최근 기술진보에 힘입어 초고속 열차, 자율주행차, 다양 한 개인 교통수단 등 첨단화된 신교통수단이 빠르게 도입 되고 있다. 첨단교통수단의 발전은 우리의 일상에 스며들 어 라이프 스타일을 변화시키고, 사회 구조 전반에도 다양 한 변화를 불러올 것이다. 결과적으로 향후 국토인프라 정 책의 방향 설정에 매우 중요하게 다뤄져야 할 요소라고 할 수 있다. 우리의 생활 전반을 바꿀 혁신을 눈앞에 둔 지금, 신교통수단의 효율적인 정착을 위해 정책적 기반과 계획 마련이 필요한 시점이다. 이번 호 특집에서는 다양한 첨단 교통수단이 장래에 가져올 영향과 이에 대응한 국토인프 라 정책의 바람직한 방향에 대해 논의하고자 한다.
특집기획: 이백진 국토연구원 첨단인프라연구센터장
첨단교통수단의 발전과
국토인프라 정책방향
머리말
지난 2004년 우리나라에서 처음으로 고속철도의 상업운행이 시작되었다. 고속철도의 도 입은 우리의 시간 개념을 획기적으로 바꾸어 놓았고, 10여 년이 흐른 지금은 고속철도 가 없는 장거리 여행은 상상도 못할 정도가 되었다. 그렇다면 앞으로 다가올 10년, 20년 은 어떻게 변화할 것이고, 우리는 미래의 변화를 어떻게 준비하여야 할까? 이 질문에 대 한 답은 노령화, 저성장 시대에 본격적으로 접어든 이때, 우리에게 매우 중요한 문제이다.
이 글에서는 고속철도가 우리 사회와 우리 생활에 미친 영향과 앞으로 우리에게 닥칠 문 제들을 살펴보고, 장래 고속철도 인프라 정책이 나아갈 바람직한 방향을 모색해 보고자 한다.
고속철도의 도입이 가져온 변화
2010년 경부고속철도가 서울~부산 전 구간에 걸쳐 개통되고, 2015년 호남고속철도, 2016년 말 수서~평택 고속철도가 개통되면서 우리나라는 X자형의 고속철도망을 완성 하였다. 고속철도 개통으로 전국 주요 거점도시 간 이동 시간은 2시간대로 단축되고, 이 로 인해 전국이 반나절 생활권에 들게 되었다. 연간 고속철도 이용객은 개통 이듬해인 2005년 약 3200만 명에서 2015년에는 6천만 명을 돌파하는 등 비약적 성장을 보였다. 장 거리 수단 분담률도 고속철도 개통 전 서울~부산 구간이 38%에서 개통 후 62%로, 서울
~울산 구간은 8%에 불과하던 것이 53%로 급증하였다(최진석 2014). 고속철도가 지난 20년간 가장 눈부신 성공을 거둔 히트상품 중 하나라는 데는 이론의 여지가 없을 것이다.
01
장승엽 | 한국철도기술연구원 책임연구원([email protected]) 여인호 | 한국철도기술연구원 첨단인프라연구팀장([email protected])
차세대 고속철도 인프라 발전 방안
특집 첨단교통수단의 발전과 국토인프라 정책방향
그렇다면 구체적으로 고속철도는 우리 사회와 경제에 어떤 영향을 미쳤을까? 앞으로의 고속철도 정책방향을 결정하는 데 있어서 우리나라에 고속철도가 도입된 이후 우리 사회 에 구체적으로 어떤 변화가 있었는지를 살펴보는 것은 중요한 의미가 있다. 그러나 아쉽 게도 고속철도 도입 이후 장기간에 걸쳐 그 영향을 체계적으로 평가한 연구는 매우 드물 다. 가장 최근의 연구는 오재학, 권영종, 최진석 외(2012)의 연구인데, 이 연구 결과에 따 르면 고속철도 도입 이후 고속철도 정차역을 중심으로 금융, 교육서비스, 공공행정 등 고 부가가치 산업이 집적되는 지역 거점화가 뚜렷이 나타났다(<그림 1> 참조). 고속철도 정 차역 주변에서는 인구가 증가하고, 도시지역 면적 비율이 확대되었으며 주거, 상업, 공업 용도지역이 확대되는 등 토지 수요의 고도화가 나타났다. 또한 음식점이나 도소매업과 같 은 소비업종 면적 확대에 따른 건축물 수요가 증가하는 등 전반적으로 지역개발 여건이 개선되었음을 알 수 있다. 아울러 지가 상승, 상업시설의 매출 증가, 관광객수 증가 등 도 시의 상품성이 향상되었으며, MICE 산업을 중심으로 한 신규 비즈니스 창출로 인해 지역 신설법인 수가 증가하였고, 2차~3차 산업 종사자수가 증가하여 산업구조가 고도화되면 서 인구 증가의 유발 요인으로 작용했다. 이 밖에도 금융, 사업서비스, 교육서비스, 공공 행정 등이 지역 특화산업으로 성장하는 등 고속철도가 지역경제 발전에 긍정적 효과를 미 치고 있음을 여러 가지 지표를 통해 확인할 수 있다.
