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- 선박구조설계(비선형 구조역학)의 국제전문가
- 백점기 교수(부산대학교 조선해양공학과)
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pusan.ac.kr - : 선박 및 해양플랜트 혁신 구조설계 연구소
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안녕하세요, METRIC 회원 여러분.이번 32회 인터뷰에서는 부산대학교 조선해양공학과 백점기 교수님을 만나 뵙게 될 텐데요. 으레 ‘세계 최초’, ‘동양인 최초’라는 형용사가 붙는 백 교수님은 최근 영국 왕립조선학회의 ‘최고과학기술상’을 수상하셨고, 동양인 최초로 2회에 걸쳐 미국조선학회 최우수논문상의 영예를 얻기도 하셨습니다. 현재 ‘국제선박 및 해양구조물 전문가회의(ISOSC)' 산하 노후선박 상태평가 전문가 회의 위원장을 지내시는 등 선박 좌초, 충돌에 관한 끊임없는 연구를 하고 계십니다. 그럼, 교수님을 만나 뵙고 자세한 이야기 들어보겠습니다.
1. 먼저 교수님께서 하고 계시는 연구 내용이나 주제의 소개를 부탁드립니다.연구소 이름이 말을 해주듯이 일단 선박 해양플랜트라고 하는 제품을 대상으로 해가지고 혁신적인 구조설계법을 개발하는 연구를 수행하고 있고요. 구체적으로는 구조설계를 수행하는데 있어서, 다양한 기술들이 들어가는데 그중에서 저희들은 구조역학 특히 비선형 구조역학이라고 하는 기술을 중점적으로 연구를 하고 있습니다.
2. ISO 18072-1의 제정이 국내외적으로 상당한 이슈가 되었는데요. 선박의 구조안정성과 최적 설계에 큰 도움이 되는 국제표준이기도 합니다. 개발에서부터 최종 승인에 이르는 단계까지 수많은 시간과 노력이 들었던 이 기술개발의 계기는 무엇이었습니까?
초기제안에서부터
승인될 때까지 기간으로는 약5년 걸렸는데 이 기술개발을 주도적으로
시작하게 된 계기는 이야기가 길어질지 모르겠네요.
과거의 선박이나 해양플랜트를 설계할 때 구조설계부문에서 핵심적으로 사용해왔던 것이 허용응력설계법인데 선박이나 해양플랜트가 가동 중에 파도와 바람, 조류 등의 힘을 받는데 그 힘을 받게 되면 구조물 내부에는 응력이 발생하죠. 사람도 스트레스를 받는데 스트레스가 커지면 사람도 병이 나듯이 구조물도 병이 나게 됩니다. 그러므로 구조물을 안전하게 하기 위해서 즉, 병이 안 나게 하기 위해서는 그 스트레스가 일정수준 이하가 되도록 하면 될 것이라는 상당히 합리적이고 보편타당한 그런 개념으로 지금까지 설계를 수행해왔어요.
그런데 문제는 구조물의 형태가 다양해지고 있다는 겁니다. 선박의 경우만하더라도 크기, 형태, 목적이 다양하고 해양플랜트의 경우는 말할 필요도 없고요. 스트레스가 어느 정도 발생하느냐 하는 계산법은 거의 기술이 확보가 되어 있습니다. 그러나 설계단계에서 어느 정도의 스트레스에 견딜 수 있으면 구조가 안전할 것이라는 것은 정하기 어렵죠. 그러다보니 여러 가지 현실적으로 많은 사고들이 발생하는 것이 이런 설계법의 불합리성 때문이 아닐까라고 보고 있는 것이죠. 그러므로 설계를 어떤 허용응력, 견딜만한 그런 응력에 대해서 견뎌지면 안전하다는 것 대신에 우리가 설계하고자하는 대상 구조물(선박이나 해양플랜트)이 어느정도의 스트레스에 견뎌낼 것인지를 계산해서 해양환경하에서 외력에 의해서 발생하는 스트레스를 충분히 견뎌낼 수 있을 수준 이상의 능력을 보유하도록 제품을 만들어버리면 어떤 사고도 일어나지 않을 것이라는 개념이죠. 그러니까 직접 외력에 견뎌낼 수 있는 능력을 계산해내서 작용하는 외력보다 더 많이 견뎌낼 수 있는 능력을 가지도록 설계를 하겠다는 것입니다.
