施 工 管 理 大 韓 土 木 學 會 論 文 集
第30卷 第4D 號·2010年 7月 pp. 403~411
경량전철의 도시별 적용실태조사와 적정성에 관한 연구
− 수도권을 중심으로 −
A Study on the Application Status and Appropriateness of Light Railway Systems
− In the Seoul Metropolitan Area −
김종기*·하승우**·서종원***
Kim, Jongki·Ha, Seungwoo·Seo, Jongwon
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Abstract
Nowadays, Light railway system is attracted public attention as solution for metropolitan traffic congestion. But it is difficult to decide an appropriate light railway system. It is especially hard in the Seoul metropolitan to decide an appropriate system, because there are many factors that must considered. So we research application status of light railway system that is sched- uled or promoted in the Korea and the foreign nations. And we selected systems by types of city. In this paper, we divided into 6 types of city through factor analysis and cluster. And we considered various factor such as technology, transportation, envi- ronment etc that used previous research and feasibility study. To determine the priority among the factors, AHP(Analytic Hier- archy Process) was applied as a method for multi-standard decision method.
Keywords : light railway systems, factor analysis, cluster analysis, AHP (Analytic Hierarchy Process)
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요 지
우리나라는 1990년대부터 도시공간구조 재배치와 지역 간 균형발전계획에 따라, 경전철, 모노레일, 자기부상열차, 간선급행 버스 등 신교통수단 도입이 구체적으로 논의되어 왔고 일부는 건설 중에 있다. 그러나 경량전철 사업추진과정에서 일관성 있게 조율할 수 있는 전담기구역할이 부족하여 사업주체간에 심각한 혼선을 빗고 있으며, KDI 공공투자관리센터에서 시행하 고 있는 예비타당성조사도 경제성(B/C)에만 비중을 두고 사업을 시행하고 있는 형편이다. 따라서 경량전철형식에 대한 적정 성 연구가 필요함으로 도시별 유형과 특성에 맞는 효율적인 경량전철형식을 제시하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 서 울과 경기도의 지역을 요인분석을 이용하여 6개 군집으로 분류하고 각 군집에 적합한 경량전철을 선정하기 위해 선호도 분 석을 실시하였다.
핵심용어 : 경량전철, 요인분석, 군집분석, AHP
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1. 서 론
1.1 연구의 배경 및 목적
첨단지능형 교통시스템인 경량전철은 AGT(Automatic Guideway Transit), LRT(Light Rapid Transit), 모노레일, BRT(Bus Rapid Transit) 등과 같은 새로운 도시형 대중교 통수단을 통칭한다. 경량전철을 처음으로 시작한 것은 도시 로의 현저한 인구집중이 도시문제를 발생시킨 1960년대 초 미국이다. 그 이후 1970년대 이래 세계적으로 140여개의 도 시에 건설되었고 이들은 대부분 과도한 도로교통, 토지이용, 환경문제를 개선하고, 교통서비스 질의 향상과 도시개발의 유연성을 확보하기 위해 도입되었다.
우리나라도 1990년대부터 도시공간구조 재배치와 지역간 균형발전계획에 따라, 경전철, 모노레일, 자기부상열차, 간선 급행버스 등 신교통수단 도입이 구체적으로 논의되어 왔고 일부는 건설 중에 있다. 현재 경기도 용인시에서는 18.4km 의 경량전철(LIM)노선이 2009년 개통을 목표로 건설 중이고, 의정부시에서는 경전철(AGT) 11km가 2011년 개통목표로 건설 중에 있다. 또한 인천도시철도 2호선(LIM) 29.2km와 인천공항 자기부상열차 시범노선 6.1km, 인천 월미 관광특 구에 모노레일 6.2km가 금명간 공사에 착수할 계획이다. 이 와 관련하여 여러 지방자치단체에서는 도시의 성격과 규모 에 따라 신교통수단을 설치, 운영하여 주민들에게 지하철, 버 스 이외의 다양한 통행수단 선택기회를 제공함으로써 양질
*(주)동명기술공단 도시철도부 부사장·한양대학교 공학대학원 건설관리학 석사 (E-mail : [email protected])
**정회원·한양대학교 대학원 건설환경공학과 석사 (E-mail : [email protected])
***정회원·교신저자·한양대학교 건설환경공학과 부교수 (E-mail : [email protected])
의 대중교통서비스체계를 구축할 수 있다는 장점을 부각시 켜 경량전철 사업 인프라구축에 열을 올리고 있는 것이다.
그러나 기존에는 비용과 수익성을 분석하는 경제성 검토, 정책과의 일관성을 검토하는 정책적 검토, 지역균형발전 등 을 검토하여 경량전철의 형식별 타당성 조사를 수행하고 있 으나 차량 성능, 건설시공성과 같은 기술적 측면, 도시 규모, 교통 수요와 같은 교통적 측면 및 환경적 측면에 대한 종합 적인 평가가 이루어지지 않는 실정이다(조도형 등, 2007).
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 경량전철 시스템의 선정에 대하여 연구하고자 한다. 그리고 사업주체 마다 중복투자우려와 경량전철의 형식의 무분별한 도입시행 은 새로운 교통수단형식에 대한 기술적 발전을 저해하고, 경 쟁력 약화가 예상된다. 따라서 경량전철형식에 대한 적정성 연구가 필요함으로 도시별 유형과 특성에 맞는 효율적인 경 량전철형식을 제시하고자 한다.
1.2 연구의 범위 및 방법
연구대상도시는 도시교통시설 중 경량전철을 건설하고 있 거나 계획 중인 서울시를 포함한 수도권 중소도시 및 그 교 통권역을 포함한다.
