프랑스·스페인 공동 연구팀 발표

군중 1㎡당 9명 임계밀도 넘어서면
외부 자극 없이도 유체처럼 움직여
“집단 행동 예측해 사고 예방 도움”

콘서트나 축제에서 갑자기 수백~수천 명의 사람이 한꺼번에 움직이면 질식이나 압사 사고로 이어질 수 있다. 2022년 10·29 이태원 참사만 봐도 알 수 있다. 이 때문에 수학자나 물리학자들은 대규모 군중 속에서 사람들의 움직임을 예측할 수 있는 모델을 구축하기 위한 연구를 한다. 그렇지만 콘서트장이나 야구장 관객 수와 달리 광장처럼 개방된 공간에서 모이는 인원을 비교적 정확히 추산하는 것도 어려운 일인데 군중의 움직임을 예측한다는 것은 말처럼 쉽지 않다.

이런 가운데 프랑스 리옹 고등사범학교(ENS), 클로드 베르나르 리옹1 대학, 스페인 나바라대 응용수학·물리학과 공동 연구팀은 특정 지역에서 일정 인구밀도를 넘어서면 대규모 군중의 집단적 움직임을 예측할 수 있다고 밝혔다. 연구팀이 개발한 수리 예측 모델은 제한된 환경에서 위험한 군중의 행동을 예측하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 2월 6일자에 발표됐다.

연구팀은 스페인 팜플로나의 전통 행사인 산 페르민 축제에 모이는 사람들을 4년간 관찰했다. 산 페르민 축제는 스페인 북부 나바라주 수호성인 성 페르민을 기리기 위해 주도 팜플로나에서 매년 7월 6일 정오에 시작해 14일 밤 12시까지 열린다. 미국 소설가 어니스트 헤밍웨이의 ‘태양은 다시 떠오른다’에 등장하며 세계적으로 유명해지면서 매년 100만 명 이상 관람객이 방문하고 있다. 연구팀은 산 페르민 축제가 열리는 길이 50m, 폭 20m 광장 두 곳에 카메라를 설치해 약 5000명으로 추산되는 군중의 움직임을 추적했다.

연구팀은 영상 자료와 유체역학을 이용해 군중을 유체처럼 하나의 연속체로 취급하는 수학적 모델을 만들어 분석했다. 그 결과 축제 시작 1시간 전에는 1㎡당 2명이었던 군중 밀도가 축제가 시작되면 1㎡당 6명으로 늘어나는 것이 관찰됐다. 축제 시작 후 30분~1시간 이내에 군중 밀도가 순간적으로 최대 1㎡당 9명까지 급증하는 것도 확인됐다. 1㎡당 9명은 임계 밀도로, 이 수치를 넘어서면 위험 상황이 발생할 수 있다. 실제로 임계 밀도에 도달하면 수백 명의 사람이 한꺼번에 밀거나 갑자기 넘어지는 등 외부 자극 없이도 18초 단위로 진동하는 유체처럼 움직인다는 사실도 확인했다.

연구팀은 이런 예측 결과가 일반적으로 적용될 수 있는지 확인하기 위해 산 페르민 축제의 영상과 2010년 독일 뒤스부르크에서 열린 음악 축제 ‘러브 퍼레이드’에서 발생한 압사 사고 장면을 비교 분석했다. 러브 퍼레이드 압사 사고는 행사장으로 연결된 경사진 통로에 인파가 몰리는 바람에 사람들이 엉켜 넘어지면서 21명이 숨지고 약 650명이 다친 참사다. 연구팀은 러브 퍼레이드 군중이 산 페르민 축제와 비슷한 군중 밀도로 변하는 것과 똑같은 유체 진동을 발견했다. 특히 참사가 임계 밀도를 넘어서는 순간 발생한 것도 확인했다.

연구를 이끈 데니스 바르톨로 리옹 고등사범학교 교수(유체역학·집단 역학)는 “수천 명이 모인 집단에서 역학 관계를 반복적이고 안전하게 실험하기란 사실상 불가능하기 때문에 예측 모델을 구축하기가 쉽지 않았다”며 “이번 연구는 일종의 ‘닫힌계’(closed system)에서 군중의 행동을 효과적으로 예측해 참사를 예방하는 데 도움을 줄 것”이라고 말했다.