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Journal of Digital Contents Society - Vol. 21 , No. 1
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Journal of Digital Contents Society - Vol. 21, No. 1, pp. 1-10
Abbreviation: J. DCS
ISSN: 1598-2009 (Print) 2287-738X (Online)
Print publication date 31 Jan 2020
Received 27 Nov 2019 Revised 25 Dec 2019 Accepted 23 Jan 2020
DOI: https://doi.org/10.9728/dcs.2020.21.1.1

가상현실(VR) 기반 화학사고 대응 다중협업 훈련 콘텐츠 개발에 관한 연구
안수빈1, 2 ; 임경민1, 2 ; 고하은1, 2 ; 정가영2 ; 마병철3, *
1전남대학교 화학공학안전센터 연구원
2전남대학교 화학공학과 석사과정
3전남대학교 화학공학부 교수

A Study on Development of Multi-user Training Contents for Response to Chemical Accidents based on Virtual Reality
Su-Bin An1, 2 ; Kyung-Min Lim1, 2 ; Ha-Eun Go1, 2 ; Ga-Young Jung2 ; Byung-Chol Ma3, *
1Researcher, Center for Chemical Process Safety, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea
2Master’s Course, Department of Chemical Engineering, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea
3Professor, School of Chemical Engineering, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea
Correspondence to : *Byung-Chol Ma Tel: +82-63-530-1815 E-mail: anjeon@jnu.ac.kr


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초록

화학물질로 인한 사고가 지속적으로 발생함에 따라 사고대응 훈련의 필요성이 증대되고 있다. 이에 대응기관에서는 주기적으로 모의 대응훈련을 실시하고 있지만, 실제 사고와 유사한 사고현장을 직접 체험하며 훈련하는 것은 어려운 것이 사실이다. 이러한 가운데 가상현실 기술은 실제 화학사고와 유사한 가상환경 연출로 대응요원들이 사고현장을 간접적으로 체험하고 대응할 수 있어 새로운 대안으로 떠오르고 있다. 이에 본 연구에서는 화학사고 시 대응체계와 국내‧외 화학사고 대응 훈련 사례를 바탕으로 다중협업 훈련 역할 및 구성을 도출하고 대응‧훈련 시나리오와 스토리보드를 작성하여 가상현실 기반의 화학사고 대응 다중협업 훈련을 위한 콘텐츠를 개발하였다. 이러한 훈련 콘텐츠를 적용한 훈련 시 화학사고 대응요원의 역량 강화와 협업 능력 향상에 상당 부분 기여할 것으로 기대한다.

Abstract

As chemical accidents continue to occur, the importance of accident respond training is increasing. Accordingly, some response institutions are conducting mock response training, but it is difficult for responders to directly experience and train an accident scene similar to the actual one. In the midst of this, Virtual reality technology is emerging as a new alternative as responders can indirectly experience and respond to the accident scene by creating a virtual environment similar to a real chemical accident. Therefore, this study derived the role and composition of multi-collaboration training based on chemical accident response system and domestic and foreign chemical accident response training cases. In addition, by developing response and training scenarios and storyboards, contents for multi-collaboration training on chemical accident response based on virtual reality were developed. It is expected that the training applied with such training contents will contribute to the strengthening of the chemical accident responders’ ability and the improvement of the collaboration ability.

Keywords: Chemical Accident Response, Virtual Reality, Educational Contents, Multi-collaboration Training
키워드: 화학사고 대응, 가상현실, 교육콘텐츠, 다중협업 훈련
Ⅰ. 서 론

화학사고는 작업자의 부주의, 설비 관리 미흡 등으로 취급시설에서 유해화학물질 등이 누출되어 인명‧재산피해 및 환경오염 피해를 발생시키는 사고이며 매년 약 94건씩 꾸준하게 발생하고 있다[1], 이러한 화학사고는 그 피해를 최소화하기 위하여 신속하고 체계적인 대응이 무엇보다 필요하다[2]. 우선적으로 대응현장에서는 다양한 기관의 대응요원이 대응활동에 참여하기 때문에 각자의 역할 및 임무를 충분히 숙지하여야 하고 이러한 능력은 주기적인 훈련을 통해서 비로소 가능할 수 있다. 그렇기 때문에 대응기관들은 정기적으로 특정사고를 지정하여 모의 훈련을 실시하고 있다. 그렇지만 문제는 대응요원들이 실제와 같은 사고현장에서 직접 훈련할 수 없으므로 그 체감도가 많이 떨어진다는 것이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 가상현실 기술을 활용한 가상훈련에 대한 관심이 증가하고 있다. 즉, 가상훈련은 기상조건이나 시간, 공간에 대한 제한이 없으며, 실제와 같은 가상환경을 구축하여 실재감 있는 훈련이 가능하다는 것이다. 또한 다양한 훈련들을 반복적으로 실시할 수 있고 매우 위험한 상황을 안전한 조건에서 훈련할 수 있어[3] 소방, 군사 및 재난안전 등 다양한 분야에서 적용되고 있다[4-6]. 이러한 이점을 바탕으로 사고대응 분야 또한 가상현실 기술을 적용하여 훈련할 필요가 있으며 더 나아가, 다양한 기관이 유기적으로 참여하는 특성을 잘 고려하여 실제 대응체계와 같이 훈련 대상자에 따라 역할을 구분하여 다중협업 형식으로 훈련을 진행할 수 있으면 매우 효과적이라 할 수 있다. 그러나 현재까지 개발된 가상현실 훈련 프로그램은 대부분 1인용으로, 개인별 훈련에만 초점이 맞춰져 있는 상황이다[7-9].

