항해 중 연안 카페리선박의 선체가속도를 고려한 화물 고박안전성에 관한 연구

Abstract

화물 고박안전성은 선박이 항해 중 발생하는 운동에너지가 선적된 화물상에 물리적인 에너지로 적용되어 발생할 수 있는 화물의 전도, 이동 등을 방지하는 절차로 화물의 적절한 고박을 통해 확보할 수 있다. 이러한 화물고박은 국제적으로 다양한 기준들이 존재한다. 이러한 기준들은 근본적으로는 선박의 움직임으로 인해 화물에 작용하는 외력과 고박장치의 고박력과의 적정성의 비교하는 물리적인 법칙에서 이루어진다. 국내에서 화물고박은 해양수산부의 화물고박 및 적재 등에 관한 기준에 따라 이루어지는데, 이는 기존 위험물 운반선 또는 원양항해 종사하는 선박들을 위한 기준인 국제해사기구의 CSS를 일부 준용하였다. 2014년 Ro-Ro 형태의 여객선 세월호 전복 사고 이후 국내 연안해역 만을 통항하는 카페리선박에 대한 안전성 향상을 목적으로 2015년 화물고박 및 적재 등에 관한 기준에서 연안카페리선박에 대한 특별요건이 신설되었고 2018년부터 적용되고 있다. 특별요건의 신설에 따라 연안해역만을 통항하는 선박에 적용되지 않던 화물고박기준이 연안 카페리선박에 적용되었다. 연안해역만을 통항하는 선박의 경우는 경우 국내 연안해역의 1일 내의 항행 거리, 기상 환경의 제한 등이 고려하여 세분화된 기준 적용이 필요하며, 국내 기준의 연안 선박에 적용에 대하여 적정성 평가가 필요하다. 적정성 평가를 통하여 국내 연안만을 통항하는 카페리선박에 대하여 현황에 맞는 세분화된 기준의 적용이 마련되어야 한다. 본 연구의 목적은 화물고박에 대하여 국내 연안의 해역 조건 및 선박 특성을 고려하여 현행 화물 고박기준의 적정성 여부를 분석하고, 연안 카페리선박을 위한 화물 고박안전성 평가 기준을 제안하는 것이다. 먼저 연안 카페리선박의 고박안전성 평가 기준 제안을 위하여 안전성 평가요소를 화물에 작용하는 외력과 고박력으로 구분하였으며, 화물에 작용하는 외력은 연안 카페리선박이 항해 중 발생할 수 있는 선체가속도를 기반으로 평가하였다. 이를 위하여 연안 카페리선박의 주 운항해역인 제주-부산을 대상으로 기상특보 기간을 포함하여 선체 4개 지점에 대하여 X,Y,Z축에 대한 선체가속도 계측을 수행하였다. 실선 계측결과에 중 기상특보 기간에서 발생한 선체가속도를 상세분석하였으며, 실선 계측 시 운항해역에 존재하는 3개의 기상부이의 기상데이터와 비교 분석하였다. 파고, 파향, 파주기 등 제한된 환경조건에서 시행된 실선 계측결과와 다양한 환경조건에서 비교를 위해 Lloyd Register의 수치해석시뮬레이션 프로그램 Waveload-FD를 이용하여 실선 계측과 동일한 선박에 대하여 선체가속도를 해석하여 비교하였다. 실선 계측과 선체가속도 해석결과를 바탕으로 국내 연안 카페리선박이 국내 연안에서 발생할 수 있는 선체가속도 근사식을 제안하였고, 이를 기반으로 기상특보 이하, 풍랑주의보, 풍랑경보로 나누어 화물고박 평가에 적용할 수 있는 선체가속도 기준을 제시하였고, 화물에 작용하는 하중을 산출 및 고박안전성을 평가하였다. 산출된 화물 작용 하중에 따라 10ft 컨테이너 화물을 대상으로 현행 고박방법과 장치를 기반으로 고박안전성을 평가하였다. 평가 결과를 바탕으로 기상별 세분화하여 고박안전성이 확보되는 효율적인 고박장치, 방법을 제안하였다. 본 연구의 주요한 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 국내 화물고박기준의 적정성 및 세분화된 기준 마련의 필요성을 분석하기 위하여 화물 고박현황과, 관련 기술 기준을 분석하여 연안 선박을 위한 화물고박기준 마련의 필요성 및 연안에서 발생할 수 있는 선박의 선체가속도를 상황별로 세분화하여 적용할 필요성을 검토하였다. 둘째, 연안해역에서 발생할 수 있는 카페리선박의 선체가속도 제안을 위하여 화물 운송 목적의 카페리선박이 운항하는 제주-부산 해역을 선정하였다. 대상 해역에서 카페리선박이 조우 할 수 있는 기상환경을 3개 지점의 기상부이의 실시간 자연환경 관측데이터 기반 대상선박이 풍랑경보를 조우할 확률을 연 평균 1일 수준으로 분석하였다. 동일 해역에 실선 계측 결과 풍랑주의보 발효중 최대 선체가속도로 선체 최상 갑판의 좌현에서 횡방향에서 1.47m/s2로 계측되었다. 셋째, 실선계측 결과의 신뢰도 향상을 위하여 실선 계측 시의 파랑 데이터를 통한 파랑스펙트럼을 가정하여 다양한 파향, 파주기에 대한 수치해석 시뮬레이션을 수행하여 실선계측과 동일한 지점에서 선체가속도 해석 및 비교 분석을 수행하였다. 수치해석 결과는 실선 계측에 대비하여 30~50% 높은 것으로 비교되었다. 이는 연안해역의 경우 수치해석시뮬레이션 상의 파랑스펙트럼에 비하여 파의 발달이 상대적으로 늦은 결과로 분석되었다. 넷째, 실선계측과 수치해석시뮬레이션 결과를 통하여 연안 카페리선박에서 기상조건별 적용가능한 선체가속도 근사식 및 적용값을 제안하였고, 화물고박장치 제원을 반영하여 고박안전성 평가 및 고박 방법을 제안하였다. 본 연구는 실 해역에서 고박안전성 확보를 위한 적정기준 제안을 위하여 실선 계측 및 수치해석시뮬레이션을 수행하고 비교하는 연구를 수행한 점과 기상별 적용하는 선체가속도와 고박 방법을 제시하고자 한 것에 그 의의를 찾을 수 있다. 연안 카페리선박의 고박기준 제안을 위하여 국제적인 기준과 국내기준과의 비교를 통하여 현재 국내 기준의 적정성을 검토하였고, 연안선박에 상황별 세분화된 기준 마련을 위하여 실해역에서 항해중인 선박의 데이터를 통하여 제시하였다. 제시된 화물고박기준은 국내 연안 카페리선박에 대하여 안전을 확보하면서 효율성을 향상시키는 방법으로 적용할 수 있을 것이다. 현재 IMO에서 제안하고자 하는 각 국의 해역 특성 및 기상조건을 반영한 화물고박 기준에 국내에서 제안하는 표준으로 기초 검토될 수 있다. 이러한 화물고박 기준 제안을 통하여 국내 카페리선박 뿐만 아니라 연안선박의 화물고박 안전성과 효율성을 동시에 확보하는 환경이 구축될 수 있을 것이다.