2014년부터 2018년까지의 화학사고 발생건수를 살펴보면 5년간 총 449건의 화학사고가 발생되었다⁽¹⁾. 세부분류로 보면 누출사고 343건, 화재 26건, 폭발 40건, 기타 40건으로 기타의 경우 실험실 사고 등을 의미한다. 여기서 지표에 산 입되지 않은 사고건수를 포함하면 더 많은 화학사고가 발생한다고 봐도 무방하다. 대표적인 화학누출 사고인 구미 불산 사고는 막대한 인명피해 및 재산피해를 발생시켰으며, 이로 인한 현장대응에 관한 전문적인 교육 및 훈련시스템에 대한 요구가 제기되었다⁽²⁾. 불산 가스의 누출 시 대처요령에서 요구하는 보호장비는 내화학성 보호의, 내화학성 장갑, 공기호흡기(전면형)를 요구한다⁽³⁾. 이러한 조건들을 만족하는 장비는 Level A(국내 산업안전보건법 분류 기준 1a 형식)의 화학보호복이며, KFI 인정기준에 적합한 화학보호복을 사용하여야 한다. 실제 화학사고 및 화학테러 현장에 초동조치 대원으로 임무를 수행하는 현장대응요원은 소방대원으로 사고 현장에서 사용되는 화학보호복은 가장 필수적인 장비이다. 이러한 화학보호복은 화재, 폭발, 충격, 긁힘 등의 외부적인 요인에 버텨야 하고, 이로 인한 내구성 및 안전성을 확보하기 위해 사용된 3중 구조(고무층/아라미드층/내화학층)의 다층구조로 되어있다. 이러한 재질적 구조에 의한 무게증가와 전신을 감싸고 있는 구조적인 문제로 활동성이 저하된다. 이에 따라 주기적인 훈련을 통하여 적응성 향상 및 신체적 부담을 저감하여야 하지만 훈련장비 부족 및 근무자의 시간 분배에 있어서 어려움이 발생되고 체계적인 훈련절차에 많은 고충을 격고 있기 때문에 소방용 화학보호복을 착용한 훈련이 이루어지지 못하고 있다. 또한 실제 소방대원들은 중앙119구조본부에서 화학사고 및 화학테러 대응훈련으로 장비활용법 등의 훈련을 수행하며, 각 시도별 위탁교육을 통한 연 1회 정도의 훈련을 받고 있어 화학테러 및 사고에 의한 일선 소방서 구조대원의 소방용 화학보호복 적응성을 향상시키기엔 턱없이 부족한 실정이다. 이러한 화학사고 및 화학테러에 의한 복합적인 재난 상황 중 실제 화학보호복에 익숙하지 않은 대원들이 착용 후 소방활동 진행 시 쉽게 탈진, 지치는 현상이 발생 되고, 화학보호복 특성상 공기호흡기를 착용한 후 화학보호복을 착용하게 되는데, 공기호흡기의 경우 제한된 산소량으로 인하여 실제 호흡수가 미착용 상태에 비해 제한되며, 이로 인한 심박수 및 신체온도, 신체 부담이 가중되는 문제들이 발생 된다. 이는 곧 과로로 이어지게 되며, 미숙달된 대원의 경우 이러한 경향들이 더욱 두드러지게 된다. 이러한 호흡을 조절할 수 있는 훈련이 필요하고, 연차별 주기적인 훈련이 더욱 많이 이루어지고 다각적인 평가방안을 가져야 화학보호복 착용상태에서의 활동성 향상과 안전성을 확보할 수 있을 것이다.

기존연구는^(4,5) 화학보호복의 활동성 및 적응성 향상을 위해 고강도의 훈련에 초점을 맞춰 프로토콜을 설계하였고 화학사고 대응에 대한 다중이용시설과 같은 건축물 내에서의 화학물질 노출 시나리오 설계를 통한 훈련 프로토콜을 설계하였다. 하지만 화학사고 및 화학테러 발생 시 폭발 및 화재에 대한 2차 피해를 고려한 현장상황을 적용하지 않았으며, 반복 훈련을 통한 소방용 화학보호복의 적응성 향상 여부의 실증 테스트가 이루어지지 않았다. 이에 따라 프로토콜을 설계의 실효성을 검증하여 훈련이 증가될수록 구조대원의 신체적 변화 및 활동성 증대의 유ㆍ무를 정량적으로 평가가 필요할 것으로 판단된다.