이에 본 연구에서는 화학사고 대응 다중협업 훈련 콘텐츠를 개발하고자 하였으며, 이를 위하여 화학사고 발생 시 대응체계와 사고대응에 참여하는 기관 및 대응요원의 역할을 분석하고, 국내‧외 주요 화학사고 대응 훈련 사례를 조사하여 다중협업 시 훈련자의 역할‧임무 및 훈련 내용 등을 도출하였다. 또한, 사고 시 대응절차에 근거한 대응‧훈련 시나리오와 스토리보드를 작성하고, 훈련 단계별 훈련내용을 객관적으로 평가할 수 있도록 평가 항목과 기준 지표를 도출하여 체계적인 화학사고 다중협업 대응 훈련이 가능하도록 콘텐츠를 개발하였다.

Ⅱ. 화학사고 대응체계 및 역할 분석
2-1 화학사고 대응체계 분석

화학사고가 발생할 경우에는 중앙재난안전대책본부와 관리대상 및 역할에 따라 환경부, 산업통상자원부, 고용노동부 등으로 구분하여 각 소관부처에 중앙사고수습본부를 구성하여 사고대응 및 수습을 한다[10]. 「화학물질관리법」에 따른 유해화학물질(유독물질, 허가물질, 제한물질 또는 금지물질, 사고대비물질, 그 밖에 유해성 또는 위해성이 있거나 그러할 우려가 있는 화학물질)로 인한 사고가 발생하게 되면 환경부장관을 본부장으로 하는 중앙사고수습본부가 구성되고, 그 아래에 화학물질안전원장을 본부장으로 하는 사고수습지원본부와 지방(유역)환경청장을 본부장으로 하는 지역사고수습본부를 두어 사고대응 및 수습을 실시한다.

또한 현장지휘체계를 확립하고 긴급구조대응활동을 신속하고 효율적으로 수행하기 위해 긴급구조통제단을 설치하여 사고에 대응한다. 긴급구조통제단은 중앙긴급구조통제단과 지역긴급구조통제단으로 나뉘며, 표준현장지휘체계에 따라 현장지휘관인 통제단장과 총괄지휘부, 대응계획부, 자원지원부, 현장지휘대, 긴급복구부로 구성된다. 통제단장은 긴급구조활동의 총괄 지휘·조정·통제의 역할을 맡으며, 총괄지휘부는 긴급구조를 총괄하고 통제단장 및 부단장을 보좌한다. 대응계획부에서는 상황분석과 상황판단회의 개최, 전반적인 대응활동계획 수립과 조정·통제 및 각종 상황보고의 역할을 수행하며, 자원지원부에서는 각 부의 업무지원 및 현장대응자원 소요판단과 조정·통제를 한다. 현장지휘대에서는 구조진압, 응급의료 등 조정·통제 역할을 하며, 긴급복구부에서는 긴급시설복구, 긴급구호 지원, 긴급오염통제 조정 등의 임무를 수행한다[11].

2-2. 매뉴얼에 따른 화학사고 대응기관별 역할 분석

「재난 및 안전관리 기본법」 제34조의5(재난분야 위기관리 매뉴얼 작성·운용)에 따르면 재난을 효율적으로 관리하기 위하여 재난 유형에 따라 위기관리 매뉴얼을 작성·운용하여야 한다고 명시되어 있다[10]. 위기관리 매뉴얼은 위기관리 표준매뉴얼, 위기대응 실무매뉴얼, 현장조치 행동매뉴얼로 나뉘며, 「국가위기관리기본지침」을 근거로 작성된다. 위기관리 표준매뉴얼은 국가적 차원에서 관리가 필요한 재난에 대하여 재난관리 체계와 관계기관의 임무와 역할을 규정한 문서로 위기대응 실무매뉴얼의 작성 기준이 되며, 위기대응 실무매뉴얼은 표준매뉴얼에서 규정하는 기능과 역할에 따라 실제 재난대응에 필요한 조치사항 및 절차를 규정한 문서이다[12]. 현장조치 행동매뉴얼은 재난현장에서 임무를 직접 수행하는 기관의 행동조치 절차를 구체적으로 수록한 문서로 위기관리 예방과 대비, 대응과 복구에 대한 내용이 포함되어 있다.

