현재 건설 중인 제주 강정항에 15만톤급 크루즈 선박의 운항안전성 여부를 판별하기 위하여 3차례의 선박조종 시뮬레이션 평가를 실시하였다. 국내 초대형 크루즈 선박의 조종성능에 대한 연구가 미비했고, 크루즈 선박의 조종성능을 정확하게 선박조종 시뮬레이터에 반영할 수 없었던 시스템적인 한계로 인해 초대형 크루즈 선박의 운항 안전성 평가 결과는 사회적으로 많은 갈등과 마찰을 초래하였다. 본 연구에서는 세계적인 초대형 크루즈 선박의 조종특성을 바탕으로 제주 강정항 건설 과정에서는 논란이 되었던 수역시설의 적정성을 검토하고자 선회장, 항로 법선, 방파제 통과 선속 등에 대하여 국내외 각종 설계지침과 실측 자료, 항만 운영 사례 등을 심층 분석하였다. 초대형 크루즈 선박의 우수한 추진 및 조종성능을 감안하면 제주 강정항의 수역시설 규모는 적정하다고 판단되며, 초대형 크루즈 선박의 안전 입출항에도 별다른 문제는 없을 것으로 사료된다.
선박이 천수 영역에서 운항할 때, 선저부분의 압력변화로 인하여 흘수가 증가하는 현상이 나타난다. 이 같은 현상을 선체침하(Squat)라 하며, 선박의 조종성능을 변화시켜 해양사고의 발생위험을 높이게 된다. 특히, 초대형 선박의 경우에는 흘수가 커 천수영역에서의 선체침하현상이 더욱 크게 일어난다. 따라서 본 연구에서는 천수 영역에서의 초대형선박의 선체침하정도를 추정하고자 하였다. 이를 위하여, 세 가지 천수조건을 구성하고, 다양한 추정식을 이용하여 초대형선박의 경사각도에 따른 선체 침하의 정도를 계산하였으며, 그 결과를 비교하여 보여주었다.
컨테이너 물동량의 급격한 증가와 함께 컨테이너를 운송하는 선박들의 규모도 이전의 증가세와는 비교할 수 없을 정도로 규모는 커지고 있다. 이러한 추세와 함께 초대형선박에 대한 연구도 다양한 시각에서 활발하게 수행되어왔다. 그러나, 대부분의 기존 연구는 주로 선박의 설계, 운영 그리고 항만 하역시설 등 하드웨어적이고 개념적인 부문에 편중되어 있고, 실제 선박운항 측면에서 적정 선박 규모, 적정 기항 항만 수, 요구되는 하역 소요 시간 등 현실적인 연구는 극히 미흡한 실정이다. 따라서 본 논문은 초대형선박의 운영자인 선사들과 사용자인 포워딩업체들을 대상으로 초대형선의 예상 최대규모, 선호도, 이용 시 문제점과 예상 하역시간 등을 조사 분석하고, 초대형선의 출현으로 나타날 될 항만기항지 변화에 대하여 예측한다.
1990년대에 들어서 대형 선박에 대한 논의가 활발해진 가운데 최근 15,000 TEU에 달하는 메가 선박(Mega ship)과 이를 위한 메가 항만(Mega hub)에 대한 개념이 소개되었다. 초대형 선박에 관한 연구는 선박 설계, 항만 설계, 선박 운영, 물류 관리 등 다양한 관점에서 수행되어 왔으며, 그 결과 역시 다양하여 초대형 선박의 기술적 가능성과 경제적 타당성에 대한 이해를 돕지 못하고 있다. 따라서, 본 연구는 관련 문헌을 체계적으로 고찰함으로서 기존 연구의 현황과 한계 그리고 향후 연구 방향을 제시한다.
