05
도명식 | 한밭대학교 도시공학과 교수(msdo@hanbat.ac.kr)
공공재원의 효율적 활용을 위한 노후 교통인프라 유지관리방안
교통인프라 유지·관리 현황과 문제점
사회기반시설(인프라)은 국가의 기반을 형성하기 위하여 대규모로 투자하여 건설하고 그 경제적 효과가 장기간에 걸쳐 나타나는 자산으로서 도로, 철도, 항만, 댐, 공항, 하천, 상 수도, 국가어항, 기타 사회기반시설 및 건설 중인 사회기반시설 등을 말한다. 즉 사회기반 시설이 대부분 국민의 이동성을 지원하는 교통인프라와 관련이 있음을 알 수 있다.
우리나라의 교통인프라 건설은 1970년대 고도성장기 시절부터 급속하게 이루어졌으 며, 구조물의 강도와 기능적 약화가 이루어지면서 유지보수 수요가 급격하게 증가하고 있 다. 나아가 고령화 시대에 접어들면서 교통인프라의 건설과 유지보수에 많은 예산을 투여 할 수 있는 경제적인 여력도 부족한 실정이다. 따라서 한정된 예산환경하에서 효율적이면 서 경제적인 인프라 자산의 운영 및 유지관리가 당면 과제이다.
먼저 교통인프라의 유지보수를 위한 국토교통부의 재정지출 현황을 살펴보기로 하 자. <표 1>에서 보는 바와 같이 도로 부문의 유지보수예산은 2017년(정부안) 기준으로 약 1.06조 원 수준이며, 2011년 이후 11.6%의 연평균 증가율을 보이고 있다.
미국의 경우, 1950년부터 교통인프라를 본격적으로 확충하기 시작한 것으로 가정하면 약 50여 년이 지난 2000년 초반부터는 운영 및 관리예산이 건설예산을 초과한 것으로 나 타났다. 특히 운영 및 관리예산은 1970년대 초반에 급격히 증가한 이후 지속적으로 증가 하는 추세를 보이고 있는데, 2003년 이후부터 운영 및 관리예산은 연평균 6%의 증가율을 보이는 반면, 신규 건설예산은 연평균 23%의 감소율을 보이고 있다(<그림 1> 참조).
일본의 경우에도 1960년 고도경제성장기 시절에 집중적으로 건설된 인프라 시설이 50년 이 지난 현재 보수 및 재건축의 시점에 도달하였다. 2014년 국토교통백서에 의하면 2033년 특집 교통인프라의 공공성 강화 전략
에는 도로교량의 67%, 하천관리시설의 64%, 하수도시설의 24%, 항만시설의 58%가 건설 후 50년이 경과될 것으로 예상되고 있어 이에 대한 재원 마련 등 인프라의 노령화 문제가 심각한 것으로 나타났다(国土交通省 2014).
요약하면 교통인프라 건설이 집중적으로 이루어진 시기의 차이는 있지만 해외 선진국 뿐만 아니라 우리도 새로운 건설 수요보다는 유지보수 및 관리 수요가 증가하고 있음을 확인할 수 있으며 이에 대한 대비가 필요한 시점이다.
교통인프라의 효율적 관리를 위한 의사결정 시스템의 필요성
미국 교통부(US DOT)에 따르면 도로 유지보수를 제때 하지 않아 재포장 등을 하는 경우 에는 당초 유지보수 비용의 2.5~4배에 이르며, 통행속도 저하로 인한 이용자의 통행시 간 증가, 연료 소모 증가, 환경 비용 증가 등의 추가적 비용이 발생하는 것으로 나타났다.
<그림 2>는 생애주기를 고려한 예방적 사전관리를 통한 유지보수 비용의 절감효과 및 도 로를 대상으로 시간의 경과에 따른 구조적 상태변화를 나타내는 것으로 공용 초기에는 포 장의 질이 완만하게 떨어지지만 어느 임계값 이후부터 급격하게 악화 속도가 빨라지는 것
도로
국도유지 운영 334 334 282 273 251 230 252
도로유지 보수 3,322 3,383 3,706 3,370 4,776 5,021 5,244 도로구조물 기능 개선 1,637 1,718 2,152 1,948 4,459 4,453 4,768
제주구국도 유지관리 160 167 234 275 287 303 292
도로병목지점 개선 1,030 1,180 1,582 1,470 1,590 1,613 1,444
위험도로 개선 - 610 627 739 845 880 1,000
철도
일반철도시설 유지보수위탁 2,041 2,005 2,004 2,059 2,389 2,389 2,157 일반철도안전 및 시설개량 1,333 1,900 2,797 2,600 4,194 4,200 4,404
고속철도안전 및 시설개량 - 400 535 450 500 550 640
철도시설위탁 및 관리 369 305 318 359 357 461 369
도시철도 내진보강 지원 - - - - 327 124 150
도시철도 스크린도어 설치 지원 - - - - 1,350 - -
항공·
공항
일반공항시설 관리
(헬기장시설 개선) - - - - 4 - -
항행안전시설 운영 및 구축
(레이더시설 개선) 15 15 18 30 33 33 50
출처: 국토교통부 내부자료.
