† 비회원, 서울메트로, 기술연구소 E-mail : [email protected] * 정회원, 서울메트로, 기술연구소 ** 정회원, 서울메트로, 기술연구소 *** 정회원, 서울메트로, 기술연구소 **** 정회원, 서울메트로, 기술연구소 *****비회원, 서울과학기술대 철도차량공학과
전동차 운전실 현황분석 및 표준화 방안 연구
A Study on the Standardization Method and Type Analysis of Electric Rail
Car Driver's Cab
안성숙† 조성근* 김관수** 김영규*** 송정훈**** 신민식***** Sung-Suk An Seong-Kun Cho Kwan-Soo Kim Young-Kyu Kim Jeong-Hun Son Min-Sik Shin
ABSTRACT
Seoul Metro has been continuously growing after its foundation on August 15, 1974 and is currently acting the leading role in the city transportation which is now used by 4,130 thousand people (as of early 2011) on a daily average. The number of the electric rail cars also increased significantly from 60 cars at the time of foundation to 1,954. And the types of the cars also started and operated with the rheostatic control cars in the 70s to the chopper control cars in the 80s and VVVF control cars in the 90s. But the control devices of the driver's cabs haven't been accustomed to the drivers because of it's diversity.
Therefore, This study carried out the survey for the preferences of control devices from the incumbent drivers at Seoul Metro. And we analyzed it and suggest a method for standardization of it's locating and naming the major control devices in the driver's cab as the consideration of their preference for it's efficiency, safety, and convenience. 1. 서론 서울메트로는 1974년 8월15일 개통이래로 꾸준한 성장을 거듭하여 현재는 1일평균 413만명(2011년 상 반기 기준)의 시민이 이용하는 도시교통의 중추적인 역할을 담당하고 있다.전동차의 보유량도 개통당시 60량에서 1,954량으로 대폭 증가하였으며,전동차의 종류도 개통당시인 70년대의 저항제어 전동차를 시 작으로 80년대 Chopper제어 전동차,90년대 VVVF제어 전동차까지 다양한 차종을 도입 운영하고 있다. 그러나 신규제작 전동차를 순차적으로 도입하고 수명이 다한 일부차량을 개조하는 과정에서 여러가지 사유로 운전실 조작기기 배치와 명칭 부여 등에 운전자의 의견이 충분히 반영되지 못하였다. 이러한 배경 하에 다양한 차종을 운행해야 하는 기관사는 운전조작 및 비상시 응급조치에 다소 혼란을 겪게 되었고,급기야 일부 기관사에게는 혼동으로 인한 순간적 당황으로 응급조치를 실패하여 운행 장 애를 유발시키는 현상도 나타나고 있다. 따라서 본 논문에서는 현재 운행 중에 있는 서울메트로의 각 차종별 운전실내 주요 조작기기에 대한 내용을 조사․분석하고,현직 기관사를 대상으로 설문조사를 실시하여 운전자 관점에서의 선호도와 효율성,안전성 및 편리성을 고려한 운전실 주요기기의 배치 및 명칭 등에 대한 표준화 방안을 제시 하고자 한다.