유출로 인해 피해가 인근지역으로 확산되거나 대규모인명·재산 피해가 우려되는 사태에 대해서는 「유해화학물질 유출사고」위기관리 표준매뉴얼·위기대응 실무매뉴얼·현장조치 행동매뉴얼에서 위기관리 체계(예방·대비·대응·복구) 및 기관별 역할과 세부 대응절차에 대해 규정하고 있다. 본 매뉴얼의 적용은 환경부 「화학물질관리법」에 따른 관리대상 유해화학물질(유독물질, 사고대비물질, 허가물질, 제한물질, 금지물질), 산업통상자원부의 「고압가스안전관리법」에 따른 독성가스 및 고용노동부의 「산업안전보건법」에 따른 공정안전관리대상 유해·위험물질의 유출사고이며, 환경부가 대응·수습 주관부처 역할을 수행한다[13].

위기관리 매뉴얼에는 주관·유관기관 및 통제단의 대응활동과 역할에 대하여 규정하고 있으며, 화학사고 발생 시 조치절차에 따른 기관별 역할을 정리하면 다음 표 1과 같다[14].

Table 1. 
Institutions' Roles According to Response Measures in Case of Chemical Accident
Action Role Remarks
Accident reception and propagation ○ Receive crisis
○ Accident Reporting and Propagation		 - Related organizations
- River Basin Environmental Office
→ Ministry of Environment
First response ○ Measures to protect residents at the accident site
○ Life-saving and control of accident site
○ Environmental support team
○ Provide accident response information		 - Head of institution
- Police, Fire fighting
- River Basin Environmental Office
- River Basin Environmental Office,
  National Institute of Chemical Safety
Response ○ Establishment and operation of Regional Accident Prevention Division
   - Support for on-site response activities
○ Establishment and operation of emergency rescue control team
○ Conduct field response activities
   - Accident effect prediction
   - Boundary Area Setting
   - Residents protection measures
   - Installation and operation of on-site emergency medical center
   - Establishment of pollution area system plan and decontamination activities		 - River Basin Environmental Office
- Fire fighting
- Related organizations
- River Basin Environmental Office, Fire fighting, Military unit, Local Government, Police, etc.
Follow-up action ○ Report and disseminate treatment status
○ Impact investigation after accident
   - Restoration order action on scene of the accident		 - River Basin Environmental Office → Ministry of Environment
- Local government / business

2-3. 대응자의 수준별 요구 역량

화학사고 대응 훈련대상자 수준에 따른 역할 분류를 위하여 미국 OSHA(occupatinal safety and health administration)에서 규정한 수준별 대응자의 필요 역량[15]을 분석하였으며, 표 2와 같이 인지단계 초기 대응자, 방어대응 단계 초기 대응자, 유해화학물질 전문가, 현장지휘관으로 구분하여 요구 역량을 제시하였다.

Table 2. 
Responder's Level of Competence requred by OSHA
Category Requirement
First Responder at the Awareness Level - Understanding of hazardous substances and risk identification in accidents
- Understanding of emergency situations with potential hazards and potential consequences
- The ability to recognize and identify the presence of hazardous substances in emergencies
- Understanding the role of early responders in emergency response planning;
- Ability to recognize and alert to the need for additional resources
First Responder at the Operational Level - Knowledge of basic risk knowledge and risk assessment techniques;
- Understanding the selection and use of appropriate personal protective equipment during the defense response phase;
- Understanding basic hazardous substance term
- Understand how to perform basic control, prevention and containment within the capabilities of resources and personal protective equipment;
- How to perform basic decontamination procedures
- Understanding of relevant standards and procedures
Hazardous Materials Technician - How to Implement Emergency Response Plan
- Identify, classify and identify substances using field survey tools and facilities
- Assigned roles in the incident command system
- Know how to choose and use special chemical personal protective equipment
- Understanding of hazard and risk assessment techniques
- Proactive control, prevention and isolation of available resources and personal protective equipment
- Understanding and implementing decontamination procedures
- Understanding of finishing procedures
- Understanding the properties of basic chemicals and toxic substances
Incident Commander - Know and implement accident systems and emergency response plans
- Identify and understand the risks exposed to incident responders
- Recognize how to implement local emergency response plan
- Knowledge of key emergency response plans and federal response teams
- Understanding the decontamination procedures and their importance

2-4. 국내‧외 화학사고 대응 훈련 사례 분석

국내‧외에서 화학사고 대응 훈련을 진행하는 대표적인 기관으로, 국내로는 화학물질안전원과 국외로는 미국 TEEX(Texas A&M Engineering Extension Service)가 있다.