경량전철의 형식은 매우 다양한 형태로 서로 다른 안내방 식과 동력방식, 차륜방식, 운전방식 등의 특성이 있어 궤도 계 교통수단을 대상으로 수도권의 도시유형을 조사하여 대 표도시를 선정하고 국내외 경량전철현황을 조사하여 도시별 유형과 특성에 맞는 효율적인 경량전철형식 대하여 연구하 고자 한다.
본 연구의 수행 방법은 수도권 도시현황을 조사하여 특성 별로 군집을 분류하여 대표도시를 선정하고 경량전철의 종 류와 특징에 대한 사전조사를 실시하였으며, 국내·외 전철 사업의 추진현황 및 도입운영사례분석을 통해 경량전철사업 의 동향을 파악하였다. 경량전철형식의 선정기준 정립을 위 해 앞서 분류한 대표도시의 도시유형별 특성과 경량전철시 스템 특성의 연계 분석을 위한 기준을 정립하고, 경량전철형 식의 선정을 위해 의사결정 기법인 AHP분석을 통한 쌍대비 교를 실시하여 각 기준의 중요도를 측정하였다. 중요도 산정 결과를 기준으로 도시유형에 따른 적정시스템선정을 위한 선 호도를 산출하여 도시별 유형과 특성에 맞는 경량전철형식 을 선정하는 방법을 제시하고자 한다.
2. 수도권 도시현황 및 대표도시선정 2.1 수도권 도시현황
수도권이라 함은 서울특별시, 인천광역시 및 경기도 전역 을 말하며, 수도권의 면적은 11,730km2로 전국의 11.8%에 불과하나, 인구는 23,782천명으로 전국의 48.3%에 해당되며 인구밀도는 전국의 487인/km2에 비해 약 4배나 높은 상태 이다. 경기도의 인구증가율이 높으며, 서울은 지속적으로 감 소추세이나 최근 감소율이 둔화되고 있음은 일시적일 뿐, 신 도시개발 등으로 유동인구는 감소되지 않을 것으로 예상된다.
2.2.1 연구대상 도시의 특징과 분류 및 적용 대표도시 선정 도시의 분류상 중도시는 5만 명 이상이나, 경량전철도입
적정인구가 30만 명 이상을 요구하고 있어, 수도권도시 중 향후 인구증가를 고려하여 20만 명의 시급 이상의 19개 도 시 일반현황의 자료를 근거하여 요인분석(Factor Analysis)을 실시하였다. 변수로는 행정구역면적, 도시계획면적, 세대수, 인구, 인구증가율, 인구밀도, 주택수, 학생수, 사업체수, 도로 연장, 차량대수 등 총 11개 변수를 사용하였다. 이외에 경량 전철 사업추진과 관련되는 속성 중에서도 중요한 부분이라 할 수 있는 교통여건지수를 추가하여 분류하였다. 그리고 1 이상이 되는 요인을 추출하고, 추출된 요인 중에서 유의미한 변수를 가려내기 위하여 적재치가 0.9이상 되는 변수를 선정 하여 군집분석(Cluster Analysis)을 실시하여 대표도시를 분 류하였다.
3. 경량전철의 종류와 특징 및 연구대상 선정
경량전철의 형식 선정을 위하여 경량전철의 형식과 특징을 살펴보면 표 2와 같이 크게 6가지로 구분되며, 각각의 특징 은 표 3과 같다.
국내에서 추진되고 있는 경량전철 사업의 경우, 앞서 열거 표 1. 군집별 해당도시
군집 해당 도시 도시유형의 특성
1 서울 인구 천만이상의 수도권 중심 거대도시
2 인천 인구 270만의 광역 국제물류중심 거대
도시
3 수원, 성남, 부천, 안양,
인구규모가 100만가까운 도시이거나, 인구밀도가 극심한 10,000명/km2이상 이고, 수도권 중 축별 교통량이 많은 대도시
4 광명, 안산, 의정부, 용인,
고양
인구가 70만정도의 규모상 대도시와 인 구밀도가 심한 5,000(명/ km2)이상으로 중도시, 도시의 기능이 확충될 가능성 이 큰 도시
5 평택, 남양주, 김포, 시흥, 군포,
인구30만명~50만명규모의 중도시와 중 심도시와 인접하여, 발전 가능성이 큰 도시
6 파주, 화성, 광주 인구규모가 30만명 정도 규모의 중 도 시로서, 비교적 인구밀도가 5,000(명/
km2)이하로 적은 중도시
표 2. 경량전철의 종류
구 분 특 징
모노레일 모노레일은독립된 1개 레일을 이용하여 운행하는 방 식과 좌식과 현수식이 있음
MAGLEV 진동, 소음 문제의 개선과 열차 속도 한계를 해결 전자력(흡인력 및 반발력)을 이용하여 차량을 부상추진 AGT 전용궤도를 소형 경량의 바퀴 부착차량이 가이드웨 이를 자동운행, 고무차륜방식과 철제차륜방식이 있음
LIM 선형유도모터를 이용하여 차량과 가이드웨이간의 궤도와 바퀴의 접착없이 차상과 지상 상호간의 자력에 의해 직선운동을 발생시켜 운행됨
SLRT VVVF 인버터 제어방식의 삼상 유도전동기를 사용하 여, 전동기로부터 기어박스를 거쳐 차륜을 직접 구동
BRT 기존의 노선버스에 간단한 기계식 안내장치를 부착 하여 전용궤도 위를 가이드 레일
(guide rail)에 안내되어 주행하는 시스템 기타 종류 : PRT, CABLE CAR
한 경량전철 모두를 적용하고 있는 바, 본 연구의 대상은 표 2의 경량전철 모두를 포함하였다.