따라서 본 논문은 화학사고ㆍ테러에 기인한 시나리오 설계 및 반복 훈련을 통한 구조대원의 활동성 분석과 훈련방안에 관한 연구로 실제 화학사고 및 화학테러 현장에서 업무를 수행하는 119구조대원을 대상으로 5회의 훈련을 진행, 심박수 및 호흡수 등의 신체변화를 분석하고 추가적인 최대허용활동시간을 도출하여 반복훈련을 통한 활동량의 증대를 정량적 수치화를 통해 소방대원의 효율적인 훈련 방안을 제시하고 또한 향후 대처능력을 향상시킬 수 있는 테스트 베드의 기초데이터로 활용하고자 한다.

우정사업본부 집배원의 “노동강도와 신체부하량 측정 연구” 에서는 심장박동수(이하; 심박수) 이용하여 신체부하량을 평가하는 연구를 진행하였다⁽⁶⁾. 신체활동을 위해서는 산소가 필요하게 되며, 고도의 활동이나 신체적 활동이 많아질 경우 산소를 공급하기 위해 심장은 더욱 빠르게 뛰어야 하기 때문에, 이로 인하여 심장박동은 증가하게 된다. 심박수의 경우 신체활동의 강도와 신체부하량을 반영하는 지표로 활용되고 있다.

119구조대원의 신체조건은 대원마다 다르며, 같은 소방활동을 하더라도 대원마다 분당 심박수가 150회 이상 되기도 하고 분당 170회가되기도 한다. 따라서 신체조건을 반영하여 신체부하량을 평가하기 위해서는 상대심박수(Relative heart rate, RHR)를 사용하며, 상대심박수를 산출하는 공식은 식(1)과 같다.

여기서, HRwork은 활동 중의 평균심박수[bpm]를 의미하며, HRmax는 최대심박수 [bpm], HRrest는 안정시 심박수를 의미하며, 이러한 상대심박수를 통하여 최대허용활동시간(이하; 허용활동시간)을 산출할 수 있다.

허용활동시간이란 상대심박수를 기준으로 지속적으로 신체활동을 진행할 경우 허용할 수 있는 최대의 신체적 활동 시간을 뜻하는 것으로 허용활동시간을 초과하여 활동한다면 육체적 피로가 축적되는 과로에 해당되게 된다. Table 1은 상대심박수와 허용활동시간을 나타낸 표로 상대심박수가 82.0~100%의 경우 허용활동시간은 0.5 h로 해당되고 가장 높은 강도의 신체적 활동으로 Level 5로 분류하였다. 상대심박수 68.0~81.9%일 경우 허용활동시간은 1 h, Level 4로 분류, 상대심박수 53.5~67.9%의 경우 허용활동시간은 2 h, Level 3으로 분류, 상대심박수 39.0~53.4%의 경우 허용활동시간은 4 h, Level 2로 분류, 상대심박수 30.5~38.9%의 경우 허용활동시간은 6 h, Level 1로 가장 낮은 단계를 적용하였다. 이를 통하여 화학사고 및 테러를 가정한 모의 훈련 시나리오를 진행 시 소방대원에게 훈련을 통한 신체적 부하량을 측정하고, 반복훈련을 통해 신체적 부하량의 변화 및 구조대원의 활동성을 분석하는 지표로 활용하고자 한다.

