선박충돌을고려한해상교량의항로폭및경간장결정 · 2014. 6. 25. · PIANC/IAPH(1997)에서는공동연구단체인 PTC II-30을구성하여항로폭에대한세부적인지

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In the planning phase of offshore bridge projects, ship collision problem is mostly participated

in decision of main span length and clearance of bridge, especially required span length

becomes important basis of bridge type selection and economic assessment. Main span length

of bridges could be determined by required width for handling ships using the channel and

required width could be estimated by ship's size, transit frequency and environmental factor. In

this study, major factors clearly determining the required span length of bridge are selected as

well as the criteria and previous findings of relate field needed for determining the main span

length of the offshore bridge are compared and analyzed. Furthermore operational condition

was classified into three groups of normal, dangerous and disabled state considering the ship's

manoeuvrability and environmental factor, where operational condition for estimating the

required width is defined as disabled state. ship's required width in the disabled state is esti-

mated from well known ship, bridge accident data and proposed as navigable width of the ship

which is appointed by target probabilities for ships not to deviate from designated sections

even disabled state. This paper would be a elementary reference material related with deter-

mining main span length of offshore bridges considering the ship collision problem.

선박충돌을고려한해상교량의항로폭및경간장결정

1. 서론

2. 관련 기준 및 선행 연구 결과

3. 항로폭 및 가항폭 제안

4. 제안 기준 비교·검토

5. 결론

Determination of Channel Width and Span Length for Offshore Bridge Considering the Ship Collision

1) 항만부문 대리([email protected])2) 목포대학교 토목공학과 교수([email protected])

선박충돌을 고려한 해상교량의 항로폭 및 경간장 결정

배용귀1) 이성로2)

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1. 서론

해상교량설계시교량구조물에대한선박의충돌

문제는 지진, 바람 등과 더불어 구조물의 단면을 결

정짓는매우중요한요소이다. 국내에서는선박충돌

과 관련하여 해외의 설계기준이나 기술에 의존하는

경우가 많았으나 최근에는 관련 연구(배용귀 등

(2008);이계희 등(2011);이성로 등(2006a);이

성로 등(2006b);조호현(2009))가 많이 진행되었

으며, 해상교량 건설이 활발해지면서 설계시 해당

연구결과들이적용된사례도늘어나고있다.

선박충돌 문제는 해상교량의 계획, 설계 및 유지

관리 등의 각 단계에서 모두 중요하게 다루어져야

하는 요소이다. 계획 단계에서는 주로 교량의 주경

간장과 형하고 결정에 관여하게 되는데, 특히 주경

간장은 교량의 형식과 이에 따른 경제성 평가의 중

요한근거가된다. 해상교량의주경간장은일반적으

로 관련 기준이나 연구결과를 적용하거나 운항시뮬

레이션을 통해 결정하게 된다. 선박충돌을 고려한

해상교량의 주경간장 결정과 관련된 국내외의 기준

은 Guide Specification and Commentary for

Vessel Collision Design of Highway Bridge

(1991, 이하 AASHTO Guide), 「항만횡단해상교

량 건설시 기준 및 절차 수립」에 관한 연구용역

(2007, 이하 해상교량건설기준안) 정도이나 설계에

직접적용하기에는모호한부분이있다.

이러한 기준 외에도 해양 및 항만 분야에서

PIANC(1980, 1997), IMO(1972) 등과 같이 선

박의운항에필요한항로폭을규정하는기준이나이

론 등이 수립되어 있으며, 필요한 항로폭 혹은 항로

폭에 여유거리를 고려하여 교량의 주경간장 결정에

반영되고있다.

본 연구에서는 교량 인근 수로의 항로폭 혹은 가

항폭 결정에 관한 국내외 기준 및 선행 연구결과를

비교·분석하였으며, 이로부터 소요폭 및 주경간장

결정에 필요한 주요 요소를 선별하였다. 또한, 선박

의운항상태를정의하고그에따른소요폭을추정하

여목표확률에따른교량의주경간장결정에필요한

최소기준과 권장기준을 제안하였다. 제안된 기준은

위험도분석을 통하여 실질적인 충돌위험의 감소 정

도를분석하였으며, 국내주요해상교량의주경간장

을 제안된 기준과 비교·분석하여 상호간의 적정성

여부를검토하였다.

2. 관련기준및선행연구결과

교량의계획단계에서구조물에대한선박충돌문

제를반영하기위해서는해당구간을이용하는선박

의 연간 통행량 및 지역적인 특성을 고려해야 한다.

교량의 주경간장을 명확하게 결정하기 위하여 주로

다음과같은사항이관심의대상이된다.

•대상선박을언급하고있는가?

•교행여부를포함하고있는가?

•환경적인요인을고려하고있는가?

•항로폭과경간장을모두규정하고있는가?

대상 선박을 결정하는 것과 교행여부를 고려하는

것은 서로 밀접한 관련이 있다. 일반적으로 선박의

운항은도로처럼차선으로분류되어있는것이아니

기때문에조정자의판단에따라위험물로부터적절

한 여유거리를 두고 운항하게 되며, 교행을 하게 되

74_제19호

유신기술회보 _ 기술자료

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는 경우에는 상대 선박 또한 위험물로 간주하여 필

요한 여유거리를 확보하게 된다. 단독운항인 경우

대상선박은통항혹은통항가능한최대선박으로간

주할수있겠으나, 왕복운항인경우에는대상선박에

대한합리적인결정과정이필요하다.