구조설계에서의 핵심사항은 어떻게 비선형구조역학이론을 적용해서 각 구조물의 견뎌낼 수 있는 능력을 계산해 낼 것인가 라는 것인데 이게 국제적으로 통일이 되어 있지 않았죠. 사고가 나게 되면 기술유출사고와 같은 것은 한두 사람의 피해가 아니라 국가, 나아가서는 사회 인류 전체의 재앙으로 재앙을 맞게 되는 상당히 심각한 문제죠. 이것은 하나의 기술경쟁력도 중요하지만 전 인류의 차원에서 다루지 않으면 안된다는 것입니다. 그러므로 어떤 통일된 국제표준을 가지고 이 계산을 평가할 수 있도록 확립하면 충분한 안전성을 가질 수 있다는 문제를 국제학술회의와 같은 자리에서 많이 제기를 했어요. 그런데 개인적인 한사람의 의견이라서 그런지 모르겠지만 동의는 하면서도 작업이 방대해서, 결국 제네바에 본부가 있는 ISO 국제표준화기구와 직접 연락을 취해서 국제표준을 제가 주도적으로 만들겠다는 하게 되었지요.
그 과정이 상당히 복잡합니다. 먼저 이 기술에 대해서 어떤 필요성과 배경을 제안합니다. 제안을 하면 투표권을 가지고 있는 나라에서 투표를 하고 일정수준(2/3) 이상의 찬성이 이루어지면 초안을 만드는 다음 단계로 들어갑니다. 다시 1년 정도 기간을 주고 만들어서 또 투표를 합니다. 그 절차를 다섯 단계 정도를 거치는데, 최종적으로 대개 5년 이상이 걸리는 좀 복잡한 절차입니다. 프로젝트 연구비도 나온 것도 아니고, 개인적 시간을 내서 해야 하는 어려움도 있지만 국제적으로 이 부분에 기여를 한다는 측면에서 보람 있는 일입니다.
3. 지난 4월, ‘대양을 항해하는 초고속 초대형 알루미늄 선박 구조의 설계 건조에 필요한 핵심기술 개발’에 관한 논문으로 영국 왕립조선학회(Royal Institution of Naval Architects)의 ‘최고과학기술상’ 을 수상하셨습니다. 연구 계기와 과정에 대해 듣고 싶습니다. 또, 이로써 기대할 수 있는 활용 방안에는 어떤 것들이 있습니까?
이 연구는 대상이 초고속 선박을 구조설계해내기 위한 핵심기술 중에 하나입니다. 선박이 빠른 속도로 항해하기 위한 잇점과 기술은 여러 가지가 있을 수 있습니다. 선박의 구조중량자체가 가벼워지면 동일한 추진력에 의해서도 빨리 달릴 수가 있겠죠. 가볍게 하는 방법으로 재료 판 두께를 얇게 하거나, 재료를 적게 쓰는 거죠. 가벼우면서도 튼튼한 것은 상반된 것인데 이것이 구조설계의 기술이죠. 이런 방법과 병행해서 사용하는 재료 자체를 가벼운걸로 씀으로써 구조중량을 가볍게 할 수 있겠죠. 전자 후자 둘 다 저희 연구실에서 연구를 하고 있는데요.
먼저 재료의 분야에서 말씀을 드리자면, 가벼운 재료로 알루미늄 재료가 있어요. 강재에 비해서 비중이 1/3로 가볍습니다. 가벼운 대신에 강재에 비해서 변형이 잘생겨요. 탄성계수라는 것인데 강재에 비해서 알루미늄은 변형이 3배로 커요. 결국 장단점이 있는데 일단 가볍다는 것이 중요한 장점이기 때문에 고속선박을 만들기 위해서 알루미늄을 재료를 쓰는 대신에 변형되는 문제를 해결하자고 만든 겁니다. 그래서 그 문제를 해결하는 노력을 우리가 하고 있는데. 이것은 또한 미국 해군 미국 연안경비대의 연구비로 연구를 진행을 하고 있는 프로젝트로 미국이 소위 세계적인 해양경찰역할을 담당을 하고 있는데, 이 역할을 위해 초고속선박이 필요한데 지금 초고속으로 달릴 수 있는 선박이 없어요. 해양에서 항해를 하면 파도가 크게 치는데, 이것은 작용하는 파랑하중이 크다는 겁니다. 큰 외력에 견디기 위해서는 배가 커져야 하고, 알루미늄의 경우에 변형량이 커져서 위험이 있죠. 따라서 그 문제를 극복할 수 있는 기술들을 개발했고, 그 논문으로 영국왕립조선학회에서 상을 받게 되었습니다.