화학물질안전원은 화학사고를 예방, 대응하는 환경부 소속 전문기관으로, 유역·지방 환경청, 합동방재센터를 지원하고 화학사고·테러 시 전문인력과 장비, 위험범위 예측평가, 과학적 대응 기술과 정보를 제공하기 위해 설립된 기관으로, 화학사고 전문교육과정을 운영하고 있다.

전문교육과정은 화학사고 예방과정, 대응과정, 수습과정, 화학테러 대응과정, 유해화학물질 전문가과정, 안전교육기관 역량강화과정, 현장수습조정관 양성과정, 화학안전관리단 및 합동방재센터 역량강화과정으로 구성되어 있으며, 화학사고 대응 모의훈련은 화학사고 대응과정의 실무교육과 전문방재 교육에서 진행하고 있다. 화학사고 대응 모의훈련 내용으로는 누출방재 실습(화학설비 누출방재 훈련)과 제독 실습 후 종합 모의훈련을 실시하고 있으며, 그림 1과 같이 현장지휘관, 통제관, 보급관, 현장대응팀(정찰, 누출봉쇄, 확산차단, Back-up), 제독팀, 의료지원팀으로 역할을 나누어 종합 모의훈련을 진행하고 있다.


Fig. 1. 
Incident command system of NICS in Comprehensive Simulation Training

TEEX는 미국 내 11개 대학과 7개의 주정부 기관으로 구성된 교육 시스템인 Texas A&M University System의 회원 기관으로 82개 국가와 미국의 비상상황 대응, 국토 안보, 기술 지원 등의 임무를 수행하는 인원에게 각종 교육 프로그램과 훈련을 제공한다. 이 기관에서는 유해물질, 화재, 구조, 안전, 환경, 전기, 기름 누출, 가스 사고, 산업재해 등 각 분야와 임무에 따른 교육과 훈련을 실시하고 있으며, 「NFPA 472 : Standard for Professional Competence of Responders to Hazardous Materials Incidents」를 기본지침으로 지정하여 교육‧훈련을 진행하고 있다[16]. 교육은 이론, 실습 및 온라인 과정을 통해 진행되며, 이론교육 후 2인 1조로 각 Skill별 훈련(드럼 누출봉쇄, 배관 누출봉쇄, 밸브 통제 등)을 진행하며, 이후 다음 그림 2와 같은 현장지휘체계(incident command system)를 바탕으로 현장지휘관(IC; incident commander), 현장대응팀(entry 및 back-up)과 제독팀(decontamination)으로 역할을 나누어 종합 모의훈련을 진행하고 있다.


Fig. 2. 
Comprehensive Simulation Training Incident Command System of TEEX

Ⅲ. 화학사고 대응 다중협업 훈련 콘텐츠 개발
3-1. 화학사고 대응 시나리오 개발

누출 사고 발생 시 대응단계는 크게 사고발생, 사고대응, 사고수습 단계로 구분되며, 단계별 절차는 다음 표 3과 같이 정리하였다. 사고 발생 시에는 사고 상황을 사업장 내부와 유관기관으로 보고·전파하고, 사고대응단계에서는 대응요원이 개인보호장비 착용 후 누출 정보 식별, 필요 시 비상(수동)운전, 누출봉쇄, 내·외부 확산차단 절차를 수행한다. 사고수습단계에서는 제독을 실시하고 대응활동에 사용된 방제물품 등을 회수하여 폐기물 보관 장소에 보관 후 위탁업체가 수거하여 처리한다.

Table 3. 
Response Procedures in Case of Leakage
Step Response Measures Contents
Accident occurring Situation occurring and Propagation Report and spread the accident to the workplace and related organizations
Accident Response Emergency measures Shutdown the process and check emergency facilities
Leak Information Identification Detection and measurement of accidental substances and identification of leak sources
Emergency (Manual) operation Manual operation in case of failure or difficulty
Leak containment
Leak Sealing If the leak is in the form of gas or vapor, or if the leak persists for a long time, the leak source is shut off directly
Internal and External Dispersion Blocking Prevents spilled chemicals from spreading inside or outside the place of business
Accident management Decontamination Eliminates contaminants on site response personnel, used equipment, and emergency patients
Residual Material Recovery Collect the used control materials, store them in a waste storage place, collect them at a consignment company, and dispose of them

이와 같은 내용을 바탕으로 표 4와 같이 각 대응절차에 따라 목표시간과 세부행동절차, 소요장비, 투입인원 등을 기입한 대응시나리오를 작성하였다.