2.본 론 2.1표준화의 정의 “표준(standards)이란 관계되는 사람들 사이에서 이익 또는 편리가 공정하게 얻어지도록 통일․단순화를 도모할 목적으로 물체․성능․배치․상태․동작․절차․방법․수속․책임․의무․권한․사고방법․개념 등에 대하여 내린 결정을 말하며,표준화(standardization)란 표준을 설정하고 이를 활용하는 조직적인 행위로 정의하고 있다. 표준화는 복잡성을 줄일 뿐만 아니라 장래에 불필요하게 복잡해지는 것을 예방함을 목적으로 한다. 복잡 다양한 사물의 증가와 무질서를 억제하기 위해서는 우선 구성원의 노력과 합의를 바탕으로 하는 사물 및 행위의 단순화가 필요하다. 표준화의 개념을 간단하게 ‘가장 합리적인 표준을 설정하고 이에 따르는 일’로 나타낼 수 있다.따라서 표준화된 내용은 그 표준을 지키는 모든 사람들에게 가장 편리하고 안전하며,합리적인 내용과 의사결 정 과정을 통해 만들어져야 한다.왜냐하면 표준화된 내용은 연속적이고 반복적인 일(업무)의 수단이며 기준이 되기 때문이다.잘못된 표준의 틀을 짜 놓고 잘 지켜주기를 바라는 것은 표준화의 뜻을 올바로 이해하지 못한 결과라고 할 수 있다. 2.2표준화의 필요성 차량-승무원 인터페이스 안전기준 관련 국내 기준에서 ‘운전시 사용되는 모든 장치는 운전자의 시야 범위 안에 있어야 하며,운전자가 혼동하거나 어려움 없이 제어할 수 있도록 주요장치를 배치해야 하며 모든 기기는 인체공학적 측면에서 운전조작이 용이하게 배치되어야 한다.’로 규정되어 있고 주요기기 배치 및 형태 등에 대하여 별도 기준이 마련되지 않아 차량제작 시기 및 제작사 여건에 따라 차이가 발생하고 있어 기기취급 오류로 인한 안전운행의 저해요인으로 한 몫을 차지하고 있다. 어느 분야를 막론하고 사고의 60～90%가 인간행위에서 기인되며 시대가 바뀌어도 인간의 고유 특성은 크게 바뀌지 않는다.과학기술의 비약적 발전으로 사고율은 감소 추세이나,인간의 행위에 의한 사고비 중은 상대적으로 더 높아지고 있다. 인적 오류는 인간이 명시된 정확도,순서,혹은 정해진 시간 안에 지정된 행위를 하지 못하는 것이며, <그림 1>의 정보처리 과정에서 한 단계만 무너져도 인간은 실수를 하게 된다. 인간의 직무수행 행위의 관점에서 본다면 일반적으로 작업 환경을 직접 또는 간접으로 구성하는 많은 인자들,예를 들면 정보의 양과 같은 인간의 정보처리 과정과 관련된 요소뿐만 아니라 인간의 심리적,생 리적 기능과 관련된 지루함,소음,조직 구성 등에 의해서도 영향을 받으며 인적 오류를 유발하는 원인으로 작용하기도 한다. 그림 1.인간-기계 통합체계의 인간 또는 기계에 의해서 수행되는 기본기능의 유형 외국의 한 인간공학자가 정리한「휴먼에러에서 비롯되는 사고의 원인과 분석절차 및 그 해설」에 열 거한 작업과오의 형태와 내용을 보면 우리들이 흔히 일으키는 인지와 확인의 실수,판단과 결정의 실수, 조작과 동작의 실수들을 ‘입력에러’,‘매체에러’,‘출력에러’로 분류하고 있다. 이 분류의 장점으로는 입력에러에 대해서는 가령 「표시물」이라면 눈에 잘 띠게 하거나,매체에러에 대해서는 「기기의 디자인이나 배치」를 개선함으로서 사고예방대책에 곧바로 연결 지을 수 있다고 하 였다.