을 알 수 있다. 따라서 교통인프라의 적절한 시점에서 경제적인 유지보수 공법의 결정을 통한 의사결정 지원(decision-making support) 시스템 구축은 기반시설의 기능 회복을 통한 서비스 제공에 필수적이다.
<그림 3>은 미국토목학회(ASCE)가 발간하는 도로, 철도, 항만, 공항 등 교통인프라의 수 준을 정량적으로 나타내고 있는 2017년 보고서에서 전체 평균(GPA)이 D+임을 보여주고 있어 노후화가 심각하며 향후 유지관리에 막대한 예산이 필요함을 간접적으로 시사한다.
우리나라는 지금까지 도로 등 네트워크로 연결되어 있는 교통인프라의 기능을 유지
<그림 1> 미국 SOC의 신규 건설과 운영 및 관리예산의 변화
0 50 100 150 200 250
1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2011
CapitalaBillions of 2014 Dollars
Operation and Maintenanceb
2003 to 2014
6 Percent Increase23 Percent Decrease
자료: CBO 2015.
<그림 2> 예방적 유지보수의 편익
FAILED VERY POOR POOR FAIR GOOD EXCELLENT
0 5 10 15 20
Spending $1 on preservation here...
40% Drop in Quality
75% of Life
12% of Life 40% Drop in Quality
...eliminate or delays spending $6 to $10 on rehabilitation or reconstruction here.
출처: Canadianinfrastructure.ca 2016.
<그림 3> 미국토목학회(ASCE) Report Card
출처: http://www.infrastructurereportcard.org 특집 교통인프라의 공공성 강화 전략
Cycle Cost Analysis: LCCA) 기법을 도입한 인프라의 자산관리(Infrastructure Asset Management: IAM) 개념이 도입되어 운영되고 있다.
지금부터 IAM의 개념과 내용에 대해 알아보기로 한다.
인프라 자산관리(IAM) 시스템의 개념과 구축 방안
IAM은 국가별로 차이는 있지만 경제성장기에 집중적으로 건설된 인프라의 노후화로 인 한 유지보수 수요의 증가와 함께 부족한 재정여건으로 인해 도입된 기법으로 공학적 관리 중심의 유지관리에 회계학적 가치를 고려하고 중장기적인 유지관리 전략을 수립하는 경 영학적 요소가 결합되어 체계적이고 합리적인 유지관리시스템이자 의사결정모델이다.
IAM의 핵심요소는 ① 자산관리 전략에 따른 비용효율적인 장기 투자계획, ② 공공에 제공해야만 하는 서비스 수준의 정의, ③ 생애주기적 관점에서의 최적 유지관리 의사결정 체계, ④ 국가의 중요한 자산으로 인식하고 회계 원리를 도입한 재정적 가치 판단이 그것 이다. 즉, 인프라의 자산관리는 계획을 수립하고 서비스 수준을 최대화하는 동시에 최적 의 보수 보강 및 계획 수립을 통해 예산지출을 최적화하고 장기적인 자산운용 계획을 수 립하는 기법이라 할 수 있다.
미국의 경우 연방고속도로관리국(Federal Highway Administration: FHWA)과 미 국도로교통공무원협회(American Association of State Highway and Transportation Officials: AASHTO), 주정부 및 연구기관 등을 중심으로 1990년대부터 자산관리에 관한 연구를 활발히 진행 중이며, FHWA의 자산관리실은 시스템 관리 및 모니터링, 평가 및 경제적 투자의 세 분야로 구성되어 주정부에 도구, 기술, 훈련 및 자문 서비스 등을 지원 하고 있다(한국도로학회 2018).
