34 기계저널 -12 월호 CK 테 마 기 획 미래형도시교통시스템 이글에서는미래형도시교통시스템에대한소개와국내에서의각시스템의개발사례및향후적용방안에대하여소개하고자한다. 구동회I 한국철도기술연구원미래기술실용화사업단, 단장 이동형I 한국철도기술연구원철도기술실용화추진팀, 선임연

Transcription

1 33 기계저널 -12 월호 CK 미래형도시교통시스템 미래형도시교통시스템의특징및개발현황한국형경량전철시스템기술개발신에너지 Bimodal 저상굴절차량기술개발도시형자기부상열차시스템기술개발소형궤도열차시스템기술개발미래형도시교통시스템의실용화방향 담당 : 구동회위원 33 기계저널 -12 월호 CK

2 34 기계저널 -12 월호 CK 테 마 기 획 미래형도시교통시스템 이글에서는미래형도시교통시스템에대한소개와국내에서의각시스템의개발사례및향후적용방안에대하여소개하고자한다. 구동회I 한국철도기술연구원미래기술실용화사업단, 단장 이동형I 한국철도기술연구원철도기술실용화추진팀, 선임연구원 최강윤I 한국철도기술연구원, 선임연구부장 dhkoo@krri.re.kr dhlee@krri.re.kr kychoe@krri.re.kr 년대이후도로위주의교통정책은자동차의급증으로인한상시도로정체, 에너지낭비, 환경오염, 물류비의증대와같은많은문제점을야기했다. 이는막대한사회 경제적손실, 국가경쟁력약화의원인으로작용하고있다. 이러한도시교통문제해결을위해대중교통수단인버스나지하철의수송분담률을높이기위해노력해왔으며, 그중에서도수송효율이높은도시철도의건설을적극적으로추진해왔다. 세계의주요도시들은지하철과버스외에각도시의규모나통행특성을고려한신교통수단을도입하여수송효율성과운행효율성을높이고, 높은질의대중교통서비스를제공하고있다. 국내에서도건설비부담이막대한지하철 ( 중량전철 ) 과정시성및환경성측면에서한계가있는버스를대체하는수단으로미래형도시교통시스템이검토되어왔다. 현재국내에서기술개발완료단계에있는시스템으로고무차륜경량전철시스템이있으며, 기술개발사업이추진되고있는시스템으로도시형자기부상열차, PRT (Personal Rapid Transit), 바이모달 (Bimodal) 저상굴절차량시스템을들수있다. 이글에서는현재개발사업이추진되고있는미래형도시교통시스템의특징과개발현황을소개하고자한다. 국내에서는늘어나는교통수요를처리하기위하여 1974년서울지하철 1호선의개통을필두로지하철을본격적으로건설하여 2003년 12월말부산, 대구, 인천, 광주, 대전을비롯한 6대도시에서 12개노선, 총 359km의지하철을운영하고있다. 지하철은시간당 2만명이상을수송할수있는대도시의기간수송수단이지만, 막대한건설비와운영비가소요되는문제점이있다. 실례로, 우리나라지하철운영자의총부채액은 2003년말기준으로약 13조원에이르고있다. 이러한건설비와운영비부담이과중하다는문제점은비단우리나라만의문제는아니며, 지하철을건설 운영하는세계의많은도시에서공통적으로나타나는문제였다. 이에대응하기위해다양한경량전철시스템이개발 적용되어왔다. 일반적으로광의의경량전철시스템은그림 1과같이수송용량면에서지하철과버스의중간규모의수송능력 ( 시간당 5,000~30,000명 ) 을갖추면서기존중량전철에비해건설비용과운영비용측면의경제성이높고, 운행스케줄조정의탄력성, 승객서비스수준, 도심환경에대한친화성등이향상된신개념의궤도교통수단이며, 기존지하철과비교하여주요한특징은표 1과같다. 광의의경량전철시스템은다양한종류가있으며, 도시내의대용량교통수단인지하철과중용량의철도인협의의경량전철 (AGT : Automated Guideway Transit), 모 기계저널제 45 권제 12 호 34 기계저널 -12 월호 CK

3 35 기계저널 -12 월호 CK 미래형도시교통시스템의특징및개발현황 노레일 (monorail), LIM(Linear Induction Motor), 도시형자기부상열차, 노면전차, 버스와철도의장점을결합한 Bimodal 차량으로분류된다. 이러한시스템별수송용량등도시교통수단으로서의특징과국내의적용사례를살펴보면다음과같다. 요처리에효과적인교통수단이다. 선진국에서는 1960년대부터도입되기시작하였으며 1980년대이후본격실용화되어세계적으로도입, 운영이확산되고있다. 경량전철은시스템에따라교통수요처리능력이다양하여기존지하철의지선, 중소도시의간선, 대 도시및위성도시를연결하는교통수요처리에적합 경량전철 (AGT) 시스템여기에서경량전철은협의의경량전철시스템을지칭하는것으로서버스와지하철의중간규모교통수 하다. 또한, 기존도로변이나도로위에지상이나고가로건설할수있고차량회전반경, 등판능력, 가 감속및차량운행간격등에서성능이뛰어나며접근 성향상, 소음및대기오염감소, 무인운전등도가 능하여건설 운영및수송효율, 환경보존측면에서 효율적인교통수단이다. 따라서, 지하철위주의도 시철도건설로건설비용및운영상의문제점을해결 고 이 하기위하여교통수요가많지않은지하철지선및 용자철도, 지하철위성도시와의연계교통수요처리의경우당해지역밀도경량전철도의교통수요및재정여건에맞게다양한시스템선정중보버스및운영이가능한경량전철을건설하도록추진되고 있다. 이륜차 자동차 경량전철의가장큰특징은운전자없이자동으로 저 근 중 원 운행되며차량형식에따라고무차륜 AGT, 철제차 여행거리 륜 AGT, LIM 시스템으로분류할수있다. 고무차 그림 1 도시교통수단의적용범위 륜 AGT는고무타이어를주행륜으로사용하므로 가 감속성능및등판능력, 소 표 1 지하철과경량전철의특징비교 음및진동특성을향상시킨시 항목 지하철 ( 대용량철도 ) 경량전철 ( 중용량철도 ) 스템이고, 철제차륜 AGT는기 노면전차, 고무바퀴경량전철, 구동존도시철도와유사하지만관절철제바퀴형태철제바퀴경량전철, 자기부상열차, 형태대차를적용하여최소회전곡선모노레일, Bimodal 차량등 급구배반경을감소시키고탄성차륜을최급구배 35 최급구배 60 내외주행성사용하므로소음특성을향상시 가감속성능 가감속능력이낮음가감속능력높음역간거리길다역간거리짧다 킨시스템이다. LIM은선형유 운전도모터를사용하여비점착구동유인운전무인운전 ( 노면전차, 모노레일제외 ) 방식방식으로운영하므로가 감속운전시격최소 2분최소 30초 시간당성능및등판능력을향상시키 20,000명 70,000명 5,000명 30,000명수송량고, 지하로건설시터널단면적 건설형태지하형태가일반적고가화가유리토목공사비고가토목공사비저렴감소효과가있다. 기존의지하건설비시스템비저렴시스템비용고가철과비교하여경량전철의특성 운영비높음낮음 ( 자동운영을통한비용절감 ) 을비교하면표 2와같다. 최고 80km/h 이상 80km/h 이하속도 35 Journal of the KSME 35 기계저널 -12 월호 CK

4 36 기계저널 -12 월호 CK 테마기획 `` 미래형도시교통시스템 표 2 형태별경량전철의특성 항목 고무타이어식 AGT 철제차륜식 AGT 선형유도모터 (LIM) 차량시스템차량시스템차량시스템 기존지하철차량특성 승객정원 48명 110명 /1량 75명 100명 /1량 60명 130명 /1량 명 /1량 차량편성 2량또는 3 6량 2량또는 3량고정편성고정편성 ( 최대 4량 ) 2량 6량고정편성 6량,10량고정편성 시간당승객수송능력 7,000명 25,000명 17,000명 20,000명 25,000명 30,000명 30,000명 70,000명 차륜형태 고무타이어주행륜 + 안내륜 소형철제탄성차륜 소형철제탄성차륜 표준철제차륜 최고운행속도 km/h km/h km/h 80 90km/h 최대등판구배 5 7% % % 3.5% 최소곡선반경 m m m 180 m 운전방식 무인자동운전 1인수동운전무인자동운전 ( 비상시수동운전 ) 또는자동운전 ( 비상시수동운전 ) 수동운전 18톤 19톤 18톤 27톤 14톤 22톤 차량중량 (1량당) ( 기존지하철차량의 ( 기존지하철차량의 ( 기존지하철차량의 28톤 39톤 50 55% 수준 ) 65 70% 수준 ) 50 55% 수준 ) 36 모노레일 (monorail) 모노레일은한개의주행로 ( 走行路 ) 위에고무바퀴혹은철제바퀴의차량이주행로위혹은아래를주행하는교통수단으로, 차량이주행로에얹혀서달리는방식 ( 과좌식모노레일, straddle-type) 과주행로를달리는대차에차체가매달려달리는방식 ( 현수식모노레일, suspended-type) 이있다. 모노레일은오래된역사를가지고있으나, 안전성과편리성, 친환경성이우수한교통수단으로현재에 도다양한형태로의기능을중시하는시스템으로발전하고있다. 건설비용측면에서모노레일은지하철에비해서건설비가 1/3 정도이고공사기간도짧으며, 도로의중앙분리대위나하천위도이용할수있어점유면적이적어도된다는특징이있다. 또한, 그림 2와같이차량및궤도의구조물크기가작고단순하여도시환경에잘조화를이룰수있으며, 수송수요가아주높지않은지역혹은공간의활용에제약이많은도시내의교통수단으로적합하다. 기존 그림 2 도심운행용모노레일 기계저널제 45 권제 12 호 36 기계저널 -12 월호 CK

5 37 기계저널 -12 월호 CK 미래형도시교통시스템의특징및개발현황 표 3 지하철과모노레일의특성비교 구분 지하철 ( 중량전철 ) 모노레일 수송용량 2만명이상 / 시간, 방향 5천-2만명 / 시간, 방향 차량편성 6 ~ 10량 2 ~ 8량 차량정원 150 ~160명 40 ~ 80명 운행간격 2 ~ 3분 30초 ~ 2분 회전반경 최소 400m 최소 40 ~ 250m 등판능력 최대 2.5% 최대 4 ~ 10% 표정속도 시속 30 ~ 35km 시속 15 ~ 40km 건설비 900 ~ 1,000억원 /km 50~250억원 /km 표 4 PRT시스템의특성비교 비교항목 PRT 경량전철 (AGT) 차량규모 소형 중형 수송용량 ( 명 / 시간, 방향 ) 2,500~9,000 10,000~20,000 차량정원 ( 명 ) 1~6 40~80 운행간격 0.5초 ~3초 30초 ~2분 논스톱운행여부 분기여부 정류장위치 오프라인 온라인 ( 주선로 ) 상용화여부 개념적수준 상용화 시스템기술수준 복합적 단순함 지하철과비교하여모노레일의특징은표 3과같다. 도시형자기부상열차 (MAGLEV) 자기부상열차란전자석의힘을이용하여궤도위에차량을일정한높이로띄운후선형전동기의추진력을이용하여전진하는교통수단으로, 차량에설치된전자석과레일간에서로잡아당기는흡입력을이용한상전도흡입식과차량에설치된초전도자석과궤도에설치된유도코일간에서로밀어내는반발력을 이용한초전도반발식으로구분할수있다. 자기부상열차의가장큰장점은차량과궤도간의접촉이없기때문에소음과주행저항이작아독일, 일본등에서고속형으로개발되었으나, 최근에는급구배, 급곡선통과가가능한특성을활용하여도시내교통수단으로 100km/h 정도의속도를갖는시스템으로개발하여적용하고있다. 자기부상시스템이다른교통수단에비하여갖고있는특징은다음과같다. 초기투자비용은많이들지만차량과궤도간의 37 그림 3 도시운행용 PRT 시스템 Journal of the KSME 37 기계저널 -12 월호 CK

