행위자기반모형 분석을 활용한 지하철 역사 피난출구 형태의 효율성에 관한 연구
Analyzing the Efficiency of Evacuation Exit Configurations in Subway Stations Using Agent-Based Modeling
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초록
(연구배경 및 목적) 최근 도시의 과밀화와 지상 토지 이용의 한계로 인해 지하공간 활용이 지속적으로 확대되고 있으며, 그중지하철은 도시 교통의 핵심 수단으로 자리 잡고 있다. 그러나 지하공간은 본질적으로 폐쇄성과 복잡한 공간 구조를 지니고 있어화재·폭발과 같은 재난이 발생할 경우 신속한 피난이 어렵고, 대규모 인명 피해로 이어질 위험이 크다. 특히 환승역의 증가와역사 심도의 심화는 구조적 복잡성을 가중시키며, 이는 곧 재난 상황에서 불특정 다수인이 단시간에 특정 구간으로 밀집하는 현상을 초래하여 심각한 안전 문제를 야기할 수 있다. 국내외 지하철 역사에서 발생한 다양한 재해 사례들은 이러한 위험성을 단적으로 보여주며, 현행 법규와 기준 또한 이러한 복잡화·심층화된 역사 공간의 특수성을 충분히 반영하지 못하고 있다는 한계가지적되고 있다. 따라서 지하철 이용 환경의 안전성을 확보하기 위해서는 단순한 규정 준수 차원을 넘어, 실제 피난 행태를 반영한 시뮬레이션 분석과 공간 구조 개선 방안 마련이 시급하다. 본 연구는 이러한 문제의식에서 출발하여 지하철 역사의 복잡화와심층화가 초래하는 안전상의 취약점을 규명하고, 보다 효과적인 피난 계획과 공간 개선 방향을 제시하는 것을 목적으로 한다. (연구방법) 본 연구는 지하철 승강장 공간에서의 피난 행태를 분석하기 위하여 행위자 기반 모형(Agent-Based Model, ABM) 분석기법을 주된 방법론으로 활용하였다. ABM은 공간 내 행위자(사람)의 개별 행동과 상호작용을 시뮬레이션하여 실제 피난상황을 재현하고 평가하는 데 효과적인 기법이다. 이를 위해 행위자의 이동 특성, 시야, 속도, 신체 크기 등 변수와 지하철 승강장공간의 물리적 환경 데이터를 수집하여 개념 모형을 구축하고, AnyLogic 프로그램을 기반으로 피난 동선을 시뮬레이션하였다. 아울러 공간구문론(Space Syntax)과 공간통사론 이론을 적용하여 공간 간 연결성, 위계 구조 및 가시성을 J-Graph 분석을 통해 정량적으로 평가하였다. 이를 통해 공간 구조가 피난 행태에 미치는 영향을 분석하고, 피난 효율성과 공간 안전성을 검증하였다. 이와 같은 통합적 접근은 복잡한 지하철 역사 공간에서의 행위자 행동을 체계적으로 이해하는 데 기여하며, 나아가 안전하고효율적인 피난 환경 조성을 위한 설계 및 계획의 근거를 마련하는 데 중요한 의의를 가진다. (결과) 본 연구의 분석 결과, 지하철역사시설의 피난출구는 한정된 공간 조건과 순간적인 인원 집중 현상으로 인해 피난 및 대피 상황에서 공간 활용의 합리성이 저하되는 것으로 나타났다. 즉, 현재의 피난출구 구조는 다수의 승객이 동시에 집중되는 상황을 충분히 수용하지 못하며, 이로 인해 대피 동선의 원활성이 저해되고 피난 효율성 또한 크게 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 지하철 역사 피난공간의 형태와 배치가 실제 재난·재해 상황에서 대피 안전성 확보에 있어 결정적인 변수로 작용함을 실증적으로 보여준다. (결론) 본 연구는 최근 준공된 지하철 역사시설을 대상으로 행위자 기반 모형(ABM) 시뮬레이션을 통해 피난 행태를 분석하였다. 분석 결과, 피난출구는 한정된 공간과 순간적 인원 집중으로 인해 대피 효율성이 저하되는 문제가 확인되었다. 그러나 출구 전면 대기공간의 확장 및 복도 폭의 개선을 통해 밀도율이 안정화되고 대피 완료시간이 단축되는 효과가 나타났다. 따라서 본 연구는 지하철역사시설에서 피난공간의 형태와 배치가 대피 안전성에 결정적 영향을 미친다는 점을 실증적으로 제시하였으며, 향후 합리적인피난공간 설계 기준 마련을 위한 기초자료를 제시하는 것에 의의를 두고자 한다.
Abstract
(Background and Purpose) In recent years, the intensification of urban density and limitations in land use have led to the expanded utilization of underground spaces, with subways emerging as the core mode of urban transportation. However, because of their enclosed and complex spatial configurations, underground environments pose significant challenges for rapid evacuation in the event of fires, explosions, or other disasters, thereby increasing the risk of large-scale casualties. Numerous domestic and international subway accident cases clearly illustrate these risks, and the growing number of transfer stations and increasing depths of subway facilities further exacerbate such vulnerabilities. Both structural and operational improvements are imperative for ensuring the safety of subway users. Accordingly, this study aims to analyze the safety issues arising from the increasing complexity and depth of subway stations and to propose effective evacuation planning and spatial improvement strategies through evacuation simulations. (Method) This study utilized an Agent-Based Model (ABM) to analyze evacuation behavior in subway platform spaces. Evacuation flows were simulated using the AnyLogic platform by incorporating variables such as mobility, vision, walking speed, body size, and physical environmental data. Additionally, Space Syntax theory and J-graph analysis were applied to assess spatial connectivity, hierarchy, and visibility. This integrated approach enables a comprehensive understanding of how spatial configurations affect evacuation behavior, offering an empirical foundation for enhancing evacuation efficiency and safety in complex subway environments. (Results) The analysis revealed that subway station exits often exhibit limited spatial capacity and experience sudden crowd concentrations, which significantly undermine the rationality of space utilization during evacuation scenarios. The current exit configurations fail to accommodate the simultaneous convergence of large passenger volumes, resulting in obstructed evacuation flows and reduced overall efficiency. These findings empirically demonstrate that the configuration and layout of evacuation spaces in subway stations are decisive factors in ensuring safety during disasters. (Conclusions) Evacuation simulations using an ABM approach for recently constructed subway stations were conducted. The results confirmed that limited exit spaces and sudden crowd surges significantly reduced evacuation efficiency. However, improvements such as expanding exit forecourt areas and widening corridors contributed to stabilizing density levels and shortening the total evacuation time. Accordingly, this study provides empirical evidence that the form and layout of evacuation spaces critically influence evacuation safety in subway stations. Furthermore, this study offers foundational data for establishing rational design criteria for evacuation planning, thereby contributing to the enhancement of passenger safety in future subway facilities.