2.3기존 연구사례 (1)“운전실의 인체공학적 설계에 대한 연구”,2011년도 한국철도학회 춘계학술대회논문집,서동진 외 1명 운전자는 협소한 공간 내에서 수많은 기기를 조작해야 하기 때문에,운전실은 각종 제어기기를 최적의 작업환경에서 조작할 수 있도록 운전실 설계 시 고려되어야 하는 인간공학적 설계요소를 소개하였다. 인체공학적 운전실 설계는 운전자가 운행 중에 얼마나 효율적으로 기기의 정보를 분석하고 그 정보들을 바탕으로 최상의 조작성을 발휘할 수 있도록 최적의 작업환경을 만드는 일로,이를 위해서는 인체의 최 적 작업조건과 동작의 한계를 선행 검토한 후 적합한 공간에 각종 기기들이 적재적소에 배치되어야 한 다고 제안하였다. (2)“철도차량 운전실 제어대 설계기준 마련 연구”,2008년도 한국철도학회 춘계학술대회논문집,임재은 외 2명 현재 코레일에서 운용중인 철도차량의 운전실 제어대의 문제점을 도출하고 UIC 651R에 규정한 운전실 치수,운전실 데스크,운전실 기기조작 및 통제시스템의 일반적 요구사항과 운전실의 전방시야 검토 등 철도차량의 운전실에 관한 개략적인 설계기준에 대하여 서술하였다. 이 설계기준을 바탕으로 운전실 제어대의 각종기기 및 계기판 등을 인간공학적인 측면과 제작성을 검토 함과 동시에 철도차량을 운전하는 사용자의 의견을 충분히 수렴하여 운영상의 효율성 향상 및 안전성을 도모해야 한다고 제안하였다. 기타의 사례로 한국철도기술연구원에서는 주행 시 발생하는 진동가속도를 측정하고 그 결과를 UIC 513R 규격에서 제시하는 통계적 방법에 의한 승차감 평가방법을 이용하여 운전실 승차감을 분석 평가하 였고 국토해양부의 지원을 받아「도시철도 표준화연구 개발사업」을 ‘95년부터 ’06년까지 직류전동차, 직류급전시스템,선로시스템,신호시스템,유지보수정보화 등에 대한 표준화 연구를 완료하고,2단계 표 준화 연구를 ‘07년부터 ’12년까지 5년간 동안 추진되며 직․교류 차량,교류 전력,역사설비,정보통신시 스템 분야에 대한 표준화기준 연구와 핵심장치를 개발하고 있다. 이상에서 살펴본 바와 같이 기존연구는 대부분 UIC 규정에 의한 인체공학적 설계에 대한 연구와 도시 철도표준화연구가 실시되었으나 운전자 관점에서의 운전실 주요기기 배치 및 형태 등에 대한 연구사례로는 미흡한 실정이다. 2.4서울메트로 전동차 운전실 형태별 분류 서울메트로는 저항제어,쵸파제어,VVVF제어 전동차 등이 운행중에 있으며 일부차종은 도입시기가 다르게 편성되어 있어 이를 재조합하여 재편성하는 등 여러 차종이 운행되고 있다. 현재 운전실 주요기기의 배치 및 형태 등에 대하여 규정이나 기준이 미비한 실정으로 차량이 개발되는 시점과 제작사 여건에 따라 운전실내 주요기기의 명칭,배치,조작방법 등에 차이가 발생하고 있다. 2호선에서 운행중인 전동차의 경우 대우저항차,현대 Chopper전동차 구형과 개조,GEC전동차 구형과 개조,VVVF전동차 1차 도입분과 2차 도입분으로 구분되며 차종별 주요회로에 있어서 큰 차이점은 없 으나 운전실 구조 및 기기배치,명칭등에 다른 점이 있다.
대표적으로 2호선 전동차 운전실내 DIRS(DoorInterlock Relay Switch)는 아래<표 1>에서 알 수 있 듯이 DIRS 출입문연동,출입문바이패스(DBS),DIRS(비연동)출입문바이패스 등 차종마다 다른 명칭을 적용하고 있으며 설치위치는 제어대 좌측하부 판넬,배전반 내 우측,제어대 우측으로 차종에 따라 다른 위치에 설치되어 있다.