6 38 기계저널 -12 월호 CK 테마기획 `` 미래형도시교통시스템 38 접촉이없으므로소음및진동이작고, 마찰이없기때문에부품교환이적어유지관리비용이저렴하다. 전자석이차량전체에배치되므로궤도에가해지는충격하중이작고, 하중이분포하중으로작용하기때문에궤도의건설비용과보수에유리하다. 추진및부상을포함한에너지소비는 100km/h 이하에서는일반철도에비해크다. 궤도와차량바퀴간의점착력을이용하지않으므로급경사및급곡선에유리하여도시에서보다유연한노선설정이가능하다. Bimodal 굴절차량신에너지 Bimodal 굴절차량시스템은버스의융통성과철도의효율성을결합시킨시스템으로서, 전용궤도와일반도로를모두주행할수있는차량이다. 여기에운영효율성과이용편리성을제고할수있도록자동안내시스템, 자동요금징수시스템이적용된다. 차량은 1량에서 2량까지편성되어 1편성당 80인 ~270인을수송할수있다. 이를 1시간 1방향당으로환산하면 5,000인 ~16,000인에이른다. 기존도로를활용하므로지하철에비해건설비용은 10 분의 1 수준에불과하고지하철과같이운행시 간이정확하고이용이편리하므로미국과유럽등세계 40여도시에서시행되고있다. PRT(Personal Rapid Transit) PRT는자동차의편리함을보유하면서대기오염과교통체증등의결함을제거하기위하여개발되고있는새로운교통수단으로, 일반적으로고가안내궤도 (elevated guideway) 에서무인으로운행하는궤도승용차시스템을말한다. 개인대중교통수단, 개인궤도수송시스템, 궤도택시, 스카이택시, 무인자동택시등으로불리는 PRT는그림 3과같이전용의궤도위를목적지까지환승, 정차없이주행하는첨단제어장치에의한무인운전시스템으로, 승차인원은 2 6명정도의소규모이며모든궤도구간과정거장을연결하는네트워크를구성하여야한다. 협의의경량전철과비교하여 PRT 시스템의특성은표 4와같다. 경량전철 (AGT) 시스템경량전철이대중교통수단의하나로서선진국에서주목받기시작한것은 1960년대부터이며, 전자 컴퓨터기술의급격한발전이전기공급 신호체 그림 4 한국형경량전철시스템 표 5 한국형경량전철시스템의사양 항목 세부항목 사양 형식 차륜형식 고무차륜형식 궤 간 1,700mm 궤도 최대구배 58 최소곡선반경 40m 전원 가선전압 750V DC 급전방식제3궤조방식 차량편성 편성단위 2 6량증결편성가능 차량중량 공차중량 12ton 만차중량 18ton( 승객하중 6ton) 승차인원 좌석인원 14명입석인원 43명 (3명/m 2 ) 최고속도 70km/h ( 운행최고속도 :60km/h) 성능 가속도 3.5km/h/s 상용감속도 3.5km/h/s 제동 제동방식 회생제동과공기제동병용 형식 고무차륜 1축대차 대차 주행륜 가스주입식고무타이어 안내방식 4륜안내식측방안내강제유도식 기계저널제 45 권제 12 호 38 기계저널 -12 월호 CK

7 39 기계저널 -12 월호 CK 미래형도시교통시스템의특징및개발현황 계 선로등에적용되어 1980년대이후본격적으로실용화되기시작하였다. 일본에서는 1983년운수성과건설성에서 신교통시스템의기본사양 이제정되면서기술표준이되었고, 이를바탕으로제작된차량이일본전국에서 10여노선에적용되고있다. 프랑스에서는 1970년대릴 (Lille) 시의새로운도시개발을위한신교통수단도입을검토하였고, 이노선에경량전철인 VAL(Véhicle Auto-matique léger) 시스템을개발적용하였다. 현재주요국가에서운영되고있는 AGT는적용범위에따라도심 AGT, 위락시설 AGT, 공항 AGT, 주요활동지역 AGT 등으로구분되며세계 20여국에서 100여노선이건설 운영중에있다. 국내에서는외국기술도입에따른비용및운영상문제를해소하기위하여경량전철차량및시스템기술에대한국내기술개발이 1999년부터정부지원형태로추진되었다. 이경량전철기술개발사업은한국철도기술연구원이민간기업과함께 2002년까지차량, 신호, 전력등의시제품제작을완료하고, 2005년까지시험선로구축및시험평가를완료하여경량전철에대한설계 제작기술과시스템운영기술을확보할예정이다. 현재까지진행된주요추진실적은한국형고무차륜 AGT 경량전철시스템개발 ( 04년 12월 ), 무인운전종합시험선건설 ( 위치 : 경북경산시, 약 2.4km), 도시철도법에따른 5,000km 예비주행시험완료, 개발시스템에대한국제안전인증 ( 05년 4월 ) 및과기부신기술인정 ( 05년 9월 ) 을취득하였으며올해말 ( 05년 12월 ) 까지시험선에서종합신뢰성평가를완료할예정이다. 모노레일 (monorail) 도시교통수단으로이용되고있는현존하는최고의모노레일은독일뷔퍼탈 (Wuppertal) 시에서 1901년 3월부터운행된오이겐랑겐 (Eugen Langen) 이고안한현수식모노레일이며, 현재에도안전하게운행중에있다. 그후 1960년 2월에파리남쪽오흐레앙 (Orléans) 부근의보단샤토누프에새로운방식의현수식모노레일의시험선 1.4km가건설되었고, 이것을사페지 (SAFEGE) 식모노레일이라부르며, 일본에기술이도입되어실용화된현수식모노레일의기본형이되었다. 과좌식모노레일은 1952년스웨덴의그렌 (Axel L. Wenner Gren) 이독일의쾰른근교휴린겐 (Fuhlingen) 에서독자적으로개발한실물의 1/2.5 축척으로만든과좌식모노레일을실험하였고, 이를토대로 1957년에는동일한장소에서 1.8km의실물크기의시험선을건설하여모노레일의실용화를실시하였다. 이것을알웨그 (ALWEG) 식모노레일이라고하며, 현재실용화되어있는알웨그식모노레일의기본형이다. 현재세계적으로공항이나유원지와같이단거리로운행되는노선을제외하고도심교통문제의해결을위해도입되어운행되고있는노선은총 14국에 36노선이운행되고있다. 국내에서는도시교통수단으로검토가진행중인지역이있으며, 관광용으로정선군동면화암리화암관광지화암동굴에는지난해 4월 25일모노레일이설치돼운영중이며, 객차 2량과총길이 513m의레일로이루어져있다. 이밖에설악산, 제주도등에관광용으로추진하려고하고있으나, 자연환경훼손과생태파괴등의이유로현재보류중이다. 자기부상열차도시형자기부상열차는일본의 HSST(High Speed Surface Transport) 가공항과도시를연결하는것을목표로 1974년부터기술을개발하였으며, 2005년세계최초의 LIM 방식자기부상열차의영업노선 (Tobu Kyuryo선총연장 8.9km(9역 ), 최고속도 100km/h) 을개통하였다. 미국에서는 1960년대개발에착수하였으나중단되었다가 1990년대중반부터개발을재개하였으며, 2005년현재 AMT 사가버지니아주의 Old Dominion 대학내에실용화노선을건설중에있다. 국내에서도 1985년당시대우중공업 ( 현 : ( 주 ) 로템 ) 은자기부상열차개발에착수하였으며, 이후 1989년과기부주관으로한국기계연구원과 ( 주 ) 로 39 Journal of the KSME 39 기계저널 -12 월호 CK

8 40 기계저널 -12 월호 CK 테마기획 `` 미래형도시교통시스템 40 템이도시형자기부상열차개발 [UTM(Urban Transit Maglev)-01] 에착수함으로써본격적인개발을시작하여도시교통시스템으로서적용가능성을입증하였다. 1992년에일반인이탑승할수있는모델인 HML-03이개발되었고, 1993년대전엑스포때엑스포행사장에설치되어많은사람들이시험탑승을하였다. 2003년에는무인운전이가능한 110km/h급 2량 1편성실용화모델개발을목표로 ( 주 ) 로템이총괄주관으로하여산자부중기거점과제인 자기부상실용화를위한모델개발 사업을시작하였으며, 현재신뢰성 / 안전성확보를위한시험준비중에있다. 이사업의결과물을이용하여 2007년까지대전국립중앙과학관과엑스포공원간에기존선로를연장한 1km 정도의노선을만들예정에있다. 최근에는과학기술관계장관회의에서대형국가연구과제의실용화사업추진계획을검토, 협의하였고, 실용화시범사업의예비타당성조사를거쳐최종추진과제로선정되어계획 ( 예산, 노선, 추진체계등 ) 수립중에있으며, 실용화시범사업의주요연구및기술개발내용은다음과같다. 기존기술보완연구및기술완성, 미비시스템개발 시스템신뢰성 / 안정성확보및성능개선연구 시운전시험및운영 / 유지보수기술개발 실용화를위한법적기반마련및제도정비 Bimodal 굴절차량현재해외에서는 BRT의도입이본격화되면서첨단굴절버스에대한연구개발도활발히진행중에있으며, 대표적으로필리어스 (Phileas), 시비스 (Civis), 트랜스로 (Translohr) 등이있다. 필리어스 (Phileas) 는 Advanced Public Transport Systems에서제작한네덜란드아인트호벤공항과도심을연결하는 2~3량 1편성의첨단굴절버스이다. LPG나디젤엔진을이용하여생산및저장된전기를이용하여구동모터를돌리는하이브리드동력을채용하고있으며, 속도를줄일때발생되는전기를다시저장하여사용하는회생제동을쓰는등철도의장점을많이채용하였다. 또한도로바닥에 4m 간격으로설치된자석에의해자동유도가가능한미래형교통수단이다. 시비스 (Civis) 는 IVECO-Irisbus의첨단굴절버스이고, 동력은내부에장착된엔진에서생산된전기로달린다. 또한여건이될경우, 전차선을통하여, 직접전기를외부에서받아서구동될수도있으며, 도로상에표시된점선을통하여광학적으로유도되는첨단굴절버스로철도차량의장점을최대한활용한미래형교통수단이라고할수있다. 트랜스로 (Translohr) 는프랑스의 Lohr 사에서개발한첨단굴절버스이며, 프랑스와이탈리아등에서운행되고있다. 고무바퀴를이용하고, 바닥에설치된한가닥의중앙궤도를통해유도되고, 기본적으로전차선에서전기를공급받아달리는방식이며, 대용량배터리를이용하여달릴수도있는유연성있는시스템이다. 국내에서도현재한국철도기술연구원에서는건설교통부주관의국가교통핵심기술개발사업을진행하고있으며, 그중 신에너지 Bimodal 저상굴절차량개발 사업으로그림 5와같은첨단굴절버스개발을추진중에있다. 특히우리나라에개발하는도시 그림 5 신에너지 Bimodal 저상굴절차량 표 6 신에너지 Bimodal 저상굴절차량사양및성능목표 항목 지수 항목 지수 차량길이 (mm) <18,500 등판능력 (%) 12 차량높이 (mm) <3,500 최대승객수 ( 인 ) 140 차량폭 (mm) < 2,500 모터수 ( 개 ) 4 지면공차 (mm) >150 축수 ( 개 ) 6 공차중량 (kg) <20,000 주동력원 PEMFC 0 50km/h(sec) < 20 연료 수소 최대주행속도 > 80km/h 주행거리 (km) 300 기계저널제 45 권제 12 호 40 기계저널 -12 월호 CK