Table 4. 
Example of Response Scenario
Step Response Measures Contents Remarks
Accident occurring Situation occurring and Propagation [Situation] Liquefied Chlorine Leak in Storage Container during Chlorine Filling at Liquefied Chlorine Filling Facility
• leak gas detection and alarm
• Emergency contact system		 [Leak place]
Liquefied Chlorine Filling Facility
Accident Response Emergency measures • Wear Personal Protective Equipment (PPE)
• Responding to incident sites
• Emergency shutdown operation
• Verify scrubber is working		 [Personnel]
Group of Two, 1 pair

[Required equipment] Chemical Protective Clothing
Level A
Leak Information Identification • Identify leak information
   Leak Substances
• Check for leaks: reservoir inlet valve		 -
Emergency (Manual) operation [Manual valve shut off]
• Chlorine supply (charge) piping valve lock		 ※ Perform next step after emergency (manual) operation failure
Leak Sealing • Block the damaged inlet valve using Device 12 and Y-cap of the Chlorine Response Kit. [Required equipment]
Chlorine Kit
Internal and External Dispersion Blocking • Residual Chlorine Absorption with Flexible Arm Hood [Required Equipment] Flexible Arm Hood
Accident management Decontamination • Physical and chemical decontamination [Required Equipment] Decontamination Equipment
Residual Material Recovery • Collect wastes after removing residual pollutants to consign treatment company ※ End of situation

3-2. 화학사고 대응 교육훈련 과정 설계

화학사고 시 대응에 참여하는 대응요원별 역할에 따라 요구되는 역량(수준)이 상이하므로 효과적인 교육훈련을 위하여 훈련대상자의 역량(수준)에 따라 기초‧초급‧중급‧고급과정으로 분류하였다. 각 교육과정별 요구 역량은 훈련대상자의 역할에 따라 수행하는 조치와 임무를 분석하여 다음과 같이 도출하였다.

(1) 기초과정- 기본적인 유해화학물질 식별 능력- 적절한 개인보호장비의 선택 및 착용 능력- 화학공정 및 설비에 대한 기본적인 이해- 화학사고 비상대응에 대한 기본적인 이해- 제독 절차의 이해 및 수행 능력

(2) 초급과정- 기본적인 유해화학물질 식별 능력- 적절한 개인보호장비의 선택 및 착용 능력- 화학설비에 대한 이해- 화학사고 비상대응에 대한 이해- 확산방지 및 격리 등 수행 방법에 대한 이해- 제독 절차의 이해 및 수행 능력

(3) 중급과정- 기본적인 유해화학물질 식별 능력- 적절한 개인보호장비의 선택 및 착용 능력- 기본적인 누출봉쇄 장비의 이해 및 사용 능력- 화학공정 및 설비에 대한 이해- 화학사고 비상대응 및 이행 절차에 대한 이해- 확산방지 및 격리 등 수행 방법에 대한 이해- 제독 절차의 이해 및 수행 능력

(4) 고급과정- 알려지지 않은 물질 분류 및 식별 능력- 유해화학물질 감식 및 탐지 장비에 대한 이해- 적절한 개인보호장비의 선택 및 착용 능력- 대응키트 등 높은 수준의 누출봉쇄 장비의 이해 및 사용 능력- 화학공정 및 설비에 대한 이해- 화학사고 비상대응 및 이행 절차에 대한 이해- 확산방지 및 격리 등 수행 방법에 대한 이해- 제독 절차의 이해 및 수행 능력

또한, 사고 시 대응단계 절차와 요구 역량에 맞춰 훈련대상자에게 부여할 훈련 기능과 기능별 수준을 표 5와 같이 도출하였으며, 이때 수준은 일반수준과 심화수준으로 분류하였다. 여기서 훈련기능은 대응단계 절차(procedure)에서 P와 알파벳 순서로 코드를 부여하였으며, 수준은 일반(general) 수준의 G, 심화(intensive) 수준의 I에서 코드를 부여하였다.

