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1. 서 론

1990년대 초반, 자동화된 컨테이너 터미널이 일부 유럽 항 만에 처음 도입된 이래, 지난 20여 년 동안 눈부신 기술 발전 으로 자동화 터미널의 안전성과 경제성이 크게 향상되고 있 다. 컨테이너 터미널의 자동화는 항만 노무 관리의 어려움과 불확실성을 줄이려는 항만 당국(PA)과 글로벌 터미널 운영사 (GTO)의 이해에 부합할 뿐만 아니라, 최근 급속하게 진행 중 인 컨테이너 선박의 대형화 추세에도 대응할 수 있는 효과적 인 전략으로 인식되는 추세이다.

오늘날 유럽, 북미는 물론 중국을 비롯한 아시아 항만에서 운영 중인 자동화 컨테이너 터미널은 대부분 안벽과 수직 방 향으로 Automated Stacking Crane Block(이하, ASC 블록)이 배열된 야드 구조로 이루어져 있다. 하지만, 이러한 터미널 모 델은 수출입 화물의 양적·하 기능에만 초점을 맞춘 서구 항만 의 물류 특성을 기초로 개발되었기에, 부산항처럼 터미널 내 에서 공컨테이너 관리를 비롯한 다양한 On-Dock 서비스가 요구되는 항만에서는 터미널의 효율적인 운영에 많은 제약과 어려움이 있는 것이 사실이다. 이는 본선 하역 이외에도 공컨 테이너 관리 업무를 위한 다수의 구내 이적 소요가 추가로 발 생하기 때문인데, 부산신항에도 2012년부터 수직 배열 자동화 터미널이 한 곳 개장하여 운영 중이지만 우리나라 항만의 다 양한 작업여건에는 부합하지 않는 측면이 존재한다.

이에 본 연구는 부산신항에서 현재 운영 중인 수직 배열 자 동화 컨테이너 터미널을 사례로 물동량 구조와 터미널 운영 특성을 진단하고, 기존 수직형 자동화 터미널 운영 모델의 부 분적인 변경을 통해 효과적인 공컨테이너 관리와 더불어 운영 비용 절감을 실현하는 방안을 모색하는 것을 목적으로 한다.

2. 선행연구 검토

지금까지 자동화 컨테이너 터미널의 운영 효율성을 분석한 선행연구들은 주로 컨테이너 야드의 배치 형태나 이송장비에 따른 작업 효율성 수준을 비교하는데 중점을 두었다. 일례로 AGV와 Shuttle Carrier 등의 이송장비 시뮬레이션 모델을 통 해 컨테이너 크레인의 작업 생산성 수준을 비교한 Choi and Ha(2005)의 연구에서는 Shuttle Carrier가 AGV보다 컨테이너 크레인의 생산성에 우위가 있음을 검증하였다. 또한, 네덜란드 와 독일 항만의 자동화 터미널을 운영비용과 생산성 측면에서 비교하고 ‘스피드 포트’, ‘슬립웨어 하우스’ 등과 같은 신개념 하역 시스템을 소개함으로써 첨단화된 자동화 장비와 고효율 물류시스템 개발을 통해 항만 기술이 발전해야 한다는 필요성 을 강조하였다.

선석 및 야드 형태에 따른 컨테이너 터미널의 생산성을 비 교한 연구로는 Choi and Ha(2006)의 성과가 주목된다. 이들은 컨테이너 터미널의 야드 배치 형태를 평행식 안벽의 수평 배 치와 수직 배치 그리고 굴입식 안벽의 수평 배치 터미널로 구 분하고 각 컨테이너 터미널의 생산성 수준을 시뮬레이션하였 는데, 3개 터미널 야드 배치 유형 중 굴입식 안벽 수평 배치 터미널이 이송장비 선회시간 및 대기시간이 가장 적기 때문에 생산성이 제일 우수한 것으로 나타났다.

한편, Kim(2010)은 야드 자동화 단계인 반자동 터미널과 유럽형 완전 자동화 터미널을 사례로 장비 투자 비용, 인건비, 생산성 분야로 나누어 경제성을 비교하였는데, 완전 자동화 터미널이 인건비 절감 효과는 있지만 반자동 터미널은 높은 하역 생산성에 따른 선박 조기 출항으로 연료, 접안료 절감 효 과가 발생하므로 전체적인 물류비용을 고려한다면 오히려 완 전 자동화 터미널보다 경제성이 높다고 주장하였다.