9 41 기계저널 -12 월호 CK 미래형도시교통시스템의특징및개발현황 형연료전지궤도차량은동력으로서연료전지를사용한다는데주목할만하며, 연료전지는배기가스가없는친환경적인차세대동력원으로주목받고있다. 대용량연료전지를이용한첨단굴절버스는선진국에서조차연구중인첨단기술이며주요한개발사양및성능목표는표 6과같다. PRT(Personal Rapid Transit) PRT 시스템은 1970년대미국에서많은연구가시행되어세계최초로웨스트버지니아대학의학생통학및지역사회교통수단으로개발되었다 년대미네소타대학에서 John Edward Anderson 교수를중심으로하여 Taxi 2000이라는 PRT 시스템개발을시작하였고, 1995년에 Raytheon 사는 PRT 2000 시스템을설계및개발하여시험노선에서시험을실시하여 2000년말에개발프로젝트를종료하였다. 영국에서는 1995년에 Bristol 대학의 ULTra(Urban Light Transport) 라는 PRT 시스템의개발을착수하여 2003년에시제차량의시험을완료하였고, 2006년에 Cardiff 시에 PRT 시스템으로서는최초로상용화될예정이다. 독일에서는 1970년대에 Hamburg 시의도시교통시스템으로 Cabinentaxi 시스템이개발되었고, 1980년대적용을하고자하였으나예산등의문제로실현되지못하였다. 그외일본, 프랑스등에서 PRT 시스템의개발을진행하였으나개발비의과다등의여러가지이유로인하여실용화되지못하였지만, 미래교통수단으로서 PRT 시스템의개발가능성및적용타당성을심도있게연구하고있다. 국내에서는 1990년대초반민간기업의주도로 PRT 시스템의타당성조사및 Venture Business 사업화를추진하였고, 2000년초반에포항공대정보통신연구소와공동연구를진행하여 SkyCar 시스템을개발하였다. 차량 (LIM, Braking System의설계및제작 ) 및인프라구조 ( 전원공급 DC 600 V의 40m 시험선구축 ) 에관한연구가진행되어현재포항공대에시제차량및시험선로가설치되어있다. 2005년에포스코는교통시스템개발업체인 VECTUS를설립하였고외국의여러업체와협력하여 PRT 시스템을개발하고있으며, 2006년말까지차량제작및시험을완료하고 2007년상용화를추진하고있다. 도시교통시스템은교통문제와환경문제와의관련하에발전되어왔다. 국내에서는대량수송기관인지하철이주요한도시교통시스템으로발전되어오면서수송수요처리, 환경비용저감등의측면에서많은기여를해왔다. 그러나막대한비용부담으로인해지하철을중심으로하는대처방법은더이상적용하기어렵다. 이런상황에서미래형도시교통시스템은경제적이고효율적인대안으로주목받고있다. 일반적으로대중교통시스템이발전하기위한조건으로연계수송 ( 동일한혹은상이한수단간 ), 서비스의질 ( 운행간격, 회수, 접근성 ), 운행정시성이언급되고있다. 그간버스나지하철에서도수단내부의서비스의질을개선하기위한노력이기울여져서어느정도의성과를거두고있다. 버스에냉방시설이도입된것이대표적인예라고할수있다. 그러나연계수송이나서비스의질측면에서는해결해야할과제가산적해있었다. 이런상황에서미래형도시교통시스템은적절한대안이될수있을것으로판단된다. 현재개발이추진되고있는미래형도시교통시스템은광역구간 ( 바이모달저상굴절차량 ), 중소도시의간선및대도시지선구간 ( 경량전철, 도시형자기부상열차 ), 문전수송수단 (PRT) 으로투입될수있는특성을가지고있다. 이처럼미래형도시교통시스템을수송규모와특성별로위계화시켜투입함으로써현재대중교통시스템이안고있는문제를해결함은물론, 장래우리나라도시가자동차의존도가낮은대중교통중심의도시로발전하는데에기여할수있을것이다. 여기에미래형도시교통시스템의잠재력이있다. 41 Journal of the KSME 41 기계저널 -12 월호 CK

10 42 기계저널 -12 월호 CK 테 마 기 획 미래형도시교통시스템 이글에서는친환경적이면서버스와지하철의중간규모인새로운도시철도교통수단으로개발중인한국형경량전철시스템기술개발내용에대하여소개하고자한다. 이안호I 한국철도기술연구원경량전철연구팀장 이정식I ( 주 ) 우진산전, 상무이사 ahlee@krri.re.kr jslee@wjis.co.kr 42 일반적으로경량전철 (medium capacity rapid transit) 은차량규모나수송인원이기존중량전철 ( 지하철 ) 보다작으나, 버스보다는큰도시철도이며보통 2,000명 ~3만명 / 시간 방향의수요를처리할수있다. 무인자동운전등첨단기술을사용하여 새로운교통수단 으로표현된다. 경량전철에대한구체적인법률적정의는없지만, 도시철도법에규정된 도시철도 의개념에포함되어있으며전세계적으로 50여국에서 350여종의경량전철시스템이운행되고있다. 경량전철시스템의특징은타교통수단에비해교통수요처리능력이뛰어나고편성및시격조정이용이하여탄력적인운행이가능하다. 노면또는고가구조로건설할수있어지하철에비해공사비가절감되고공사기간의단축으로대국민서비스를앞당길수있다. 또한무인자동운전등첨단기술사용, 소음및대기오염감소, 접근성향상, 토지효율성확대등환경친화성이높다. 따라서경량전철은대도시지하철의지선, 중소도시의간선, 공항이나항만의접근수단및환경을파괴하지않고지방자치단체의문화적이미지까지반영할수있는관광지등에유용한시스템이라할수있다. 우리나라에서도이러한특징을고려하여복잡한현대도시에친환경적이면서버스와지하철의장단점을보완한중간규모인새로운도시철도교통수단인경량전철의필요성이대두됨으로써한국철도기술연구원 ( 이하 KRRI) 에서는신뢰성과안전성그리고경제성을갖춘한국형경량전철시스템기술개발및 보급을목표로경량전철시스템기술개발사업을 1999년에착수하였다. 총괄연구기관으로서 2005년까지 7년동안 50여개의산 학 연 ( 우진산전, 포항산업과학연구원, 현대중공업, 효성중공업, 포스콘등 ) 과공동으로약 500억원의연구비를투입하여무인운전고무차륜 AGT 시스템개발을성공적으로수행하였다. 이에본사업의분야별기술개발내용을간략히소개하고자하며, 현재각지자체등에서추진중인경량전철사업에본개발시스템이적용되기를기대한다. 1992년에수도권과부산권교통난해소를위해하남시와김해시에경량전철도입을정부시범사업으로결정한이후부산, 용인, 의정부등에서경량전철건설을민자유치사업으로추진하고있으나사업성부족, 국내기반기술미흡등으로인해사업추진이부진하였다. 따라서경량전철의국내보급활성화와국내기반기술확보를위해고무차륜 AGT 시스템의분야별기술개발과이에대한종합시험평가사업이수행되고있다. 즉, 1999년에는시스템개념설계, 2000년에는분야 ( 차량, 전력, 신호, 선로구축물 ) 별기본설계, 2001년에는분야별상세설계, 2002년에는분야별시제품제작이완료되었다. 또한 2003~2004년에는고무차륜 AGT 시험선에서종합시험평가, 국제안전인증취득및신뢰도평가를수행하였으며, 2005년에는시스템신뢰도및내구 기계저널제 45 권제 12 호 42 기계저널 -12 월호 CK

11 43 기계저널 -12 월호 CK 한국형경량전철시스템기술개발 도평가를수행중에있다. 차량시스템기술개발고무차륜 AGT 차량시스템의차체, 대차, 제동장치, 추진제어장치, 종합제어장치, 보조전원장치등을개발하여 2량 1편성의시제차량을제작한후, 이에대한종합시험평가를과업목적으로, 2003년도까지고무차륜 AGT 차량시스템을구성하는주요장치를표준사양을만족하도록개발하였고, 2량 1 편성의시제차량을제작하여구성품시험및완성차시험을완료하였다. 2004년도에는시제차량을시 험선에투입하여시운전시험을통한종합시험평가를수행하였다. 전력시스템기술개발그동안국내에서는 DC 급전시스템운영및보호의핵심요소인 DC 배전반을전적으로해외기업에의존하여왔으나이번기술개발을통하여 DC 배전반의국산화를이루고또한방재, 예방진단기능을추가한전력 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 를개발하였으며, 경량전철차량은대개의경우교량위로주행하게되므로미관을고려하여전차선은제3궤조로건설가능토록개발을하였다. 제3궤조는전차선이차량위에있지않고차량옆선로구축물에설치된강체레일이며이컨덕터레일을차량의집전슈가미끄럼접촉을함으로써집전이가능한전력공급시스템이다. 43 (a) 차량내부 (b) 고무차륜주행장치 (c) 완성된차량 (1) (d) 완성된차량 (2) 그림 1 개발이완료된고무차륜 AGT 차량시스템 신호시스템기술개발열차의운행을감시하면서진로를자동으로설정하여제어하는열차운행제어관리장치, 열차의위치를검지하여열차의충돌, 추돌및탈선등을방지하고열차의안전운행을보장하는자동열차제어장치와이를연결하는통신및열차무선데이터전송장치등을개발하여시험평가를통해실용화를하는것이주요목적으로 2003~2004년까지 H/W 제작을완료하고, 조합시험을거쳐시험선에설치하였으며, 2005년에는시험선에서무인운전의종합적인기능및성능시험을중에있다. (a) SCADA 기본구성 (b) DC 배전반 그림 2 전력시스템 Journal of the KSME 43 기계저널 -12 월호 CK

12 44 기계저널 -12 월호 CK 테마기획 `` 미래형도시교통시스템 선로구축물기술개발시스템엔지니어링기술, 상부및하부구조설계기술정립, 시공및유지관리기술정립, 궤도개발기술정립및주행로시공방안의검토를연구목표로시험선구축기술지원및경량전철토목설계기준을정립하였고, 경량전철전용합리화 2주형판형교및강재교각콘크리트충전합성강교각설계기술, 교량용외장재기술, 상부구조가설트러스의힌지부의개발과선굴착스크류말뚝공법의기술을정립하였다. 아울러궤도제품인분기기및안내레일의상세설계및시작품을국산화제작하여시험평가를수행하였다. 기술개발목표사양등을고려한종합시험평가상세계획을수립완료하였고, 이를토대로다음과같은일정에따라통합시운전의시험평가를수행하였다. 본격적인종합시험평가는공차 / 수동운전, 만차 / 수동운전, 만차 / 무인운전, 공차 / 무인운전순서로진행되었으며, 6차년도 ( 04년) 에는종합성능시험을완료 (a) 안테나 (b) 무선장치 44 시험선구축및종합시험평가고무차륜 AGT 경량전철시험선은개발된차량시스템, 전력공급시스템, 신호통신시스템, 선로구축물기술이종합적 유기적으로결합된것으로서분야별로충분한종합성능시험을수행하여개발기술의신뢰성과안전성을확보하는데그목적이있으며, 경북경산시에소재한경부선폐선구간 ( 삼성역 ~ 남성역부근 ) 에약 2.3km의시험선을건설하였으며상세내용은다음과같다. - 연장 : 2.26km( 본선 1.87km, 측선 0.39km) - 정거장 : 4개소 ( 검수시설포함 1개소, 시험용임시정거장3개소 ) - 교량 : 2개소 ( 본선 30m, 측선 160m) - 대피선 : 1개소 (120m) 도시철도법, 차량표준사양, (c) 중앙운영콘솔 (d) 열차무선데이터전송중앙장치 그림 3 열차무선통신장치 그림 4 제적완료된분기장치 그림 5 외장재제품표준화 그림 6 경량전철시험선조감도 그림 7 경량전철시험선착공 ( ) 기계저널제 45 권제 12 호 44 기계저널 -12 월호 CK

13 45 기계저널 -12 월호 CK 한국형경량전철시스템기술개발 그림 8 고무차륜 AGT 경량전철시험선건설 하고, 7차년도 ( 05년) 에는주요구조체 ( 차체및대차등 ) 의내구도및수명분석, 주요구성품에대한고장률및수명, 차량시스템의가용도 / 신뢰도분석을수행중에있다. KRRI에서개발한경량전철시스템은성능최고속도 70km/h로객차 1량당 57명 ( 최대 100명 ) 이탑승가능한차량시스템, DC 750V 측면전력공급시스템, 무인운전신호제어시스템, 경량구조선로구축물등으로구성된대형복합시스템이다. 제작에따른경제성으로인해일부부품 ( 타이어, 전장품소자등 ) 을수입하였으나, 본기술개발을수행하면서시스템측면에서의국산화율은 90% 이상달성하였다. 연구결과를바탕으로안전및성능을고려한표준사양, 안전기준, 건설규칙등의기준을마련하였으며이는경량전철을건설및계획중인운영기관과지방자치단체에게건설기준으로활용될것이다. 이러한연구결과는외국제품도입대신국내제작으로산업및건설경제부흥효과로 2조 1,400억원이 상발생할것으로보이며고용창출효과도연간 3,300명이상발생할것으로사료된다. 시스템개발은완료하였지만무인경량전철기술을더욱발전시켜경량전철건설을계획하고있는지방자치단체나운영기관에서기술활용을촉진하고국내산업발전과해외수출에기여할수있도록실용화를추진할계획이다. 그러므로최적의경량전철시스템을이용한실용화를위해서는연구결과를기반으로소음저감및승차감을향상시킬수있는시스템개선, 편리성을감안한실내디자인, 운영효율화향상을위한유지보수정보화시스템을구축해야한다. 이러한시스템설계기술을기반으로운영및유지비용이저렴하고선로건설비도 km당 300억 ~500억원으로지하철 (700억 ~1,000억원 ) 의 40~50% 수준인시스템을우리손으로건설할수있게된것이다. 현재 KRRI에서는경량전철시스템을건설및계획중인운영기관및지방자치단체에연구개발품이활용될수있도록적극적으로기술지원하고있으며현재 50여기관 (1,200여명이상 ) 에서시험선을방문하였으며국민들로부터많은호응을얻고있다. 45 Journal of the KSME 45 기계저널 -12 월호 CK