4. 국내·외 전철사업 추진현황 및 도입운영사례 분석 4.1 해외 경량전철도입 및 운영사례
육상교통의 노면교통수단인 버스, 택시, 승용차, 화물트럭 이 시간적, 공간적으로 이용하는데 제약이 없어 대중교통으 로서의 역할을 해왔다. 그러나 인구가 늘어나고 산업이 발달 하면서 급속도로 증가된 육상교통수단으로 인한 피해는 너 무나 크고, 심각한 현실에 직면해 있다. 도로교통 혼잡으로 인한 보이지 않는 사회간접자본 손실비용은 말할 것도 없고, 이에 따른 대기환경오염의 심각성으로 겪는 각종 재해로 인 한 인적, 물적 손실, 교통사고의 증가, 국가경쟁력의 저하, 도시민의 삶의 질 저하와 도시의 슬럼화 등 부정적인 연쇄 파급효과가 대단함은 사실이다.
이러한 부정적인 영향을 사전에 간파한 경제력이 있는 국 가들은 1960년대 이후 대중교통시설건설의 정책을 국가적인 차원에서 지원하고 관리하는 방향으로 진행해 왔다. 그 정책 방향은 편리하고 쾌적하며 신속하고 정시성 있는 대량대중 교통, 환경적으로 우수하고 에너지가 절약되는 대중교통, 접 근성이 높은 대중교통, 안전하고 신뢰할 수 있는 교통정책을 기본방향으로 하고, 향후 정보화 사회에 부합되는 시스템화 된 신교통수단을 개발하고 건설해 왔던 것이다. 따라서 미국, 일본, 유럽의 여러 나라들은 수십 개 노선에 다양한 신교통 수단을 도입하여 대도시와 중소도시를 유기적으로 연결, 국 토의 균형발전에 기여할 수 있었다. 아시아에도 일본을 제외 하고 필리핀이 가장 먼저 경량전철을 도입하여 운행한 바 가있고, 대만, 싱가포르, 말레이시아, 중국 등은 노선을 계속 확대 건설하려는 계획을 갖고 있다.
그러나 경량전철의 장점만으로는 도시교통문제 해결에 한 계가 있기 때문에 유럽에서는 승용차 도심통행을 억제하기 위하여 자가용에 대한 도심주차료 인상, 혼잡시간대 도심통 과료 부과, 자가용 보유세의 부과 등과 같은 적극적인 수요 관리 정책이 실시되었던 점이 주목된다. 지금까지 경량전철 은 약 60여 개 국가에서 대략 883여 개 노선의 시스템이 운행되고 있다. 경량전철의 도입이 특정 목적을 성취하기 위 해 도입하는 사례는 많지 않다. 다만, 본 연구에서 조사한 외국의 사례들을 볼 때 대도시지역의 교통 혼잡을 완화하기
위한 목적 또는 지상구간의 과다한 지장물이 있을 경우에는 지하터널 건설을 도모하며, 비용절감을 위해 고무차륜 AGT 또는 LIM 시스템이 도입되고 있다(Mackett et al., 1998).
일본의 경우 철도사업법과 궤도법에 근거하여 기술적 사항 이 규정되어 있는 철도 시스템 중 도시교통에 사용될 수 있 는 시스템은 보통철도, 특수철도, 노면전차로 구분되면며 특 수철도(현수식, 과좌식 모노레일, 자동주행안내궤도 철도, 무 궤도 철도, 강삭철도, 부상식 철도)등 궤도 특성에 따라 구 분하고 있다.
독일의 도시교통과 연관되는 철도관련법은 일반철도법, 여 객철도법이 있으며, 일반철도법은 지역간을 연결하는 간선철 도 및 이와 연결되는 지선철도, 도시고속전철(S-Bahn)을 규 정하고 있고. 여객교통법에는 도시전철, 노면전차, 지하철, 고 가철도에 관한 기술적 사항을 규정하고 있다(Leroy et al., 2005).
미국의 경우 대중교통협회에서 여객수송을 위한 가장보편 적인 철도시스템을 통행권, 기술 및 운영특성에 따라 통근철 도, 중량철도, 경량철도 등으로 구분하고 있다.
외국의 경우 도시철도 건설에 대한 정부의 재정지원이 비 교적 높은 편인데 이는 도시철도의 건설이 승용차 이용자를 흡수함으로서 대기오염의 감소, 교통혼잡 완화 등의 외적효 과는 물론, 도시교통정책 측면에서 도로건설의 지원에 대한 보상성격을 갖기 때문으로 볼 수 있다. 주요 국가들의 도시 철도 건설시 재정지원현황을 살려보면, 미국은 연방정부, 주 정부, 지방정부별로 지원하고 있으며, 연방정부가 건설자금 의 60% 이상을 부담하고 있다. 일본의 경우 철도종류에 따 라 국고지원 비율이 다 중앙정부와 지방정부가 건설자금을 분담하는데 평균분담률은 중앙정부가 58.8%, 지방정부 28.8%, 운영기관이 12.5% 수준이다. 이와 같이 외국의 경우 는 중앙정부의 과세방안이 대체로 높은 편이며, 도시철도의 건설이 수익자부담원칙에 부합하도록 과세방안을 고안하여 안정적으로 재원을 확보하여 지원하고 있다.