4. 현재 우리나라 조선업계가 꾸준히 강세를 보이고 있습니다. 많은 연구자에 의해 훌륭한 연구 성과가 도출되어 왔지만 아직도 미해결 과제가 산적해 있을 것이라 짐작되는데, 더욱 발돋움하기 위해 필요한 연구에는 어떤 것들이 있나요?
그게 의외로 어려운 질문입니다. 전반적으로 설계단계, 건조단계, 운항단계에서 해결해야하는 과제들이 있을 겁니다. 근데 설계단계에서 말씀을 드린다 하더라도 또 다양한 기술들이 있거든요. 그 중 제 분야인 구조역학, 구조설계부분에서 말한다면 지금까지는 주로 선형적인, 소위 명품화를 지향하고 있죠. 그러나 현실적으로 명품만 필요한 게 아니고 일반제품도 필요합니다. 우리나라 입장에서는 명품화로 가게 될 텐데요. 특히 해양플랜트는 심해저에 있는 자원을 개발하는 용도로 쓰이게 될 텐데, 그 환경 자체가 훨씬 더 혹독한 바람, 파도, 조류, 기온(남극이나 북극지역)과 같은 환경에서 하게 됩니다. 기존의 기술로서 설계를 했다가는 구조가 안전하지 않겠죠. 그러므로 이런 혹독한 해양환경 하에서도 견딜 수 있도록 구조설계를 하려면 예측을 해서 그런 환경에 놓였을 때 충분히 건강하게 자기의 임무를 수행할 수 있게 하는 거거든요. 사전에 예측을 해내야 하는 건데 그 기술자체가 비선형적으로 복잡해진다는 거죠. 그 기술을 개발해내지 않으면 명품제품을 설계해내기 어렵겠죠.
5. 선박 해양 구조물의 성능과 안전성 향상에 기여해 국제적으로 이슈가 되고 있는 침몰 해난 사고와 해양 오염 사고 방지에 도움 되는 것이 교수님의 인생 목표라는 말씀이 인상 깊었습니다. 지난해 태안 기름 유출 사고가 있었는데, 사고를 접한 마음이 남다르실 것 같은데요.
저의 전문 분야가 비선형 구조역학이라고 하는 분야인데요. 이 분야는 상당히 적용범위가 여러 가지가 있습니다. 해난사고, 특히 충돌, 좌초, 그 외의 침몰 사고와 직결되는 충돌이 나게 되면 구조적으로 파괴가 일어나는데 상당히 복잡한 소성, 대변형, 찢김, 압괴와 같은 구조역학적으로 비선형거동을 보이고요.
결국은 이런 기술을 적용해서 유조선과 같은 위험화물을 운반하는 선박이 어떤 해난사고로 인해서 해양오염을 시키는 이런 문제를 막아내는데 유용하게 쓰일 수 있고요.이런 문제는 여러 가지방법이 있겠습니다. 크게는 2가지 방법으로 이야기를 하는데 첫째는 아주 적극적인 방법이죠. 예를 들면, 보통 발생하는 사고를 분석해보면 대개 80%가 인재사고라고 해요. 선원들이 선박운항을 할 때 주의를 하게 하는 훈련이나 정기적인 정신교육을 받는 것도 있고, 좀 더 과학적으로는 공항에서처럼 관제시스템을 확보해서 운항하는 선박이죠. 지난번 사고는 관제시스템이 있음에도 불구하고 제대로 가동되지 않았거든요. 그런 것도 중요한 큰 사고를 유발하는 요인이 되었죠. 그리고 충돌 문제 같은 경우에는 선박자체에 자동운항시스템을 설치해서 충돌 전에 인간의 눈으로 판정하기 어려운 부분을 기계적으로 사전에 알아내가지고 미연에 방지할 수 있도록하는 대책 등의 여러 가지가 있을 수 있어요. 사고 자체가 안 일어나도록 하는 게 제일 좋죠.