14 46 기계저널 -12 월호 CK 테 마 기 획 미래형도시교통시스템 이글에서는신에너지 Bimodal 저상굴절차량의개요와기술개발사업그리고적용및기대효과에대해소개한다. 목재균I 한국철도기술연구원교통핵심연구팀, 팀장 임정환I 현대자동차상용선행개발팀, 팀장 조세현I 한국화이바철도차량사업부, 상무이사 jkmok@krri.re.kr limjung@hyundai-motor.com shcho@fiber-x.com 46 서울시에서는 1970년대부터꾸준하게지하철을건설하여왔으며, 점차서울이외의대부분의대도시에서도지하철을건설하게되었다. 그러나서울의지하철은건설당시부담했던과다한건설비의타개와운영적자개선이라는당면과제에봉착하였으며, 다른대도시에서도동일한문제를발생시키고있다. 이에따라먼저건설비를줄일수있는방안으로차량의크기를작게하거나편성수를줄이고자하는방안이제기되었다. 차량의크기를작게하면차량의하중부하가작아져토공에들어가는비용을줄일수있을뿐만아니라차량편성수또는길이와그규모에있어서직접적인관련이있는지하역사, 정비창및주박시설등의건설비용도대폭줄일수있게된다. 또한차량단면이작아지면지하노선일경우터널단면적이작아지는결과로건설비가낮아지게된다. 다른한편으로는운영에투입되는인건비를절약하는방안이제기되었다. 인건비를줄이기위한방안으로는승무원을대체하는무인운전시스템과역무설비의자동화 무인화이다. 이와같은목적에따라등장한것이 AGT(Automated Guided Transit) 라는경량전철시스템이며, 현재국내에서도개발되어시험운전중에있다. 따라서우리나라는대도시권역을위하여지하철, 경량전철그리고시내버스로대별되는대중교통수단을제공할수있는제도와기술을갖고있다. 위와같이철도에대해서는문제점을극복하기위하여국가주도의기술개발및제도마련에매진해 왔으나, 버스에대해서는시스템적인방안모색보다는차량자체의개선 ( 예 : 좌석, 냉난방 ) 및노선에대한타협과종용으로이어져왔다. 이것은버스의생산주체와구입하여운영하는운영주체그리고노선을결정하고영업권을부여하는지방자치단체사이에서만논의되었다. 즉, 버스는지하철및경량전철을포함하는국가주도의대중교통체계내에서계획, 건설및관리되기어려울만큼운영의유연성및효과의개연성이과다한것이사실이다. 우리에게필요한대중교통은운영의유연성, 승차에편리한접근성, 시스템구축에최소의비용이드는것그리고원하는시간또는예정된시간에이용할수있는정시성을동시에만족시키는시스템이다. 이와관련하여버스는대부분의장점을갖고있는반면정시성에한계가있음을알수있다. 문제는정시성을어떻게극복하는가에있으며, 이를위하여철도가갖는정시성의운행체계에버스와유사한시스템을적용하는것이효과적일수있다. 그러나현재의버스를그대로적용할경우에는수송량, 편의성, 안전및정시성에대하여원하는만큼의효과를기대하기어렵다. 따라서지하철이나경량전철처럼안전및정시성을갖는운영체계에적합하고, 전용궤도와일반도로를모두주행할수있는바이모달형태의차량을개발하여적용할필요가있다. 또한현재운행되는획일적인구조와차량외형을다양한도시미관과잘어울리도록함으로써타고싶은마음이들도록할필요가있다. 그리고엔진의배출물이도심지공해의 기계저널제 45 권제 12 호 46 기계저널 -12 월호 CK

15 47 기계저널 -12 월호 CK 신에너지 Bimodal 저상굴절차량기술개발 주된원인이되기때문에엔진의배출물을대폭줄이거나배출물이없는무공해동력원에의하여구동되는차량이필요하다. 또한교통약자의승하차가편리하도록차량답면을초저상으로하여정거장높이에맞추고지하철과같이정거장에정밀하게정차시켜유모차, 카트및휠체어가계단없이유연하게탑승할수있어야한다. 해외에서도우리의요구사항과유사한차량을개발하였으며, 최근들어시험운전또는영업운전을시작하였다. 현재유럽을중심으로개발된차량은버스를기반으로철도차량과유사하게개발된차량과철 버스 높은운영유연성 단점낮은수송수요편안하지않음 Bimodal 차량 경전철의고품질서비스 버스의유연성 그림 1 버스와트램의합성시스템인바이모달 (Bimodal) 차량 그림 2 Translohr 와 TVR 의레일안내시스템 경전철 신속함, 정시성, 큰수송수요대응용이 단점전용궤도및운영시설유연성이낮음 TRANSLOHR TVR 도차량을기반으로버스와유사하게개발된차량으로구분할수있다. 버스나트롤리버스로부터철도차량형태로개발된것은네델란드 APTS 사의 Phileas시스템과프랑스 Irirbus 사의 Civis시스템이다. Phileas는 2 량또는 3량을한단위로구성할수있으며 LPG엔진과배터리의하이브리드동력원으로구동된다. 일반버스보다축거가길어도로주행에필요한회전반경과정거장에서의짧은접안길이를확보하기위하여차량을이루는모든차륜이독립적으로조향된다. 또한차량과전용궤도사이의전자기안내시스템에의하여자동운전과반자동운전이가능하다. Civis 는 2량을한단위로하며디젤엔진과배터리의하이브리드동력원으로구동된다. 앞차륜만조향이가능하며전용궤도의페인트마커를고속스캔한영상정보를따라반자동운전이가능하다. 철도차량, 특히노면전차로부터바이모달형태로개발된것은 Bombardier 사의 TVR시스템과 Lohr사의 Translohr시스템이다. 이것들은모두전차선으로부터전력을공급받는시스템이며, 회차지점또는차고진출입시의짧은거리에서내장된배터리에의하여운전될수있다. 고무차륜이지만전용궤도중심에설치된안내레일을따라운전된다. 일반적으로 Phileas나 Civis에비하여차량편성수를늘려차량길이를길게하는데는더유연하다고할수있다. 이와같은새로운대중교통시스템은 Bus Rapid Transit-BRT, Bus Semi Rapid Transit, Busway System, Rubber-Tired Trams, Bus Based Transitway, Rubber-Tired Rapid Transit-RT2 등으로소개되고있다. 47 그림 3 해외의바이모달형태의차량 건설교통부에서는교통약자에게실질적인대중교통이용권을부여할수있고대중교통을활성화시킬수있는 신에너지바이모달저상굴절차량 을개발하여보급하기위한계획을갖고있다. 이를위하여건설교통부가주관하는교통핵심기술개발사업을통 Journal of the KSME 47 기계저널 -12 월호 CK

16 48 기계저널 -12 월호 CK 테마기획 `` 미래형도시교통시스템 48 하여 2003년부터 2009년까지약 430억원 ( 정부 290억원 ) 을투입하고있으며, 한국철도기술연구원이주관연구기관으로서다수의협동기관과대학을통하여차량개발을추진하고있다. 본사업에서기술개발을통하여차량에구현해야할요구사항은다음과같다. 도시미관및수요자의요구에부합하기위한복합소재차체구현 전용궤도와일반도로의혼합형선로에효과적인 Bimodal 구조 2,500~7,000명 / 방향 / 시간의수송력을갖는도시형대중교통수단 추돌에대한안전및사계절정밀정차를위한자동운전이가능한차량 교통약자의승하차가용이한전체길이가초저상차량시스템 전체차륜의독립조향에의하여정거장길이가최소가되도록하는구조 무공해동력원인연료전지로구동하는추진시스템에의한주행사업의주요일정은 2004년까지차량의개념설계를마치고, 2005년도에차량의기본설계및하위시스템의상세설계가이루어진다. 2006년도에는하위시스템별로제작과개발되지않는표준부품에대한발주가시작될것이다. 2007년도에는하위시스템별시험평가가이루어진다. 2008년도에는하위시스템이통합되어차량이완성되며, 전용궤도에서의시운전을시작하게된다. 그림 4는현재개발하고있는차량의외형을보여준것이다. 도철도차량에적용하기위한연구개발을수행하고있지만, 본사업에서개발되는차량을위한차체로서는고유한설계기술과제작기술을개발하여원가를낮추고, 도로의대중교통으로서의안전성능을향상시켜야한다. 정거장길이를최소화하고정밀정차가가능한초저상축개발대중교통은가능한초저상으로이루어져야한다. 초저상은교통약자가손쉽게탑승할수있도록할뿐만아니라일반탑승자에게신속한탑승이가능하게한다. 따라서교통약자에게대중교통이용권부여라는국민복지측면과탑승시간을줄임으로써경영수지개선효과를기대할수핵심기술이다. 일반적으로휠을독립적으로회전시키는모터 (motor) 의위치에따라휠-인모터방식과휠-아웃모터방식이있다. 휠-인방식인경우에는특수목적의광폭타이어, 발열및스프링하질량부하관련문제를해결하여야하며, 휠-아웃방식인경우에는차량내부공간의활용과관련하여단점을갖고있다. 휠-인방식은각차륜의독립적인조향이불가능하므로정거장길이의최소화및원하는회전반경을얻기위하여본사업에서개발되는차량에는휠-아웃모터방식을개발하여적용하게된다. 도시미관을고려한차체개발현재의도로교통을이루는수송수단은승용차와버스이다. 이중버스는운송업자의요구사항만고려되기때문에획일적인외형과최소한의편의시설을갖추고있다. 대중교통이활성화되려면도심지의환경과노선특성을고려하여디자인된차량이필요하며, 이러한차량은승객에게타고싶은마음이생기게할것이다. 이를위하여최근해외로부터적용되기시작한재료가복합소재차체이다. 우리나라에서 그림 4 개발되는신에너지 Bimodal 저상굴절차량 그림 5 복합소재를이용한차량의차체 기계저널제 45 권제 12 호 48 기계저널 -12 월호 CK