또 최근 김종학, 정진규, 김준기 외(2016)의 연구에서도 호남고속철도 개통 후 1년간 모 바일, 신용카드 등 빅데이터 분석을 통해 신용카드 사용액이 큰 폭으로 증가하거나 정차 역 주변 활동인구가 크게 증가하는 등 긍정적인 영향을 미치고 있음을 실증한 바 있다. 또 경부 및 호남 고속철도 개통으로 국토공간의 압축효과가 나타났음을 시공간 분석을 통해 보여주고 있다.
•고속철도정차도시의지 역거점화
금융,교육서비스,공공 행정등고부가가치산 업의집적
지역 거점화
•수요층확대(인구증가)
•토지 수요 고도화(도시 지역면적확대,주거/상 업/공업용도지역확대)
•건축물 수요 증가(음식 점,도소매등소비업종
면적확대) 지역 개발 여건 개선
•지가상승
•주요상업시설매출증가
•관광객수증가 도시 상품성 향성
•MICE산업(국제회의등)
확대,지역축제개최건 수증가
•지역신설법인수증가 신규 비즈니스 창출
•2,3차산업종사자수증 가(인구증가유발)
•금융서비스업,사업서 비스업,교육서비스업,
공공행정등지역특화산 업으로성장
산업구조 고도화 지역 특화
출처: 오재학, 권영종, 최진석 외 2012.
우리를 둘러싼 환경과 우리에게 직면한 과제들
앞서 살펴본 바와 같이 고속철도 도입 당시의 우려에도 불구하고 고속철도는 지역경제 활 성화에 상당히 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다. 그렇다면 앞으로 이를 더욱 극대 화하기 위해서는 어떻게 해야 할까? 이것이 고속철도 정책의 방향을 정하기 위한 가장 중 요한 포인트가 될 것이다. 그리고 그전에 우선 우리를 둘러싼 환경과 우리에게 닥칠 과제 들을 살펴볼 필요가 있다.
1. 저성장 시대의 도래
기획재정부가 2015년 발표한 우리나라의 GDP 전망치는 2016~2020년까지 3.6%, 2020~2030년까지 2.6%로 나타나 지속적인 감소가 예상되며, 2030년 이후에는 연평균 성장률이 1%에 머무를 것으로 전망된다(<표 1> 참조). 이는 글로벌 경기침체의 영향도 있 겠지만 무엇보다 저출산으로 인한 고령화와 생산인구의 감소 탓이 크다고 볼 수 있다. 우 리나라의 인구는 2030년부터 감소하기 시작하고, 생산가능 인구는 2016년 이후부터 급 격하게 감소할 것으로 전망된다(<표 2> 참조).
따라서 우리는 새로운 성장 엔진을 찾아야 하는데, 아직 성장잠재력이 큰 수도권 및 대 도시 이외 지역의 개발을 통해 그 해답을 찾을 수 있을 것이다. 앞서 살펴본 바와 같이 고 속철도는 지역경제 활성화에 어느 정도 긍정적인 영향을 주었지만, 그 영향은 고속철도 정차역이 위치한 대도시 주변에 국한되었다. 성장잠재력이 큰 지역을 발굴하고 그 지역과 대도시 간의 접근성을 개선하기 위한 노력이 필요하다. 따라서 고속철도망을 더욱 고도화
<표 1> 성장률 전망(KDI 전망치)
항목 2016~2020년 2020~2030년 2030~2040년 2040~2050년 2050~2060년
성장률(%)* 3.6 2.6 1.9 1.4 1.1
주: 각 구간별 연평균.