항로폭은 일반적인 상황에서 선박의 운항에 필요

한소요폭이며, 가항폭은위험한혹은극한의상황에

필요한 여유거리까지 포함된 소요폭으로 정의될 수

있다. 그러나일반적인상황에서의소요폭또한일정

정도의 위험은 고려되어 있으므로 교량이라는 특수

한상황에대하여어느정도의위험상황까지포함되

어야하느냐가교량의주경간장결정의핵심적인문

제가 될 것으로 판단된다. 환경적인 요인은 수로의

형상이나유속, 파고를비롯하여선박의속도나조종

성능등에관한사항으로관측에의한자료를이용하

거나운항시뮬레이션등의방법으로해당조건이선

박에미치는위험한정도를판단할수있다.

2.1 AASHTO Guide(1991)

해당기준의 Bridge Protection Planning

Guidelines에서는 선박 운항이 가능한 수로를 가

로지르는새로운교량의계획과관련하여교량의위

치 및 배치, 경간장 및 형하고, 방호 시스템 등에 대

하여기술하고있다. 경간장은Shoji 등(1986)에의

해수행된실제선박과교량의충돌사고에서선박크

기와수평이격거리의상관관계에대한조사결과에

근거하고있으며, 다음과같은지침을제공하고있다.

•교량의 주경간장이 설계선박 길이의 2∼3배보

다작으면선박충돌에특히취약하다.

•교량의 주경간장이 통항수로 폭의 2배보다 작

으면선박충돌에특히취약하다.

•교각이 통항수로 외측으로부터 교각 폭의 2∼3

배거리이내에있으면선박충돌에특히취약하

다.

•통항수로의 중심선은 교량의 중심선과 일치하

는 것이 좋으며, 이격거리가 10∼15%를 초과

해서는안된다.

AASHTO Guide(1991)에서대상선박은설계선

박으로 정의되어 있으나 설계선박은 MethodⅠ,

Ⅱ, Ⅲ의세가지방법으로결정할수있어모호한면

이 있으며, 각각의 설계선박에 따른 소요폭의 편차

도 비교적 컸다. 기준에서는 교행여부나 환경적인

요인을고려하지않고있었으나선박의운항에필요

한항로폭과여유거리가구분되어있으며수로의위

치와주경간장의관계등에대해서는비교적상세하

게기술하고있다.

2.2 해상교량건설기준안(2007)

기준안에서 제안하는 기본 항로폭은 교행여부와

상관없이 2.5L이며, 교량 통과구간 전·후로 직선

거리 8.0L 이상을 확보하도록 하고 있다. 해당조건

을만족하지못한경우에는항로폭과직선구간을가

능한 최대로 확보해야 하며, 관계기관의 의견수렴

및 선박통항 시뮬레이션을 실시해야 한다. 또한, 교

량의 측경간이 보조항로의 역할을 할 수 있는 경우

를제외하고는교각과의이격거리3.0B를확보해야

하며, 교량 통과구간 전·후의 가항수역은 3.0L 이

상을확보하도록제안하고있다. 대상선박은무역항

을 기준으로 향후 항만의 확장 및 개발 상황을 고려



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하여 현재 운항중인 최대선박 혹은 향후 10년 이후

출현가능한선박을적용하도록하고있다.

해상교량건설기준안에서제안하는주경간장은소

요 항로폭과 여유폭을 가항폭으로 간주하여 비교적

명확하고합리적으로정의되어있으며, 대상선박또

한, 관련기관및협회의전문가의견이수렴된중요

한 결정 사항으로 판단된다. 그러나 기본 항로폭이

비교적 큰 편이며, 교행여부가 구분되어 있지 않아

일반적으로적용하기에는과도한면이있었다.

2.3 선박 점용영역 이론

점용이론은 일본 수역에서 항해실태에 대한 광범

위한 연구에 근거하여 Fujii(1971), Goodwin

(1975) 등에 의해 처음 소개된 개념이다.선박조선

자는타선박이나고정물표, 천수등으로부터일정한

거리를유지하려고노력하게되는데, 이러한항해거

동특성을설명하는방법을선박의점용영역이론이

라고한다(Larsen(1993). 이이론에서범퍼영역은

선박이타선박의범퍼영역과중첩되지않고자선주

위의 수역 중 실제 점령하는 영역으로 [그림 1]과 같

으며, 해당영역의크기는레이더관측으로부터얻어

진데이터에근거하여[표1]과같이추정할수있다.

점용영역 이론에서는 대상선박을 일반적인 대형

선박으로 규정하고 있는데, Fujii 등(1977)은 대상

선박을 최대선박으로 간주하였으며, Frandsen 등

(1991)은 전체선박의 95%에 해당하는 선박을 대상

선박으로하여Great Belt Bridge Project의주

경간장 결정에 적용하였다. Project에서는 교행 여

부에 대하여 명확하게 구분하고 있으며, 범퍼영역

외에 환경적인 요인에 따른 여유거리로 1.0L을 추

가하여이를가항폭으로간주하고해당영역이상의

순경간장을 확보하도록 하였다. 국내에서는 정대득

등(2005)이범퍼영역외에바람이나흐름과같은외

력과 선박제어에 따른 가변범퍼영역을 설정하고 점

용도와 점용지수를 도입하여 환경적인 요인을 고려

한사례가있었다.

