정량적 위험성 평가를 기반으로 하는 안전의사결정 모델 개발

김형석, 이영순

서울산업대학원 안전공학과, 서울산업대학교 안전공학과

A Study on the Development of Safety Decision Making Model Based on Quantitative Risk Assessment

Hyong-Shuk Kim, Young-Soon Lee

Dept. of Safety Eng., Seoul National University of Technology

1. 서론

1.1 연구의 필요성 및 목적

국내에 적용하려는 정량적 위험성 평가는 크게 확률론적 위험분석과 사고결과론적 영향분석방법으로 나눌 수 있다. 그러나 이들 정량적 위험성 평가는 상당히 많은 노력과 기술, 자원 등이 들어가는 작업이다. 또한 정량적 위험성 평가를 실시한 결과를 직접 경영활동에 활용하는 방법이 아직 미흡하다.

기업활동에 있어서 기업의 경영전략과 다른 안전전략은 채택되기 어려우며 이를 곧바로 경영활동에 적용시킬 수 없다. 특히 정량적 위험성 평가를 통해 사고가 일어날 확률이 124년/번, 12명 사상자/번이라는 사고확률과 사고결과가 있다고 하더라도 본질적으로 정량적 위험성 평가의 결과는 불확실성을 내포하고 있기 때문에 정량적 위험성 평가를 통하여 기업경영활동에 위배되지 않으면서도 가장 효과적인 대안을 제시하여 적절한 안전조치를 할 수 있는 방안을 제시할 필요가 있다.

안전에 있어서 의사결정은 복수의 기준이 존재하기 때문에 위험, 비용, 생산성 등 여러 기준을 고려하여 선택하게 된다. 이러한 의사결정의 최대 과제는 상충하는 기준들간의 절충이다. 즉, 위험을 최소로 하면서 비용, 안전, 생산성에서 가장 좋은 대안을 추구하는 것이 이상적이다. 이러한 다기준이 존재하는 의사결정의 문제는 광범위할 뿐만 아니라 복잡하기 때문에 다기준 의사결정문제에서 최적의 의사결정을 내리기 위해서는 여러 가지 분석이 이루어져야 한다.

본 연구에서는 정량적 위험성 평가 분석을 통하여 이를 기준으로 여러 대안을 제시하여 각 대안에 대해 최적의 의사결정을 하는 과정 및 방법을 연구하였다.

1.2 안전의사결정에 관련된 문제

공장을 경영하면서 여러 가지 문제에 직면하게 된다. 그 중 안전과 관련한 중요한 문제를 열거하면 다음과 같다. 첫째, 위험성 평가시기로 □정량적 위험성 평가를 언제 수행해야 하는가□ 하는 문제가 대두된다.  둘째, 사고발생 가능성의 문제로 □어디서 무엇이 잘못될 수 있으며, 사고의 발생가능성은 얼마나 되는가□ 하는 것과 셋째, 사고결과에 미치는 영향의 문제로 □허용할 수 있는 피해규모는 얼마나 되며, 피해가 발생 가능하다면 우리가 부담해야 할 비용은 얼마나 되는가□ 하는 것이다. 그리고 마지막으로 관리적인 문제로 □위험한 기기는 전체 중 얼마나 되며, 인력 및 자원을 어떤 곳에 집중적으로 투자되어야 하고, 공정내 존재하는 모든 위험을 줄이기 위해 플랜트와 운전설비들에 대해 어떻게 자원을 분배해야 하는가□ 또한 □공정내 존재하는 위험을 줄이기 위해 어떤 조치를 취해야 하는가□, □공정내 존재하는 위험을 줄이기 위해 많은 대안들 중 어떤 것을 선택해야 하며 이들 위험 설비에 개선이 필요하다면 사용하는 방법이 가장 최적의 방법은 무엇인가□ 등의 여러 가지 의사결정에 관련된 문제가 있을 수 있다.

1.3 정량적 위험성 평가를 기반으로 하는 안전의사결정 모델

이들 안전의사결정과 관련된 문제를 해결하기 위하여 무엇보다도 먼저 정량적 위험성 평가를 실시하여야 한다. 정량적 위험성 평가를 통하여 우리가 얻을 수 있는 가장 좋은 대안 선택은 위험을 줄이는데 얼마만큼의 이익과 효과를 얻을 수 있는가 하는 것이다.

그러나 모든 위험들에 대하여 각종 정량적, 정성적 기법을 동원하여 분석한다는 것은 많은 시간과 자원의 낭비가 있기 때문에 최종적으로 선택될 가능성이 없는 대안은 미리 선별해 내는 것이 효과적이다. 따라서 일차적으로 채택될 가능성이 없거나 희박한 대안들을 선별해서 제거하고 나머지 대안들에 대해서 밀도 있는 분석을 함으로써 최적결정을 용이하게 내릴 수 있다.

정량적 위험성 평가의 기반을 둔 안전의사결정모델은 크게 3가지 영역으로 나타낼 수 있는데 첫째, 위험확인 둘째, 정량적 위험성 평가 셋째, 여러 행동 혹은 조치사항에 대한 안전의사결정으로 구성되어있다.

대안을 수립하는데 있어서 위험수준을 고려한 각각의 대안이 제시될 수 있는데 각 대안은 위험확인 단계에서의 대안창출, 확률론적 위험성 평가에서의 대안창출,  사고결과 평가에 의한 대안창출, 본질적 안전을 기반으로 하는 대안창출 단계로 나눌 수 있으며 아래 계층으로 갈수록 본질적으로 안전한 대안이 창출될 수 있다.