17 49 기계저널 -12 월호 CK 신에너지 Bimodal 저상굴절차량기술개발 공해문제를근본적으로해결할수있는동력원적용기술개발대도시의도심지공해문제를개선시키거나해결하기위해서는대형차량의배출물을줄여야한다. 따라서개발되는차량에는우선적으로초저공해를위한천연가스엔진과배터리의하이브리드추진시스템이개발되어실용화를위하여적용될것이며, 다음으로대용량연료전지를천연가스엔진과대체시켜무공해동력원에의한대중교통시스템을완성하게될것이다. 수송용연료전지는산업자원부와과학기술부에서연구개발사업을진행중에있으며, 본사업에서는개발된수송용연료전지를우리의차량사양에적합하도록대용량화하는기술과시스템적용기술을개발하여차량에적용하게된다. 자동운전이가능한전자기안내시스템개발대중교통이정시성을확보하기위해서는전용궤도그림 6 탑승이편리한전길이초저상바닥그림 7 원하는회전반경을얻기위한독립조향그림 8 대중교통에적합한대용량연료전지 (Ballard 사 ) 로주행하는것이필수적이다. 또한전용궤도의건설비는가능한저렴하여야경쟁력이있다. 건설비는추돌에대한안전을확보하는조건하에전용궤도의폭이작을수록낮아질수있다. 이것을위하여필수적인것이자동운전이고이것을위한안내시스템이다. 일반도로와전용궤도를주행할수있는바이모달형태의차량을위한안내시스템은광학적인방법과전자기적인방법이있다. 눈과비가많고, 때로는페인트마커를인식하기어렵게할수있는장애물 ( 낙엽등 ) 출현이잦은조건에서는전자기적인방법이적합하므로개발되는차량에는자석마커의인식으로자동운전이가능한안내시스템을개발하여적용하게된다. 본사업을통하여개발되는 신에너지 Bimodal 저상굴절차량 은전용궤도와기존도로에서의우선신호체계내에서의운행을통하여지하철수준의표정속도를달성할수있다. 또한경량전철과버스사이의중간규모의수송능력을갖추고있다. 개발되는시스템은정거장에서의정밀정차를통하여유모차및쇼핑카트의탑승및휴대가편리하므로지금까지짧은거리의대규모쇼핑몰이나의료센터에자가용을이용했던승객을대부분수용할수있다. 차량은전자기안내방식에의하여자동운전이가능하므로비교적좁은전용도로에서운행가능하므로그만큼도로이용효율을높일수있고건설비도절약할수있다. 또한자동운전에따른악천후시의추돌사고를예방할수있다. 따라서개발되는시스템이효과적으로운영되면현재의도로혼잡을크게개선시킬수있게된다. 또한개발되는차량은무공해동력원인연료전지에의하여구동되므로도심의디젤매연을원천적으로차단하여퀘적한도시생활환경을조성할수있게하고, 교통약자 ( 노약자, 장애인 ) 에게 DOOR to DOOR의실질적인이동수단을제공하게됨으로써대중교통활성화에필수적인시스템이될것이다. 49 Journal of the KSME 49 기계저널 -12 월호 CK

18 50 기계저널 -12 월호 CK 테 마 기 획 미래형도시교통시스템 이글에서는도시형자기부상열차의국내외기술개발현황과실용화를위한추진방향에대하여소개하고자한다. 이영훈I 한국철도기술연구원자기부상철도연구팀장 변윤섭I 한국철도기술연구원자기부상철도연구팀, 선임연구원 yhlee@krri.re.kr ysbyun@krri.re.kr 50 산업발전과생활수준의향상과함께개인교통수단의급격한증가로환경오염및에너지소비문제를가중시키고있으며, 특히도심교통에서상시정체로인한이동성제한, 물류비용상승등그문제의심각성을더하고있다. 이에따라도심의교통문제를해결하기위한신교통시스템의필요성이부각되고있다. 신교통시스템은신속성, 안전성, 편리성, 친환경성등과함께건설비, 운영비등에서의경제적인특징을가지고있어야한다. 이러한신교통시스템의대표적인시스템으로경량전철이관심을받고있는데, 경량전철은세계각지에서다양한시스템이개발되어활용되고있다. 이와함께중저속형자기부상열차가경량전철의한형태로개발되어상용화되는등, 철도선진국에서는자기부상열차에대한지속적인기술개발및투자와함께시장을형성하고있다. 중저속형자기부상열차시스템은차별화된특성을갖는대중교통시스템으로써기존의경량전철시스템을보완하고, 도심의다양한교통요구를수용하는역할을수행할수있을것으로보인다. 자기부상열차는주로독일, 일본등을중심으로장거리초고속자기부상열차에집중적으로관심과노력을기울여왔으나, 도심교통수단으로중저속용자기부상열차에대한관심으로확대되고있다. 독일은중국상하이 ( 上海 ) 의공항접근수단으로초고속자기부상열차를수출하여영업노선을개통하였고, 일본은중저속자기부상열차를개발하여나고야시에영업노선을개통하여운행중이다. 한편, 국내에서는과기부를중심으로도시형자기부상열차기술개발 이수행되었으며, 현재산자부의중기거점과제를통해도시형자기부상열차의실용화를위한모델개발을진행하고있다. 최근들어과학기술혁신본부를중심으로국가연구개발사업으로개발된기술을활용될수있도록하는실용화사업이추진되고있고, 자기부상열차시스템의실용화가논의되고있다. 이에이글에서는자기부상열차의국내기술개발현황을살펴보고, 이의상용화로가기위한실용화사업의접근방향을검토해보고자한다. 자기부상열차란자기력을이용하여선로위에차체가부상되어바퀴가없이비접촉으로운행되는열차를말한다. 부상을위한자기력은자석을이용하며, 바퀴가없기때문에추진력은직선운동을하는선형전동기를사용한다. 따라서열차가부상되는방식에따라, 추진되는방식에따라, 사용하는자석에따라구분할수있다. 열차가부상되는방식은자석의서로당기는힘을이용하는흡인식 (electro-magnetic suspension) 과서로밀어내는힘을이용하는반발식 (electro-dynamic suspension) 이있으며, 주로흡인식이많이사용되고있다. 추진방식에따라서는차량에구동코일이탑재되어구동력을일으키는선형유도전동기 (linear induction motor) 방식과, 선로에구동코일이설치되는선형동기전동기 기계저널제 45 권제 12 호 50 기계저널 -12 월호 CK

19 51 기계저널 -12 월호 CK 도시형자기부상열차시스템기술개발 (linear synchronous motor) 방식이있으며, 고속형에는주로 LSM 방식이사용되고있다. 또한자석의종류에따라서는일반도체에의한전자석을사용하는상전도방식, 초전도체를이용하는전자석을사용하는초전도방식, 영구자석을사용하는영구자석방식등이있다. 이외열차의속도에따라 200km/h 이하의중저속형, 400km/h 이상의초고속형으로구분하기도하며, 열차의운용형태에따라도시형, 간선형등으로구분하기도한다. 자기부상열차의기본적특징으로는선로와차량간비접촉운행으로마찰이없고소음및진동, 분진등이적으며, 구배등판능력및곡선통과능력이우수하다는것이다. 또한차량하중이한곳에집중되지않고선도전체에걸쳐고루분산되는구조적특성을갖는다. 우수한주행특성으로인해급경사가나급곡선이있는지형, 터널을회피하는노선등에유리하며, 차량하중이분산되는특성으로선로구조물의경량화, 점유토지최소화등을통하여선로건설비및유지보수비, 운영비등의저렴화가가능할것으로예상된다. 자기부상열차는저소음, 저진동, 저분진등의친환경특성이가미된신개념의대중교통시스템으로서첨단교통시스템으로부각되고있으나, 지금까지국내외에서장기적으로운영된상용노선이없으므로시스템검증이나특히유지보수비나운영비 표 1 도시형자기부상열차의특성비교 구분자기부상열차지하철경량전철 최고속도 110km/h 100km/h 80km/h 운행속도 80km/h 80km/h 70km/h 표정속도 30~35km/h 이상 30km/h 이상 30~35km/h 이상 시스템공차중량 22t 30t 18t 특성최대구배 8% 4% 7% 최소곡선 60m R 120m R 40m R 안내방식전자석부상철제바퀴철제 / 고무바퀴 추진장치선형전동기회전전동기회전형 / 선형전동기 분진발생없음철분진발생철 / 고무분진발생 환경특성소음 65dB 80dB 75dB 진동 0.02g 0.1g ( 실측자료없음 ) 승차감 1.4Wz ( 우수 ) 2.5Wz ( 양호 ) 2.5Wz ( 양호 ) 운영비 중 고 중 등과같은경제적요소에대한정확한평가가불가능한실정이다. 자기부상열차시스템에적용된대별적인주요기술을살펴보면차량의부상및추진기술과분기기및선로구조물에대한선로구축물기술, 열차속도검지기술, 그리고시스템의운영, 유지보수기술등을들수있다. 차량의부상기술은차체를선로위로부상시키기위하여전자석의전류를실시간으로정밀제어함으로써약 10mm의부상간격을일정하게유지시킨다. 이는자기부상열차의가장대표적인핵심기술에해당하며, 기존의철도기술과가장상이한부분이다. 자기부상열차의승차감은선로의상태에따라변화되는데, 예를들면, 열차가한선로모듈에서다른선로모듈로이동할때, 두선로모듈간의연결부분에서단차와같은틀림이발생되면열차의부상간격에도차이가발생하게되므로이는곧바로열차의승차감으로직결된다. 따라서자기부상열차시스템에서선로굴곡이나틀림등선로관리는매우중요한기술이된다. 자기부상열차의선형전동기기술은가감속이나구배통과능력등차량의주행성능과소음등환경특성을우수하게하는효과를갖게한다. 표 1은자기부상열차와타교통수단과의특성비교이다. 독일과일본에서는 1970년대초부터이미중저속및초고속형자기부상열차를개발하여시험해왔다. 독일에서는상전도방식의자기부상열차를 31.5km의시험선로에서 400km/h 이상으로시험운행하고있으며, 일본에서는 42.8km의시험선로에서초전도방식의 51 Journal of the KSME 51 기계저널 -12 월호 CK

20 52 기계저널 -12 월호 CK 테마기획 `` 미래형도시교통시스템 P20 R-80M CURVE P SWITOHING P10 SLOPES(P1-P17) P40 STRAOHT SEOTION (P&2-P48) P1 P48 P55 200M EXTENTION (P48-P60) P60 그림 1 시제열차 UTM-01 및시험선로 (1.3km, 기계연구원소재 ) 52 자기부상열차를 500km/h 이상으로시험운행중에있다. 미국에서도 1999년부터영구자석을이용하는자기부상열차기술개발을추진하고, 현재는 Old Dominion 대학에시험선로를건설하고있다. 한편, 중국에서는독일의초고속형자기부상열차를수입하여상하이의푸동공항 ~ 롱양루역간 30km구간을 2002년 12월 31일에건설개통하였고, 최고운행속도 430km/h로주행시간이 8분소요된다. 이노선은 2010년개최되는세계박람회를위하여항주까지의연장건설을계획하고있다. 그외상용노선으로영국의 BPM(Birmingham People Mover), 독일의 M-Bahn 등이있었으 시및운행을목적으로하는차량 (HML-03) 을민간회사 ( 구현대정공 ) 자체로개발하여, 93일동안총 12만km를운행한바있으며, 이는국내최초의자기부상열차운행이되었다. 현재산자부주관의중기거점사업으로 2003년 10월부터 2008년 9월까지총 5년동안 110km/h 급의무인운전이가능한자기부상열차개발및신뢰성 / 안정성확보를목표로 자기부상열차실용화를위한모델개발 사업이추진중이다. 이열차는대전국립중앙과학관에서엑스포공원을연결하는 1km 노선에투입되어영업운행될예정이며, 이를위하여모델차량에대한시험평가신청이철도기술연구원 나모두철거되었다. 국내의자기부상열차기 표 2 자기부상열차기술개발현황 술개발은 80년대중반부 구분 독일 일본 미국 한국 터민간회사를중심으로추초고속형초고속형중저속형중저속형중저속형적용속도진되다가, 1989년자기부 430km/h 500km/h 100km/h 100km/h 110km/h 개발개시 상열차개발사업이과기부모델명 Transrapid MLX HSST M 3 UTM 국책 10대분야로서 21 상전도초전도흡인식영구자석상전도적용기술세기교통기술개발사업 으흡인식반발식영구자석반발식흡인식 로선정되어같은해 12월상용화완료시험선상용화완료시험선실용화를위한현황 ( 중국수출 ) 시험중 ( ) 건설중모델개발중에착수되었다. 이에따라 1999년 9월까지약 10년 간 도시형자기부상열차 개발사업 으로약 250억 원이투입되어시제차량 (UTM-01) 과저속동작형 분기기를갖춘 1.3km의 시험선로가건설되었다. 1993년대전 EXPO에전 그림 2 개량된 UTM-01(1량 1편성 ) 과산자부실용화를위한모델차량 기계저널제 45 권제 12 호 52 기계저널 -12 월호 CK