2.4 국제해사기구

국제해사기구(International Maritime Or-

ganization, 이하IMO)는항로, 교통규칙, 항만시

설등을통일하기위한국제기구로서산하전문기관

인항해안전전문위원회(NAV)에서항해안전과관련

된 모든 사항을 다루며 국제해상충돌예방규칙에 관

한 협약(Convention on the Inter national

Regulation for Preventing Collisions at

Sea, 이하 COLREG) 등의 규정을 검토하고 있다.

협약에 따르면, 왕복 통행시 최소 이격거리를 이용

76_제19호


[표 1] 범퍼영역의 크기

[그림 1] 범퍼영역

구 분 단독운항 왕복운항

3∼4m/s 1.6L 3.5∼5.0L

5∼8m/s 3.2L 6.7∼8.2L

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한 항로폭은 3L+2B+@가 되도록 규정하고 있다.

이는해상의오랜관습상선장이나도선사가항해중

자신이 조종하는 선박 좌우측의 선박길이(L) 내에

다른선박이나위험물및부두나항로의가장자리가

근접하여 지나가는 것을 피하고 있으며, 그러한 거

리 내에 다른 선박이나 위험물이 지나는 경우를 근

접사고또는준사고로간주하여경계하기때문이다

(윤병원(2008)). COLREG에서는 대상선박에 대

한 언급 없이 왕복통행에 대한 최소 이격거리를 표

현하고 있으며, 환경적인 요인은 항로의 굴곡부 혹

은횡조류및바람등외력의영향에따른여유폭(@)

의필요여부에대해서만언급하고있었다.

IMO COLREG(1972)에서는 선박의 안전을 위

하여 점유되는 영역을 좌우측으로 선박길이에 해당

하는 거리로 정의하고 있으며, 이는 경험적으로 선

박의 운항에 필요한 안전 영역을 나타낸 것으로 점

용이론과 유사하다. 그러나 점용이론에서 영역간의

중첩을 허용하지 않은 것에 비하여 COLREG에서

는 교행시 양측 선박간에 점유되는 영역의 중첩을

허용한다는점에서는관점의차이가있었다.

2.5 PIANC RULE

PINAC Rule(1980)은 유럽지역을 중심으로 하

여 전세계적으로 널리 사용되고 있는 항로 설계 지

침으로써 주로 유럽 지역의 항만 및 항로 설계 전문

가, 선체운동에관한연구자및항해전문가들로구

성된ICORELS의제4연구소위원회가2년간의연

구를 거쳐 발표된 것으로 항로폭과 관련한 주요 내

용은다음과같다.

•편도항로의폭은가장큰출입선박폭의4∼8

배, 크게는 10배까지 이를 수 있으며, 일반적인

권고는항로폭이가장큰선박의5배이상이다.

•횡방향의 조류를 받으며 편각을 가지고 항해를

해야 할 경우 항로 폭에 다음 값을 추가해야 한

다.

- L/2sinθ(L:선체의 길이, tanθ=조류속도

의횡방향성분/선속)

•급속한 횡 조류의 변화가 있는 곳에서는 항로

폭에 추가 여유를 주어야 하며 이는 조류 변화

크기 및 지속 기간 등에 따라 선체 폭의 1∼2배

정도를주어야한다.

•만곡부항로의폭에대해서는다음사항을고려

하여크게한다.

- 선박 길이에 대한 여유 폭: L2/8R(L:선박

길이R: 만곡부의반경)

•왕복 항로의 경우에는 두 선박 사이의 간격을

고려하여 최대 선박 폭의 3∼5배를 추가하며,

조류나 바람에 의한 편위 값(가장 큰 선박 길이

×sine 최대편각θ)을 더해주어야한다.

PIANC/IAPH(1997)에서는 공동 연구 단체인

PTC II-30을구성하여항로폭에대한세부적인지

침을 발표하였다. 지침에서는 선박의 조종 성능과

속도, 조류 및 바람 등을 고려하고 있을 뿐 아니라,

Inner Channel과 Outer Channel로 분류하여

수로의 형태에 따른 적절한 소요폭을 규정하고 있

다. 기본 주행폭 외에도 선박과 환경적인 요인에 따

른 여유폭, 안벽과의 여유거리까지 포함하고 있어

가항폭의개념으로보는것이타당할것으로판단되

며, 소요폭은 교행 여부에 따라 다음과 같이 산정하

도록하고있다.



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•일방향통행시항로폭

= WBM+(ΣWI)+WBR+WBG (1)

여기서, WBM : 기본주행폭

WI : 요소별여유폭

WBR : 안벽과의여유거리

WBG : 안벽과의여유거리

•일방향통행시항로폭

= 2·WBM+2·(ΣWI) + WBR+WBG+WP (2)

여기서, WP : 교행여유폭

2.6 USACE 항로 설계 지침

미육군공병대(U.S. Army Corps of Engineers)

에서 1983년 발표한 항로설계지침인 Hydraulic

Design of Deep-Draft Navigation Projects

에서는 항로의 수심, 항로의 폭과 배치, 선회수역의

크기 및 수심에 관한 가이드라인을 제공하고 있다.

항로의 폭은 항로의 형상 및 선박의 조종 성능에 따

라단독통항시에는280~610B, 교행시에는360~

690B를 사용하도록 하고 있으며, 조류 및 바람에

따른 추가폭을 고려하도록 하고 있다. 여기서, B는

수로를이용하는최대선박의폭이다.