그러나 그림 1에서와 같이 위험수준이 높은 대안을 수립하였을 때에는 그만큼 위험을 감소시키는 데 비용이 커진다. 또한 감소시킬 위험은 더 이상 위험수준이 감소되지 않는 체감점이 발생한다. 따라서 위험의 허용수준까지 감소시키는 것이 바람직하고, 위험의 허용수준 범위내에 존재하는 여러 대안은 cost-benefit 분석을 통하여 선별할 수 있다.

2. 정량적 위험성 평가시기에 대한 안전의사결정

정량적 위험성 평가를 수행함에 있어서 이미 앞에서 언급한 바와 같이 상당히 많은 노력과 자원이 투입된다. 현재 정량적 위험성 평가는 법적인 의무사항이 아니기 때문에 강제성이 없는 자율적으로 시행하여야 한다. 정량적 위험성 평가를 실시하기 위하여 객관적이고 논리적인 의사결정체계가 필요하다. 현실적으로 어떤 회사는 정량적 위험성 평가를 해야하는지에 대한 구체적인 기준이 없다.

따라서 의사결정자의 각 요소간의 특성을 비교 분석하여 상대적인 중요도를 구하는 방법이 제시될 수 있다. 이것을 가장 잘 표현할 수 있는 기법이 계층분석과정(Analytic Hierarchy Process : AHP)인데 AHP는 정성적인 요소와 정량적인 요소를 포함하는 대부분의 다요소 의사결정 문제에 많이 응용되고 있다.

공정의 정량적 위험성 평가를 실행해야하는지에 대한 선택요소를 다음과 같이 8가지로 구분하여 대안 A, B, C에 대한 의사결정을 실시하였다.

<그림 1> 위험수준과 위험감소비용의 곡선

3. EPS(Expandable Poly Styrene) 중합공정의 안전의사결정 적용

EPS 중합공정은 회분식 반응공정(batch reaction process)으로서 위험성 평가를 실시한 결과 중대 사고를 일으킬 수 있는 대표적인 요인은 반응폭주에 의한 반응기 폭발 및 독성물질의 누출사고이다. 이들 중대 사고를 일으킬 수 있는 사고시나리오를 작성하여 정량적 위험성 평가를 실시한 결과는 표 1과 같다.

또한 리스크 선정결과 및 각 대안의 cost-benefit 분석 결과는 표 2에 나타내었다. 결과 대안 A1에 대해 사고를 완화시키기 위해서 선택한 개선사항을 적용할 수 있었다.

<표 1> 각 시나리오에 따른 사고결과영향

시나리오	정량적 위험성 평가 결과
	Major accident	Frequency	사상자 수 (명)	재산손실액 (설비+수리비) (천만원)	조업중단일수 (일)	최대 영향거리 (m)	사고결과 설비에 미치는 중요도	인근주민의 피해정도	Rs
시나리오 1 시나리오 2 시나리오 3 시나리오 4	EXPLOSION RELEASE EXPLOSION FIRE	9.2×10-5/yr 8.2×10-4/yr, 4.5×10-6/yr 1.8×10-7/yr	8 20 8 3	100 2 100 80	730 30 300 180	70 2000 55 100	9 1 9 3	5 9 5 7	4.00 3.25 2.43 1.34

표 2. 최종대안에 대한 결과 값

최종대안 가 치	A1[｀/yr]	A2[｀/yr]	A3[｀/yr]
B(X) : 인적사고 재산손실 생산중단 Q(Y) : cost	5.86×104 9.05×104 6.59×105 1.27×103	8.65×104 1.23×105 7.69×105 8.24×105	3.32×104 7.23×104 1.89×105 6.26×104
최종값	8.06×105	1.55×105	2.32×105

4. 결 론

EPS(Expendable Poly Styrene) 중합공정을 연구대상으로 정량적 위험성 평가를 기반으로 하는 안전의사결정 모델을 제시하였다. 특히 정량적 위험성 평가를 실시하기에 앞서 대안 A, B, C로 구분하여 정량적 위험성 평가의 실시 여부를 결정하였다.

또한 HAZOP 분석으로부터 확인된 위험으로부터 사고 시나리오를 작성하였고, 리스크를 구하여 많은 대안들 중 시나리오 선택방법을 제시하여 효과적인 대안선택 및 대안 추출방법을 제시하였다. 채택된 시나리오는 사고확률을 기반으로 하는 대안과 사고결과 영향을 기반으로 하는 대안을 리스크 수준(risk level)과 비용수준(cost level)을 결정하여 최종대안에 대한 cost-benefit 분석을 실시하여 최적의 의사결정을 구할 수 있는 방안을 제시하였다.

5. 참고문헌

1. □SuperChemsTM Professional User Guide Version 3.1", Arthur D. Little, Inc. Cambridge, Massachuestts 02149., 1997.

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3. Shannaon, C. E. & W. Weaver(1947), "The Mathematical Theory of Communication", The Univ. of Illinois Press.

4. 원자력연구소, □Accident Sequence Quantification with KIRAP", KAERI/TR-848, 1997.

5. 정민근·정재희, □인간공학 및 시스템안전□, 한국산업안전공단, 1994.

6. 이영순 외 4인 , □화공안전공학□, 대명사, 1994.

7. 이영순 외, □PBL 공정의 정량적 위험성 평가□, 용역연구보고서, 안전과학연구소, 1997.

8. 이영순 외, □화학설비의 위험성 평가 기법 개발□, 노동부, 1993.

9. 김성희 외3, □의사결정분석 및 응용□, 영지문화사, 1997.

10. Shannaon, C. E. & W. Weaver(1947), "The Mathematical Theory of Communication", The Univ. of Illinois Press.