AASHTO의 목표는 조직적인 통합, 성능평가 개발, 분석적 도구의 실행, 정보관리에 대 한 일반적인 자산관리의 방법을 제공하는 것이며 HERS, PONTIS(BMS), PMS, HPMS, NBIS와 같은 관련 시스템이 구축되어 운영 중이다.
영국의 경우 고속도로청(HA) 관할하에 유지관리는 지역사무소가 계약한 민간기업에 위탁하여 수행하고 있으며, 다양한 데이터베이스(HAPMS, SMIS, HAGDMS, NOMAD, HA-ES, HARTIS) 등을 통해 정보를 수집 및 관리하고, 의사결정과정에서 전략계획, 업 무계획, BSC 균형성과표, 연례보고서 등 네 개의 핵심자료를 활용하고 있다.
한편 재해 및 재난 발생 후 기반시설의 원래 기능 및 성능 복구를 위한 단기적인 대응방 안도 중요하지만 장기적인 기반시설물의 성능(LOS) 유지 및 관리를 위해서 뉴질랜드, 미 국 등 선진국을 중심으로 자산관리를 법제화하고 있다. 이를 통해 장기적인 관점에서 유 지관리의 우선순위 선정 및 필요한 예산 수준 예측과 이를 통한 의사결정시스템 지원을 통해 예산 절감과 만족도 향상의 효과를 거두고 있다.
현재 국내 유지관리 업무는 대부분 계획(Plan)과 실행(Do)을 반복하면서 단기적인 관 점의 관리만이 수행되어 왔다고 할 수 있으나, <그림 4>에서 볼 수 있는 바와 같이 도로포 장을 대상으로 PDCA(Plan-Do-Check-Action) 기법을 도입하여 자산관리 시스템을 운 영할 것을 제안한다(도명식, 박성환, 김정민, 최승현 외 2016).
즉, 한정된 SOC 예산의 범위 내에서 안전한 이동 서비스를 제공하는 인프라의 기능 유 지와 재난 발생 시 회복력 강화를 위한 장기적인 관점에서의 자산관리 시스템 도입을 적 극적으로 검토해야 할 것으로 판단된다.
<그림 4> 도로포장 자산관리시스템 PDCA 구축방안
불만 일상점검
보수이력 정기조사
결과
입력물 과정 결과물
입력물 검토
불만 일상점검
포장 데이터베이스
보수이력 정기조사
결과 신정책, 목표, 기술기준
입력물 과정 결과물
계획
점검, 행동
점검, 행동 전략적(성장) 관리주기
로직 모델
자료 관리 로직 모델의 수정
효율성 효과성
업무 프로세스의 모델화
참조, 입력 새 정책
새 계획
실행
계획
점검
/ 행동 실행
실행 예산집행
성능관리 관리주기 비용 절감
Update 계획
정책평가 비용절약, 서비스 향상 퍼포먼스 개선(장수명화)
예산계획
보수계획
출처: 도명식, 박성환, 김정민, 최승현 외 2016.
특집 교통인프라의 공공성 강화 전략
서 관리자 비용을 줄이기 위한 대안으로 예방적 유 지보수 및 관리기법이 연 구되고 있으며, 여기서 예방적 유지보수란 도로 시설물의 파손 속도가 가 속화되기 이전 시점에 시 행되는 유지보수를 의미 한다.
도로의 경우 연장이 증 가하고 통행량도 늘어남
에 따라 도로포장의 노후화가 진행되고 있으나, 유지관리 비용을 감소하기 위해서는 사후 대응의 개념인 현재의 유지보수 개념을 사전대응의 개념인 예방적 유지보수로 전환하여 생애주기비용을 최소화하는 시스템 구축과 함께 효율적인 관리가 필요하다.
그러나 예방적 유지관리 기법의 도입까지는 많은 장애물이 있으며, 효율적인 유지관리 시스템을 위해서는 ① 도로포장의 정의 및 DB 구축, ② 도로포장 파손예측모델, ③ 유지 보수 대안의 선택, ④ 경제성 분석을 거쳐 ⑤ 예산의 최적화와 유지보수 우선순위 선정과 정이 필요하며, 이를 위한 장기적인 데이터의 확보 및 재정지원이 이루어져야 한다.