그 다음 수동적인 방법은, 사고가 일어났다는 전제 하에서 피해 정도를 최소화하는 노력입니다. 그 중 하나가 구조설계적 조치입니다. 태연 앞바다의 유조선의 경우, 한 겹짜리 유조선이었거든요. 충돌에 의해 구멍이 나게 되면 바로 기름이 흘러나오는데 요즘은 두 겹으로 유조선을 짓도록 의무화되어 있어요. 두 겹으로 선박을 만들게 되면, 설사 바깥쪽에 구멍이 나더라도 안쪽 벽의 구멍이 나지 않는다면 일단 흘러나오지 않겠죠. 기름유출에 의한 해양오염사고를 방지할 수 있겠죠. 이런 사고가 국제적으로 많이 일어나고 있고, 이러한 사고는 지구 전체를 오염시키는 심각한 문제입니다. 1989년도에 알레스카연안에서 발생했던 미국의 액선사 유조선 좌초사고로 어마한 60억 달러 정도의 피해를 끼쳤는데 그 이후로 유조선은 두 겹으로 짓도록 해서, 미국을 포함한 대부분의 나라에서는 그 연안에 한 겹짜리 유조선을 못 들어오게 하고 있어요. 우리나라의 경우에는 2012년부터였지만, 최근의 사건을 계기로 2010년까지 앞당겼습니다. 당장에 하고 싶지만 현실적으로 어려운 점이 있어요. 우리나라 유조선 회사나 상선회사가 보유하고 있는 유조선에는 한 겹짜리가 많거든요. 경제적으로 상당히 타격을 입히기 때문에 단계적으로 할 수밖에 없는 어려움이 있지만은 그런 노력이 있겠죠.
6. 교수님께서는 학생들이 시험을 칠 때 어떠한 교재와 도구의 반입도 허용하신다고 들었습니다. 평범치 않은 시험방식인데요, 연구자가 아닌 교수로서의 강의 철학을 듣고 싶습니다.
오래전부터 그렇게 하고 있는데요. 어떤 암기위주 보다도 그 내용에 대해서 이해를 해야만 되는 것이고, 강의시간에 이해시키려는 노력을 하지요. 시험을 치를 때에도 교재뿐만 아니라 컴퓨터나 자신이 가지고 올 수 있는 모든 것, 소위 말하는 커닝 페이퍼도 다 적어오라 이야기를 합니다. 아무리 있다고 하더라도 개념을 이해하지 못하면 문제를 풀 수 없고요. 저는 계속 문제를 바꾸면서 설계나 계산문제를 내는데 그 기술을 이해를 해야지만 풀 수 있는 문제이기 때문에 책이 있다고 해서 풀 수 없어요. 그리고 현실적으로 학생들이 졸업을 해서 현장에 갔을 때, 외워서 하지 않거든요. 어떠한 문제나 과제가 주어졌을 때, 풀기 위한 도구와 기술을 다 찾아서 하잖아요. 그렇게 해도 될까 말까 하는데 학교에서도 마찬가지이죠. 그 문제를 이해할 수 있도록 함으로써 단순한 암기가 아니고 그 개념을 구체적으로 이해하게 하기 위한 메시지를 던지고 있습니다. 현실적으로는 채점과정이나 문제 만드는 데에 불편한 점이 있지만 이 것이 나름대로 바람직하다고 생각하는 학생들이 많은 것 같습니다.
7. 인터뷰를 준비하면서 교수님께서 쓰신 다양한 칼럼을 보았습니다. 조선공학 분야에서 영향력을 가지고 계신 교수님이기에 전공 이외의 분야에 대한 이야기를 풀어나가신 것이 흥미로웠습니다. 특별히 관심을 가지고 지켜 보시는 타 분야나 주의 깊게 바라보게 되는 주제가 있으신지요?