Table 5. 
Training Level by Training Function
Training Function Contents Level Code
PPE wear Training to wear personal protective equipment according to the instructions G PA-G
Emergency measures Emergency shutoff operation and emergency facility operation confirmation training G PB-G
Leak Identification Identify basic hazardous chemicals and identify leak points G PC-G
Identify unknown hazardous chemicals and identify leak points I PC-I
Valve shut off Valve of the front and the rear of leak source shut off G PD-G
Leak Sealing Usage training of basic leak sealing equipment G PE-G
Training how to use high level leak sealing equipment I PE-I
Dispersion Blocking Dispersion blocking training using appropriate control items G PF-G
Decontamination Decontamination training on personnel and equipment G PG-G

과정별 요구 역량에 따라 훈련기능을 부여하면, 기초과정의 경우에는 PPE(personal protective equipment) 착용, 비상조치, 누출정보 식별, 수동밸브 차단까지의 훈련기능에 대해 일반수준의 훈련이 가능하며, 초급과정의 경우에는 PPE 착용, 비상조치, 누출정보 식별, 수동밸브 차단, 확산차단, 제독의 훈련기능에 대해 일반수준의 훈련이 가능하다. 중급 및 고급과정은 PPE 착용부터 누출봉쇄를 포함한 제독까지의 훈련이 가능하며, 중급과정의 경우에는 누출정보식별과 누출봉쇄 훈련에 대하여 일반수준, 고급과정의 경우에는 심화수준에 대한 훈련이 진행된다.

3-3. 화학사고 대응 다중협업 훈련 콘텐츠 설계
1) 훈련자 역할 구성 도출

앞서 분석한 화학사고 시 대응체계와 같이 실제 사고 발생 시에는 각 기관별로 역할을 구분하여 사고에 대응하고 있으며, 화학물질안전원, TEEX 등에서 실시하는 화학사고 대응 종합모의훈련 또한 현장지휘관, 통제관(safety officer), 보급관(resources), 현장대응팀(recon/entry), 제독팀 등으로 역할을 나누어 훈련을 진행한다. 효과적인 교육훈련을 위하여 실제 사고대응체계와 같이 훈련대상자에 따라 역할을 구분하여 다중협업으로 사고에 대응하는 훈련으로 진행할 필요가 있으며, 이에 다른 대응요원과 직접적인 커뮤니케이션이 있는 현장지휘관과 현장대응/백업팀, 제독팀을 훈련대상 역할로 선정하였으고, 현장대응팀의 경우, 수준에 따라 초기대응팀과 전문대응팀으로 분류하였다.

또한, 각 과정별 수행하는 훈련단계의 차이가 있기 때문에 과정별로 훈련인원 및 역할의 차이를 두었다. 기초과정의 경우에는 개인보호장비 착용, 비상조치, 누출정보 식별, 수동밸브 차단까지의 훈련기능만 수행하므로 다중협업 훈련이 아닌 1인 훈련으로 설계하였으며, 다중협업 훈련 전 가상공간을 이해하고 VR(virtual reality) 장비 등의 사용법을 익히는 등의 튜토리얼 형식으로 진행하고자 한다. 초급과정의 경우에는 현장지휘관 1인 및 현장대응팀 2인 1조로 3인의 다중협업 훈련을 수행하는 것으로 구성하였으며, 중급과정과 고급과정에서는 현장지휘관 1인 및 현장대응팀(초기대응(중급)/전문대응(고급)) 2인 1조, 현장대응팀(전문대응/백업) 2인 1조로 5인의 다중협업 훈련을 진행하는 것으로 시나리오를 구성하였다. 초급 및 중급‧고급과정에서의 제독은 NPC(non-player character)가 가상으로 훈련자에게 제독을 실시하는 하도록 하였다.

2) 다중협업 훈련자 역할별 훈련기능

교육과정별 훈련인원 및 역할 구분에 따라 훈련기능을 분류하면 다음 표 6과 같다. 현장지휘관은 대응요원에게 적합한 임무를 부여하는 등의 훈련을 총괄하는 역할이며, 현장대응(초기대응)팀은 방어대응 단계 수준의 대응자로, 개인보호장비 착용, 비상조치, 수동밸브 차단, 제독 수행의 훈련기능을 부여하였다. 현장대응(전문대응)팀은 전문대응 단계 수준의 대응자로, 개인보호장비 착용, 누출봉쇄, 내‧외부 확산차단, 제독수행의 훈련기능을 부여하였다. 여기서 제독팀은 NPC로, 현장지휘관 및 현장대응팀이 대응활동을 수행 후 제독을 실시하는 역할로 구성하였다. 또한, 현장지휘관(incident commander)은 IC, 현장대응(entry)팀은 EN, 중급과정의 현장대응(초기대응)팀 및 고급과정의 현장대응(전문대응)팀은 EN-A, 중급‧고급과정의 현장대응(전문대응/백업)팀은 EN-B, 제독(decontamination) DE로 코드를 분류하여 체계적으로 코드화 하였다.