4.2 국내 경량전철사업 추진현황 및 적용실태
현재 수도권 경량전철의 확충 필요성에 대한 인식이 팽배 하여 지방자치단체들이 활발한 교통정책 수립과 중앙정부와 의 조율로 경량전철 건설을 계획·추진 중인 지역은 대도시 와 주변 인접도시간, 대도시 도심지역, 공항·위락지역 등 차별화된 노선을 대항으로 하고 있다. 경량전철 건설 사업은 표 3. 경량전철의 특성
구분 단위 모노레일 자기부상열차 AGT
LIM 노면전차 BRT
고무차륜 철제차륜
1량당 승객정원명 50-120 100-120 50-110 75-100 60-130 100-250 60-240
차량편성 량 4-6 2-3 2-6 2-4 2-6 1-7 1-2
승객 수송능력 명/h 12,000-20,000 12,000-20,000 7,000-25,000 17,000-20,000 12,000-30,000 5,000-15,000 5,000-12,000
차륜형태 고무 자기판 고무 철제 철제 철제 고무
최고운행속도 km/h 65-80 100-300 60-80 70-80 80-90 80 50-60
최대등판구배 % 5-6 6-7 5-7 4-6 5-7 4-8
최소곡선반경 m 50-55 50-55 30-35 35-50 50-70 20 20
운전방식 유인 유인(무) 무인 무인 무인 유인 유인(무)
정부뿐만 아니라 여러 지방자치단체에서 건설 또는 계획을 수립하여 각기 상이한 주체들이 무분별하게 추진 중에 있다.
경기도 용인시에 운전실이 없는 LIM(Linear Induction Motor) 구동방식의 경전철 18.5km의 노선이 2009년 개통을 목표로 건설 중이고, 의정부시는 무인자동운전 AGT 고무차 륜방식 경전철 11km 2011년 개통목표로 건설 중에 있다.
최근 인천공항 자기부상열차 시범노선 6.1km와 인천 월미 관광 특구에 모노레일 6.2km가 설계를 착수한 바가 있다.
정부시범사업으로는 서울~하남, 김해~부산 간을 시작으로 민 자유치사업으로 추진 중에 있으며, 지방자치시대를 맞아 장 기적인 지역발전을 도모하기 위한 방안으로 향후 경량전철 건설계획은 더욱 늘어날 것으로 예상된다(박광복 외, 2003).
1995년에 도시철도법 상에 도시철도기술을 연구하는 기관 에 제정지원 근거를 마련하고, 도시철도위원회를 설치하였으 며, 도시철도법시행령에는 새로운 도시철도 체계의 도입 및 개술개발 근거 마련하였다. 그리고 사회간접자본시설에 대한 민간자본유치촉진법('94.8.4)제정하고, 정부 시법사업의 민자 유치시설사업 기본계획 고시와 민자유치 대상사업을 선정하 여 시행하고 있다. 또한 국토해양부는 경량전철건설에 소요 될 종합기술체계 확보를 목표로 경량전철시스템기술개발사업 을 99년부터 추진하고 있으며, 2005년 5월에는 도시형 자기 부상열차 실용화사업을 우선추진과제로 선정하여 미래 국가 성장동력을 확보코자 추진 중에 있다.
5. 기준정립 및 관계분석
5.1 경량전철의 시스템선정기준정립
도시철도 기본계획 승인기준에는 경량전철은 원칙적으로 인구 50만 명이상의 도시로 하되 교통수요가 있는 경우는 예외로 하고 있으며, 교통수요는 편도 첨두 1시간 최대혼잡 구간 수송수요가 개통 후 10년내 1만인 수준으로 예측되는 노선을 원칙으로 한다. 그러나 기존노선과 연계를 위한 경량 전철의 도입이 불가피한 노선은 교통수요가 미달하더라도 적 용할 수 있다. 교통수요는 해당노선 또는 교통축의 구간을 대상으로 하여 첨두시 교통수요를 이용하고 있으나, 외국의 경우에는 노선규모를 반영한 1일 기준수요를 이용하고 있다.
표 5는 기존에 한국교통연구원에서 수행되었던 연구 자료에 서 발췌한 내용을 정리한 표로써 도시철도 시스템 선정을 위한 국내외 교통수요 기준을 나타내었다.
기 진행된 연구에서 조도형 등(2007)은 경량전철형식을 선 정하는데 있어 평가항목을 크게 경제적 타당성, 노선의 합리 성, 대중교통 이용증진, 지역균형발전, 도시 공간 구조에 부 응으로 분류하였고, 하승우 등(2008)은 평가항목을 기술측면, 이용측면, 환경측면으로 분류하여 기술적요소와 환경적요소 를 경량전철 선정 시 평가항목으로 선정하였다. 그러나 조도 형 등(2007)의 연구 내용들은 각 형식의 기술적 성능에 대 한 기준은 다루지 않고 외부 환경적 요소 위주로 다루고 있
표 4. 국내 경량전철 건설사업 추진실태
노선명 위 치 개 요 차량시스템 주요추진 내용
서울 강남선 학여울-도산 6.0km( ) MONO RAIL 예비타당성 조사완료
서울 송파선 송파-용산 20km(6) MAGLEV 계획중
서울 신설선 우의-신설 10.7km( ) AGT 제3자 공고완료
서울 서부선 새절-장승배기 km(12) 계획중
서울 목동선 신월-당산 11.9km( ) AGT 계획중
서울 신림선 서울대-여의도 (10) MONO RAIL 계획중
서울 동북선 왕십리-은행동 12.3km( ) 계획중
서울 면목선 청량리-신내동 9.3km(12) 계획중
서울 DMC선 수색순환선 6.5km( ) 계획중
인천 월미선 월미도-동인천 6.1km( ) MONO RAIL 설계중
용인 에버라인 강남대-에버랜드 18.4km(15) LIM 공사중
의정부선 장암-송암 11.1km(15) AGT 공사중
성남 1-2호선 20.7km( ) SLRT 예비타당성 조사완료
김포선 김포공항-김포 20km( ) AGT 예비타당성 조사완료
부천 1-2호선 소사-고강외1 11.5km(12) 예비타당성 조사완료
수원 1-3호선 34.3km( ) AGT 계획중
인천 2호선 오류-대공원 29.3km(27) LIM '08, 착공예정
안양 1-2호선 광명-산본외1 17.4km( ) 계획중
광명선 철산-관악 10.3km(8) AGT 계획중
안산선 신천-정왕 7.9km( ) LIM 계획중
고양 1-2호선 대화-시화외1 11.4km( ) MONO RAIL 계획중
시흥 1-2호선 시청-시화외1 20.4km( ) 계획중
공항 자기부상 인천국제공항내 6.3km( ) MAGLEV 시범노선 설계중
( )는 정거장 수를 뜻함.