2006년에 발표한 개정판에서는 수로 단면의 종

류를[그림2]와같이세가지로구분하고있으며, 항

로폭은 운항 속도 및 항해 보조시설의 종류에 따라

[표2]와같이구분하였다. 여기서, B는설계선박의

폭으로수로를이용할것으로예상되는선박의종류

및크기에따른경제성검토에기초하여선택하도록

하고있다. 지침에서는비교적합리적인대상선박이

정의되어 있으며 환경적인 요인의 일부를 포함하고

있다. 그러나교행여부에대한언급이없고3Knots

78_제19호


[표 2] 항로폭(USACE, 2006)

[표 3] 항로폭 규정(Morihira 등(1984))

a) Canal

b) Trench Channel

c) Shallow Water

[그림 2] 수로단면의 종류

조류세기

수로단면0.0∼0.5Kt 0.5∼1.5Kt 1.5∼3.0Kt

일정단면, 최상의 항해보조시설

Shallow 3.0B 4.0B 5.0B

Canal 2.5B 3.0B 3.5B

Trench 2.75B 3.25B 4.0B

변단면, 평균적인 항해보조시설

Shallow 5.3B 4.5B 5.5B

Canal 3.0B 3.5B 4.0B

Trench 3.5B 4.0B 5.0B

항로길이 통항상황 항로폭

비교적거리가긴항로

대상선박들이 빈번하게 서로 만날 경우 2.0L

상기 이외의 경우 1.5L

상기이외의항로

대상선박들이 빈번하게 서로 만날 경우 1.5L

상기 이외의 경우 1.0L

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(1.543m/s) 이하의 비교적 낮은 속도의 운항조건

만을포함하고있다는한계가있었다.

2.7 일본의 항로 설계 기준

일본의 해상안전법(Japanese Association for

Preventing Marine Accidents(1985))에서는

선박점용영역 이론에 근거하여 국제 항해에 종사하

는 선박의 최소 항로폭을 단독운항의 경우 700m,

왕복운항의경우 1,400m로규정하였다. 또한, 일본

의 Pocket Book for Port Construc tion

(Morihira 등(1984), 이하PBPC)에따르면, 항로

폭은왕복항로에서항로의길이및운항상황에따라

[표 3]과 같이 규정하고 있으며 특수한 항로에서는

이용실태를감안하여여유치를더주도록하고있다.

2.8 국내의 항로 설계 기준

항만및어항설계기준(2005, 이하 항설기준)에서

는교행가능성이없는항로에서0.5L 이상, 교행가

능성이 있는 항로에서는 1.0L 이상의 적절한 항로

폭을 확보하도록 하고 있으며, 교행 가능성이 있는

항로에서는 항로의 길이나 교행 빈도에 따라 1.5~

2.0L까지확보하도록규정하고있다. 해상교량건설

기준안(2007)에서도 항설기준(2005)의 항로폭

2.0L에 교량이라는 위험물을 추가적으로 고려하여

기본항로폭을2.5L로적용하였다.

2.9 선박 조종 시뮬레이션

김환수(1995)는 국내외 항로배치 및 항로폭에 관

한 기준을 분석하고, 선박 조종 시뮬레이션을 이용

하여선박의최소항로폭기준을[표4]와같이제안

하였다. 연구에서는선박의소요폭을조종성능과수

로의 형상에 따라 분류하였으며, 환경적인 요인은

25Kts의정횡풍이부는것으로가정하였다.

박준모(2011)는 내륙수로를 대상으로 하여 선박

의운항에필요한항로폭및여유거리를[표5~8]과

같이제안하였다. 연구에서는대상선박을수로의운

항계획에 따른 특정 선박으로 한정하고 있었다. 그

러나운항상태및조종성능에따른선박과선박, 선

박과 안벽 사이의 여유거리가 분류되어 있으며, 바

람 및 조류, 수심/흘수비(H/d) 등의 환경적인 요인

들또한비교적상세하게정의하고있었다.



[표 4] 최소 항로폭 산정(김환수(1995))

[표 5] 안벽 간 이격거리(박준모(2011))

[표 6] 기본 수로폭(박준모(2011))

항로구분선박조종성능

양호 보통 불량

왕복운항수로

직선구간 8B 10B 12B

만곡부

15℃ 10B 12B 14B

30℃ 12B 14B 16B

45℃ 14B 16B 18B

단독운항

수로

직선구간 4B 5B 6B

만곡부

15℃ 5B 6B 7B

30℃ 6B 7B 8B

45℃ 7B 8B 9B

수로 형태 안벽간 이격거리

직각형 수로

사변형 수로 1.0B

1.4B

조종 성능 기본 수로폭

나쁨 2.0B

보통 1.8B

좋음 1.6B

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3. 항로폭및가항폭제안

선박의 운항에 필요한 소요폭을 합리적으로 결정

하기위하여먼저, 선박의운항상태를크게정상상

태와위험상태, 사고상태의세가지로분류하였다.

정상상태는 선박의 조종 성능 및 환경적인 요인이

정상적이며, 항로이탈이 염려되지 않는 상태이다.

위험상태는 과도한 바람, 조류 등의 환경적인 요인

으로 인하여 조종 성능이 현저히 낮아져 항로 이탈

이 염려되는 상태이다. 사고상태는 기계고장 혹은

비정상적인 기상조건 등으로 조종이 불가하여 사고

에 임박하거나 이미 사고가 발생한 상태이다. 앞서

소개된항로폭관련기준이나연구결과는주로특정

한 선박 혹은 특정한 운항 상태를 정의하여 그에 필

요한소요폭이결정된것으로보이며주로조종시뮬

레이션, 중·장기 관측자료, 사고선박 자료 등에 의

존하고있다.

