제한된 구조물 공간에서 보이는 재난시의 인구 대피동역학 특성 분석: 몬테카를로 모델링 및 전산모사

Abstract

도시형 생활방식이 정착된 이후, 도시 내, 여러 형태의 구조물에는 높은 밀도의 인구가 집중 되어 생활하고 있다. 이러한 상황에서 작은 사고는 특정 임계치를 넘는 경우, 대형 사고로 이 어질 가능성이 늘 내포되어 있으며, 따라서 제한된 공간에 밀집된 인구가 최대한 재난 시 안 전하게 대피할 수 있는 전략에 관한 연구는 사회적으로 매우 시급한 당면 과제이다. 본 연구 는 제한된 공간에서 많은 인구가 밀집된 상황에 재난이 발생할 경우, 사람들의 대피 동역학에 어떠한 특징이 나타나는지, 다양한 변수를 통제하여 수학적 모델에 기반한 전산모사 방법을 통해 알아 보았다. 전산 모사를 위해, 본 연구에서는 몬테카를로 방법을 이용하였으며, 각 셀 에서의 보행자 이동 확률 모형화를 위해, 동적장, 정적장, 관성장에 관한 수학적 모형을 개발, 적용하였다. 각 장은 출입구, 장애물, 주변 집단과의 영향, 이동 경향에 대한 의존도 등을 통 하여 정량화된 지수로 표현되었으며, 이를 바탕으로 재난시 인구의 대피 행동 동역학에 대한 다양한 상황을 모사하였다. 전산모사 결과, 전반적으로 대피인구수는 시간에 대해 멱함수 관 계를 보였으며, 멱함수의 지수를 탈출능으로 정의할 때, 초기인구밀도가 높을 경우, 탈출능은 감소하고, 동적장이 세지면 탈출능은 전반적으로 증가하였다. 정적장을 높였을 경우, 탈출능은 감소하고, 대피 출입구의 개수를 늘렸을 경우, 탈출능은 증가하다가, 최적의 탈출구 개수에서 부터는 감소하는 경향을 나타내었다. 장애물의 개수를 늘렸을 경우, 탈출능과는 큰 상관관계 가 없었다. 본 연구에서 테스트된 다양한 조건은 실제 실험 결과에서 관측된 데이터로부터 추 출될 수 있는 값을 기반으로 하는 양이며, 따라서 실제 사고의 위험을 감수하는 실험 없이도, 최적의 재난시 응급 대피 및 탈출 전략 수립 및 정책 입안에 있어 효과적으로 참조될 수 있을 것으로 기대된다. 특히 건축물 설계, 구조물 개량 등과 관련된 법안 및 정책 입안 과정에서, 효율적으로 확장 응용될 수 있을 것으로 기대된다.