A Study on the Safety Measure for Mega Container Ships Calling at Busan New Port from the Perspective of Pilotage

정환 김; 영수 박; 대원 김

doi:10.5394/KINPR.2020.44.3.174

요 약

최근 부산신항은 항계 내의 장해물 제거 공사와 함께 부두 부근 항내 수심을 17m까지 확보하여 컨테이너 선박의 대형화 추세에 지속해서 대응하고 있다. 한편, 2020년도에는 24,000TEU급 초대형 컨테이너 선박이 입항하고 있으며, 이와 같은 흐름에 맞추어 추후 항내 수 심을 23m까지 확보하는 것을 계획 중이다. 이처럼 대형선박 입항 시 상황에 따라 주의하여야 할 요소에 대한 사전 점검이 필요하며, 이를 위 한 이해관계자 간의 정보 공유가 필요할 것으로 판단된다. 본 논문에서는 초대형 컨테이너 선박의 통항에 따른 해당 항로의 영향을 파악하기 위하여 선박 입·출항 통계자료 및 선박 운항 성능 자료를 바탕으로 통항 안전성 평가를 시행하였으며, 4,000 TEU선박 통항시와 비교하여 최 대 8.4%높은 위험도가 발생하였다. 또한, 초대형 컨테이너 선박의 부산신항 내 안전한 통항을 위한 도선 관점에서의 운항 특성 의견을 취합하 여 최소안전수심과 예선 운용 방안 등의 안전대책을 함께 제시하였다. 이를 통하여 초대형 컨테이너 선박의 부산신항 입·출항시 사고 예방에 이바지할 수 있을 것으로 사료된다.

핵심용어: 부산신항, 초대형 컨테이너 선박, 도선, 선박 통항, 안전대책

ABSTRACT

With the removal of underwater obstacles in the Busan New Port, the water depth of the pier has been secured up to 17m, and the port authority is constantly responding to the trend of container vessels becoming larger. Also, in 2020, 24,000TEU class container ships are entering to the port, and it is planned to secure the depth in the port to 23 m later in line with this trend. Mega container ships must check in advance the factors to be considered depending on the situation at the time, and for this, it is judged that information sharing among stakeholders is necessary. In this paper, to understand the effect of the corresponding route because of the mega container ships, a transit safety evaluation was conducted based on statistical data on ship entry and departure and maneuver characteristics of corresponding ships. The result showed that the transit of the mega container ships has increased up to 8.4% comparing to the risk of 4,000TEU class container ships. Additionally, safety measures such as minimum safety depth and tug operation plans were presented by gathering opinions on operational characteristics from the perspective of pilotage for safe transit in the Busan New Port area. Through this, it is considered that it will be possible to contribute to the prevention of accidents when entering and leaving the Busan New Port.

Keywords: Busan New Port, Mega container ship, Pilotage, Ship traffic, Safety measure

1. 서 론

부산신항은 부산시와 창원시 진해구의 경계에 있는 항만으 로, 1997년 10월에 착공하여 총 3단계 사업을 통하여 최대 56 개 선석 규모로 개발되고 있으며, 연간 3천 7백만TEU 컨테이 너 화물처리 능력을 갖추게 되는 항만으로 건설 중이다 (MOF, 2019). 본 항만은 동북아 게이트 물류 중심 항만, 고효 율 스마트 항만 등의 선박 대형화 및 4차 산업혁명 기술에 대 비한 동아시아 최첨단 물류 허브 항만 육성을 목적으로 개발 되고 있다.

최근 부산신항의 항계 내의 통항의 장해물로 간주하던 토 도 제거 공사 완료와 함께 부두 수심을 17ｍ까지 확보하여 부 산신항을 통항하는 선박들이 안전하게 이용할 수 있도록 하였 다 (MOF, 2017). 한편, 2020년도 들어서는 24,000TEU의 초대 형 컨테이너 선박(이하 초대형 컨테이너 선박)의 입항이 이루 어지기 시작하고 있으며, 이와 같은 흐름에 맞추어 추후 항 내 수심을 23m까지 확보하는 것을 계획 중이다.