최근 컨테이너 선종은 물류비 감소를 위한 대형화 및 그에 따른 선박운용 효율의 향상을 위하여 수명 증가 및 경량화를 위한 다양한 기술의 적용이 필수적으로 요구되고 있다. 선박의 크기 증가에 따른 엔진의 효율 저하와 이와 관계된 부수적인 설비들은 대형화에 따른 효과성 검증 없이 그 크기와 형태를 증가시켜 대형 선박에 적용되고 있다. 본 논문에서는 기존의 대형 컨테이너 선박에 적용되는 배기가스 파이프를 초대형 선박에 적용하기 위하여 유동 해석을 실시하고 그 결과를 바탕으로 초대형 선박에 적용 가능한 구체적인 배기가스 파이프의 구조 형태를 연구하였다. 이를 위하여 기존의 가스 파이프에 초대형 선박의 엔진운용 조건을 적용하여 모델링하고, 모델링에 필요한 주요 요소를 결정하고 이를 CFD에 적용하여 시뮬레이션을 통해 연구하였다. 그 결과를 바탕으로 유량의 흐름, 불필요한 구간 등을 효과적으로 개선하여 설계된 가스파이프는 초대형 컨테이너 선박의 운용효율 증가를 기여할 수 있다.
부산항 및 부산신항 개발의 특징은 매립으로 인하여 가항수역은 협소화되는 반면에 선박은 대형화되면서 흘수가 증가함으로 인하여 점점 더 깊은 수심을 필요로 하게 되었다. 따라서 초대형선들은 출입항선 상호간의 간섭이 증가하고, 심흘수화로 인한 조종성능의 저하와 비상시 대응책의 한계를 드러내는 등의 문제점을 안고 있다. 또한 전반적인 선박 통항량의 증가는 거대형 컨테이너선이 부두전면에서 회두하거나 감속, 접근하는데 소요되는 시간에 따라서 항만의 효율성뿐만 아니라 주변수역의 안전에도 크게 영향을 미치고 있다. 따라서 본 연구에서는 항만의 안전과 효율성을 제고하기 위하여 초대형 선박의 조종특성과 주변 여건을 다각도로 고려한 최적의 표준 조선방법 및 응급조선을 2D베이스로 개발된 선박조종시뮬레이터를 이용하여 모색해 보고자 한다.
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 수심을 23m까지 확보하는 것을 계획 중이다. 이처럼 대형선박 입항 시 상황에 따라 주의하여야 할 요소에 대한 사전 점검이 필요하며, 이를 위한 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 최대 8.4%높은 위험도가 발생하였다. 또한, 초대형 컨테이너 선박의 부산신항 내 안전한 통항을 위한 도선 관점에서의 운항 특성 의견을 취합하여 최소안전수심과 예선 운용 방안 등의 안전대책을 함께 제시하였다. 이를 통하여 초대형 컨테이너 선박의 부산신항 입·출항시 사고 예방에 이바지할 수 있을 것으로 사료된다.
제주 강정항 대상선박인 15만톤급 초대형 크루즈선(Queen Mary 2)의 안전 입출항 여부를 판별하기 위하여 항로 중심선 교각을 30도로 변경 풍속을 최대 27노트까지 적용하여 선박조종시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 분석 결과 남방파제 부두는 별다른 문제없이 초대형 크루즈선의 안전한 입출항이 가능하였다. 서방파제 부두는 풍속 20knots까지는 안전성이 확보 되었으나, 풍속 27노트 조건에서는 서측 돌제부두를 축소 조정하거나 가변식으로 변경할 경우 안전성이 더욱 향상되는 것으로 판별되었다. 또한 현행 1.5L 미만에서도 충분하게 180도 선회가 가능함이 검증되었고, 자력으로 안전하게 운항할 수 있는 풍속 범위는 20노트로 판별되었으나 비상사태에 신속하게 대응하고 안전성 향상 차원에서 상시 대마력 예선 2척을 운용할 필요가 있다.
국내 컨테이너 터미널의 대부분 컨테이너 처리량에 비해 장치장 규모가 협소한 편이다. 장치장이 협소한 이유는 터미널 개발 시 적용된 이론적인 안벽 처리능력이 실제 처리능력과 차이가 나기 때문이다. 또한 최근 선박이 대형화 되면서 터미널들이 안벽장비를 추가 투입함으로써 안벽 생산성을 당초보다 크게 향상시킨 현실에 기인하기도 한다. 본 연구에서는 터미널 운영 현실을 반영하여 하역 능력을 재산정하고 10,000TEU에 이르는 초대형 선박을 대상으로 하여 소요 장치장 규모를 산정 한 후 기존 터미널의 장치장 규모와 경제성을 비교하는 것을 주목적으로 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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