<표 2> 인구 전망(통계청 전망치) (단위: 천 명)
항목 2016년 2020년 2030년 2040년 2050년 2060년
총인구 50,801 51,435 52,160 51,091 48,121 43,959 생산가능 인구 37,039 36,563 32,893 28,873 25,347 21,865 노인 인구 6,864 8,084 12,691 16,501 17,991 17,622 학령 인구(6~17세) 5,946 5,448 5,320 4,947 4,023 3,621 특집 첨단교통수단의 발전과 국토인프라 정책방향
2. 더 빠르고 안전한 교통 서비스에 대한 수요 증가
인구 고령화가 진행될수록 자동차보다는 철도와 같이 안전한 대중교통에 대한 선호가 증가 한다. 또한 소득이 늘어날수록 시간의 가치가 더 커지고, 값싼 서비스보다는 높은 가격을 지불하더라도 더욱 질 높은 서비스를 요구하는 성향이 강해질 것이다. 또한 최근 지역 발 전을 위한 혁신도시 건설 등과 같이 국토 이용 공간의 확대도 더욱 신속한 이동성에 대한 수요로 연결된다. 이 때문에 유정훈(2013)의 추산에 따르면 고속철도 수요는 2025년까지 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.
3. 온실가스 감축을 위한 정책 대안의 마련
우리나라는 교통 부문의 온실가스 감축을 위해 자동차 위주의 대중교통 정책을 철도 중심 의 대중교통 체계로 전환하고자 노력하고 있다. 이를 위해서는 철도 경쟁력을 높여야 하 는데 아직은 철도 경쟁력이 충분하지 못하다. 고속철도의 도입으로 이동 시간은 혁신적으 로 단축되었지만, 국민들이 체감하는 시간은 지역마다 다소 차이가 있다. 울산, 경주, 광 주 등과 같이 고속철도 정차역을 기존 도심에서 벗어난 지역에 새롭게 건설한 지역은 접 근 시간이 기존보다 늘어났고, 교통 혼잡이 극심한 수도권에서는 역까지 이동하는 데 평 균 46분의 시간이 소요된다. 따라서 역까지의 이동 시간까지 감안한다면 서울~부산은 4시간, 서울~광주 구간은 3시간 정도가 소요된다. 이 정도의 시간이라면 항공에 비해서 는 경쟁력을 확보할 수 있지만 자가용 승용차나 대부분 도심에 터미널이 위치해 있는 고 속버스와 비교하면 아직 고속철도의 경쟁력이 충분하다고 보기 어렵다. 어느 정도의 이 동 시간이 소요되어야 고속철도가 자동차보다 경쟁력이 높아질까? <그림 2>는 이동 시간 에 따라 자동차, 철도, 항공의 수단 점유율을 비교한 결과이다. 이 그래프에서 이동 시간 120분까지는 자동차 점유율의 감소가 급격하게 나타나지만, 120분이 넘어서면 자동차의 점유율에는 큰 변화가 없고, 철도의 점유율이 오히려 감소하는 것을 알 수 있다. 항공의 경우도 120분까지는 점유율이 거의 미미하다가, 120분을 넘어서면 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이 데이터는 고속철도가 실질적인 경쟁력을 확보하기 위해서는 역 접근 시간을 제외한 이동 시간이 120분 이내, 즉 1시간대에 도달해야 함을 시사한다.