상기 연구들이 현존하는 자동화 컨테이너 터미널 운영 모 델의 효율성 또는 경제성을 분석하는 것에 초점을 두었던 반 면, Won et al.(2014)은 미래형 컨테이너 터미널 운영 모델로 ‘고단적 오버헤드 셔틀 시스템’을 소개하고 있어 흥미롭다. 이 모델은 아직 상용화나 운영 효율성에 대한 검증이 이루어지지 못했지만, 신기술을 적극 도입하여 터미널 운영 효율성을 제 고하려는 노력으로 가치가 있다고 판단된다.

그러나 기존 연구들은 이론적 측면에서 컨테이너 터미널의 자동화 수준에 따른 운영 효율성이나 경제성을 비교·분석하였 을 뿐, 현재 실제 운영 중인 자동화 터미널의 운영 방식을 (부 분적으로)개선함으로써 작업 효율성을 향상시키려는 접근이 부족했다는 아쉬움이 있다. 특히, 현재 운영 중인 대부분의 수 직형 자동화 컨테이너 터미널은 수출입 화물의 양·적하 활동 이 많은 유럽, 북미 항만에 특화된 운영 모델이기 때문에, 수 출입 컨테이너의 양·적하는 물론 많은 환적 물동량 처리와 다 양한 On-Dock 서비스가 동시에 이루어지는 항만에서는 자동 화 터미널의 운영 효율성이 저하되는 문제가 발생한다.

이에 본 연구는 단순 양·적하에 초점을 두고 설계된 기존의 수직형 자동화 터미널의 운영 방식을 보완하는 새로운 야드 구내 이송 모델을 제안함으로써, 이것이 부산항과 같이 다양 한 컨테이너 물류 활동이 요구되는 복잡한 항만에서 자동화 터미널의 운영 효율성을 제고할 수 있음을 밝히고자 한다.

3. 자동화 컨테이너 터미널 발전 단계 및 야드 배열 유형에 따른 구내 이송 특성

컨테이너 터미널의 자동화는 일반적으로 게이트, 야드 하역 장비, 구내 이송장비, 본선 하역장비 순으로 단계적으로 진행 되는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 컨테이너 터미 널의 자동화를 게이트 및 야드 하역장비만 자동화(무인화)된 것을 1단계, 구내 이송장비까지 자동화된 수준을 2단계, 마지 막으로 본선 하역장비까지 모두 자동화(Remote Controlled 포 함)된 수준을 3단계로 정의하였다.(Fig. 1)

Fig. 1

Perpendicular type container terminal layout and Terminal Automation Phase

1단계 수준의 초기 자동화 컨테이너 터미널이 유럽 항만에 처음 등장한 시기는 1990년대 초반인데, 해운·항만업계에는 이러한 자동화 터미널이 항만 파업에 따른 빈번한 조업 중단, 지속적인 임금상승 등의 어려움을 해소하기 인해 터미널 운영 자 관점에서 노무 분야 갈등을 회피하려는 대안으로 시작되었 다고 보는 견해가 많다. 2000년대에 이르러 야드 하역장비 자 동화 단계인 반자동 터미널이 보편화 되었는데, 급속한 선박 대형화로 고속하역 및 하역원가 절감의 필요성과 친환경적인 항만 조성에 대한 관심이 커지면서 더욱 높은 수준의 항만 자 동화가 요구되었기 때문이다.

그 결과 본격적인 자동화 컨테이너 터미널 시대로 접어든 2010년대 이후에는 AGV처럼 구내 이송장비까지 자동화(무인 화)된 2세대 자동화 터미널이 등장하여, 오늘날 유럽은 물론 다수의 북미, 중국 항만에서 상업적으로 운영되고 있다. 나아 가 이들 중 네덜란드 로테르담항, 중국 청도항 등은 이미 본선 하역장비인 크레인을 원격으로 조정하는 3단계 자동화 터미 널 단계에 진입하고 있다. 하지만 부산항으로 대표되는 국내 컨테이너 항만은 아직 게이트와 야드 하역장비만 일부 무인화 된 1단계 자동화 터미널 수준에 머물고 있는데, 이러한 현실 은 우리나라 항만의 경우 수출입 컨테이너의 양·적하 외에도 다수의 환적 물동량 처리와 다양한 On-Dock 서비스가 이루 어지는 상황과 관계가 깊다고 판단된다.