조종시뮬레이션은 정상적인 운항 상태로부터 인

적 혹은 환경적인 요인에 의한 위험 상태를 정의할

수 있으며, 사고상태도 부분적으로 정의할 수 있다.

중·장기 관측자료는 기본적으로 위험상태를 정의

할수있으며, 자료의양이많고장기간일수록 사고

상태에 가까운 선박의 소요폭을 정의할 수 있을 것

으로판단된다. 사고선박자료는모든사고원인을

포함하고 있으며 항로와 사고지점의 관계가 명확하

므로일정량의데이터만확보하게되더라도사고선

박의운항상태가정의될수있을것으로판단된다.

본연구에서는기존의항로폭관련기준이나연구

결과를 활용하여 위험상태 선박의 소요폭을 결정하

였으며, 알려진 선박 충돌 사고기록으로부터 사고

선박의 항적분포를 추정하고 사고상태에서도 특정

구간을 벗어나지 않도록 목표확률을 설정하여 해당

선박의가항폭을결정하였다.

3.1 교행 여부를 포함한 대상 선박 결정

선박의 운항에 필요한 소요폭을 결정하기 위하여

우선적으로 조사해야 할 대상은 수로를 이용하거나

이용이 예상되는 최대 규모의 선박이다. 교량의 순

경간장, 즉가항폭은당연히최대선박의단독운항이

가능한항로폭과여유폭이확보되어야한다.

그러나 최대선박간의 교행까지 가능하도록 소요

폭을확보하는것은과도한경간장을유발하게되므

로 바람직한 방법이 아니며 최대 선박은 교행 자체

가 불가능하다. 최대선박과 두 번째로 큰 선박은 교

행이 가능할 수도 있으나 해당 확률은 매우 낮을 것

이다. 따라서 설계자는 교행이 가능한 선박의 규모

80_제19호


[표 8] 추가 수로폭(박준모(2011))

요인 추가 수로폭

바람20∼33Kts 0.4B

20Kts 이하 0.0B

조류

0.5∼1.5Kts 0.7B

0.2∼0.5Kts 0.2B

0.2Kts 이하 0.0B

수심/흘수비

(H/d)

1.50 초과 0.0B

1.15∼1.50 0.2B

1.15 미만 0.4B

[표 7] 선박 간 이격거리(박준모(2011))

조종 성능 기본 수로폭

매우밀집 1.8B+0.5B

보통 1.8B+0.2B

낮은밀집 1.8B+0.0B

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를 합리적인 방법으로 결정해야 하며, 이렇게 결정

된 선박을 설계선박이라 칭한다. 본 논문에서는

AASHTO Guide(1991)의 MethodⅠ과 Great

Belt Bridge Project(Frandsen 등(1991))에서

적용된방법을준용하여전체통행량의95%에해당

하는선박을설계선박으로사용하였다.

3.2 위험및사고상태선박의소요폭추정

위험상태 선박은 시뮬레이션 결과 혹은 항만분야

의항로폭기준으로부터추정할수있다. 2장에서소

개된운항시뮬레이션결과에따르면운항조건에따

라3.8~9.0B를사용하도록하고있으며, 평균적으

로 5.0~6.5B를 사용하고 있다. 항로폭 기준은

USACE(1983)에서 3.0~5.5B, PIANC(1980)에

서는 4.0~10.0B를 사용하고 있으며, 항설기준

(2005)과PBPC(1984)에서는1.0L(≒6.6B)을사

용하고 있다. 일부 기준에서는 환경적인 요인의 극

단적인부분을고려하여9.0B 혹은10.0B까지사용

되고 있으나 극단적인 환경요인은 사고상태에서 고

려될것이므로본연구에서는환경적인요인의일반

적인위험상태를고려하여항로폭을 1.0L(≒6.6B)

로결정하였다.

사고 상태 선박은 AASHTO Guide(1991)에 수

록된 사고 기록 및 확률 모델을 참조하여 추정하였

다. 기준에서는 기하학적 확률 모델을 개발하기 위

한 선행연구 결과와 교량에 대한 선박 충돌 사고 데

이터에 근거하여 교량 부근에서 사고 선박의 항해

항적을정규분포로추정하였다. 이때평균의위치(μ)

는 수로의 중심이며, 표준편차(σ)는 설계선박의 전

장(LOA)이다. 이러한가정에서사고상태의선박이

항로의 중심으로부터 ±1.0σ, ±2.0σ, ±3.0σ이

내에 있을 확률은 각각 68.8%, 95.5%, 99.7%이

다. 본 연구에서는 사고상태 선박이 항로 및 여유거

리로부터이탈하게되는확률을최소68.8%(±1.0σ)

이상확보하는것을목표로하였으며, 86.6%(±1.5σ)

이상확보되는것을권장한다.

항로를이탈한선박들은교량과충돌위험이매우

높으며, 충돌 사고의 일부는 교량에 치명적인 손상

을야기할수있다.

3.3 소요 항로폭 및 가항폭

단독운항시대상선박은항로를이용가능한최대

선박이며사고상태를대비한소요폭의최소및권장

기준은 각각 2.0L, 3.0L이다. 왕복운항시 대상선

박은연간전체통행량의95%에해당하는선박이며

사고상태를대비한소요폭의최소및권장기준은각

각3.5L, 5.0L이다.