4. 고속철도의 시설과 차량의 교체 시기 도래
2004년 처음 개통한 경부고속철도는 올해로 13년째에 접어들었다. 일반적으로 레일의 수 명은 6억 톤으로 보고 있으며, 경부고속철도의 연간 통과 톤수는 약 3천만 톤이므로 대략 20년 정도면 레일을 교체해야 한다(<그림 3> 참조). 이제 경부고속철도의 레일 교체까지 는 7년 남짓 남은 셈이다. 다른 시설 구성품들도 비슷한 시기에 교체해야 할 것으로 예상 된다. 전차선로도 마모율이 15%에 도달하면 교체하도록 규정하고 있는데, 2016년 기준으 로 마모율이 약 7%에 달해 앞으로 13~14년 후면 교체가 필요하다. 시설뿐만 아니라 차량 도 내구연한이 25년 정도임을 고려할 때, 가장 먼저 도입된 차량은 2025년부터 교체를 시 작해야 한다. 이처럼 고속철도의 시설과 차량은 앞으로 10년 전후로 교체되어야 하며, 따 라서 지금부터 교체 계획을 수립해야 한다. 그렇다면 다음 세대의 고속철도 차량과 시설 의 요구 수준을 어느 정도로 할 것인가? 이는 매우 중요한 문제이다.
<그림 2> 고속철도 이동 시간과 교통수단 점유율
0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
180 150 120 90 60 30 0
고속철도이동시간(분) (%)
자동차
고속철도개통이전 고속철도개통이후
0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
180 150 120 90 60 30 0
고속철도이동시간(분) (%)
철도
고속철도개통이전 고속철도개통이후
0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
180 150 120 90 60 30 0
고속철도이동시간(분) (%)
항공
고속철도개통이전 고속철도개통이후
출처: 이창훈, 이재훈, 장수은 2004.
<그림 3> 고속철도 시설 및 차량의 예상 교체 시기
2004 2016
현재 2018 2024 2025 2028
2002시운전 경부고속철도
개통
레일수명도래 (교체주기6억톤)
전차선로수명도래 (마모율15%,현재마모율약7%내외)
KTX열차내구연한도달 (운행개시후25년가정) 궤도및전차선
교체착수 시운전 시운전
출처: 여인호, 박춘수, 김석원 외 2016.
특집 첨단교통수단의 발전과 국토인프라 정책방향
기술 경쟁에 뛰어들어 점차 고속철도 시장에서의 경쟁이 치열해지고 있다. 일본은 최근 인도 고속철도 건설을 맡기로 했고, 중국은 이미 미국 고속철도 건설에 참여하고 있다. 앞 으로도 우리는 고속철도 건설을 추진하는 세계 각국의 프로젝트에서 생존하기 위해서는 치열한 경쟁을 해야 한다. 우리 기술의 경쟁력을 더 높여야만 이 경쟁에서 살아남을 수 있 을 것이다.
고속철도 인프라 정책방향 제안
1. 비전과 목표의 설정앞서 살펴보았듯이 우리를 둘러싼 환경이 결코 녹록하지 않다. 이런 어려움을 이겨 내려 면 우리 고속철도 인프라 정책의 비전은 지역경제 활성화를 통해 새로운 성장동력을 확보 하는 데 기여하는 것과 우리 기술의 경쟁력을 높이는 것, 두 가지에 초점을 두어야 할 것 이다. 즉 우리가 달성하고자 하는 비전은 ‘고속철도 네트워크의 혁신을 통해 지역경제 활 성화를 선도하고, 세계 최고 철도기술 강국으로 도약’하는 것이다. 이러한 비전은 높은 경 쟁력을 가진 세계 최고 수준의 고속철도 네트워크를 구축함으로써 달성할 수 있을 것이다.
따라서 세부 실행목표는 ‘전국 주요 거점 간 이동 시간을 1시간대로 단축’하는 것으로 수립 하였다. 어떻게 이 목표를 달성할 것인가에 대해서는 아래에서 좀 더 자세히 살펴본다.
2. 고속철도의 구축 현황과 문제점, 극복 방안
앞서 세부 실행목표에서 이동 시간을 1시간대로 단축하려면 운영속도를 높여야 한다. 즉 표정속도를 적어도 200km/h 이상으로 높여야 한다는 것을 의미한다. 이것은 두 가지 방 향에서 검토되어야 한다. 하나는 정차역을 줄여서 운영효율을 높이는 것, 다른 하나는 최 고속도를 높이는 것이다. 두 가지 중 어느 한 가지만으로는 목표를 달성하기가 어렵다.