컨테이너 터미널의 자동화 프로세스를 이해하기 위해서는 터미널 야드 배열의 유형과 구내 이송(장비)의 특성에 대한 이해가 선결될 필요가 있다. 일반적으로 컨테이너 터미널의 야드 배열은 크게 수평형과 수직형으로 구분되는데, 야드 배 열(구조)에 따라 터미널 구내 이송장비의 동선과 작업 방식에 큰 차이가 발생한다.(Fig. 2)

Fig. 2

Container terminal transport model comparison (Parallel(upper) vs. Perpendicular(low))

Fig. 2의 상단처럼 터미널 야드에 컨테이너 상·하역을 위한 적재구역(Stacking block)이 수평으로 배열되면, 구내 이송장 비가 야드 내부 전 구역을 운행해야 하므로 장비의 동선이 길 어지고 외부 차량과의 접점이 다수 발생하게 된다. 반면, Fig 2의 하단과 같은 수직 배열 터미널에서는 구내 이송장비의 이 동이 에이프런 지역으로 한정되어 동선이 짧고 외부 차량과의 접점이 최소화되어 안전성이 확보되므로 터미널 내부, 특히 구내 이송장비의 자동화가 용이하다.

이런 특성을 반영하여 오늘날 전 세계 주요 항만의 자동화 컨테이너 터미널은 대부분 수직 배열의 야드 형태를 지닌다. 그러나 해당 항만이 단순 양·적하 기능에 특화된 경우에는 터 미널 자동화도 용이하고 작업 효율성도 확보될 수 있으나, 터 미널 내부에서 환적 물동량 처리, 공컨테이너 관리(검사, 수리, 세척) 등 다양한 On-Dock 서비스가 필요한 항만에서는 구내 이송장비의 자동화가 어려울 뿐만 아니라, 터미널 내부의 작 업 효율에도 큰 제약이 발생하게 된다.

일례로, Fig. 3과 4는 수직 배열 자동화 터미널을 운영 중인 2개 컨테이너 항만의 야드 운영실태 차이를 분명하게 보여주 고 있다. 터미널 야드 전체를 자동화(ASC) 블록으로 운영 중 인 로테르담항(Fig. 3)과는 달리, 터미널 내에서 공컨테이너 구내 이적, 컨테이너 검사, 수리, 재분류 등의 복잡한 업무를 수행하는 부산신항(Fig. 4)의 경우에는 야드 내부의 이송 흐름 이 복잡하여 자동화 단계 수준이 낮고 별도의 공컨테이너 적 재·관리구역이 추가로 필요한 상황에 처하고 있다.

Fig. 3

Fully automated Perpendicular Terminal Layout (Maasvlakte 2)

Fig. 4

Semi automated Perpendicular Terminal Layout (Busan New Port)

4. 수직형 자동화 컨테이너 터미널의 다양한 작업 특성을 고려한 새로운 구내 이송 모델 제안

오늘날 전 세계에서 운영 중인 자동화 컨테이너 터미널은 단순 양·적하 기능에 특화된 서구 항만의 특성을 기초로 설계 되었기 때문에, 부산항처럼 다양한 On-Dock 서비스가 수행되 는 항만에서는 자동화 터미널의 도입과 운영에 많은 제약이 있음을 알 수 있었다. 이는 컨테이너 터미널의 자동화는 해당 항만의 물동량 구조 및 물류 활동 특성을 반영하여 추진되어 야 함을 의미한다. 이에 본 연구는 국내 컨테이너 항만 터미 널의 실제 운영 실태를 반영하기 위해 기존 수직형 자동화 터 미널 운영 모델을 수정한 새로운 이송 모델을 제안하고 이를 ‘인터체인지 이송 모델’이라 명명하였다.(Fig. 5)

Fig. 5

Interchange TransportModel Concept (AGV Type)

인터체인지 이송 모델의 가장 중요한 특징은 수직 배열 자 동화 터미널에서 기존 ASC 블록은 적컨테이너의 상·하역을 전담하고 이와는 별도로 공컨테이너를 적재·관리하는 구역을 터미널 양쪽 끝에 분리·설정하여 운영하는 것이다. 해당 구역 과 구내 이송이 활발하게 이루어지는 에이프런 사이에는 자동 화된 이송장비(AGV 또는 Shuttle carrier)의 이동을 위한 전 용 통로를 추가로 마련함으로써, 터미널 내부의 구내 이송장 비가 외부 차량과 접촉하지 않게 된다. 이와 같은 운영 방식 을 활용하면 야드 작업의 안전성과 효율성이 제고되고 공컨테 이너의 불필요한 ASC 블록 경유 작업을 회피할 수 있으며, 외부 차량은 기존 수직 배열 자동화 터미널과 동일한 운행 경 로를 유지한 채 무인 이송장비와 유인 이동장비가 만나는 접 점(인터체인지)에서 컨테이너를 인수·인계 할 수 있다.