자료 : 예비타당성조사를 완료, 진행 중인 자료와 지방자치단체의 계획 참고
어 각 형식이 갖는 고유 기술 성능에 대한 판단이 어렵다.
또한, 하승우 등(2008)의 연구는 도시규모와 각 도시의 교통 수용에 대한 요소가 결여되어 각 도시별 차이점에 대해 비 교할 수 있는 근거가 부족하다는 제한점이 있다.
이에 따라 본 연구에서는 도시철도 기본계획수립단계에서 요구되는 경량전철 형식상 필요한 항목을 기준으로, 본 연구 를 수행하면서 조사하고 파악한 실태를 근거로 하여 선정기 준을 정립하였다.
5.2 대표도시 군별 특성과 경량전철시스템 특성 연계 분석 본 연구에 적용되는 도시유형 중 인구가 많은 서울시, 인 천시의 경량전철의 적용은 도심에서 부도심과 부도심에서 부 도심을 연결하는 노선이 될 것이라고 판단할 수 있다. 그러 나 3군 이하의 도시경량전철은 대부분 도시내부 간선도로의 교통난 해결을 위한 통과노선이지만, 아직 계획단계에 있거 나 노선 미정으로 통과노선의 기하학적 구조, 교통수요, 교 통이용성, 환경측면 등을 적정하게 적용하기에는 한계가 있 다. 따라서 경량전철시스템을 분석하는데 필요한 선정항목의 표 5. 도시철도 시스템 선정을 위한 국내외 교통수요 기준
구 분 기 준 비 고
국내
- 첨두시 노선 최대 재차 인원
•대형전동차: 4만인/편도 이상
•중형전동차: 2만인/편도 이상
•경량전철: 1만인/편도 내외
- 도시철도의 건설과 지원에 관한 기준 - 일반적 수요 규모 규정
- 첨두시 교통축 최대 대중교통 재차 인원
•대형전동차: 1.7만인/편도 이상
•중형전동차: 1.1만인/편도 이상
•경량전철: 0.6만인/편도 이상
- 대중교통기본계획 - 최소한의 수요 규모 규정
국외
- 평일 기준 노선연장 대비 이용수요
•중량전철: 3만인 이상
•경량전철 : 0.4~2만인
- 독일의 권장 기준
- 평일 기준 노선연장 대비 이용수요
•중량전철: 1만인/편도km 이상
•경량전철: 0.4만인/편도km 이상
- 일본의 권장기준
- 노선연장이 길 경우 20% 축소
표 6. 분석을 위한 경량전철시스템 특성에 따른 판단기준
구분 세부항목 단위 모노레일 자기부상열차 AGT
고무차륜
AGT
철제차륜 LIM SLRT
기술 측면
차량성능
수송능력 천명/h 12~20 12~20 7~25 17~20 12~30 5~15
1량정원명 50~120 100~120 50~110 75~100 60~130 100~250
운전속도 km/h 65~80 100~300 60~80 70~80 80~90 80
운전방식 - 유인 유인 무인 무인 무인 유인
용이성건설
지하 - 부적합 보통 보통 보통 부적합 부적합
지상 - 최적합 적합 적합 적합 적합 최적합
구배 % 5~6 6~7 5~7 4~6 5~7 4~8
곡선반경 m 50~55 50~55 60~80 35~50 50~70 20
노선적합성 - 단거리 장거리 단거리 중거리 중거리 단거리
교통 측면
도시규모적정
인구 만명 20~50 200~500 20~50 20~50 50~100 20~50
인구밀도 명/km2 2,000 8,000 2,000 2,000 3,000 2,000 교통수요적정
교통수요 인/시/편도 12,000 30,000 12,000 12,000 12,000 12,000 첨두수요 인/편도 10,000 30,000 10,000 10,000 10,000 10,000
이용성교통
편리성 - 상 상 상 상 상 상
안전성 - 중 상 상 상 상 상
접근성 - 중 중 중 중 중 상
정시성 - 상 상 상 상 상 하
승환성 - 중 중 중 중 중 상
환경 측면
소음 구동방식 - 고무 부상 고무 철제 탄성 철제
마찰소음 - 상 최상 중 중 상 하
진동 노반구조 - 상 최상 중 중 상 하
진동흡수 - 상 최상 중 중 상 하
미관 - 저해 보통 보통 보통 보통 저해
판단기준은 본 연구에서 지금까지 조사되고 파악한 자료를 근거로 하여 아래 표 6과 같이 적용하였다(김훈, 2007; 유 신코퍼레이션, 2007). 본 연구에서 제안한 기준은 기존에 수 행되었던 연구를 근거로 항목을 선정하지 않고, 국내 설계회 사에서 실제로 설계한 사례 자료를 근거로 하여 평가항목의 객관적 타당성을 확보하였다.
