선박의 안전한 접·이안을 담당하는 예선은 항만의 안전하고 효율적인 운영을 위한 여러 요소들 중 무엇보다 중요한 사항이라 고 할 수 있다. 그러나 항만의 특징에 따라 보유해야 하는 적정 예선 척수 및 규모에 대한 연구가 부족한 상황이고, 이로 인하여 관계자 간 분쟁이 자주 발생하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 울산항을 중심으로 시뮬레이션 기법을 사용하여 예선의 적정 척수 및 예선 마력 비율을 제시하였다. 먼저, 시뮬레이션 구축을 위한 첫 번째 과정으로 항만 입·출항 및 예선 운영 시스템을 설계하였다. 다음으로, 모델링 시 정의한 입력 변수는 울산항의 2019년 선박 입·출항 데이터를 조사하여 도출하였으며, ARENA 소프트웨어에 입력 가능한 형태로 표준화하였다. 그리고 선박의 입·출항 프로세스를 설계하고, 이를 ARENA 모델로 구현하였다. 마지막으로 6가지의 시나리오에 대한 시뮬 레이션 수행 결과, 울산항의 예선 척수를 42척으로 조정할 경우 효과적인 예선 운영이 가능한 것으로 도출되었다.

해상에서의 안전한 예인 업무를 수행하기 위해서는 정확한 예인력의 추정이 필요하며, 이를 위해서는 예선의 저항성능 특성에 대하여 정확히 파악해 두어야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 먼저 정수중 예선 주위의 유동 특성 및 예선의 저항추진 성능을 파악하고자 회류수조에서 예선 모형을 이용하여 실험을 실시하였다. 모형실험은 무한수심 조건에서의 1/33.75 축척으로 제작된 예선 모형을 이용하였으며, 설계속도를 7노트로 선정하고 역조와 순조의 조류 영향을 고려하여 5~10노트의 속도 구간에서 각 속도별로 실행하였다. 또한 파랑에 의한 예선의 운동응답 함수와 부가저항을 추정하기 위하여 수치계산을 실행하였으며, 이에 대한 결과를 정수중에서의 실험을 통하여 얻게 된 데이터와 비교하였다. 이와 같은 해석 결과 파랑중 부가저항은 선수파 및 속도가 높아질수록 증가하며, 유효마력은 정수중에 비하여 70 % 정도 증가하고 있는 현상을 확인할 수 있었다.

경인아라뱃길 이용 선박에 대한 예선운용 세칙을 선종별 및 톤수별로 제시하고자, 각 공구별 해당 해역에 탁월한 풍속 및 조류 조 건을 기초로 대상선박에 작용하는 풍압력과 유압력을 계산하였다. 또한 예선운영 및 업무처리 요령(국토해양부 고시, 2008)에서 제시하는 예선 의 예인력을 바탕으로 예선의 소요마력을 검토한 후에 대상선박별로 산출된 예선의 소요마력을 인천항의 예선사용기준과 비교·검토하여 아라 뱃길 대상선박별 예선사용 기준을 최종적으로 제시하였다.

국내 주요 무역항에서는 예선운영 및 업무처리요령에 근거하여 지방해양항만청장이 예선의 사용기준을 정하여 운영하고 있다. 그러나 예선의 사용기준 및 소요마력에 대한 산출 방식이 각 항만마다 상이하고, 일부 항만의 경우 예선 사용마력에 대한 사용척수와 총 사용마력이 달라 예선 운용에 혼선이 예상된다. 본 연구에서는 국내 주요 무역항의 예선 사용기준을 상호 비교하여 문제점을 도출하고, 예선의 총 소요마력 산출 근거를 기초로 선박규모별 예선 사용에 대한 일원화된 기준을 제안하였다. 또한, 현행 예선사용기준은 풍속이 10m/s 미만인 통상적인 경우에 해당되므로 갑작스런 돌풍 및 태풍 등으로 인한 재난대비 차원에서 그 이상의 풍속에 대한 기준도 제시하여 예선 운영세칙에 포함할 젓을 제안하였다.

본 연구의 목적은 우리나라 항만의 예선 서비스 현황, 운영제도 및 구조적인 문제점이 무엇인지를 살펴보고 예선제도가 갖고 있는 문제점을 계층적으로 분석하여 개선사항의 우선순위를 도출하고자 한다. 우리나라의 예선 서비스 개선에 관한 주요 요인들 중에서 고객요인, 예선운영협의회 운영 행태, 예선법규, 서비스품질 등과 비교해서 예선운영제도(자유계약제, 순번제)가 가장 시급히 개선되어져야 하는 것으로 조사되었다. 예선업체들의 서비스 마인드 개선도 중요한 요인이며, 신규 예선업체의 시장진입을 용이하게 하는 예선진입제도의 개정 또한 중요한 요인으로 나타났다. 본 연구의 결과, 우리나라 예선제도 및 서비스 개선 요인들 중 가장 중요한 것은 예선업자들의 서비스 의식을 제고할 수 있는 예선운영제도의 변화인 것으로 나타났다.

예선이 부선을 선미예인하고 있는 상황에서의 예부선 조종특성을 확인하기 위하여, 예선 단독 실선시운전과 예부선 통합 실선시운전 시험을 수행하였다. 속력시험, 가감속시험, 10도 선회시험, 20도 선회시험, 10도 지그재그시험, 20도 지그재그시험을 통하여 다양한 상황에서의 예선과 부선의 운항 특성을 확인하였다. 그 결과, 부선이 선미예인되는 경우, 예선의 전술선회직경은 예선 단독운항일 때보다 증가하며, 선수동요각 변화율이 낮음을 확인하였고, 침로 변경을 함에 있어 부선의 선수동요각 변화가 늦고, 오버슈트각이 큰 것을 확인하였다. 또한 선회나 침로 변경 시, 부선의 선회궤적이 예선의 선회궤적 안쪽에도 존재할 수 있음을 확인하였다. 따라서 부선을 선미예인하는 운항자는, 선회 및 침로변경 시 예부선의 선회궤적, 예부선의 선수동요각 변화시간 및 오버슈트각이 증가하는 것을 충분히 인지하고 운항해야 할 것으로 판단된다.

선박이 부두에 이접안할 경우 쓰러스터나 특수 추진기가 없는 선박은 예선의 도움을 받아 이접안을 하게 된다. 이접안시 예선들은 도선사의 명령에 의하여 선박의 이접안을 도와주게 된다. 이때 본선과 예선의 위치가 2차원 지도에 표시되고 부두와의 상대적인 거리가 나타난다면 이접안에 매우 도움이 될 것으로 생각된다. 본 연구에서는 이러한 예선사용 지윈 시스템에 대해서 개념 설계를 수행하였다. 예선사용 지원 시스템은 본선, 예선 및 부두의 상황을 모니터링하는 예선사용 모니터링 기능과 해양환경을 고려하여 필요한 예선력을 계산하여 나타내주는 예선사용 자동화 기능을 갖고 있다. 이러한 예선사용 지원 시스템은 항만에 설치된 네트워크를 기반으로 설계되었으며, 추후 한국해양연구원의 선박운항 시뮬레이터를 이용하여 검증될 계획이다.