<표 3>은 각 분야 전문가들의 의견을 참조하여 정리한 현재 고속철도의 운영속도 향상 의 제약 요인과 그 극복 방안이다. 먼저 운영 측면에서는 급행열차의 도입을 통한 정차역 최소화가 관건이다. 한국철도공사에서는 2017년부터 급행열차를 도입하겠다고 하였지
만, 현재는 고속철도 용량이 한계에 도달해 있는 상황이라 충분한 열차를 투입하기가 쉽 지 않은 상황이다. 제3차 국가철도망 구축계획에는 고속철도의 병목구간을 해소하기 위 해 시흥~광명 구간, 평택~오송 구간의 새로운 고속철도 노선이 포함되어 있다. 이 계획 이 예정대로 진행될 경우 고속철도 선로 용량을 충분히 확보할 수 있을 것으로 기대되며, 비로소 급행열차를 운영할 수 있는 조건을 마련할 수 있을 것으로 전망된다.
시설 분야에서는 <표 3>에서 알 수 있듯이 공기역학, 소음, 전차선로, 열차제어 등에 서 제약 요인이 있다. 그러나 이는 현재 개발된 기술을 적용하면 충분히 극복할 수 있다 (여인호, 박춘수, 김석원 외 2016). 현재 개발된 HEMU 열차의1) 성능을 좀 더 높이면 최고 400km/h로 운영할 수 있을 것으로 기대되며, HEMU와 같이 동력분산식 고속열차를 투입 하면 속도가 증가하더라도 오히려 선로에 작용하는 하중은 줄어들어 400km/h급 고속철 도를 구축할 수 있을 전망이다.
<표 3> 운영속도 향상의 제약 요인과 극복 방안
분야 속도 제약 요인 한계 최고속도(km/h) 극복 방안
운영
•정차역 증가
•역 간 정차시간
•유지보수에 따른 열차 서행
•분기기 구간 등 속도 제한
•운영 여유 시간
300
• 급행열차 도입(정차역 최소화), 속도가 다른 고속열차의 혼합운행 등을 고려한 운전계획 수립
•불필요한 속도제한 해소
시설
선로 •선로 부담력 한계 400 이상(콘크리트궤도) 300(자갈궤도)
• 차세대 동력분산식 고속열차 적용(축중 감소)
•(자갈궤도 구간은 콘크리트궤도로 개량)
공력 • 공기역학적 문제(터널 내 기압 변동, 차내 이명감 등)
350(수도권) 390(호남) 400 이상(경부)
•터널 단면적을 고려한 운영속도 설정
전차 선로
• 전차선 재료 강도 한계로 인한 장력 상승 한계
320(경부) 350(호남/수도권)
• 장력 조정(~320(경부) / 350km/h(호 남/수도권)) 또는 전차선 교체(350km/h 초과)
열차 제어
• 궤도회로 기반의 TVM-430
열차제어 시스템의 한계 속도 320
•지상/차상장치 개량(~350km/h) 또는
• 차세대 무선통신 기반 열차제어 기술 적용(350km/h 초과)
소음 •현재 방음시설의 설계속도 300 • 기존 방음벽을 보완하는 추가 방음설비 설치(약 6dB 추가 저감 필요)
차량 •차량 설계 최고 운영속도 300(KTX) 370(HEMU)
• HEMU 열차 운영속도 향상을 위한 진동, 제동, 기밀도 등 차량 요구 성능 향상 출처: 여인호, 박춘수, 김석원 외 2016.
1) HEMU 열차는 한국철도기술연구원과 로템 등 참여 기업이 국토교통부의 지원을 받아 공동으로 개발한 차세대 동력분산 형 고속열차로 최고 운영속도 370km/h, 최고 시험속도 430km/h를 목표로 개발되어 2013년 최고속도 421.4km/h 기록 을 달성한 바 있음.
특집 첨단교통수단의 발전과 국토인프라 정책방향
체적인 실행 계획이 중요하다. 너무 많은 비용이 소요된다면 국가성장동력의 창출이라는 효과가 반감될 것이며 많은 반대에 부딪히게 될 것이다.
따라서 기본 원칙은 첫째, 새로운 선로 건설을 지양하고 교체 시기가 도래한 고속철도 시설을 개량하여 최고속도 400km/h급 고속철도로 업그레이드하고, 교체되는 차량은 운 영속도 400km/h급 고속열차로 투입하는 것, 둘째, 급행열차 도입을 포함한 운영 패턴 다 양화와 운영 계획 효율화를 통한 표정속도의 향상을 추진하는 것으로 수립한다.