또한 기존 경량전철형식의 선정 방식이 예비타당성조사에 근거하여 경제성 검토, 정책적 검토 등을 검토하여 경제성 (B/C)에 중점을 두고 있는 반면, 본 연구에서 제안한 기준은 도시별 특성에 따라 경량전철형식의 기술적 측면과 교통측 면, 환경적 측면으로 평가항목을 구분하여 도시특성에 맞는 적절한 도시철도 시스템과 건설규모의 범위를 정하여 체계 적인 계획을 수립할 수 있도록 제안하였다.
본 표에서 정량적으로 표시하기 곤란한 부분은 경량전철 형식별 장단점을 기준하여 최적합, 적합, 보통, 부적합, 상, 중, 하로 구분하였다.
경량전철시스템 특성과 도시유형을 상대 비교분석하기 위 하여 표 6의 분석을 위한 경량전철시스템 특성에 따른 판단 기준 항목과 일치되도록 하여 표 1의 분류된 대표도시의 유 형을 분석하기 용이하게 재구성하였다(표 7).
교통수요예측의 경우는 사회경제지표에 의한 교통량과 분 포를 파악하여 수단분담결과에 의한 통행배정이 이루어져 교 통수요가 판단되어야 한다. 그러나 도시유형에 따른 경량전 철의 건설연장, 교통영향권과 현재 운행되고 있는 타 교통수 단과의 중복, 경쟁, 연계사항, 그리고 통행특성조사 등을 정 확히 판단하여 기준으로 설정할 수가 없어, 이미 예비타당성 조사가 이루어진 자료를 참고하여 인구 규모에 따라 설정하 였다.
5.3 관계분석과 평가
본 연구에서 종합적인 방안을 수립, 분석하여 의사결정하 기에는 사실상 어려운 실정이다. 그리고 도시유형에 맞는 경 량전철시스템의 선정자체가 복잡한 조건하에서 세분화된 문 제들의 상대적 중요도에 따라 최적선택을 해야 하는 어려움 도 있다. 따라서 이와 같은 불확실한 상황에서의 분석은 쌍 대 비교하여 계층구성요소들 간의 속성을 체계적, 계층적으
로 규명할 수 있는 AHP(Analytic Hierarchy Process)분석 기법이 적절하다 판단되었다.
AHP 분석기법의 적용을 위해 의사결정 계층구조(Decision hierarchy)를 설정하고, 관계분석 의사결정기법의 활용을 위 해 의사결정요소 상호간의 쌍대비교와 이를 바탕으로 한 상 대적 중요도를 측정한다. 본 연구에서는 경량전철시스템 선 정시 고려해야 할 판단기준 22개를 선정하여 판단기준의 우 선순위 및 중요도를 산정하였다. 22개의 항목은 국내 설계회 사의 실제 설계 자료를 근거로 하여 본 연구에서 다루고 있 는 기본계획수립단계에서 경량전철형식 선정 시 요구되는 평 가항목으로 정리하였다.
설문조사는 경량전철 전문가 10인을 대상으로 하며, 엔지 니어링 업계 종사자 5인, 철도기술 전문 연구자 5인으로 구 성되어 있으며, 설문조사의 개수는 도시 군집별(6개 군집)로 전문가 10인이 모두 설문에 응답, 총 60개의 설문조사 데이 터를 수집하여 분석을 수행하였다. 설문조사 내용은 AHP 기법에 근거, 1) 평가요소별(기술, 교통, 환경) 쌍대비교를
표 7. 분석을 위한 도시유형에 따른 판단기준
구분 세부항목 단위 1군 2군 3군 4군 5군 6군
기술측면
요구성능차량
수송능력 천명/h 28,000 15,000 12,000 10,000 10,000 7,000 운전속도 km/h 60~80 60~80 60~80 60~80 60~80 60~80
운전방식 - 유,무인 유,무인 유,무인 유,무인 유,무인 유,무인
건설용이성 - 지하건설
노선선정이 유리한 급구배, 급곡선조건
지상, 지하 혼용건설필요 노선선정이 유리한 급구배,
급곡선조건
지상건설좌동
교통측면
도시규모 인구 만명 1,000 270 100 50~80 30~50 30이하
교통수요 교통수요 천인/일 260 195 160 100 80 40
첨두수요 인/편도/h 28,000 16,000 14,000 10,000 8,000 5,000
교통이용성 - 교통이용성은 모든 조건이 양호해야함
환경측면 소음, 진동, 미관 소음, 진동, 미관 등 환경조건이 공히 우수해야함
도시기반형태 - 수도권
거점중심도시 국제, 교통,
물류 도시 지식기반산업
도시 물류, 첨단,
제조도시 물류, 첨단,
제조도시 전원, 관광 휴양도시 그림 1. 분석계층 구조도
통한 가중치 산정 2) 경량전철 시스템의 형식별 평가를 수 행하였다.