표 1.차종별 DIRS 비교표 구 분 현대쵸파 구형 GEC 개조형 현대쵸파 개조형 VVVF 1차 도입분 2차 도입분 형 태 명 칭 DIRS출입문연동 출입문연동DIRS 출입문 연동 바이패스(출입문DBS) 출입문바이패스DIRS(비연동) 취급위치
표현 ON과 OFF 정상과 취급 ON과 OFF 정상과 바이패스 정상과 바이패스
위 치 좌측하부 판넬제어대 배전반 내 우측 좌측하부 판넬제어대 배전반 내 우측 제어대 우측 90년대 도입되어 1․4호선에서 운행중인 VVVF전동차는 호선 특성상 ADV용,DCV용으로 구분되며 또한 제작사가 현대와 대우로 나뉘어져 제작사별 특징에 따른 주요기기의 명칭과 배치 등이 상이하다. 2.5.운전실 내 주요기기의 배치 및 형태 등에 대한 설문조사 2.5.1설문조사 배경 1～4호선 현직 기관사 중 설문에 응한 270명을 대상으로 운전실내 주요기기의 배치 및 명칭,형태 등에 대한 선호도를 조사하였으며 조사응답자의 평균 운전업무 경력은 15년,연령은 48세이다. 2.5.2설문조사 내용 및 결과분석 (1)표준화의 필요성 운전실내 주요기기의 배치 및 형태 등에 대한 표준화 필요성 질문에서 아래 <그림 2>와 같이 응답자 중 98% 이상이 표준화가 ‘필요’하다고 응답하였다. 그림 2.표준화 필요성 (2)오취급 경험 운전업무 수행 시 주요기기 오취급 경험이 있거나 차량고장에 의한 응급조치 중 순간적으로 당황했던 경험이 있는지의 질문에서 아래 <그림 3>과 같이 오취급 경험 42%,오취급 경험은 없었으나 순간적 당 황했던 경험이 있었다는 응답자가 49%를 차지하였다. 그림 3.오취급 경험사례
또한,운전실 형태가 다양한 만큼 응답자 50% 이상이 ‘위치’부분에서 <그림 4.>과 같이 오취급 관련 혼동이 많았다고 응답하였다. 그림 4.오취급 부분 (3)기기배치 운전실 내 주요기기 배치가 차종마다 상이함에 있어 주요기기를 접근성을 고려하여 배치하는 ‘거리별 분류’,유사기능을 가진 기기들을 그룹화하여 배치하는 ‘특성별 분류’,상시취급기기와 비상시 취급기기로 구분하여 배치하는 ‘조작빈도별 분류’시 어떤 분류방법이 가장 효율적이고 이상적인 배치인가 라는 질문 에서 아래 <그림 5>와 같이 유사기능을 가진 기기들을 ‘특성별 분류’로 그룹화하여 배치하는 선호도가 가장 높게 나타났다. 그림 5.기기배치별 선호도
UIC 651R에 규정한 운전실 기기조작 및 통제시스템(operating equipment and control system)의 일반적 요구사항으로 조작기기(operating equipment) 및 통제시스템(control system)은 상호 독립적 보완적 관계를 가지는 기능적이고 논리적 방식으로 배치되어야 한다고 규정하고 있으며 운전자가 손으로 조작해야 하는 장치는 <그림 6>에 제시된 최적운동 범위를 고려하여 주요기기를 배치할 것을 권장하였다.
(4)명칭
주요기기 중 PBS의 경우 현대Chopper전동차에서는 보안제동스위치(PBS : Security Brake Switch)로 VVVF전동차에서는 주차제동스위치(PBS : Parking Brake Switch)로 명칭 되어있으며,차량의 제동불완해 발생시 취급하는 스위치의 경우 2,3호선 VVVF전동차의 경우 CPRS(Compulsary Release Switch),그 외 차 종은 EBRS(Emergency Brake Relay Switch)로 명칭 되어있다.