21 53 기계저널 -12 월호 CK 도시형자기부상열차시스템기술개발 에접수되어있다. 지금까지의국내자기부상열차시스템의개발은차량시스템중심의연구개발성격으로수행되었다. 이에따라개별시스템은개발되었으나교통시스템으로서기술통합이필요하며, 요구사항에따르는안정적인상호작용확인이필요하다. 또한 1.3km의단거리시험선에서기동수준의저속시험을수행해옴으로써시스템성능한계확인및운영, 유지보수기술개발이미비하였으며, 이는적정한시험노선의부재로실용화수준의지속적이고다양한시험이불가능하였다. 따라서실용화를위해서는고속동작형분기기, 슬림형선로등, 미비시스템개발, 운영 / 유지보수기술개발등의기술완성과함께인증체계구축, 제도정비등실용화기반구축등을포함하는실용화사업이필요하다. 현재자기부상열차시스템은독일, 일본등은기술개발완료후상용화적용단계에있으며, 중국, 미국등은기술개발과함께도입및적용을검토하고있는단계에이르고있다. 는 UTM-01은 1998년개발되어현재까지약 3 만km 정도의주행실적을가지고있으며, 2002년 11월최고 74km/h까지도달한바있다. 산자부모델차량은현재제작조립이완성되었으며, 본격적인시험을준비하고있다. 자기부상열차의기술개발에있어서시스템엔지니어링분야는경량전철요구조건에맞추어단순연구개발과제로수행되었다. 이에따라수요자의요구조건을제대로분석하여반영시키지못하였으며, 아울러실용화계획의미비와함께수행이미진하였고, 또한엔지니어링체계는보유하였지만지속적인사양관리가부족하였다. 따라서실용화를위한요구조건구축및분석을통하여기술의체계화, 정형화, 문서화, 전산화를이루어야할것이며, 그간의다른대형국책사업의경험활용과함께실용화사업을통하여수행가능할것으로판단되며, 향후표준화까지고려하는체계적인사양관리시스템구축을위해실용화수준의연구가필요할것으로판단된다. 아울러 자기부상열차시스템의시스템통합및인터페이스 기술은이미확보된기술을활용할수있으며, 수요자요구사항을반영하여설계하여야할것이다. 특히 RAMS 분석및평가에대한수행내용은매우미흡 국내에서개발된자기부상열차는상전도흡인식으로중저속형의경량전철형으로, 부상, 추진장치등주요장치는국내자체기술로개발되었다. 설계속도 110km/h, 운행속도 80km/h, 8% 의구배등판능력과최소곡선 60m의급곡선통과능력을가지고있다. 현재기계연구원시험선에서시험운행되고있 한편으로, 관련기술에대한연구나개발시스템에대한분석및평가가수행되지않았고, 시험및시운전시험등에대한데이터관리시스템도구축되지않았다. 일부 RAMS 분석에대한성과로는차량의신뢰성분석으로, 1998년 ~1999년사이의 2년동안의운행실적과고장실적등에대해수치분석이 일부수행된바있으며, 설 표 3 국내자기부상열차시스템 계단계에서의수행이아닌 모델명최고속도 KOMAG 40km/h DMV 110km/h HML 100km/h UTM 110km/h 산자부모델 110km/h 시험단계에서만의수행으로그이상의추가분석은 운행속도 5km/h 15km/h 50km/h 75km/h (80km/h) 수행되지않았다. 이와함승차정원 4명 42명 40명 120명 135명개발착수 께시험선에서의제한적인 제작시기 운행으로비용에대하여 적용기술 상전도흡인식 (EMS) 선형유도전동기 (LIM) 방식 LCC 분석이나관련연구 현황 현재제작중, 시험운행후, EXPO 전시운행후, 대전기계연구원가수행되지않았다. 이와시험운행후, 대전과학관현재전기연구원과학공원내운행, 시험선로 (1.3km) 에서같이자기부상열차시스템현재폐기상태연장건설사업후내에전시현재운행중단상태시험운행중영업투입예정의전주기적인분석및평 53 Journal of the KSME 53 기계저널 -12 월호 CK

22 54 기계저널 -12 월호 CK 테마기획 `` 미래형도시교통시스템 54 가가수행된적이없으며, 이러한 RAMS 분석및평가, LCC 사전평가등, 향후실용화사업에서는관련분야의연구수행이반드시필요하다고판단된다. 자기부상열차의차량시스템은완성도가가장높은분야이며, 차체나대차, 제동장치, 기장및설비, 또는추진및부상제어장치등과같은전장품등대부분연구개발자체가필요하지않거나기존철도기술을적용할수있다. 차량시스템의핵심부품인대차의경우에는 4회이상개발되어기동및시험이완료된상태로, 최적의경량화설계등실용화기술개발이필요한상태이다. 그외제동장치나전원공급장치, 부상, 안내장치, 추진장치등은스위칭소자의소손등의비주기적인저빈도장애가발생하는등신뢰성및안정성, 환경성강화를위한성능보완이나이중화구축, 경량화, 효율증대연구등이필요하며, 기동수준의시험선로에서의기능및성능확인으로설계한계까지의실용성확인은미흡하나이들은모두실용화항목으로서실용화사업으로추진이가능할것으로판단된다. 아울러무인운전이가능한산자부모델개발과함께 2008년까지신뢰성 / 안정성확인을위한 12만km의시운전시험이추진될예정이며, 이를통하여차량시스템의기술완성과함께자기부상열차의차량시스템의실용성은확인될것으로판단된다. 선로구축물분야는궤도및토목, 건축분야로구분된다. 토목분야의경우에는지반및교각부분은기존철도기술의적용이가능하나, 거더 (girder) 의경우자기부상열차의특성을고려한선로설계가이루어지지않았으며, 관련설계기준도마련되지않은실정이다. 따라서안전을고려하였다면실제필요이상으로과도하게건설되었을것으로판단되며, 시스템특성에비하여설치된지간장이매우짧은것으로보아단면최적화등선로슬림화가이루어지지않은것으로판단된다. 궤도분야에있어서는시험선로에 60m의최소곡선이설치되었는데도곡선부의캔트 (cant) 각도가 3 이내로, 레일의설치기법이충분히연구되지않았을것으로판단된다. 또한짧은시험선로의건설에따라양산개념의제작및건설기법, 선로유지보 수등에대한연구내용을확인할수없었다. 특히분기기의경우에는전환식의저속형으로개발되어 1995년경부터가동되었으나, 분기전환속도가 1 분이상의저속동작으로실용화에적용할수없으며, 시스템과의연동이이루어지지않고단독동작되고있으며, 분기기통과속도나분기장및단차제한기준등이미비한상태임에따라운행을위한안전문제도심각한것으로판단된다. 이에따라 1999 년도부터관절형의고속동작분기기를 1/5 축척의축소모형 (5관절형) 으로제작하여시험하고있으며실용화를위한모델개발과함께분기기성능개선을추진하고있으나, 실제규모의분기기제작및시험은전무하여성능개선실적은확인하기어려운실정이다. 따라서실용화사업에있어서 30초이내의전환속도를갖는고속동작형의실용분기기관련연구개발이사업성패의가장핵심적인요소가될것으로판단된다. 그외건축분야는 HML-03 및 UTM- 01 등의모델개발과함께건설된바있으며, 기존철도기술의적용이가능하며실용화사업에전혀문제가없을것으로판단된다. 신호시스템분야에서는실용화를위한모델개발과함께도플러안테나를이용한자기부상열차전용의속도검지장치개발이진행되고있으며, 주행시험등, 실용성입증이미비한상태로현재도입적용시험중이다. 그외시스템통합및인터페이스를위한적용보완등이필요하나일반철도기술의적용이가능하며단기실용화사업으로완성할수있을것으로판단된다. 특히실용화를위한모델개발과함께자동열차보호장치 (ATP : Automatic Train Protection) 나자동열차운전장치 (ATO : Automatic Train Operation), 연동장치, 열차운행제어장치 (TTC : Total Traffic Control) 등의개발및제작이추진되고있으나, 이와같은시스템들은자기부상열차전용의시스템이별도로필요한것은아니며, 기존의철도기술및철도시스템의적용이가능하다. 열차무선설비나전송장치등과같은자기부상열차를위한통신시스템은현재구축되어있지않으나안전을위하여꼭필요한설비이며, 기존철도기술및철도시스템의적용이가능하다. 기계저널제 45 권제 12 호 54 기계저널 -12 월호 CK

23 55 기계저널 -12 월호 CK 도시형자기부상열차시스템기술개발 전력시스템분야는수변전설비및전차선설비, 전력공급설비등으로구분되며, 차단기나변압기, 정류기등대부분기존철도기술의적용이가능하며, LSMS 모델개발을통하여집전장치등일부기술완성이이루어질것으로예상된다. UTM-01 모델의전차선설비는열팽창에의한변형이발생하거나전차선의지지대및절연애자의절연내력이파괴되는등, 적합한재료및설치기법등에대한연구가미진하였고, 단일열차의운행으로인해다수의열차가운행하기위한대용량의전력공급경험이없는실정이다. 이와같이살펴본바, 자기부상열차의시스템엔지니어링분야는요구조건분석, RAMS 분석등에대한연구는부족하나타사업수행경험및기본기술보유로실용화사업으로보완이가능할것으로판단되며, 실용화사업의주요연구분야로추진되어야할것으로판단된다. 차량시스템은현재실용성확인은미흡하나실용화를위한모델개발을통하여차량및신호시스템의기술완성과함께상용화수준의신뢰성및안정성확보가이루어질것으로예상된다. 아울러선로구축물의경우고속동작형의분기기연구개발이실용화사업의전체일정및성패의핵심적인요소가될것으로보인다. 그외신호및통신, 전력시스템등은실차시험및인증시험등이나인터페이스및성능, 적용보완등이필요하나, 기존철도기술의적용이가능하며실용화사업으로가능하다. 앞에서살펴본바와같이국내에서개발된자기부상열차시스템은곧바로실용화하기에는미흡한부분이있다. 따라서우선기술완성및시스템검증과함께실용화를위한기반구축이필요하며, 이를실용화사업에반영하여야할것이다. 기술완성을위해서는전용시험선을건설하여기술을완성하는것이가장바람직할것으로판단되나, 이방안은실용화이후시험선의활용, 유지보수등의문제가있다. 또한가장경제적인방안으로기존에개발된성과물 을활용하여기술을완성하는것인데, 이는기존에개발된차량의크기, 선로폭및구조등기존의개발사양을준용함에따라새로운교통수요및요구조건에맞도록시스템을최적화하는데곤란한점이있다. 최적의방안으로생각할수있는것은실제노선에대하여시범구축하여기술을완성하는것이다. 시범구축은실제운행노선의일부를시범노선으로사용하여보완되어야할기술사항을완성하는것이며, 이를통하여상용운영기반이마련되면영업노선으로전황하여연장건설하여운영하는방안이다. 실용화의법적기반을마련하기위해서는자기부상열차시스템을위한표준사양, 성능시험기준, 안전기준등을수립하고관련법규및제도를정비하여야하며, 아울러표준사양의시스템의생산, 공급, 구매에대한인센티브제공등, 개발시스템의활용을활성화를위한정책적지원방안마련도필요하다. 중저속형자기부상열차시스템은기존의타경량전철시스템과더불어대국민수송서비스의질을향상시킬수있는또다른방안으로제시될수있으며대중교통수단으로서의상호보완적인미래의교통수단으로시스템으로그자리를확보해나아갈것으로기대된다. 국내에서는 1989년부터중저속도시형자기부상열차의개발을추진해오고있다. 현재국내의기술개발수준은상용화를위한전단계로요소기술을확보하고있는영역과기술완성의보완이요구되는부분이있는것으로판단된다. 자기부상열차시스템의실용화가추진된다면현재상용화를위해기술보완이요구되는부분을기존의철도기술및기술개발, 철도현장경험을바탕으로기술완성이가능할것으로판단된다. 실질적인상용화로가기위해서는그간개발에참여해온또는기술력및실질적경험있는산학연이소관부처를중심으로협조체계를구축하는힘의결집이필요하며, 실용화를위한종합사업계획의마련과함께, 기추진된국책과제와기개발된기술을최대한활용하는한편, 시범노선건설구축과병행하여기술개발을추진해나아가야할것이다. 55 Journal of the KSME 55 기계저널 -12 월호 CK