기존의 연구 결과를 살펴보면, 최적 유지보수 기준에 대한 분석결과 포장상태가 악화된 경우(PSI 낮음)에는 관리자비용보다 이용자비용이 전체 생애주기비용(LCC)에서 차지하 는 비율이 높고, 포장상태가 양호한 경우(PSI 높음)에는 과다 유지보수로 인해 이용자비용 보다 관리자비용이 전체 생애주기비용에서 차지하는 비율이 높아지며 총 생애주기비용 또 한 증가하는 것으로 나타났다. 나아가 기대 생애주기비용이 최소가 되는 PSI 수준(최적임 계수준)에서 유지보수가 이루어지는 것이 최적 대안임을 확인할 수 있으며, 교통량의 차이 및 PSI의 차이 등에 따라 최적임계수준은 달라질 수 있음도 확인하였다(<그림 6> 참조).
또한 한국형포장관리시스템(Korea Pavement Management System: KoPMS)의 포 장파손예측모델 및 경제성분석모델을 이용하여 일반적인 포장유지보수 공법을 적용한 경 우와 예방적 유지보수 공법을 적용한 경우에 대한 유지보수 예산 및 서비스 수준의 변화 를 일반국도 구간을 대상으로 산정한 결과, 예방적 유지보수를 적용하는 것이 일반포장을
유지보수 비용
계획 수준 Low
High
0
총 유지보수 비용 최적 구간
예방적 유지보수 비용
사후 유지보수 비용
자료: IPWEA 2015.
적용한 경우에 비해 비용과 서비스 수준 측면에서 모두 뛰어난 것으로 나타났다.
한편, 국내 고속도로의 교량을 대상으로 한 예방적 유지관리 효과를 분석하기 위한 연 구에서 100년간의 예방적 유지관리 활동을 통해 교량당 5억 원의 절감 효과를 볼 수 있는 것으로 나타났으며, 현재 예방적 유지관리 활동을 실시할 경우 향후 20년 동안 총 1837억 원, 연간 약 92억 원의 비용 절감효과가 나타날 것으로 예측한 바 있다(정유석, 김우석, 이 일근, 이재하 2016). 즉, 예방적 유지보수를 도입할 경우 연간 유지보수의 절감효과를 통 해 재정적 측면에 크게 기여할 것으로 판단된다.
장수명(Long-life) 기법의 도입은 최근 포장분야에서 활발히 연구가 진행되고 있으며, 초 기 공사비가 기본 공법보다 고가일지라도 생애주기 동안 유지보수의 시행 횟수 감소로 얻게 되는 부가비용(공사로 인한 지 · 정체로 이용자의 통행시간 및 유류 비용의 증가, 환경 부하
<그림 6> 관리자비용 및 이용자비용의 변화 추이
(a) 총 교통량 최소 (b) PSI 최소
(c) 총 교통량 최대 (d) PSI 최대
자료: 도명식, 김정환 2009.
비용(억 원)
PSI
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
최적임계수준: 2.1
비용(억 원)
PSI
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240
최적임계수준: 2.7
비용(억 원)
PSI
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225
최적임계수준: 2.6 비용(억 원)
PSI
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 1,100 1,200 1,300 1,400 1,500 1,600 1,700 1,800 1,900 2,000 2,100 2,200
최적임계수준: 2.9
기대LCC 이용자비용 관리자비용
기대LCC 이용자비용 관리자비용
기대LCC 이용자비용 관리자비용
기대LCC 이용자비용 관리자비용
특집 교통인프라의 공공성 강화 전략
권병윤(2015)의 연구에서 장수명 아스팔트 포장의 공용수명은 일반 아스팔트 포장의 공 용수명에 비해 평균 50% 이상 향상된 것으로 나타났다. 도명식, 권수안, 백종은, 최승현 (2016)는 공용수명 예측모델을 통해 일반 포장과 장수명 포장의 공용수명을 예측한 결과, 균열률 지표를 기준으로 약 41∼53%, 소성변형지표를 기준으로 약 62∼82% 정도 장수명 포장의 공용수명이 향상되었으며 소성변형지표에 대한 내구성이 우수한 것으로 나타났다.
나아가 일반/장수명 포장에 대한 경제성 분석 결과 유지보수 비용 측면에서는 장수명 포장이 일반 포장에 비해 상대적으로 고가이지만 이용자비용, 지체비용을 포함하는 총비 용 측면에서는 약 0.2%, 이용자편익 측면에서는 약 4.1% 수준에서 장수명 포장이 일반 포장에 비해 우수한 것으로 나타났다.