일반적으로 터미널 내부(On-Dock)에서 다양한 공컨테이너 관리 업무를 수행하기 위해서는 공컨테이너 적재구역과 관리 구역(세척·수리·검사장) 사이에 다수의 구내 이적 및 이송 수 요가 발생한다. 1단계 자동화 터미널에서는 구내 이송장비가 유인으로 운영되므로 ASC 블록을 우회하는 예외적인 이송이 가능하지만, 2단계 이상의 자동화 터미널에서는 AGV 같은 무 인 이송장비가 직접 공컨테이너 장치장으로 이동할 수 없기 때문에 양하된 모든 컨테이너는 구내 ASC 블록을 반드시 경 유해야 한다. 일례로 부산신항의 OO터미널(수직 배열 자동화 터미널)에서도 선박에서 양하된 공컨테이너가 반드시 ASC 블럭을 통과하는 방식으로 운영 중인데, 이로 인해 불필요한 추가 하역 및 구내 이송작업이 다수 발생하여 터미널 운영 효 율이 저하되는 어려움을 겪고 있다.

Fig. 6은 터미널에 정박한 선박에서 공컨테이너가 양하된 이후, 기존 수직 배열 자동화 터미널과 인터체인지 이송 모델 이 적용된 터미널에서 이루어지는 하역 및 이송작업 프로세스 를 비교한 것이다. 기존 운영 모델에서는 양하된 컨테이너가 터미널 내 공컨테이너 장치장에 적재될 때까지 총 6번의 하역 및 이송작업이 필요하지만, ‘인터체인지 이송 모델’을 적용하 면 3번의 작업만으로 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이처럼 기 존 수직 배열 자동화 터미널의 운영 모델을 적절히 수정하면, 터미널 하역·이송작업 효율의 향상과 함께 운영 비용의 절감 도 기대할 수 있다. 이에 다음 장에서는 현재 부산신항의 컨 테이너 물동량 구조와 터미널 운영실태를 기초로 가상의 터미 널을 설정하고, 기존 운영 모델 대비 인터체인지 이송 모델 도 입에 따른 다양한 기대 효과를 분석하고자 한다.

Fig. 6

Changes in the terminal unloading process of the empty container discharged from the ship (Conventional Model vs. Interchange Model)

5. 수직형 자동화 터미널 내 인터체인지 이송 모델 도입의 기대 효과

5.1 시뮬레이션 분석 개요

기존 수직 배열 자동화 터미널에 ‘인터체인지 이송 모델’ 도 입 효과를 분석하기 위해, 먼저 부산신항 터미널의 운영 실태 를 참고하여 가상의 컨테이너 터미널 ‘A’를 설정하였다. 터미 널의 작업 효율성 제고 및 운영 비용 절감 효과에 대한 분석 은 다양한 업무 영역에서 이루어질 수 있으나, 금번 연구에서 는 선박에서 터미널로 양하되는 공컨테이너의 하역 및 구내 이송과 관련된 업무 분야로 한정하였다. 분석 대상인 ‘A’터미 널은 안벽 총연장 1,400m의 4개 선석(선석당 350m)으로 구성 되고, 연간 컨테이너 처리 물동량은 2백만 TEU 수준으로 가 정하였다. 터미널 내 야드의 ASC 블록 면적은 총 11,000 TGS 로 설정하였는데, 이는 평균 5단 적재를 가정할 때 동시에 최 대 55,000 TEU를 처리할 수 있는 규모이다.

한편, 모델별 터미널 운영 비용(원가) 및 장비 소요 산출을 위해서 현재 부산신항 OO터미널의 자료를 참고하여 터미널 크레인의 생산성은 시간당 30회(NCP 30), 크레인당 구내 이송 장비는 5기가 필요하다고 보았고 모든 구내 이송장비는 시간 당 6회를 이동하는 것으로 설정하였다. 선박에서 양하되는 컨 테이너의 적(Laden) :공(Empty) 비율은 6 : 4로 가정하였는데, 이는 평상시 부산신항 터미널의 적·공컨테이너 비율(약 7 : 3) 에 비해서는 공컨테이너 비중이 다소 높은 것이나, 최근 코로 나 사태 이후의 실제 터미널 상황(약 5 : 5)을 고려하면 과도한 수준은 아니라고 판단된다.