왕복운항에 따른 항로구성에서 항로폭 영역은 중

첩되지않는독립적인영역으로간주하였는데, 이는

선박의 교행 자체가 위험상태이거나 위험을 대비해

야 하는 상태이기 때문이다. 그러나 선박간의 여유

거리는 중첩을 허용하였는데, 이는 두 선박이 모두

사고상태에있거나소요폭범위에서벗어나는방향

이 서로 마주 보게 될 확률이 상대적으로 낮기 때문

이다.

제안된 방법에 의해 산정된 가항폭과 그에 따른

항로구성은[표9]와같으며, [그림3]은운항상태에

따른항로구성과목표확률을나타낸것이다.



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4. 제안기준비교·검토

4.1 기준 및 이론에 따른 항로폭 비교·검토

AASHTO Guide(1991)의부록B에수록된예제

에서100%선박은150,000DWT로전장은314m,

선폭은 44.5m이다. 95% 선박은 80,000DWT로

전장은 259m, 선폭은 36.6m이다. [표 10, 11]은

AASHTO Guide의 예제모델에 대한소요폭산정

결과를 교행 여부에 따라 나타낸 것으로 각각의 기

준에서 구분하고 있는 주행성, 조종성능, 밀집도 등

은 권장값이나 중간 등급으로 일괄 적용하였다. 제

안된 방법은 항로폭을 정의하는 조건보다는 대체로

높게 산정되었으나 가항폭을 정의하는 조건보다는

조금낮게산정되었다.

82_제19호


[표 9] 소요 가항폭 및 항로 구성

a) 단복운항시 최소폭 b) 단복운항시 권장폭

c) 왕복운항시 최소폭 d) 왕복운항시 권장폭

[그림 3] 운항조건에 따른 가항폭

운항구분 소요 가항폭 항로 구성 목표확률

단복운항

(100% 선박)

최소 2.0L (0.5)+(1.0)+(0.5) 68.8%

권장 3.0L (1.0)+(1.0)+(1.0) 86.6%

왕복운항

(95% 선박)

최소 3.5Ld (0.5)+(1.0)+(0.5)+(1.0)+(0.5) 68.8%

권장 5.0Ld (1.0)+(1.0)+(1.0)+(1.0)+(1.0) 86.6%

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4.2 항로폭 규정에 따른 위험도 평가 결과

AASHTO Guide(1991) 부록 B의 예제 모델은

주경간장이 488m로 논문에서 제안된 방법에 의한

최소폭의 53.8% 수준이며, 설계수평강도와 설계선

박은 각각 208.4MN과 90,000DWT로 계산되었

다. 여기서, 설계수평강도와설계선박은연간파괴빈

도의 허용기준(AF=0.0001)을 만족하는 횡방향 저

항력(HP)과 이에 상응하는 충돌력을 가진 선박이

다. [표 12]는기준에수록된예제모델조건과제안

된 방법에 의한 소요폭의 최소 및 권장 기준이 확보

된 경우를 가정하여 위험도 분석을 수행한 결과를

나타낸 것이다. 제안된 소요폭 기준을 만족하는

경우 설계선박은 57.7%까지 감소되었으며, 연간

파괴빈도는18.5%까지 감소되었다. 여기서설계선

박은 확률적으로 교량에 치명적인 손상을 줄 수

있는 선박을 의미하며, 연간 파괴빈도는 해당 사

고의 발생 빈도를 의미한다. 따라서 경간장을 가용

한 범위 내에서 최대로 확보하는 것은 사고 선박의

규모와 발생 빈도를 복합적으로 감소시키는 효과가

있을것으로판단된다.

4.3 국내 주요 항구 및 교량에 대한

항로폭 검토

최근에건설혹은건설중인국내의대표적인해상

교량은 인천대교, 목포대교, 이순신대교 등이 있다.

해당 교량들은 서론에서 설명한 바와 같이 대부분

설계시 선박충돌 문제를 고려하고 있으며 운항시뮬

레이션등의방법을통하여적절한주경간장을확보

하고있다.

본연구에서는해당항로를이용하는선박들의통



[표 10] 단독운항시 소요폭 산정 결과 [표 11] 왕복운항시 소요폭 산정 결과

기 준 적용식 항로폭 가항폭

점용이론

3~4m/s 1.6Ld 414.4

5~8m/s 3.2Ld 828.8

PIANC(1980) 5.0B 222.5

USACE(1983) 3.0B 133.5

USACE(2006) 5.5Bd 201.3

JAPMA(1985) - 700.0

PBPC(1984) 1.0L 314.0

항설기준(2005) 1.0L 314.0

시뮬레이션(김환수(1995)) 5.0B 222.5

시뮬레이션(박준모(2011)) 3.8B 169.1

제안

방법

최소 2.0L 628.0

권장 3.0L 942.0

기 준 적용식 항로폭 가항폭

AASHTO Guide(1991) 3.0Ld 777.0*

점용이론

3~4m/s 3.7Ld 958.3

5~8m/s 7.4Ld 1,916.6

IMO(1972) 3L+2B 1,031.0

PIANC(1980) 13B 578.5

USACE(1983) 5.6B 249.2

JAPMA(1985) - 1,400.0

PBPC(1984) 2.0L 628.0

항설기준(2005) 2.0L 628.0

시뮬레이션(김환수(1995)) 10.0B 445.0

시뮬레이션(박준모(2011)) 7.6B 338.2

해상교량건설기준(2007) 2.5L+6B 1,052.0

제안방법

최소 3.5Ld 906.5

권장 5.0Ld 1,295.0

*주경간장

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84_제19호


행량 분석을 통하여 소요 가항폭을 결정하고 해당

결과를현재교량의주경간장과비교하여지간의적

정성을확률적으로검토하였다.