입항 선박의 대형화와 함께 동 선박들의 항 내 운항에 있어 서 보다 높은 안전대책 또한 절실히 요구되고 있다. 실제로 2020년 4월 부산신항으로 입항 중이던 13,900TEU급 컨테이너 선박의 부두 접촉사고로 인하여 육상 크레인 1기가 완파되고 3기가 부분 파손되었으며 육상 작업 인력이 부상 하는 등의 상당한 피해가 발생하였다. 현재까지 해당 사고는 공선상태에 서 선박평형수를 충분히 채우지 않아 사고 선박의 프로펠러가 상당 부분 수면 위로 노출되어 조종 성능이 저하된 상태에서 접안을 시도하다가 발생한 것으로 파악하고 있다 (MOF, 2020). 이렇듯 대형선박 입항 시 선박 상황 및 조선 상황에 따 라 주의하여야 할 요소에 대한 사전 점검이 필요하며, 이를 위 하여 선교 근무자, 해상교통관제 근무자와 도선사 등이 공유 하여야 할 정보가 있을 것으로 판단된다.

한편 도선 관련 연구를 보면 Choi et al.(2011)은 도선사의 측면에서 울산항 도선구의 통항 현황을 분석하여 위험요인을 파악하였으며, Park(2015)은 도선사 관련 해양사고 발생 원인 을 식별하여 안전도선 환경 마련을 위한 대책을 제안하였으 며, Yoon et al.(2015)는 평택항 접근 수역의 해상교통시스템 개선안을 도선 측면에서 제시하였다. Lee and Park(2020)는 도선사 관련 해양사고의 재결서를 모두 조사하여 텍스트 마이 닝 기법으로 사고와 관련한 핵심단어를 도출하여 SHEL모델 을 통한 2가지 이상의 해양사고 원인으로 분석하였다. 하지만 이런 연구들은 모두 현재 상황 또는 과거 사고 이력을 통한 것으로 새로운 교통환경 구성에 대한 위험요소 식별이나 제안 에 관한 연구는 아니다. 이번 연구는 초대형 컨테이너 선박의 부산신항 입항이 정상적으로 운용되기 이전에 안전한 선박 통 항을 위한 도선 관점에서의 고려사항을 조사·분석하여 선제적 으로 제시하고자 함에 그 목적이 있다. 또한, 처녀 항해 또는 수리 이후 첫 항해 기항 시에 주의하여야 할 내용을 식별하여 둠으로써 선박 운항의 안전확보가 가능할 것이다.

이를 통하여 초대형 컨테이너 선박과 관련되는 모든 관계 자에게 사전 정보를 제공하여 안전대책을 마련함으로써 사고 예방에 이바지할 수 있을 것이다.

2. 부산신항의 초대형 컨테이너 선박 통항 안전성 조사

부산신항의 최근 10년간 입항 현황 자료와 초대형 컨테이 너 선박의 제원상 운항 성능 자료를 바탕으로 하여 해당 선박 의 입출항에 따른 통항 안전성 조사를 시행하였다.

2.1 부산신항 입출항 현황 조사

최근 10년간의 부산신항 입항 척수 현황을 부산항 항만정 보 통계를 사용하여 조사하였다. Table 1은 최근 10년간의 부 산신항 입항 척수를 톤급별로 구분하여 나타내고 있으며, Fig. 1은 전체 입항 척수와 총톤수 75,000t 이상 선박의 입항 추세 를 보여주고 있다. 전체 입항 척수의 경우 2019년을 제외하면 꾸준하게 증가 추세를 이루고 있으며, 이 중에서도 총톤수 75,000t 이상 선박으로 분류되는 길이 300ｍ 이상의 선박은 더 욱 높은 증가율을 보인다.

Table 1

Busan New Port: Vessel arrival trend in the last 10 years (Unit: No.)

Fig. 1

Vessel arrival trend for mega container ships

2.2 부산신항 기항 우리나라 초대형 컨테이너 선박의 운항 성 능 조사

1) 초대형 컨테이너 선박의 부산신항 입항 정보 조사

부산신항에 기항하는 24,000TEU급 초대형 컨테이너 선박 은 모두 국내에서 건조되었으며, 2020년 4월 24일 HMM Algeciras호의 인도를 시작으로 총 12척이 동년 9월까지 인 도되어 아시아-유럽 간의 항로에 투입되어 3개월마다 부산 신항에 기항할 예정이다. 이 중 일부 선박은 조선소에서 바 로 부산신항으로 기항 예정이다. 이는 매주 한 척씩 24,000TEU급 초대형 컨테이너 선박이 부산신항에 기항하는 것이며, 이와 더불어 다른 해운회사의 초대형 컨테이너 선박 의 기항까지 고려한다면 부산신항에 기항하는 초대형 컨테이 너 선박의 항 내 운항 안전대책의 수립이 시급한 것으로 사 료된다. Table 2는 초대형 컨테이너 선박의 제원을 나타낸 것으로 총 12척의 선박 중 한 선박의 경우 다른 선박들과 일 부 제원에서 차이가 있어 별도의 항목으로 기재하였다.