24 56 기계저널 -12 월호 CK 테 마 기 획 미래형도시교통시스템 이글에서는미래형첨단도시교통시스템으로부각되고있는소형궤도열차시스템기술에대하여소개하고자한다. 조홍식I 한국철도기술연구원경량전철연구팀, 선임연구원 정락교I 한국철도기술연구원경량전철연구팀, 선임연구원 hscho@krri.re.kr rgjeong@krri.re.kr 56 현대정보화시대는경제 사회및산업전반에서물적 인적수송의고속화가요구되며, 더불어교통시스템에도더안전한서비스와이용자의접근편리성이요구된다. 도시화의발전속도가가속화됨에따라교통체증의전일화현상은경제활동에치명적인영향을미치고있으며, 국내도시의경우에도현재의도시철도시설공급추세로는급증하는수요를감당하기어려운상황에달하였다. 우리나라에서수송정체를일으키는주요원인은자동차의급격한증가이다. 차량은하루가다르게기하급수적으로늘어나 97 년에이미 1,000만대를돌파하여 2000년대에는가구당 1대를넘는 1,400만대수준으로이제도심지역은어디를가나밀려드는차량으로교통이항상정체되어이에따른경제적손실이연간 8조 6,000 억원으로추정되고있어교통문제의해결이시급한과제로대두되고있다. 그럼에도불구하고우리나라대도시의도로증가율은자동차증가율의 1.5% 에불과하며자동차의운행을위하여필요한도로, 주차장, 고층주차건물등의시설은도시중심부의토지를 50% 이상을점유하고있다. 이에따른도로교통정체현실과매연으로인한환경오염은삶의질을추구하는현대인의생활에중대한위협이되고있다. 따라서대중교통수단의확충과다양한승객요구에따라그선택의폭을넓혀야개인교통수단의대체수단으로서그역할을할수있으나, 현실적으로대중교통수단의선택의폭은극히제한적이며, 그결과대중교통수단은주로자가용등의선택의여지가없는계층에의하여이용되고있고, 자가용이용계층의 대중교통수단으로전환은실효를기대하기어려운상황이다. 다양한대중교통수단의제공과교통서비스향상만이이용자선택의폭을넓게하여자동차이용의감소를가능하게할것이므로이에부응한정책의계획 입안이계속적으로이루어져야한다. 도심지에서의자가용이용을대체하기위해서는네트워크구조의노선형태로이용자들의접근성을강화하면서출발지에서목적지까지논스톱운행으로소비자의요구에부응할수있는철도시스템의개발이절실히필요한데이는이미개발되어운영되고있는현재의도시철도시스템으로서는해결하기어려운부분이다. 이러한맥락에서초기건설비및운영유지비과다등기존지하철의문제점을해결하면서다양한서비스기능으로자동차이용을대체할수있는미래형신교통수단으로서소형궤도열차시스템의기술개발이절실히요구되고있다. 전세계적으로소형, 경량화, 환경친화적미래형교통시스템이기술개발의추세에있으며미국, 유럽의선진각국에서는소형궤도열차의필요성을인식하고개발에적극투자하여그도입을서두르고있다. 소형궤도열차시스템은노선거리 1~10km 정도, 수송능력은시간 방향당 3,000~10,000명정도로지하철과버스의중간규모의신도시철도시스템분야중하나이다. 소형궤도열차시스템은지하철이나경량전철보다규모가작고공사비가상대적으로 기계저널제 45 권제 12 호 56 기계저널 -12 월호 CK

25 57 기계저널 -12 월호 CK 소형궤도열차시스템기술개발 저렴하며독자적인궤도시스템을가지고자동으로운행되는교통시스템으로서운영비가저렴하여건설및운영상의비용을절감할수있으며서비스수준을극대화함으로써기존의도시철도시스템에비하여훨씬승객의편의에부응하는교통시스템이다. 또한매연과소음, 진동이없는미래지향적이고환경친화적인교통수단이며기존교통수단에비하여도시미관에조화로운수려한외형을갖고있다. 전세계적으로현재까지수많은소형궤도열차시스템의개념이나오고여러가지시스템들이연구개발되고있는데, 그중에서대표적인시스템으로 PRT(Personal Rapid Transit), GRT (Group Rapid Transit), dual-mode 시스템을거론할수있다. PRT 시스템 PRT(Personal Rapid Transit) 시스템은 1960년대후반부터연구개발되고있는유연하고신속하며신뢰성있는혁신적인교통시스템이다. 일 그림 1 도심지에서의 PRT 시스템개념도그림 2 PRT 시스템의 off-line 역구조 반적인 APM(Automated People Mover) 시스템은 12명에서 100명정도의승객을차량정원으로하여고정된스케줄로 line-haul 형태의정해진궤도를운행하는시스템으로공항의승객운송용궤도차량으로성공적으로이용되고있지만, 여러가지이유로도심에서의교통수단으로는이용되지못하고있는실정이다. PRT 시스템은건설비용과건설기간이짧고, 공사및운영중에주변환경에끼치는영향이적으며무엇보다교통체증을완화시킬수있는큰장점을가지고있어서자동차의서비스성능에필적하는유일한대중교통시스템으로간주되고있다. 1988년미국 ATA(Advanced Transit Association) 에서는 PRT 시스템이갖추어야할조건들을다음과같이표준화함으로써 PRT 시스템을정의하였다. 운전자없이전자동으로운행될수있는차량 제한된가이드웨이내에서만운행되는차량 1~6명정원의소규모차량으로 24시간이용가능하며승객의선택에따라혼자또는그룹으로이용할수있음. 가이드웨이는다른시스템에비하여크기가작으며고가, 지상, 또는지하에설치될수있음. 차량은 PRT 노선네트워크에연결되어있는모든가이드웨이와정류장을이용할수있어야함. 출발지에서도착지까지갈아타거나정차할필요없이논스톱으로운행 차량운행은고정된스케줄에따르는것이아니라승객요구에따라서비스됨. PRT 시스템은교통체증이없으며출발지에서목적지까지한번도정차하지않고논스톱으로운행되기때문에차량의평균속력이시속 45~60km에달한다. 참고로, 세계각국의경량전철이나모노레일의경우최대속력은시속 60~80km이지만역에서의정차시간을고려한평균속력은시속 24km 에그친다. 이러한무정차운행은 PRT 시스템의역을주선로에서벗어난우회로에설치함으로써가능하다 (off-line station). 일반주행차량은본선가이드웨이를따라계속주행하며하차할승객이탄 57 Journal of the KSME 57 기계저널 -12 월호 CK

26 58 기계저널 -12 월호 CK 테마기획 `` 미래형도시교통시스템 58 차량만이정류장으로갈라져진입하게되므로출발지에서목적지까지논스톱으로갈수있는것이 PRT 시스템의특징이며장점이다. 배차시간이고정된기존의교통수단들과는달리 PRT 시스템은승객의요구에따라차량이배차된다. 또한 PRT 시스템은환승이필요없는대중교통수단이다. 지하철의경우한번씩갈아탈때마다연계되는회선의열차를기다려야하기때문에매우번거롭고이동시간도그만큼늘어난다. 그러나차량스스로원하는방향의노선을선택할수있는 PRT 시스템만의기능이갈아타는불편을해소할수있으며이용자들의선호도를크게높일수있다. 차량및구조물이소형, 경량이므로건설비가여타의교통수단에비해매우저렴하기때문에지하철과비교할때동일한비용으로평균역간거리를매우가깝게설치할수있다. 경량전철은역마다정차및출발을위한가감속관계로역간거리 800m 이상이필요하나, PRT 시스템은 200m 정도의역간거리로필요한장소에설치가가능하다. 또한네트워크망형식의노선이설치가능하기때문에역까지의도달거리를줄일수있어이용승객의편의에훨씬부합된다. PRT 시스템은차량크기의소형화로가이드웨이및정류장의소형화를구현할수있기때문에건설비용을절감시키고주변경관에미치는시각침해도최소화할수있다. 이에따라모노레일이나경량전철과달리지하철이통과하는도로위에도가이드웨이의설치가가능하고건물내부에도정류장설치가가능하다. 대중교통수단의효용성을논의할때가장큰관심사는수송능력이다. 현대의기술력은이미여러대의무인자동차를 0.5초이하의시격을유지하면서안정적으로운행하는기술을확보하였다. 시격 0.5초로운행되는 PRT는한개의선로가 4차선자동차도로의수송능력과맞먹는수송능력을갖게된다. 실제로 PRT 가이드웨이는시간당 5,000대까지차량을수송할수있으며수송요구량의변화에능동적으로대응할수있다. 수송요구량이적을때에는각역과차량유치고등에빈차를대기시킴으로써경제적으로시스템을운영할수있다. 각역은여러개의 승강구를설치함으로써역의차량소화능력을증대시킬수있다. 각역은역수요에따라 1~15개의승강구로이루어지며차량의소화능력은시간당 200~1,700대의범위를가진다. PRT는궤도가일반적으로지하또는지상이아닌고가구조로설치되는데, 네트워크망형식의노선형태이기때문에노선의확장이용이하다. 고가구조라하더라도경량구조물이기때문에시공방법에있어서도이점이있다. 고가의모듈은공장에서미리가공하고현장에서는단순한조립만이루어지도록시공함으로써고가설치에따른민원발생이최소화될수있다. 또한설치비용이저렴하기때문에동일한비용으로설치할수있는지하철의노선과비교할때더욱광범위한노선망의확충이가능하다. PRT 시스템은같은차량에모르는사람과함께승차하지않으므로개인의프라이버시가보장되고범죄도예방된다. 물론일행이있다면함께탑승할수있으며노약자나장애인도편하고안전하게이용할수있도록설계된다. PRT 시스템은 1960년대후반미국에서미래의교통수단으로검토되기시작하여 1970년대의활발한연구를통하여미국 LA를포함한몇개의도시들을대상으로 PRT 네트워크가설계되었으며여러가지차량디자인개념이나왔다. 미국이외에도영국, 일본, 프랑스, 독일등에서 PRT 시스템의개발이활발하게수행되어독일의 Cabintaxi, 영국의 Cabtrack, 일본의 CVS, 프랑스의 Aramis 등의시스템이 1970년대후반까지개발되고시험선이건설되어시험되었으나예산부족, 기술상의한계등으로상용화에이르지는못하고연구가중단되었다. 최근몇년동안현재의심각한도심교통체증문제를해결하기위한방안으로서 PRT 시스템의적용가능성을검토하는움직임이다시일어나점차성장하고있다. 1980년대미네소타대학에서 John Edward Anderson 교수를중심으로하여 3인정원의선형유도모터로구동되는 Taxi 2000이라는 PRT 시스템개발을시작하여, 1990년대시스템개념을발전시켜관련정부기관및단체에독자적인 PRT 계획안을제공하였다. 미국의 PRT 도입은현재 Taxi 2000 시스템을중심으로여러지역에 기계저널제 45 권제 12 호 58 기계저널 -12 월호 CK

27 59 기계저널 -12 월호 CK 소형궤도열차시스템기술개발 서진지하게검토중에있다. 영국에서는 Bristol 대학의 Martin M. Lowson 교수를중심으로한 Advanced Transport Systems에서 4인정원의차량내배터리에의한회전모터로구동되며네비게이션에의해전자유도조정되는 ULTra(Urban Light Transport) 라는 PRT 시스템이개발되어 PRT 시스템으로서는세계최초의상용화예정을눈앞에두고있다. 미래대비운송수단으로 ULTra 시제차량의설계, 제작및시험에 100억원 (500만파운드 ) 의정부연구보조금이지원되었으며웨일즈지방의주도인 Cardiff 시에서도최초의상용화를위한지역선정및건설계획을위한연구에재정지원을하고있다. ULTra 시스템은현재시제차량을완성하고 Cardiff 시의 1km 시험선에서차량시험중에있으며 1,000회이상의시험운행을거쳤다. 2005년에 Cardiff 시에 PRT 시스템으로서는최초로상용화될예정이다. 그외스웨덴, 노르웨이, 캐나다, 스위스등선진각국에서 PRT 시스템의개발을진행하려는노력이점점구체화되고있으며제어방식, 시스템구성, 기본요소기술에서다양한양식의 PRT 개념들의연구가진행되고있으며각국정부에서도미래교통수단으로서 PRT 시스템의개발가능성및적용타당성을심도있게연구하고있다. GRT 시스템 GRT(Group Rapid Transit) 시스템은분기되는노선을가지고출발지와목적지가유사한사람들이이용하는 AGT 시스템으로시스템운영방식이나승객수에있어서기존의경량전철과 PRT 시스템의중간형태의교통시스템으로이러한범위내에서다양한크기를갖는다. GRT는 PRT 시스템의운영특성을일부포함하고있는교통시스템으로운영방식과차량정원에따라 PRT와구분된다. PRT 는 1~6명이차량정원인데반해 GRT는 10~30명의차량정원을갖으며 2개차량이상이연결되어운행될수도있다. GRT 시스템은 PRT 시스템과마찬가지로 Off- Line 역구조로정류장이주선로와떨어져있어그역에정차할필요가있는차량만다른차량들의흐름에방해를주지않고그역에정차할수있다. PRT 시스템이한차량에탑승한 1~6명의승객들의출발지부터목적지까지 Non-Stop으로운행되는데비하여 GRT 시스템은정해진노선을운행하다가차량에탑승한승객이하차하는정거장에만주노선에서벗어나서정차하게된다. 따라서기존의경량전철에비해서는운행시간이단축되지만 PRT 시스템에비해서는운행노선에제약을갖게된다. 노선분기를통해버스와같이다양한노선의운행이가능하며버스와는달리교통혼잡에서자유로울수있다. GRT 시스템을사용하는승객은자신의목적지로향하는 59 그림 3 Taxi 2000 시스템 그림 4 ULTra 시스템 Journal of the KSME 59 기계저널 -12 월호 CK