[표13]은국내주요해상교량인근의항구를입출

항하는선박들의2010년연간통행량데이터로부터

조사된대상선박과제원그리고운항조건에따른소

요폭을 나타낸 것이며, [표 14]는 논문에서 제안된

방법으로산정된소요폭과주요교량의실제주경간

장을비교한것이다. 단, 목포항의100% 선박및해

당소요폭은목포대교가포함된구간을통과하는선

박 중에서 최대인 것을 대상으로 하였다. 분석 결과

에 따르면, 이순신대교는 최소폭 기준을 만족할 뿐

아니라 권장폭의 98.4% 수준으로 선박충돌에 매우

안전한 편이며 통행량 및 선박 수준의 증가 추세가

적극적으로반영된것으로판단된다.

인천대교는 최소폭 기준의 97.7% 수준으로 설

계 당시에는 제안된 소요폭 기준을 만족했을 것으

로추정되나통행량및선박수준의증가추세가적

극적으로 반영되지는 않은 것으로 판단된다. 목포

대교는 최소폭 기준의 83.3% 수준으로 통행 선박

의 크기나 빈도에 따른 경간장의 결정 및 선박 수준

의증가추세가소극적으로반영된것으로판단된다.

목포항의 통행량과 선박운항 소요폭의 적정성은

신항만 건설이나 어항기능 이전 등의 지역 개발 계

획을 고려한 다각적인 분석이 필요하며, 향후 이에

대한 추가적인 연구가 필요하다. 목포대교 인근의

항로는 해상관제시스템에 의한 철저한 관리가 필요

하며, 일부대형선박에대한운항속도제한구역적용

이나 도선사 운용 및 항해 보조시설 등의 적극적인

활용이필요할것으로판단된다.

[표 12] 소요폭 확보여부에 따른 위험도 분석 결과

구분 주경간장(m) 연간파괴빈도(HP=158.5MN) 설계수평강도(MN) 설계선박(DWT)

AASHTO Guide Ex. 488 0.000135 208.4 90,000

소요폭 최소기준 950(1.95배) 0.000085(63.0%) 188.2(90.3%) 73,153(81.3%)

소요폭 권장기준 1400(2.87배) 0.000025(18.5%) 158.5(76.1%) 51,886(57.7%)

[표 13] 항구별 소요 가항폭

주요

항구

100%

선박(GT)

95%

선박(GT)

LOA(m) 소요 가항폭(m)

100%

선박

95%

선박

단독운항 왕복운항

최소 권장 최소 권장

목포항 93,960 17,287 283 164 566 849 574 861

인천항 163,922 35,890 334 227 668 1002 794.5 1191.75

광양항 160,774 75,395 326 293 652 978 1025.5 1538.25

[표 14] 국내 교량에 대한 경간장 검토

교량 항구위치 주경간장(m) 순경간장(m) 최소폭(m) 권장폭(m) 비 고

목포대교 목포항 500.0 478.0 574.0 861.0 2012년 개통

인천대교 인천항 800.0 766.0 794.5 1191.75 2009년 개통

이순신대교 광양항 1,545.0 1,514.4 1025.5 1538.25 2018년 개통 예정

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5. 결론

본 연구에서는 항로폭 혹은 가항폭 결정에 대한

기존 연구결과를 비교·분석하고 통계학적인 방법

을이용하여교량의주경간장결정에필요한기준을

제안하였다. 제안된 기준은 위험도 분석을 통하여

충돌위험및빈도의감소정도를분석하고실제교량

에대한적용을통하여타당성을검토하였다.

국내외기준및선행연구결과에대한분석결과

에 따르면, AASHTO Guide(1991)와 해상교량건

설기준안(2007)은 항로폭과 여유거리, 주경간장의

관계 그리고 대상선박을 직접적으로 언급하고 있으

나 교행 여부를 구분하지 않고 있으며 소요폭의 차

이도 비교적 크게 나타났다. 해양 및 항만분야의 항

로폭설계기준은선박의주행성능이나운항환경혹

은 교행 여부에 따른 위험 정도로부터 소요폭을 정

의하고 있으며, 위험 조건은 기준에 따라 차이가 있

었다.

제안된 기준에서는 해당수로를 이용하는 선박의

연간통행량 분석을 통하여 대상선박을 교행 여부에

따라 별도로 적용하였으며, 위험 조건을 극단적인

환경조건이 포함된 사고상태로 정의하여 선박의 이

탈정도를 확률적으로 추정하였다. 이로부터 사고상

태에서도 특정구간을 벗어나지 않는 목표확률을 설

정하여 해당선박의 가항폭을 제안하였으며, 일반적

인 위험상태에서의 소요폭을 항로폭으로 나머지를

여유거리로결정하였다.