쌍대비교를 통한 요소들의 평가결과를 통합하여 분석하기 이전에 각 의사결정에 대한 논리적 일관성에 대한 검증이 필요하다. 비일관성비율이 0.1 이상이면 의사결정자의 판단 이 논리적일관성이 결여되었다고 간주하게 되는데, 본 연구 에서는 Microsoft Excel 2003과 Expert Choice 11을 이용 하여 일관성지수가 0.1 이상인 평가 데이터를 사용하지 않음 으로써, 일관성지수를 0.1 이하로 유지하였다.
평가요소 가중치 산정을 위해 Expert Choice를 이용하여 그림 2와 같이 평가 요소별 가중치를 산정하였다. 평가 요 소를 모두 같은 비중으로 평가할 수 없기에, 중요한 평가 요소는 가중치를 설정해야 한다. 이를 위하여 평가 요소별 쌍대비교를 실시하게 되며, 그림 3과 같이 매트릭스 형태의 Spread sheet에 설문자가 비교 우위의 정도를 입력한다. 그 림 2는 전문가 1인의 도시유형 1군에 대한 실제 예시 이며, 본 논문에서는 10인의 쌍대비교 가중치의 기하평균을 사용 하였다.
본 연구에서는 3개의 대분류 기술·교통·환경적 측면과 8개의 대분류 차량 성능, 건설 시공성, 도시규모, 교통수요, 교통이용성, 소음, 진동, 미관과 22개의 소분류로 평가요소를 선정하였다. 6가지 경량전철 시스템의 형식에 대하여 22개 평가 요소별로 성능 평가를 수행하게 되는데, 그림 3에서와
같이 경량 전철의 형식별 평가 역시 앞서 언급한 방식과 동 일한 매트릭스 형식의 쌍대 비교를 이용하였다.
그림 4와 같은 평가를 총 22개의 모든 요소 별로 수행하 게 되며, 그 결과는 그림 5, 6과 같다.
이와 같은 평가 프로세스를 6개 도시유형별로 수행한 결 과를 표 9에 정리하였다. 본 연구에서는 전문가 10인의 설 문 조사 데이터를 이용하였으며, 이는 전문가 5인을 대상으 로 하는 일반적인 AHP 분석 보다 신뢰도가 높을 뿐만 아 니라 일관성 지수가 0.1 이하인 자료만 선별하여 사용, 신뢰 도를 극대화 하였다. 또한 설계자 및 기술자의 두 분류로 나 누어 설문을 수행하여 설계/기술의 측면을 반영한 설문이기에
그림 2. 전문가 1인의 평가 요소별 가중치 산정 예시
그림 3. 전문가 1인의 평가요소 가중치 산정 예시
그림 4. 경량전철 시스템의 평가 요소별 쌍대 비교 평가 예시(수 송능력)
그림 5. 전문가 1인의 경량전철 시스템 평가 예시
그림 6. 걍량전철 시스템 평가 결과
AHP 분석 결과의 신뢰도는 충분히 높다고 할 수 있다.
표 8은 경량전철시스템 선정의 판단요인 간 가중치 분석 결과를 나타내었다. 3가지 대분류를 비교 분석한 결과 기술 적 측면이 가장 중요한 요인이고, 중분류 항목은 건설 시공 성, 소분류 항목의 경우 곡선반경이 가장 중요한 항목으로 분석되었다.
그리고 본 연구에서는 위의 중요도 산정 결과를 기준으 로 도시유형에 따른 적정시스템선정을 위한 선호도를 산출 하였다.
5.4 결과분석
판단기준과 도시유형별 경량전철 시스템에 대한 종합분석 결과 1, 2군 도시는 인구 200만 명이상의 거대도시로서 현 재 중량전철이 간선도로에서 운행되고 있어 경량전절은 간 선과 지선 또는 지선과 지선사이를 짧게는 6km에서 길게는 20km 내외 구간의 교통량을 소화시키고자 서울시는 계획하
고 있고, 인천시의 경우는 간선 2호선 건설을 목전에 두고 있다. 1, 2군 도시는 기존시가지형성과 노면교통의 포화상태 로 노선을 도로나 공유지를 이용하는데 각종 제약이 따르고 있다. 수변공간이나 공원, 그리고 도심빌딩과 아파트 사이를 통과할 수 없어 지하건설이 불가피하여, 모노레일과 노면경 량전철형식의 시스템적용은 적절치 못하다고 판단되며, 자기 부상열차는 중저속인 상전도 형식을 채용한다 해도 운행거 리가 짧고 수송수요가 적어 비경제적이다. 따라서 지하건설 이 가능하고 기술과 교통적인측면 그리고, 도심의 환경적인 측면이 우수한 AGT(고무차륜, 철제차륜, LIM) 형식채용이 무난하다.
3군 도시는 인구규모가 100만 명 정도로서 인구밀도가 높 고 교통량이 많은 대도시이며 수도권 내 중심도시의 역할을 수행하는 종합적인 기능을 가진 도시이다. 현재 이 도시들의 교통수단은 국철과 노면교통으로서 그 중에서도 승용차 이 용비율이 계속 증가하여, 교통난 해소를 위해 경량전철의 도 입이 절실한 도시이다. 이미 간선도로는 밀집시가지로 형성 되어 있긴 하나 간선도로축은 지하건설이 가능한 AGT 경량 전철형식의 채택이 요구되며, 간선과 지선간 또는 지선과 지 선은 지형과 공간을 활용하여 지상건설이 가능한 모노레일 과 노면경량전철형식이 적정하다 판단된다.
