실험을 실시하였으며, 실험대상지는 여수시와 MOU체결 후 협조를 통해 국가산업단지 내 입주기업인 (주)동성하이캠으로 선정하였다. (주)동성하이캠은 톨루엔 물질을 주로 취급하는 기업이지만, 주변에 위치한 기업인 금호미쓰이화학, 한국바스프, 금호폴리캠, KPX 라이프사이언스, 금호피앤비화학 등에서 포스겐, 암모니아, 벤젠 등 다양한 유해화학물질을 취급하고 있으며, 이는 본 연구에서 개발한 유해물질 감지센서의 취급물질과 5종이 일치한다(Fig. 12).
센서는 (주)동성하이캠에서 계측하고 있는 기존센서와 동일하게 누출 가능 부위를 파악할 수 있도록, 유해물질의 누출 가능성이 있는 위치를 중심으로 배치하였다. 또한 인근 기업의 경계면에서 가장 가까운 누출지점 간의 시뮬레이션을 실시하여 현장의 풍속, 온도 등 여러 조건을 이용한 결과물을 기반으로 경계면의 센서 위치를 결정하였다.
현장실험은 센서모듈 설치 및 계측시작 시점을 기준으로 약 72시간 동안 계측을 진행하였으며, (주)동성하이캠의 주변에 위치한 기업의 취급물질을 고려하여 8종의 유해물질을 감지하여 데이터를 수집하였다. 센서모듈 설치 직후 현장에서 가스탱크를 이용하여 센서모듈의 이상유무 및 데이터 송수신기능을 최종적으로 점검하였다(Fig. 13).
현장실험은 유해화학물질 유출사고 및 대응 시나리오를 기반으로 사고발생 시 수동적인 모니터링의 수준을 넘어 능동적인 대응 프로세스가 가능한 여수국가산업단지의 환경을 구축하는 데 목적이 있으며, 현장실험 중 유해물질이 감지되면 방재플랫폼에 탑재된 재난대응 시나리오 기반의 행동절차를 전파하고, (주)동성하이캠 측에게 전파된 행동절차에 따라 줄 것을 협조하였다. 현장실험 결과 센서에서 이상징후 감지 및 유해물질 유출 데이터는 없었으나, 향후 합동방재센터의 시스템 간 연계와 테스트 베드 구축을 통해 지속적인 모니터링 및 재난대응관리를 실시할 경우 사고 발생 시 초기대응에 매우 유용할 것이라 판단된다(Fig. 14).
8. 결론
여수국가산업단지는 유해화학물질 사고 발생 시 효과적인 대응을 위해 중앙행정부서(환경부), 지자체(여수시), 유관기관 등과 대응체계를 구축하고 있다. 또한, 재난발생 시 합동방재센터는 초동대응을 위해 현장에 투입지만, 산업단지 입주기업이 취급하는 화학물질에 대한 정확한 정보가 전산화, 통합화되지 않아 재난대응 시 문제점이 발생될 수 있다. 이러한 재난대응체계는 기관별 수직적 연락망에 의한 독자적인 행동으로 인하여 대형사고 발생 시 신속한 초등 대응이 어렵고, 사고 접수기관에서 전파가 되지 않거나, 사고접수가 지연되는 경우 재난의 확산 가능성이 매우 높다.
본 연구는 유해화학물질 유출사고에 신속한 대응이 가능하도록 8종 유해물질을 감지할 수 있는 센서모듈, 유해물질별 재난대응 시나리오, 집단지성 인프라를 탑재하고, 합동방재센터의 통합관제시스템과 시스템적 연계가 가능한 플랫폼 형식의 재난대응 체계를 제시하였다.
본 연구에서 개발한 방재플랫폼은 시스템의 단독 기능만으로 산업단지의 전체구역을 모니터링하고, 재난 발생 시 모든 재난대응 기관과 협조하여 즉각적인 대응을 하는데는 한계점을 가진다. 그러나, 본 방재플랫폼은 단독으로 운영하는 것이 아니라 합동방재센터의 통합관리시스템과 연계하여 활용하는 것이 시스템의 최종형태이며, 이에 따라 타 시스템과 연계가 가능한 플랫폼형식으로 개발하였다. 또한, 방재플랫폼에 탑재된 재난대응 시나리오를 타 산업단지에서 취급하는 유해물질로 적용하여 커스터마이징하고, 센서모듈을 고도화 및 표준화함으로써 여수국가산업단지 뿐만 아니라 타 산업단지에 적용할 수 있다. 향후 산업단지 내 테스트베드를 구축하여 지속적으로 센서로부터 수신되는 재난 관련 데이터를 빅데이터화하고, 지속적인 플랫폼의 응용프로그램 개발을 통해 여수국가산업단지의 유해화학물질 유출사고 대응역량을 강화할 수 있을 것이다.
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