Table 2

Specification of 24,000TEU class container ships

2) 초대형 컨테이너 선박의 선회 성능 조사

Table 3은 본선에서 제공하는 Pilot card 상의 선박 선회 권에 관한 사항을 나타낸 것으로, 해당 값은 수심대 흘수비 (H/D) 5 이상의 심흘수해역에서 측정한 값을 기반으로 작성 하였다 (SHI 2020).

Table 3

Turning ability of 24,000TEU class container ships in deep water depth

부산신항의 경우 현재 최대 수심 17ｍ로 흘수가 11ｍ인 선 박이 입항할 경우 H/D=1.55이므로 천수의 영향에 따라 조종 성능이 변하게 된다 Table 4는 해당 선박의 천수에서의 선박 선회 성능 계산 결과를 나타내며, Fig. 2는 심흘수 및 천수에 서의 선회권 차이를 보여준다.

Table 4

Turning ability of 24,000TEU class container ships in shallow water

Fig. 2

Turning ability comparison regarding to water depth

2.3 초대형 컨테이너 선박의 입출항이 통항 안전성에 미치는 영향 조사

24,000TEU급의 초대형 선박의 입출항에 따르는 위험도 평가에 현재 교통량을 반영하기 위하여 2018년에 조사한 해 상교통 현황 조사 자료를 참고하였다 (KMOU, 2018). 해당 조사는 현장 관측 조사 및 해양수산부 해양안전종합정보시스 템 (GICOMS) 자료 조사로 구성되며 Table 5는 해당 자료 수집 기간을 보여준다.

Table 5

Details of vessel traffic data collection

초대형 컨테이너 선박의 통항 위험도를 평가하기 위하여 해상교통류 시뮬레이션을 사용하였다. 해상교통류 시뮬레이 션은 기존 교통 흐름을 반영한 모델을 이용한 모의실험을 통 하여 현실의 해상교통 문제점을 식별하고 여러 가지 보완 대 책을 제시하는 방법의 하나로, 본 연구에서는 모의실험을 통 하여 기존 선박과 초대형 컨테이너 선박의 통항 위험도를 비 교하였다. Fig. 3은 교통류 시뮬레이션을 위한 자료 조사 구 역 및 게이트 라인을 나타낸다. 선박 항적 데이터를 고려하 여 총 11개의 게이트 라인을 설정하였다. Table 6은 조사 기 간 동안의 요일별 및 경로대별 통항 척수를 나타내며, 이 중 컨테이너 부두로의 입출항을 위한 I-F-E(남)/D(북) 경로대 의 통항 선박이 전체 통항 척수에서 높은 비율을 차지하는 것을 알 수 있다.

Fig. 3

Gate lines and ships’ transit area

Table 6

Traffic volume according to days and routes

Table 7은 교통류 평가를 위한 설정 시나리오를 나타낸다. 대상 선박은 4,000TEU급 및 24,000TEU급의 컨테이너 선박 으로 한정하여 평가를 수행하였다. 4,000 TEU급 선박의 경 우 현재 부산신항을 운항하는 컨테이너 선박 중 국내·외 주 요 항로 폭 설계기준을 모두 충족하는 선박인 관계로 비교군 으로 설정하였다. 교통 흐름은 현시점기준 100% 및 130%, 통항 조건은 대상 선박의 단독 입항 및 단독 출항 조건으로 설정하고 이들을 조합하여 시나리오를 작성하였다. Fig. 4는 조사 대상 컨테이너 선박 입출항 시의 교통상황을 재현하고 있다.

Table 7

Scenarios for traffic flow simulation

Fig. 4

Traffic flow simulation for arrival and departure of container ships

Table 8은 해상교통류 시뮬레이션에 의한 위험도를 제시 하고 있다. 위험도는 조선 부담감이 발행하는 상황을 설정하 여 선박 운항자의 부담감을 정량적으로 표현한 모델인 환경 스트레스모델을 적용하여 계산하였다 (Park and Kim, 2008). 시뮬레이션 결과 4,000TEU급 선박보다는 24,000TEU급 선박 이 입출항 시에 ES값이 높아짐을 알 수 있다. 시나리오별 교 통량의 차이에 의해 상이할 수는 있으나 전체적으로 24,000TEU급 컨테이서 선박의 입·출항시의 위험도가 4,000TEU급 선박의 위험도 대비 약 8.4%까지 상승하는 것 으로 계산되었다.