구체적인 실행과제는 아래와 같다.
첫째, 제3차 국가철도망 구축 계획에 반영된 평택~오송 신규 노선의 설계속도 향상 둘째, 고속철도 시설 개량(선로, 방음시설, 전차선로, 열차제어 등)
셋째, 운영 계획 효율화를 통한 표정속도 향상
넷째, 운영선에서의 기술 검증을 통한 체계적인 속도 향상 마스터플랜 수립
<그림 4> 차세대 고속철도망 구축 전략 개요도
출처: 여인호, 박춘수, 김석원 외 2016.
서울 수서
오송 대전
동대구 신경주
울산
부산
동대구~부산 129.4km 오송~동대구 162.2km
평택~오송 46.2km 수서~평택 61.1km 광명~평택 56.4km
오송~광주숭정 188.1km 정읍
익산 공주 천안아산
평택 광명 용산
광주송정
구축 전
최고운영속도
300km/h
서울 수서
오송 대전
동대구 신경주
울산
부산
동대구~부산 129.4km 오송~동대구 162.2km
평택~오송 46.2km 수서~평택 61.1km 광명~평택 56.4km
오송~광주숭정 188.1km 정읍
익산 공주 천안아산 평택 광명 용산
광주송정
구축 후
최고운영속도
350km/h
400km/h
앞의 두 과제를 통해 기존 고속철도망은 최고 350~400km/h급의 고속철도로 업그레 이드된다. <그림 4>는 사업 완료 후 각 노선별 최고 속도를 보여주고 있다.
4. 기대효과
앞서 제시한 구상이 계획대로 완료된다면 현재 경부고속철도를 이용하여 가장 빠른 열차 로 2시간 34분이 소요되는 것이, 무정차 급행열차로는 1시간 35분까지 단축된다. 약 1시 간에 가까운 시간이 절감된다는 의미이다. 그럼에도 불구하고 사업에 소요되는 비용은 이 미 계획에 반영되어 있는 시설 개량 비용으로 상당 부분 충당할 수 있고, 다만 설계속도를 높이기 위한 추가 비용으로 2조 2천억 원 가량 소요될 전망이다(여인호, 박춘수, 김석원 외 2017). 따라서 이 계획은 충분히 경제성이 있는 계획이라고 판단된다.
맺음말
지금까지 차세대 초고속철도망 구축을 위한 정책방향에 대한 구상을 소개하였다. 이 글에 서 제시한 내용은 아직은 아이디어를 제안하는 수준에 불과하지만 여러 분야 전문가들의 토론과 보완을 거쳐 좀 더 완벽한 계획에 다가갈 수 있을 것으로 기대한다. 환경과 대외 여건의 변화는 우리 미래 전망을 어둡게 만들었지만, 우리 모두가 지혜를 모은다면 이 위 기를 슬기롭게 이겨낼 수 있을 것이라 믿는다.
참고문헌
국토교통부. 2016. 철도망 효율성제고 등을 위한 중장기 철도 투자방향 제시. 6월 17일, 보도자료.
김종학, 정진규, 김준기, 배윤경, 최재성. 2016. 호남KTX 개통에 따른 국토공간 이용변화 연구. 안양: 국토연구원.
여인호, 박춘수, 김석원, 권삼영, 김만철, 장승엽, 이재호, 오석문 외. 2016. 고속철도 고속화 및 시스템 최적화방안 연구.
세종: 국토교통부.
오재학, 권영종, 최진석, 김영국, 이주연, 박은아, 천지영. 2012. KTX 경제권 특성화 개발 연구. 고양: 한국교통연구원.
유정훈. 2013. 수도권 고속철도 운영관련 수송수요 예측연구. 서울: 대한교통학회, 대전: 한국철도시설공단.
이창훈, 이재훈, 장수은. 2004. 고속철도 시대의 교통체계 연구. 고양: 한국교통연구원.
최진석. 2014. KTX 10년의 성과와 시사점. 고양: 한국교통연구원.
특집 첨단교통수단의 발전과 국토인프라 정책방향