전반적으로 저는 매사에 호기심을 가지고 있습니다. 우리가 사람이 모든 개인이 발전을 해갈려면 호기심에서 비롯됩니다. 어린 아기들도 태어났을 때 바람이 왜 부는지 성인들에게는 엉뚱한 질문을 하는데 그게 바람직한 거에요. 말도 없고 호기심이 없으면 병원에 가봐야 합니다. 저는 기본적으로 호기심에 관심이 많습니다. 예를 들면 연예계 스캔들에서부터 정치적인 문제나 경제적인 문제와 같은 모든 면에 관심과 호기심을 갖고 있어요. 최소한 조선해양산업분야의 국내외적인 현황이나 진행사항이라면 당연한 관심사항이죠. 그러한 의견에 스스로 하기보다도 칼럼 부탁을 받아서 활동을 하고 있어요. 현재 우리나라에서 유일하게 세계 1위의 위치에 있는 것이 조선해양산업입니다. 자동차산업이나 타 산업에서 벤치마킹을 할 만한 산업인데 현실적으로는 그런 노력이 보이지 않습니다. 다른 산업도 세계 1위가 된다면 국가적으로 아주 좋을텐데 왜 세계 1위가 된 한국조선해양산업에 대해서 우리 주변의 타 산업이 벤치마킹을 하지 않고 있는지 저는 의아스럽게 생각하고 있어요. 저는 제 나름대로 왜 한국의 조선해양산업이 세계1위가 되었는지에 대한 이론을 나름대로 세워서 칼럼을 쓴 바가 있어요. 이 이론이 후발조선국인 중국과 같은 나라보다 앞서서 계속 나아갈 수 있는 비법을 찾을 수 있거든요. 우리가 1위가 된 이유를 알면, 1위가 되기 위한 답이 바로 거기에 있습니다. 그래서 전공과는 다르지만은 관심을 갖고 있습니다.
8. 선박·해양구조물 산업은 종합산업으로, 다양한 학문과
이들의 융합을 위한 기술을 필요로 합니다. 기계공학 분야도 그런 점에서
밀접한 관련이 있다고 생각되는데요. 마지막으로 METRIC 회원들이나
기계공학을 전공하는 후학들에게 한 마디 부탁드립니다.
조선공학이 기계공학이라는 큰 틀에 포함이 되어있어요. 그런 측면에서 본다면, 조선공학도 기계공학과 같은 분야라고 생각되어지고, 현실적으로 조선소에서 일을 하는 엔지니어의 구성을 보면 기계공학 출신이 많아요. 핵심적인 엔지니어들이 조선해양공학과 출신이긴 하지요. 학부에서는 기계공학을 전공하다가 대학원 과정에서 조선공학에 와있는 사람도 많습니다. 따라서 저는 누구에게나 이야기합니다. ‘보물찾기 이론’을 이야기 하는데요, 초등학교에서 소풍을 가면 선생님과 보물찾기를 하지요. 나무 밑에 보물을 숨겨두고 찾아오라고 하면 공책이나 볼펜과 같은 보물을 주잖아요. 여기에 빗대면, 보물은 반드시 존재한다는 것입니다. 즉, 선생님이 보물을 숨겨놓지 않고 찾아오라고 할 리가 없다. 보물은 반드시 존재합니다. 두 번째는, 만약에 선생님이 어떤 학생에게 너는 찾는 노력을 하지 않아도 보물카드를 넣어주면서 나중에 교환하주겠다고 하지만, 보물이라는 것은 찾는 과정이 재미있어요. 찾았을 때의 희열, 이게 재미있는 거거든요. 보물은 자기가 직접 찾는 게 좋다는 거죠.
스트레스가 쌓인다고 울상을 지을 게 아니라 반드시 문제에는 해답이 있다는 것입니다. 문제라는 용어 자체가 해답이 있기 때문에 문제이지요. 보물은 반드시 존재합니다. 그 문제를 찾는 과정엔 답은 반드시 있을 것이고, 답을 찾는 노력을 해서 찾았을 때, 희열과 보람을 느끼게 되죠. 이게 제가 이야기하는 보물찾기 이론입니다. 이런 것을 염두하고, 호기심을 갖고 임한다면 재미있게 전문가가 될 수 있을 것입니다.
* 인터뷰 진행: 김민정 리포터
* 촬영 및 편집: 손세영 ( disney30@metric.or.kr )
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