Table 8

Risk of traffic flow simulation by scenario

3. 도선을 통한 초대형 컨테이너 선박의 운항특성 분석

해당 선박을 실제 운항한 도선사 5명의 의견을 취합하여 부산신항 입항 당시의 초대형 컨테이너 선박의 운항특성을 도선 관점에서 정리하였다.

3.1 초대형 컨테이너 선박의 항로 특성 분석을 통한 도선 고 려사항 분석

2020년 6월 1일 기준 인도된 네 척의 선박 중 HMM Copenhagen 호 및 HMM Oslo 호는 선주 인도 후 부산신항 에 최초 기항하였으며, 최초 마산항 도선사가 승선 후 부산 항 도선사에게 인계하는 형태로 부산신항까지 운항하였다. Fig. 5는 HMM Oslo 호가 최초 기항 시 북측 컨테이너 부두 에 접안 할 때까지의 항적 기록을 보여준다. 도선 당시 환경 은 15kts의 서풍 및 해상 상태 4 정도의 양호한 상태였으며, 주변 교통량은 보통 수준이었다. 입항 당시 공선 상태로 선 박평형수만으로 조정된 흘수는 선수 4.95ｍ, 선체 중앙 7.50 ｍ 및 선미 10.55ｍ로 선수 bow thruster가 90% 정도만 잠기 어 사용이 불가한 관계로 예선을 한 척 더 추가하여 선수미 에서 작업하는 6,000 마력급의 예선 두 척과 함께 총 세 척의 예선을 사용하였다.

Fig. 5

Busan Marine Pilot embarks at D buoy (red circle), and Masan Marine Pilot disembarks near east breakwater (red square)

부산항 도선사로서는 도선 구역이 짧고 승선 직후 변침하 여 입항하게 되므로 VTS 통보, 감속, 변침, tug 및 line party 등 관련 당사자의 준비 여부를 미리 확인하여 안전한 도선 작업이 될 수 있도록 상호 확인이 필요하다. 또한, 공선 상태에서는 선수 흘수가 얕은 관계로 bow thruster를 사용할 수 없으므로 이를 대체할 수 있는 추가 예선 1척이 필요하다.

해당 선박은 유사 선형의 외국 해운선사 컨테이너 선박보 다 입항 흘수가 얕아 회두 성능을 포함한 조종 성능이 양호 한 것으로 판단되며, 승선 이후 반속 전진(Half ahead)에서 미속 전진(Slow ahead)으로 감속 시 선교가 다소 출렁이는 진동이 발생하는 점을 고려하면 해당 구간에 critical RPM이 존재하는 것으로 판단된다.

3.2 초대형 컨테이너 선박의 풍압면적 및 최소안전수심을 통 한 도선 고려사항 분석

1) 풍압면적 분석

Table 9은 초대형 컨테이너 선박의 공선 및 만재시 풍압 면적을 나타낸 것이다. 풍압력의 경우 식(1)에 따라 도선 거 절 기준 중 하나인 연속된 15m/s 혹은 30kts의 바람을 기준 으로 계산하였다. 같은 풍향·풍속이라도 접·이안시 선박의 선 회에 따라 바람을 받는 방향이 수시로 바뀌므로 본선에 미치 는 풍압력도 급변하게 된다. 따라서 강풍이 예상될 때는 부 두로부터 충분한 거리를 둔 다음 현장 상황에 적절히 대응하 면서 접이안 할 필요가 있다.

Table 9

Wind area and force at each draft condition

(1)

R(wind force)=12ρCaV2A

where,

ρ: Density of are (0.123 kg·sec²/m⁴)
C_a : Coefficient of max wind force
V : Wind force (m/s)
A : Wind area (m²)

2) 최소 안전수심 분석

Table 10은 측량 오차, 선저 여유 수심, 선체침하량 및 횡 경사 등을 고려한 초대형 컨테이너 선박의 최소 안전수심을 나타낸 것이다. 이 중 선저 여유 수심 (Under keel clearance) 는 본선 흘수에 0.07을 곱하여 구하였으며, 선체 침하량 (Squat)는 식(2)를 이용하여 계산하였다 (BMPA, 2004). 15.5 ｍ 이상의 흘수에서 입·출항 시에는 최대 수심 17ｍ 수역인 서방파제 통과 시까지 반드시 미속 전진 (Slow Ahead) 이하 의 속력을 유지하고 필요에 따라서는 조석 시간을 고려하여 통항하여야 한다.