이는 운전업무 수행시 기기 오취급이나 차량고장에 의한 응급조치 중 순간적으로 당황했던 경험이 있 다면 어느 부분이 가장 많았는가에서 ‘명칭’부분이 전체의 42%를 차지한 결과를 뒷받침 한다.이렇듯 같은 기능이지만 한글과 영어명칭을 달리하는 부분이 발생하고 있어 주요기기의 명판 부착시 명칭기재 방법이 중요함을 알 수 있다. 주요기기의 명칭기재 방법을 조사한 결과 아래 <표 2>와 같이 한글만 기재,한글과 영문(보조)기재, 영문과 한글(보조)기재,영문만 기재하는 등 기재방법 또한 여러가지로 되어 있으며 설문조사 결과 한글과 영문(보조)기재 방법이 선호도가 가장 높게 나타났다. 표 2.스위치 명칭 기재 현황 한글만 기재 한글과 영문(보조)기재 영문과 한글(보조)기재 영문만 기재
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(5)스위치 취급위치 표현운전실내 주요기기 중 로터리(Rotary)스위치 형태로 되어진 기기는 EBRS(Emergency Brake Release Switch), ATSCOS(ATS Cut Out Switch) / ATCCOS(ATC Cut Out Switch), LSRS(Low Speed Relay Switch), HBCOS(Holding Brake Cut Out Switch)등으로 취급위치의 표현은 ‘정상과 개방’,‘정상과 완해’,‘정상과 취급’, ‘OFF와 ON’으로 차종마다 다르게 표현하고 있다.
대표적으로 EBRS(Emergency Brake Release Switch)의 경우 취급위치의 표현이 1․4호선은 ‘정상과 개방’, 2호선은 ‘정상과 완해’,‘OFF와 ON’으로 아래의 <표 3>과 같이 다르게 표현하고 있으며 취급위치 표현에 대한 설문조사 결과 ‘정상과 취급’이 34.4%(93명),‘정상과 개방’이 28.8%(78명)의 선호도가 나타났다. 표 3.차종별 EBRS 비교 및 선호도 결과 1․4호선 현대 VVVF 2호선 GEC 개조 2호선 GEC 구형 정상과 개방 정상과 완해 OFF와 ON
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모든 사고가 마찬가지이지만 사고는 한가지의 이유로 발생하는 경우는 드물며 수많은 주변 요소와 인지 되지 않은 실수의 반복적인 요인이 복합된 것이다.요인 하나하나를 놓고 보면 별로 중요한 것이 아님에도 불구하고 그것이 하나씩 허물어져 감에 따라 결국은 <그림 7>와 같이 사고에 도달하게 된다. 이것을 사고의 연결 고리(chain of errors) 라고 부르는데,사고 예방이란 이러한 실수나 결함으로 연결된 고리가 완성되기 전에 그와 같은 요인들이 어떠한 것인지를 파악하여 제거하거나 회피하는 활동을 하는 것으로 단순히 기기의 명칭과 배치의 차이다고 할 수 있겠지만 현재 운전자가 운전조작 및 비상시 응급조치에 혼란을 겪고 있고 일부에서는 혼동으로 인한 순간적 당황으로 응급조치를 실패하여 운행장애를 유발 시키는 현상이 나타나고 있는 점을 보아 위와 같은 이론을 적용해볼 때 기기의 명칭이나 배치에 대하여 통 일성을 가질 충분한 이유가 있다 . 그림 7.사고의 연결고리 3.결론 운전실 내 주요기기의 배치 및 형태는 본론에서 기술한 바와 같이 운전자의 기기 조작에 많은 영향을 미치며,이를 직접 조작해야하는 현직 기관사를 대상으로 설문을 실시한 결과 운전실 기기배치의 표준 화가 매우 절실한 것으로 나타났다.특히 서울메트로 1～4호선에서 운전업무 수행 중 기기의 오 취급이나 차량고장에 의한 응급조치 중 순간적으로 당황했던 경험이 있다고 응답한 경우가 다양한 차종을 보유 하고 있는 2호선의 운전자들이 타 호선에 비해 더 많다고 응답하였다. 구체적인 설문 내용을 분석해보면 기기배치와 관련해서는 운전자의 접근성을 고려하여 나름대로의 기준을 가지고 기기를 배치하였으나 차종마다 설치 위치가 상이한 관계로 이의 통일성이 필요하다고 응답하였다. 기기 명칭에 대해서는 유사한 기능에 대해 다른 명칭을 사용한 경우가 있었으며,같은 기능의 스위치의 명칭을 다르게 표현한 경우도 있었다.기재방법 또한 영문에 한글 보조기재,한글에 영문 보조기재를 한 경우와 영문 또는 한글만 단독으로 기재된 경우도 나타나 있었다.