4군 도시는 인구가 70만정도의 규모상 대도시와 인구밀도 가 심한 5,000(명/km2) 이상으로 중도시로서 도시기능이 확 충될 가능성이 큰 도시이다. 과밀억제권 및 성장관리권으로 일일교통량이 35~45만대에 달하여, 이 지역 역시 도시교통 문제 해소를 위한 경량전철의 도입이 필요한 도시이다. 주 간선도로는 아직도 교통소통에 약간의 여유는 있으나 첨두 시에는 노면교통이 복잡한 편으로 3군 도시와 마찬가지로 간선도로축은 지하건설이 가능한 AGT 경량전철형식, 간선과 지선간 또는 지선과 지선은 지상건설이 가능한 모노레일과 노면경량전철형식이 적정하다 판단된다.
5군 도시는 인구 30만~50만 명 규모의 중도시와 중심도시 와 인접하여, 발전 가능성이 큰 중소도시로서 도시계획상 정 비가 되지 않은 도시이다. 따라서 중량전철과 같은 선형과 구배유지가 곤란하므로 경량전철노선을 유리하도록 선정하여 가능한 한 지상건설이 유리한 모노레일, 또는 SLRT형식의 경량전철을 도입함이 유리하다 판단된다. 그중 일부도시의 주간선도로는 도로폭이 협소하므로 절실히 필요한 경우에는 AGT를 건설하거나, 8m 이상 폭의 이면도로에 고가형식의 건설을 하여 주간선도로를 횡단하면 효과적이라고 본다. 이 도시들은 도시의 기능이 확장될 가능성이 크므로 도시재생 사업, 주택개발사업 시행시 경량전철을 통과시킬 수 있도록 일체적으로 추진하도록 사전에 충분한 계획을 수립함이 바 람직하다.
6군 도시는 인구 30만명 규모의 도시 비교적 넓은 도시공 간을 확보하고 있다. 따라서 지상건설로 가시권과 통풍, 채 광확보로 쾌적한 모노레일, 또는 SLRT형식의 경량전철이나, BRT채용이 도시의 규모나 성격상 유리하다고 판단된다.
6. 결 론
본 논문에서는 경량전철형식의 선정기준 정립을 위해 대표 표 8. 판단기준 가중치 분석 결과
대분류 가중치 중분류 가중치 소분류 가중치 순위
기술적측면 0.540
차량성능 0.333
수송능력 0.467 4 1량정원 0.277 8 운전속도 0.160 12 운전방식 0.095 15
시공성건설 0.667
지상지하 0.160 6 구배 0.277 3 곡선반경 0.467 1 노선적합성 0.095 10
교통측면 0.297
도시규모 0.625 인구 0.750 2 인구밀도 0.250 9 교통수요 0.238 교통수요 0.800 7 첨두수요 0.200 18
이용성교통 0.136
편리성 0.376 17 안전성 0.215 19 접근성 0.215 20 정시성 0.074 22 승환성 0.121 21
환경측면 0.163
소음 0.540 구동방식 0.667 5 마찰소음 0.333 13 진동 0.297 노반구조 0.333 16 진동흡수 0.667 11
미관 0.163 14
표 9. 도시유형별 시스템 선호도
1 군집 2 군집 3 군집 4 군집 5 군집 6 군집 모노레일 0.142 0.142 0.176 0.176 0.179 0.180 자기부상열차 0.165 0.164 0.143 0.143 0.143 0.152 AGT 고무차륜 0.186 0.183 0.183 0.166 0.161 0.156 AGT 철제차륜 0.175 0.174 0.159 0.182 0.181 0.157 LIM 0.179 0.184 0.162 0.158 0.159 0.177 SLRT 0.153 0.153 0.177 0.175 0.176 0.179 Inconsistency 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.02
도시의 도시유형별 특성과 경량전철시스템 특성의 연계 분 석을 위한 기준 정립과 경량전철형식의 선정을 위해 AHP분 석을 통한 쌍대비교에 대한 중요도를 측정하였고 중요도 산 정 결과를 기준으로 도시유형에 따른 적정시스템선정을 위 한 선호도를 산출하여 도시별 유형과 특성에 맞는 경량전철 형식을 선정하는 방법을 제시하였다. 분석 결과 1, 2군 도시 는 AGT(고무차륜, 철제차륜, LIM)형식, 3, 4군 도시는 간 선도로축은 지하건설이 가능한 AGT 경량전철형식, 간선과 지선간 또는 지선과 지선은 지상건설이 가능한 모노레일과 노면경량전철형식, 5, 6군 도시는 지상건설이 유리한 모노레 일, 또는 SLRT형식의 경량전철을 도입함이 적정하다고 판단 되었다.
그러나 이 결과는 도시유형에 따른 경량전철의 노선과 건 설연장확정에 따라 교통영향권과 현재 운행되고 있는 타 교 통수단과의 중복, 경쟁, 연계사항, 그리고 통행특성조사에 의 한 교통량과 분포, 수단분담결과에 의한 교통수요가 정확히 판단되어 이를 반영하여야 하나, 경량전철 노선과 연장 등의 미결정으로 반영되지 못하였다. 그리고 경량전철형식, 통행 경로와 속도 등의 교통현상의 변화를 계량화한 편익산정, 재 무적, 경제적 타당성평가가 이루어지지 않고 도시규모와 경 량전철의 특성에 따른 기술적인 측면과 교통적인 측면, 환경 적인 측면만을 고려한 결과이므로, 향후연구에서는 통행경로 와 속도 등의 교통현상의 변화를 계량화한 편익산정, 재무적 , 경제적 타당성평가 등을 반영한다면 경량전철형식 선정 과
정의 타당성을 높일 것으로 예상된다.
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(접수일: 2009.7.21/심사일: 2009.11.12/심사완료일: 2010.5.24)