본 연구에서 수행된 시뮬레이션 분석은 항만 생산성 컨설 팅 전문 업체가 제공하는 Emulator 모델을 활용하여 수행하 였는데, 상기 모델이 제공하는 로직을 기초로 실제 분석에 필 요한 입력값은 부산신항 OO터미널의 통계 자료를 활용하여 분석하고 검정을 수행하였다. 다음 Table. 1은 금번 시뮬레이 션에 활용한 주요 입력값을 요약하여 정리한 것이다.

Table 1

Simulation input data for operation efficiency comparison (Basic Model vs. Interchange Model)

앞서 언급한 바와 같이 기존 수직 배열 자동화 터미널에서 는 선박에서 양하된 모든 적·공컨테이너가 ASC 블록을 반드 시 경유해야 하지만, 금번 연구에서 적용한 ‘인터체인지 이송 모델’에서는 적컨테이너만 변함없이 ASC 블록에서 처리되고 공컨테이너는 별도의 통로로 이송되어 장치장에 적재된다. 이 러한 차이로 인해 상기 2가지 운영 모델은 컨테이너(구내 이 송장비)당 이동 거리와 하역 횟수 등이 서로 상이하게 되는데, 이를 바탕으로 수행한 운영 모델별 시뮬레이션 분석 결과를 요약하면 다음과 같다.

6. 요약 및 결론

급속한 선박 대형화에 부응하기 위한 하역 효율성 제고와 환경친화적인 항만 인프라 구축에 대한 관심이 고조되면서, 오늘날 컨테이너 터미널의 자동화는 노무 관리의 불확실성을 줄이려는 항만 운영 주체들에게 더욱 주목받는 항만 개발 전 략이 되었다. 하지만 현재 운영 중인 대다수 자동화 터미널은 단순 양·적하 기능에만 특화된 서구 항만의 특성을 토대로 설 계된 까닭에 폐쇄적 형태의 수직 배열 야드 구조를 지니는데, 이는 터미널 내에서 다양한 On-Dock 서비스가 수행되는 일 부 항만에서는 오히려 자동화 장비 운영의 제약으로 작업 효 율성이 저하되는 원인이 되고 있다.

이에 본 연구는 부산신항의 실제 컨테이너 물동량 구조 및 터미널 작업 실태를 기반으로 기존 수직 배열 자동화 터미널 운영 모델의 부분적인 변경을 제안하고, 항만 특성을 반영한 새로운 터미널 구내 이송 모델이 기존 자동화 터미널의 운영 모델보다 효과적인 공컨테이너 관리는 물론 운영 비용까지 절 감할 수 있음을 밝히고자 하였다.

기존 수직 배열 자동화 터미널에서는 선박에서 양하된 모 든 적·공컨테이너가 ASC 블록을 반드시 경유하게 되지만, 본 연구에서 적용한 이송 모델은 적컨테이너를 처리하는 ASC 블록과 별도의 공간에 공컨테이너를 따로 이송하여 적재·관리 하는 방식으로 설계하였다. 이러한 모델을 활용하면 터미널 야드 작업의 안전성과 효율성이 제고되는 동시에 공컨테이너 의 불필요한 ASC 블록 경유을 회피할 수 있는 장점이 있는 데, 부산신항 터미널 운영 실태를 기초로 가상의 터미널(A)을 설정하여 모델의 적용 효과를 시뮬레이션 한 결과, 새로운 인 터체인지 이송 모델은 일부 이송장비를 추가로 투입해야 하는 불리함에도 불구하고 연간 터미널 매출의 9.4%에 달하는 운 영비용을 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 이외에도 새로운 터미널 구내 이송 모델은 적·공컨테이너 작업 동선 분리를 통 해 야드 장치율을 제고할 수 있으며, 작업 효율성이 높은 하역 장비를 활용함으로써 외부 진출입 차량의 TAT가 대폭 감소 되는 추가 효과도 발생하는 것으로 분석되었다.

비록 가상 터미널의 제한된 상황에 대한 분석이라는 많은 한계에도 불구하고, 금번 연구는 향후 컨테이너 항만에서 터 미널 자동화를 추진할 경우 해당 항만의 물동량 구조와 작업 특성에 적합한 차별적인 운영 모델을 적용해야 한다는 시사점 을 제공해 준다. 특히, 신규 항만 건설 계획에 자동화 터미널 을 적극 도입하려는 항만 당국 및 운영주체들에게 유의미한 참고가 될 것이다. 또한, 앞으로도 항만 특성을 반영한 다양한 터미널 구역 할당 및 이송 모델 개발 연구가 지속적으로 추진 된다면, 기존의 자동화 터미널에서도 구내 작업의 효율성 향 상은 물론 운영비용 절감에 크게 기여할 것으로 기대된다.

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