장기적 유지관리 제도화 및 개선방안
먼저, 교통인프라의 고령화 및 인구고령화에 따른 세수의 감소에 따라 유지보수 재원의 확보가 어려울 것으로 예상되므로 이에 대한 정부차원의 대책 마련과 재원확보 방안이 필 요할 것으로 판단된다. 특히, 시설물의 노후화로 인해 늘어나는 유지보수 수요에 대한 충 분한 예산을 확보하기에는 어려운 실정임을 감안하면 IAM의 도입으로 예산확보를 위한 근거를 마련하고 최적 유지보수 시기와 공법의 결정 그리고 시민들에게 인프라의 상태를 공개하는 등 시스템적 접근이 필요할 것으로 판단된다.
둘째, 중기 유지보수 및 관리 계획의 제도화가 필요하다. 즉, 교통인프라 유지보수의 성 과관리 목표를 노후화에 따른 안전사고 예방과 사전 예방적 유지보수를 통한 생애주기비 용(LCC)의 최소화로 설정할 필요가 있다. 이를 위해서는 과거의 유지보수 이력 및 공용성 에 대한 데이터베이스의 구축이 선결과제이며, 노후화된 교통인프라를 대상으로 한 상태 조사 및 안전점검을 통하여 유지보수 수요를 파악하고 우선순위에 기반을 둔 중기 유지보 수 및 관리 계획을 수립할 필요가 있다.
마지막으로 인프라의 효율적 유지보수와 관리가 이루어지기 위해서는 상태의 실시간 모 니터링(Real Time Monitoring)이 무엇보다 중요하며 이는 이용자인 시민들의 안전과 원 활한 이동성에 직결되는 문제이기도 하다. 최근 정부의 스마트시티 건설계획에서도 언급 된 바와 같이 통신 모듈을 갖춘 소형 센서(온도, 압력, 자기장, GPS, 환경 등)를 이용하여 인프라의 실시간 모니터링을 가능하게 하는 네트워크 구성 기술 및 드론 융합 기술 등의 발
참고문헌
대한민국정부. 2014-2016. 각 연도별 회계연도 결산보고서(국토교통부). 세종: 국토교통부.
도명식, 김정환. 2009. 생애주기비용을 고려한 도로포장의 자산가치 평가에 대한 연구. 대한토목학회 논문집 29권, 1D호:
63-72.
도명식. 권수안, 백종은, 최승현. 2016. 한국형 포장관리시스템을 활용한 장수명 아스팔트 포장의 경제성 분석. 한국도로학 회 논문집 18권, 4호: 19-28.
도명식, 박성환, 김정민, 최승현, 이윤정, 정호용. 2016. 도로자산 관리체계 구축방안 마련연구(도로포장 중심). 세종: 국토 교통부.
백종은, 임재규, 권수안, 권병윤. 2015. 일반국도 현장조사 모니터링을 통한 장수명 아스팔트 덧씌우기 포장의 공용성 분 석. 한국도로학회 논문집 17권, 3호: 69-76.
정유석, 김우석, 이일근, 이재하. 2016. 예방적 유지관리를 통한 교량의 생애주기비용 절감 효과 분석. 한국구조물진단유지 관리공학회 논문집 20권, 6호: 1-9.
한국도로학회 자산관리분과위원회. 2018. 사회기반시설의 자산관리와 ISO 55000. 서울: 씨아이알.
国土交通省. 2014. 国土交通白書. http://www.mlit.go.jp/hakusyo/mlit/h25/hakusho/h26/ (2018년 2월 20일 검색).
2017 Infrastructure Report Card. https://www.infrastructurereportcard.org (2018년 2월 20일 검색).
Canadaininfrastructure.ca. 2016. Informing the Future: Canadian Infrastructure Report Card. http://canadianinfrastructure.
ca/en/index.html (2018년 2월 20일 검색).
IPWEA(Institute of Public Works Engineering Australasia). 2015. International Infrastructure Management Manual 2015.
North Sydney: Institute of Public Works Engineering Australasia.
CBO(Congress of the United states Congressional Budget Office). 2015. Public Spending on Transportation and Water Infrastructure, 1956 to 2014. Washington, D.C.: Congress of the United states Congressional Budget Office.
전으로 실시간 상태 모니터링이 가능할 것으로 예상된다(한국도로학회 자산관리분과위원 회 2018). 이러한 첨단융합 기술을 교통인프라 유지보수 및 관리분야에 적극적으로 활용할 수 있는 전문가의 육성도 필요하다.
특집 교통인프라의 공공성 강화 전략