Table 10

Calculation of minimum safety depth according to draft conditions

(2)

Ssink(Squat)=Cb×V2/100

where,

C_b(Block coefficient) = 0.734
V (Ship’s speed) = 7kts
List(1∘) = (B/2) × tan (1∘)

3.3 초대형 컨테이너 선박을 위한 안전대책 제안

앞서 살펴본 고려사항들을 종합하여 다음과 같이 부산신 항에 기항하는 초대형 컨테이너 선박의 도선을 위한 안전대 책을 제안하고자 한다.

1) 부산신항 내 전체가 24,000TEU급 초대형 컨테이너 선 박이 만재 상태에서 입출항을 자유로이 할 수 있도록 조속히 충분한 수심을 확보하여야 한다. 다만, 이를 위한 과다한 준 설 및 유지비용이 예상되므로 해당 선박이 접안하는 부두 및 제반 항로로 그 대상을 한정하여 준설작업을 진행하여야 할 것이다.
2) 여유 수심이 적은 항 내에서 기관 사용 시 해저의 mud 등이 배수류에 의해 이동하여 퇴적됨에 따라 해도에 표기된 수심의 위치 변화가 예상된다. 이에 국립해양조사원의 측심 주기를 줄이는 것과 함께 본선 Echo Sounder로 측심한 수치 가 현저히 낮게 표시되는 의심구간에 대한 긴급 측심으로 정 확한 현재 수심을 관련 수로서지에 조속히 개정하여야 한다.
3) 해당 선박에 도선선으로 접근 시 꼭 프로펠러와 bow thruster가 완전히 잠겼는지 육안으로 확인한다. 그렇지 않을 경우 도선 가능 여부 논의 혹은 추가 예선 수배 등의 보완 조치가 이루어질 수 있도록 부산항 예선 운용세칙 중 예선 사용기준에 명시 하여야 한다.
4) 부산항 도선사회 운영지침에서는 선박의 추진기 혹은 bow thruster가 수면 밖으로 노출된 경우에 추가 예선을 사 용하도록 하고 있고, 이 경우에는 해당 선박에 장착된 접, 이 안 보조장비 마력수의 80% 정도의 예선을 사용할 것으로 정 하고 있다(BMPA, 2000b). 이에 따라서 24,000 TEU급의 초 대형 컨테이너 선박이 조선소에서 부산신항으로 최초 기항할 경우에는 해당 선박의 bow thruster 2기의 전체 마력인 약 8,000hp의 80%인 6,400hp급의 예선을 선수에 배치해야 할 것 이다. 이와 같이 추가 예선의 적극적인 사용을 통하여 강풍 에서 발생할 수 있는 급격한 풍압력 변화를 사전에 대비하여 야 한다.

4. 결 론

부산신항은 컨테이너 선박의 대형화 추세에 대응하는 차 원에서 항계 내의 장해물 제거 공사 및 준설을 시행하였고, 최근에는 24,000TEU급의 초대형 컨테이너 선박이 기항하기 시작하였다. 본 논문은 부산신항 항계 내에서의 초대형 컨테 이너 선박의 안전한 운항을 위한 고려사항을 도선 관점에서 살펴보았으며 다음과 같이 연구의 결과를 요약정리 하였다.

1) 최근 10년간의 부산신항 입항 척수 현황 통계를 조사한 결과 총톤수 75,000t 이상 선박으로 분류되는 길이 300ｍ 이 상의 선박은 지속적인 증가 추세를 보임을 알 수 있었다.
2) 대상 해역에 대한 해상교통류 시뮬레이션 결과 4,000TEU급 컨테이너 선박보다는 24,000TEU급 컨테이너 선 박이 입·출항할 경우 최대 8.4%의 위험도 상승이 예상되었 다. 다만, 물동량 증가보다 선박의 대형화가 더 빠르게 이루 어질 경우 전체 교통량은 줄어들 수 있기 때문에 추후 보다 구체적인 기준을 적용한 위험도 평가가 요구된다.
3) 신조선 인도 후 바로 부산항에 기항하는 초대형 컨테이 너 선박의 운항특성 파악을 위하여 해당 선박의 도선에 직접 참여한 전문가 의견을 취합한 결과, bow thruster 사용 불가, 위험한 환경에서의 짧은 도선 등의 문제점을 식별할 수 있었 다. 또한, 해당 선박의 최소 안전수심을 확보하고 통항하기 위해서는 준설, 측량 및 항로표지 추가 설치 등의 통항 안전 보완 대책이 요구되었다.

본 연구에서 제시한 초대형 컨테이너 선박 도선 안전대책 은 향후 부산항에 최초 기항하는 동형선들의 안전한 입·출항 에 도움이 될 것으로 판단되며, 지속적인 도선 의견 수집을 통하여 개선된 안전대책 마련이 필요할 것으로 사료된다.