본 연구에서 제안된 최소 및 권장 소요폭 적용시

사고선박의 규모와 발생빈도가 상당부분 감소되는

것으로 계산되었다. 또한 제안된 내용을 국내 주요

해상교량에 적용한 결과, 이순신대교의 사고확률이

가장낮았으며인천대교, 목포대교순으로조사되었

다. 이러한차이에대하여향후통행량및선박수준

의 증가 추세에 대한 별도의 연구가 필요할 것으로

판단된다.

교량의 주경간장은 근거와 이론을 바탕으로 하여

설계자의 공학적인 판단 하에 결정되어야 한다. 본

논문에서는항로폭및가항폭결정에관한전반적인

사항을다루었으며, 선박의운항상태를구분하여필

요한 소요폭을 확률적으로 정의할 수 있는 방법을

소개하였다. 이러한연구를통하여설계자가해상교

량의 경간장을 적절하게 계획하여 경제적이고 합리

적인 교량이 건설될 수 있도록 설계 참고 자료로써

활용되고자한다.

참고문헌

1. 김환수(1995). 선박의안전을위한최적항로배

치 및 항로폭 결정에 관한 연구. 해양환경안전

학회지, 해양환경안전학회, 제1권, 제1호, pp.

9-25

2. 박준모(2011). 우리나라 내륙수로 설계기준 설

정에 관한 연구-경인 아라뱃길 선박조종시뮬

레이션을 중심으로. 석사학위논문, 한국해양대

학교.

3. 배용귀, 이성로(2008). 파일지지 구조물의 선

박충돌거동에대한해석. 대한토목학회논문집,

대한토목학회, 제28권, 제3A호, pp.323-

330

4. 윤병원(2008). 안전항해를 위한 항행환경의

연구: 평택·당진항을중심으로. 한국도선사협



07-73~87-기술 06-선박충돌2.ps 2012.12.26 16:54 페이지85

회지, 한국도선사협회, 통권 제45호, pp.10-

21

5. 이계희, 홍관영(2011). 교각에 작용하는 설계

선박충돌력산정에관한연구. 대한토목학회논

문집, 대한토목학회, 제31권, 제3A호, pp.199

-206

6. 이성로, 배용귀(2006). 교량의선박충돌위험도

평가. 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제

26권, 제1A호, pp.1-9

7. 이성로, 배용귀(2006). 현수교의 선박충돌 위

험및설계선박하중. 대한토목학회논문집, 대한

토목학회, 제26권, 제1A호, pp.11-19

8. 정대득, 이중우(2005). 가변범퍼영역모델을이

용한 항로설계기법(Ⅰ), 한국해양항만학회지,

한국해양항만학회, 제29권, 제1호, pp.9-15

9. 조호현(2009). 선박조종 시뮬레이션을 이용한

교량의 선박충돌확률 해석. 박사학위논문, 서

울대학교.

10. 해양수산부(2005). 항만및어항설계기준.

11. 해양수산부(2007). 「항만횡단 해상교량 건설

시기준및절차수립」에관한연구용역.

12. AASHTO(1991). Guide Specification

and Commentary for Vessel Collision

Design of Highway Bridges.

13. Frandsen A.G., Olsen, D., Fujii.Y., and

Spangenberg, S.(1991). Ship Collision

Studies for the Great Belt East

Bridge, Denmark, IABSE Symposium

on Bridges-Interaction between

Construction Technology and Design,

Leningrad.

14. Fujii, Y.(1971). Effective Areas of

Ships. Journal of Navigation, Vol. 24.

15. Fujii, Y., Yamanouchi, H., Tanaka,

Yamada, Okuyama and Hirano(1977).

The Behaviour of Ships in Limited

Water, 24th International Navigation

Congress, Leningrad.

16. Goodwin, E. M.(1975). A Statistical

Study of Ship Domains. Journal of

Navigation, Vol. 28.

17. ICORELS of PIANC(1980). Optimal

Layout and Dimensions for the

Adjustment to Large Ships of

Maritime Fairways in Shallow Seas,

Seastraits and Maritime Waterways,

Report of Working Group 4 of PIANC.

18. PIANC/IAPH(1997). Approach chan-

nels-A guide for design, Final report

of the joint Working Group PIANC

and IAPH, in cooperation with IMPA

and IALA.

19. IMO(1972). Convention on the Inter-

national Regulation for Preventing

Collisions at Sea.

20. JAPMA(1985). Illustrated on Marine

Saftey Law, Tokyo.

21. Morihira M., Isiwata, T.,Suauki,

S.(1984). Pocket Book for Port Cons-

truction, Sankeido Press, Japan.

22. Larsen O. D.(1993). Ship Collision

with Bridge, IABSE

86_제19호


07-73~87-기술 06-선박충돌2.ps 2012.12.26 16:54 페이지86



23. Shoju, K., Wakao, T.(1986). On the

Ships Waterways Passign Through

Bridge. Water Forum '86, World

Water Issues in Evolution, San

Francisco.

24. USACE(1983). Hydraulic Design of

Deep-draft Navigation Project.

Engineer Manual 1110-2-1613,

Washington DC.

25. USACE(2006). Hydraulic Design of

Deep-draft Navigation Project.

Engineer Manual 1110-2-1613,

Washington DC.

07-73~87-기술 06-선박충돌2.ps 2012.12.26 16:54 페이지87

선박충돌을고려한해상교량의항로폭및경간장결정 · 2014. 6. 25. · PIANC/IAPH(1997)에서는공동연구단체인 PTC II-30을구성하여항로폭에대한세부적인지

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