Table 2는 건축물 내부 화학사고를 가정한 모의 훈련 시나리오의 설계안을 나타낸 것으로 화학사고 및 화학테러 현장에 일선으로 투입되는 구조대원의 대응능력 향상 및 신체적 부하 저감의 평가를 위하여 소방용 화학보호복(이하; 소방화학복) 및 공기호흡기 착용상태에서 2인 1조로 진행하는 총 12단계의 훈련 시나리오다. 해당 시나리오는 기존연구^(4,5)를 통해 도출된 고강도의 훈련을 적용하였고, 화학사고 및 테러에 의한 건축물 붕괴 또는 화재에 의한 현장의 복잡성을 적용하여 시나리오 중 장애물을 루트별 설치를 통해 구조대원의 대응능력을 극대화 하였고, 심리적 불안감을 고조시키기 위해 화재현장 및 화재 시 발생되는 불안요소인 백색소음을 B 수색지형에 스피커를 이용하여 발생 하였다. 또한 모든 훈련은 2인1조로 해결할 수 있도록 설정하였으며, 훈련 시간은 구조대원의 안전 및 기존연구에 따라 총 25 min으로 설정하였다^(4,5).

1단계 훈련은 일반 성인남성의 평균 체중인 약 70 kg의 요구조자(마네킹)를 바스켓들것을 사용하여 안전지대로 구출하는 훈련으로 설정하였다. 이와 같이 요구조자를 들것을 이용하여 구출하는 훈련을 설정한 이유는 소방 표준작전절차 및 행동요령에선 소방활동 중 1차적인 주된 임무가 인명구조인 것을 적용 하여 설정하였다. 2단계 훈련은 A 수색 지형에 있는 사고거점 지역의 누출 휠 밸브 잠금 및 파이프 플랜지 구멍에 플랜지 볼트(8개)완전히 체결하기로 설정하였다. 구조대원의 경우 인명구조를 완료할 경우 사고 대응 및 유독가스 확산방지를 위하여 대응조치를 취하여야 하기 때문에 누출지점으로 즉시 이동 후 누출방지작업을 진행하도록 하였고, 2인 1조로 스패너(총 2개)를 이용하여 플랜지 볼트(8개)를 완전히 체결 하도록 진행 하였다. 3단계 4단계 훈련은 B 수색지형 돌입 후 장애물을 돌파하는 것으로 건축물에 설치되어 있는 방화문을 장애물로 가정하여 해머로 5회 타공 후 진입하는 것으로 설정하였다. 장애물의 경우 화학사고 및 화학테러 발생 시 폭발에 의한 건축물 붕괴 또는 화재에 의한 사고현장의 복잡성을 적용하여 설정하였다. 5단계 훈련은 건축물 붕괴에 의한 장애물 제거 작업으로 책상(16.5 kg) 8개를 2층으로 쌓아 올려 구조대원의 진로를 막아 장애물을 2인 1조로 책상 8개 모두 진로상 제거하는 것으로 설정하였다. 6단계 훈련은 3~4단계와 동일한 방화문을 장애물로 가정하여 해머로 5회 타공 후 진입하는 것으로 설정 하였다. 7~8단계 훈련은 대형 장애물로 인한 사다리를 전개하여 진입 및 통과하는 것으로 설정하였고, 이는 ASTM F1154-11의 규정⁽⁷⁾을 참고하여, 2.7 m 이상의 사다리를 이용하여 장애물 진입 및 통과하는 방안으로 설정하 였다. 9단계 훈련은 B 수색지형에 있는 사고거점 지역의 누출 휠 밸브 잠금 및 누출 배관의 테이핑 마감 작업으로 설정하였다. 또한 2단계와 9단계 훈련은 ASTM F1154-11 규정 및 구미 불산누출사고 등과 같이 유해가스사고 현장의 경우 손상 밸브의 누출 및 틈새 등에서 누출되는 유해가스를 확산방지를 위하여 대응조치를 취하기 때문에 2단계와 9단계의 경우 소방화학복을 이용한 작업 수행 시 세밀한 손작업과 집중력이 필요하기 때문에 고도의 집중력 및 숙련도 향상을 위하여 설정하였다. 10~11단계는 7~8단계와 같이 모든 작업을 수행 후 안전지대로 복귀를 위해 대형 장애물에 사다리를 전개진입 및 통과하는 것으로 설정하였다. 12단계는 현장지휘소 및 안전지대로 복귀하는 것으로 복귀 후 모의 훈련 시나리오가 종료되도록 하였다.