Table 6. 
Training Function by Role of Trainee by Course
Training Course Role PPE wear Emergency measures Leak Identification Valve shut off Leak Sealing Dispersion Blocking Decontamination
basic EN PA-G PB-G PC-G PD-G
Beginning IC PA-G PB-G PC-G PD-G PF-G
EN PA-G PB-G PC-G PD-G PF-G PG-G
Intermediate IC PA-G PB-G PC-G PD-G PE-G PF-G
EN-A PA-G PB-G PC-G PD-G PG-G
EN-B PA-G PE-G PF-G PG-G
Advanced IC PA-G PB-G PC-G/I PD-G PE-I PF-G
EN-A PA-G PB-G PC-G/I PD-G PE-I PG-G
EN-B PA-G PD-G PE-I PF-G PG-G

3) 다중협업 훈련 시나리오 및 스토리보드 개발

대응시나리오를 기반으로 훈련단계별‧훈련자 역할별 세부행동절차를 작성한 훈련 콘텐츠 시나리오를 작성하였으며, 그림 3과 같이 훈련과정, 인원, 효과를 기재하였으며, 훈련 상세 내용으로는 훈련 상황, 안내음성‧지시, 행동절차 등을 작성하였다. 또한, 각 상황별 가상환경 배경과 기타 연출 내용을 작성하여 콘텐츠 시나리오를 개발하였다.


Fig. 3. 
Multi-Collaboration Training Scenario

또한, 협동 훈련을 기반으로 전체적인 스토리가 진행되기 때문에 다중 훈련자들의 동시다발적 인터랙션을 통해 대응훈련 절차가 순차적으로 진행되며, 기초과정을 제외한 초급‧중급‧고급과정에서는 현장지휘관의 음성채팅 통신으로 상호작용방식의 지시 및 보고로서 원활한 대응과정이 진행된다. 이러한 가상현실 기술을 적용한 훈련 시 필요한 인터랙션 등을 기재한 스토리보드를 작성하였으며, 표 7과 같이 훈련단계별 훈련자들의 위치와 상태, 설명 등을 추가로 기재하였다.

Table 7. 
Storyboard by Training Stage (Emergency Operation and Leak Sealing)
Accident response step: emergency (manual) operation and leak sealing
Role Contents
IC Location Away from the leak
Condition [Instructions] Team A Manual Operation Prepare and conduct team B containment
Explanation Accident check and on-site control room
VR Interaction Connect with our response team via voice chat
Concept image
Role Contents
EN-A Location Chlorine supply (filling) valve position
Condition Manual valve shut off
Explanation 1 person shuts off the valve
VR Interaction Manual Valve shut off
Concept image
Role Contents
EN-B Location Located at the leak point
Condition Equipment selection in cabinet
Explanation - Use tools to contain leaks
- Choosing a containment tool to block leaks in a team of two
VR Interaction Usage of Leak Sealing Equipment
Concept image

4) 훈련단계별 평가 체계 개발 및 구현

다중협업 훈련 콘텐츠를 적용한 가상현실 사고대응 훈련 시 훈련 대상자를 객관적으로 평가하기 위하여 각 훈련단계별 평가 항목 및 기준 지표를 설계하였다.

PPE 착용 단계의 경우, 적절한 화학보호복 및 호흡보호구를 선택하였는 지와 적합한 순서에 맞게 개인보호장비를 착용하였는지에 대한 항목으로 구성하였으며, 비상조치 단계는 비상가동중지와 비상설비를 가동하였는지에 대한 항목으로 구성하였다. 누출정보 식별 단계는 사고 발생 설비를 인지하였는지 와 누출지점을 현장지휘관에게 보고하였는지에 대한 평가가 이루어지며, 수동밸브 차단 단계의 경우에는 밸브 차단 순서를 인지하고 있는지와 밸브 잠금 방법을 인지하고 있는지에 대한 평가항목으로 구성하였다. 누출봉쇄 단계의 경우에는 적절한 누출봉쇄장비를 선택하고 장비 사용법을 인지하고 있는지, 사고 설비(장치)에 장비를 설치하고 누출이 완전히 차단되었는지 확인여부와 현장지휘관에게 결과보고를 하였는지에 대한 평가가 이루어지며, 확산차단 단계의 경우에는 적절한 방제물자를 선택하고 사용법을 인지하고 있는지, 확산이 완전히 차단되었는지 확인여부와 현장지휘관에게 결과를 보고하였는지에 대한 평가가 이루어진다. 마지막으로 제독 단계의 경우에는 현장대응활동 후 오염 장비의 수거가 이뤄졌는지 와 적절한 제독을 수행하였는지에 대한 평가항목으로 구성하였다.