스위치 취급위치 표현도 일반적인 ON, OFF스위치의 경우는 대부분 상부에 ‘ON’표시 하부에 ‘OFF’ 표시를 하는 등으로 일련의 통일성을 가지고 있었으나,로터리(Rotary)형 스위치의 경우는 ‘정상과 개방’, ‘정상과 완해’,‘정상과 취급’및 ‘ON과 OFF'등 여러 가지로 다양하게 표현되어 있어 응급처치 시 운전자 에게 혼란을 줄 소지가 많았다. 설문에 응답한 내용을 종합하여 대안으로 제시될 수 있는 내용으로는 기기배치는 특성별 분류(유사기능을 가진 기기들을 그룹화하여 배치)에 대한 선호도가 가장 높게 나 타났다. 명칭 기재와 관련해서는 동일기능의 명칭은 통일하여야 하며,기재방법은 한글을 우선하고 괄호 안에 영문이니셜을 보조 기재하는 방법을 선호하였다.로터리(Rotary)형 스위치의 취급위치 표현은 '정상과 취급'으로 기재하는 것이 우선(34.4%)되었고 '정상과 개방'이 그 다음(28.8%)으로 선호되었다. 상기와 같은 설문을 바탕으로 각 기관별로 운전자의 선호도는 그때그때마다 일부 변동이 있을 수 있다. 그러나 차량의 제작 도입에 앞서 상기 조사내용을 참고하여 해당 기관의 운전자 입장이 충분히 고려되고 이에 더하여 인간공학적 측면에서의 조작기기의 배치가 검토되어야 할 것이다.이러한 전제를 바탕으로 전동차 운전실이 설계된다면 열차 운행장애 중 운전자의 기기조작 오류에 의해 발생되는 인적저해요인의 상당부분을 제거할 수 있을 것으로 본다. 철도교통은 안전과 신속,정확함을 기본으로 하고 있으며 도시형 전동차의 경우 일시에 많은 이용객이 발생하는 아침,저녁 통근승객의 특성을 고려해 볼 때,안전은 물론이거니와 유사시 기관사의 혼돈 없는 신속한 대처로 정시성과 신속성을 확보하는 것 또한 중요한 문제라 할 수 있을 것이다. 현재 수동운전을 위주로 하고 있는 서울메트로의 1～4호선과 철도공사의 수도권 전철 기관사에게 있어
상기 과제는 매우 중요한 의미를 지니고 있다고 판단된다. 물론 아직까지 타 도시철도기관의 경우는 전동차의 내구연한이 도래되지 않아 이러한 고민에서 당분간 자유로울 수 있겠지만 머지않은 장래에 도래 될 수 있는 문제로 판단되며 이에 따른 내부적인 검토와 연구가 뒷받침 되어야 할 것으로 본다. 참고문헌 1.서동진,“운전실의 인체공학적 설계에 관한 연구”한국철도학회 논문집,2011.5pp.874-881 2.임재은,“철도차량 운전실 제어대 설계기준 마련 연구”한국철도학회 논문집,2008.6pp.2119-2124 3.서상문,“철도안전과 인간공학”,한국철도기술,2005.5․6,pp56-61 4.철도차량안전기준에 관한 지침(2010.9.17/국토해양부고시 제2010-637호) 5.http://www.railsafety.or.kr 6.http://railway.or.kr