화학사고ㆍ테러를 가정한 훈련 시나리오 설계 및 반복훈련을 통한 구조대원의 활동성 분석 연구에서 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1. 반복훈련을 통한 구조대원의 활동성 분석을 위하여 기존연구를 통해 도출된 고강도의 훈련을 적용하였고, 화학사고 및 테러에 현장의 복잡성을 적용하여 12단계의 훈련 시나리오를 2인 1조로 해결할 수 있도록 설정하였다.

2. 훈련 시나리오를 통한 구조대원의 활동성 측정결과 반복 훈련에 따른 구조대원의 최대심박수가 가장 큰 폭으로 하락한 2단계의 경우 N1의 163 bpm에서 153 bpm으로, N2의 186 bpm에서 151 bpm으로, N3의 168 bpm에서 162 bpm으로, N4의 166 bpm에서 152 bpm으로 감소되어 나타났다. 같은 구간에서 허용활동시간의 강도 Level 또한 N1의 경우 Level 5에서 Level 3로, N2의 경우 Level 5에서 Level 3로, N3의 경우 Level 4를 유지하였고, N4의 경우 Level 4에서 Level 3로 나타나 반복훈련에 의한 활동성의 증대를 확인할 수 있었다. 또한 모든 대원 중 가장 큰 폭으로 강도가 하락한 N2대원의 경우 2,3회 측정 시 Level 5의 강도는 50%, Level 4의 강도는 41.7%, Level 3의 강도는 8.3%로 분포되었고, 4.5회 측정 시 기존 측정되었던 Level 5는 0%로 측정되지 않았으며, Level 4의 강도는 75%로 33.3% 증가 된 것으로 보이나 Level 5가 하락 되면서 하위 강도에 내포되었고, Level 3의 강도는 8.3% 증가되었으며, 측정되지 않았던 Level 2의 강도가 8.3% 측정되어 최대허용활동시간의 강도가 낮게 측정된 것을 확인할 수 있었다. 하지만 N4대원의 경우 2,3회 훈련을 진행하여 Level 5 강도로 측정된 8,9,11,12단계는 4,5회 훈련을 진행하여도 Level 5로 유지ㆍ분포되어 하락되지 않고 높게 측정된 것을 확인하였다.

3. 이상과 같은 반복훈련을 통해 모든 훈련 단계에서 최대심박수가 저하되어 최대허용활동시간의 강도가 낮게 나타나 활동성 및 신체적 능력이 상향되었지만, 일부 대원에게 크게 반영되지 않고 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 개인 능력 및 신체적 특성에 따라 반복훈련을 통하여도 숙련도 또는 역량향상이 부족한 대원으로 취약한 훈련 부분이 도출되는 것이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서 제안된 모의훈련 시나리오와 같이 화학보호복을 착용한 지속적인 훈련 및 숙달 훈련을 통해 대원별 취약한 프로토콜을 석출하고 집중 훈련을 실시하여 분야별 역량 향상이 필요할 것으로 생각된다.

본 연구를 통해 제안될 수 있는 체계적 방법은 훈련 설계에 있어서 상위 레벨의 모듈을 배치하고, 배치 된 레벨의 훈련허용 강도가 몇 개까지 훈련을 통해 낮출 수 있는가의 형태로 진행하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 이는 단순한 공기 소모뿐만 아니라 개인의 허용활동강도와 이를 통해 활동성의 한계를 확장하는데 도움이 될 것으로 사료 된다. 추가적으로 본 연구의 경우 개별적인 능력의 한계를 빠르게 파악하기 위해서는 전체 분야별 훈련 진행을 통해 정량해야 하며, 이는 많은 시간이 소요됨을 예상할 수 있다. 따라서 대원 간 최대허용활동시간 지표를 활용하여 취약한 훈련을 도출하고 해당 훈련 프로토콜을 집중적으로 진행하는 것이 필요할 것으로 판단된다.

본 연구는 정부(경찰청, 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 환경부, 소방청)의 재원으로 한국연구재단-국민위해인자에 대응한 기체분자식별·분석기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(2017M3D9A1075451).