이러한 훈련평가는 그림 4와 같이 VR 상으로 구현하였으며, 대응절차를 백분율로 표시하여 훈련과정이 미흡하거나 시간이 지체되었던 부분을 훈련 보강 영역으로 표시하여 피드백할 수 있도록 구성하였다. 이 외에 평가 창에 점수 부여 체계에 따른 훈련자의 점수 및 등급 등을 표시하여 원활한 피드백 및 판정이 이루어질 수 있도록 하였다.


Fig. 4. 
Evaluation Program UI with Training Evaluation System

5) 가상현실 다중협업 훈련 콘텐츠 구현

앞서 전술한 바와 같이 개발한 화학사고 다중협업 훈련 콘텐츠를 가상현실 기술을 적용하여 구현하였다. 훈련자는 가상현실 시스템을 통해 화학사고 환경이나 작업환경을 더욱 현실감 있게 느낄 수 있으며 또한, 훈련자 모션 인식을 통해 훈련자의 시선 방향, 손, 등 움직임이 실시간으로 가상환경 프로그램 내에 그대로 반영되어 설비나 도구, 밸브 조작 등을 실제 상황처럼 조작하여 학습할 수 있도록 설계하였다. 대응활동이 완료된 이후에는 훈련자의 훈련 평가가 이루어지는 피드백으로 구성하였으며, 이러한 훈련 콘텐츠를 적용한 가상환경 훈련 프로그램은 화학사고 대응기관 뿐만 아니라 소방, 화생방 훈련 등에도 활용될 수 있다.

Ⅳ. 결론

본 연구는 화학사고 훈련에 활용할 수 있는 가상현실 기반 화학사고 대응 다중협업 훈련 콘텐츠를 개발하는 데 그 목적이 있다.

이를 위하여 화학사고 발생 시 대응체계와 사고대응에 참여하는 기관 및 대응요원의 역할을 분석하였으며, 국내‧외 주요 화학사고 대응 훈련 사례를 조사하였다. 그 결과, 훈련자 역할을 현장지휘관, 현장대응의 초기대응팀, 전문대응팀, 백업팀, 제독팀으로 도출하였으며, 각 과정별 훈련기능에 맞춰 훈련인원 및 역할 구성을 설계하였다. 또한, 화학사고 대응단계 및 세부행동절차가 포함된 대응시나리오를 개발하고 이를 바탕으로 다중협업 시나리오와 가상현실 콘텐츠 적용을 위한 스토리보드를 작성하였다. 이후 훈련 종료 후 훈련 대상자를 객관적으로 평가할 수 있도록 각 훈련단계별 평가 항목과 기준 지표를 제시하였다.

이와 같이 개발된 훈련 콘텐츠를 바탕으로 가상현실 기반 훈련프로그램을 운영하면 화학사고 대응요원의 역량 강화와 협업 능력 향상에 상당 부분 기여할 것으로 판단되며, 실제 화학사고 역시, 신속하고 정확한 대응으로 피해를 최소화할 수 있을 것이라 기대된다.

Acknowledgments

본 연구는 환경부의 재원으로 화학물질안전원과 한국환경산업기술원의 화학사고대응환경기술개발사업의 지원을 받아 연구되었습니다. (2018001950001)

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저자소개

안수빈(Su-Bin An)

2017년 : 전남대학교 화학공학부 (공학사)

2017년～현 재 : 전남대학교 화학공학과 석사과정

2018년～현 재: 전남대학교 화학공정안전센터 연구원

※관심분야： 화학사고 대응, 가상현실 훈련, 훈련 콘텐츠 등

임경민(Kyung-Min Lim)

2018년 : 전남대학교 화학공학부 (공학사)

2018년～현 재 : 전남대학교 화학공학과 석사과정

2018년～현 재: 전남대학교 화학공정안전센터 연구원

※관심분야： 화학사고 대응, 훈련 콘텐츠 등

고하은(Ha-Eun Go)

2018년 : 전남대학교 화학공학부 (공학사)

2018년～현 재 : 전남대학교 화학공학과 석사과정

2018년～현 재: 전남대학교 화학공정안전센터 연구원

※관심분야： 화학사고 대응, 가상현실 훈련 등

정가영(Ga-Young Jung)

2019년 : 전남대학교 화학공학부 (공학사)

2019년～현 재 : 전남대학교 화학공학과 석사과정

※관심분야： 화학사고 대응, 가상현실 훈련 등

마병철(Byung-Chol Ma)

1999년 : 전남대학교 물질화학공학과 (공학사)

2004년 : 서울대학교 응용화학공학부 (공학석사)

2013년 : 전남대학교 화학공학과 (공학박사)

2017년～현 재: 전남대학교 화학공학부 교수

※관심분야： 화학사고 대응, 가상현실 훈련, 훈련 콘텐츠 등

 
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