28 60 기계저널 -12 월호 CK 테마기획 `` 미래형도시교통시스템 60 차량을이용하도록주의를해야한다. 또한대도시이동과같은상대적으로거리가먼구간을이용하는 GRT 승객은 1회또는 2회의환승이필요할수도있다. 다시말해, PRT 시스템에비하여어느정도의대기시간이수반되게된다. GRT 시스템의운행시격은 3초에서 60초사이에서결정된다. 수송용량은차량의정원및차량시격과직결되는함수이므로평균시격과평균차량정원을각각 30초, 20명으로간주할경우시간당단방향수송용량은 2,400 명이되며, 이는고속도로 1개차선의수송용량과같다. 수송용량은차량을연결편성해서운행하거나시격을단축해서운행함으로써증가시킬수있으나, 시격을단축하게되면시스템의복잡성은상당히증가하게된다. GRT 시스템은상업중심지구와같은활동중심지역에대해폭넓은서비스를제공할수있다. 첨두시간에는다양한스케줄로행선지가같은여러사람이동승을해서탑승하고비첨두시에는 ondemand로승객이필요할때만차량을투입하여운행되게된다. 1971년에 West Virginia의 Morgantown 에 West Virginia 대학의학생통학및지역사회교통수단으로의소형궤도열차시스템이개발되어건설되어 1975년도부터상용화되었다. PRT 시스템이라고선전되었지만승차인원이 21명으로차량의개별이용이아니기때문에완전한 PRT 시스템의구현은이루지못했지만 PRT 시스템의개념을부분적으로도입하여상용화한최초의 GRT 시스템이라고할수있다. 1990년대말부터호주 Bishop Austrans 사에서는철도기술을도입한 9인승규모의 GRT 시스템인 Austrans 시스템을개발했다. Austrans 시스템은 1999년 8월개념설계를완성하고 2000년 12월차체개발을완료하였다. 2001년 3월시드니외곽 Chullora에시험선로가건설되어시험중이다. 우루과이의수도인몬테비디오 (Montevideo) 와싱가포르등에서는 Austrans 시스템의실용화노선에대한적용타당성을검토중에있다. 미국의아이다호국립공학환경연구소에서는 CyberTran이라는 20인승규모의 GRT 시스템을개발하여현재 5회의차량성능시험을통하여차량의기본운전능력이검증되었다. Dual-mode 시스템 Dual-mode 시스템은주어진궤도에서는자동으로 PRT 시스템으로운행되며일반도로나거리에서는수동운행이가능한시스템이다. Dual-mode 의차량이도로운행이가능하므로정류장간격이커도별로문제가되지않는다. 차량은보통배터리에의해구동되며, 배터리는주차중에충전되거나가이드웨이에서급전되어충전된다. 차량을개인소유로할경우소유자의개인차고에보관되어서주간에는이용효율이떨어지고일반자가용과마찬가지로주차공간을차지하는단점이있지만사회적인투자가불필요하다. 차량을공공소유로하여가장가까운역에서차량을찾아이용하는방식도또한가능하다. 가이드웨이에대한안전성을확보하기위해서는모든차량이공통된사양을충족하고검증되어야한다. 그림 5 Morgantown GRT 시스템 그림 6 Austrans 시스템 기계저널제 45 권제 12 호 60 기계저널 -12 월호 CK

29 61 기계저널 -12 월호 CK 소형궤도열차시스템기술개발 차량이기존도로에서도운전되면서지정가이드웨이내에서는자동제어에의해고속으로운전되는 Dual-mode 교통시스템은최근수년동안많은새로운 Dual-mode 개념들이등장하기시작했고가까운시일내에상용화될전망이다. 그중개발진행상황이가장빠른시스템으로는덴마크의 RUF 시스템과미국의메가레일 (Megarail) 시스템이라고할수있다. RUF(Rapid Urban Flexible) 시스템은현재덴마크에서개발중인시스템으로, 소형및중형의전기차량을이용하여자동화된레일시스템에서뿐만아니라기존의도로시스템에서도운전된다. 이시스템의기본개념은 Palle R. Jensen 에의해고안되어시제차량과시험선이덴마크기술연구소에건설되었으며 RUF International이라는컨소시엄이구성되어덴마크동력환경부로부터지원을받아이프로젝트를수행하고있다. 국내 PRT 시스템개발을위한시도로는 1990 년대초반우보엔지니어링사 [ 현 :( 주 )PRT Korea] 에서 PRT 시스템의타당성조사및 Venture Business 사업화를추진하였다. 1999년 6월국회가상정보가치연구회주관으로 PRT 개발타당성정책토론회가열렸으며 ( 주 )PRT Korea에서는미국의 PRT 2000 시스템의기술도입및국산화연구를위하여포항공대정보통신연구소와공동연구를진행하였고현재새로운구동방식, 분기방식등을적용시킨 SkyCar 시스템을개발하였다. SkyCar에대한연구는 1992년에시작되었으며그개념은미 그림 7 RUF 시스템 국의 Taxi 2000 시스템과유사하지만가이드웨이의설계와분기기에서중요한차이를가지고있다. 포항공대 ( 정보통신연구소 ) 와공동으로차량 (LIM 추진장치, 제동시스템의설계및제작 ) 및인프라구조 ( 전원공급 DC 600V의 40m 시험선구축 ) 에관한연구가진행되어현재포항공대에시험차량및시험선로가설치되어있다. 국내외기반기술을바탕으로한국형표준소형궤도열차시스템에대한기술개발이 2005년 7월부터시작하여총 5년 10개월의연구기간으로추진되는 차세대첨단도시철도시스템기술개발사업 에서개발될예정이다. 이사업의주관부처는건설교통부이고전문기관은한국건설교통기술평가원이며한국철도기술연구원을주관연구기관으로하여국내기업, 대학, 연구소간의공동연구및해외선진연구기관, 기업등과의공동연구를통하여고효율, 저비용의차세대도시철도시스템기술개발을통한국가기술경쟁력강화및도시철도기술선도를목적으로안전성및유지보수성이획기적으로향상된차세대전동차기술개발및미래교통분야성장동력창출을위한첨단소형궤도열차시스템기술개발을사업목표로하고있다. 소형궤도열차시스템은고속철도, 경량전철과달리아직미개척분야로유럽, 미국등선진각국에서도소형궤도열차도입을진지하게검토중이나아직은그개발이진행중이며국내기술개발시구미선진국들에대하여기술선점이가능하기때문에기술개발사업을통하여소형궤도열차시스템의설계? 제작기술을국산화함으로써수입대체효과는물론이고나아가국내기술로 Global Standard를창출하여세계시장진출기반을확보하고수출경쟁력을강화하게되어국가경쟁력에기여할수있게될것이다. 기술개발사업은시스템엔지니어링기술개발, 차량시스템기술개발, 급전시스템및인프라구성품기술개발, 네트워크운행제어시스템기술개발로구성되며 1차연도는시스템개념설계, 2차연도는기본설계, 3차연도는상세설계, 4차연도는구성품제작및단품시험, 5차연도는 pilot plant 건설및시스템통합, 6차연도는통합시험평가로기술개발이추진될예정이다. 61 Journal of the KSME 61 기계저널 -12 월호 CK

30 62 기계저널 -12 월호 CK 테 마 기 획 미래형도시교통시스템 이글에서는미래형도시교통시스템으로다양한시스템이개발되어야할필요성과실용화방향에대해서논하고자한다. 이경철I 한국철도기술연구원철도기술실용화추진팀장 양근율I 한국철도기술연구원, 선임사업단장 lkc@krri.re.kr yul88@krri.re.kr 62 미래형도시교통시스템은자동차중심의교통체계를대중교통중심체계로변환시키고자하는수단전환 (modal-shift) 정책을뒷받침할수있는강력한정책도구이다. 자동차의증대로인한제문제의해결이시급하게요구되는상황에서미래형도시교통시스템은교통정책및공간정책 ( 도시 지역 국토계획등 ) 의수단으로활용되어도시의지속가능성을제고시키는데에기여할수있다. 1) 다양한도시교통시스템이발전 2) 되는이유는그여건이되는사회 경제적환경이지역별, 도시별로상이하기때문이다. 따라서, 현재국외에서실용화되어있는시스템기술을개발하고자하는경우개발사업의대상을선정하는것이대단히중요한문제이다. 기술개발사업의성과물로서외국의시스템과경쟁하는경우와개발사업을통해서개발된수단간의경쟁또한고려할수있기때문이다. 이글에서소개되는다양한시스템 ( 한국형경량전철, 신에너지바이모달 저상굴절차량, 도시형자기부상열차, 소형궤도열차 ) 은각각상이한시장에투입될수있는즉, 서로상호보완적으로발전할수있는시스템이다. 이러한시스템이수송수요규모에따라적절하게도입됨으로서대중교통에투입할수있는재정적인한계를극복하면서효율적으로교통문제에대처할수있다. 3) 사실그간우리나라도시에서지하철일변도의대용량궤도교통수단이도입된데에는도시의인구규모가크다는점과특히첨두시의수송규모가크다는점에서불가피한선택이이었다고할수있다. 이에더해서, 법적인측면에서정부의재정지원에대한규정이지하철 ( 도시철도 ) 의경우에만명시되어있어서지하철이외의새로운교통시스템이발전하는데에장애요인으로작용하였다. 그러나 1990 년대초반이후로경량전철에대해정부에서관심을갖게된이유는대도시도시철도의건설비와운영비부담이과중해서심각해지고있는지방중소도시의교통문제에지하철로대응하는데에는한계가있었기때문이다. 이러한배경하에한국형경량전철시스템이개발되었고, 이어서다른미래형신교통시스템 1) 교통의문제는본원적으로공간의문제와직접적으로관련되어있다. 19 세기이후지하철이나도시교외철도가도시의팽창에기여하였다면 2 차대전이후에는자동차가도시공간의부정형적확산에기여하여왔다. 이러한도시공간의팽창은대중교통체계가발전하기힘든조건이됨으로써자동차의의존도가심화되는결과로이어지게되었다. 이러한문제를개선하기위해교통과토지이용계획의통합적인접근방법이강조되고있다. 2) 예를들어경전철의경우, 독일 ( 지하철 : 68 개노선, 경전철 : 314 개노선 ), 일본 ( 지하철 : 61 개노선, 경전철 : 39 개노선 ), 미국 ( 지하철 : 67 개노선, 경전철 : 43 개노선 ) 등에서운행중임. 3) 이의한사례로서프랑스의루앙 (Rouen) 도시권을들수있다. 인구 39 만의루앙도시권에서는경량전철, 고무타이어형트램 (TVR), 버스를통합운영하는교통체계를구축하여도시교통확충부문의재정적한계를극복하고, 도심지재생 ( 再生 ), 공간발전의효과를거두고있다 : Raymond Hue, <strategic justification of three existing modes of transportation in Rouen>, Japan Railway & Technology Review 38, , pp. 17~21. 기계저널제 45 권제 12 호 62 기계저널 -12 월호 CK

31 63 기계저널 -12 월호 CK 미래형도시교통시스템의실용화방향 의개발사업이추진되고있다. 현재전세계적으로대중교통서비스에관련된이슈는다음과같다. - 혼잡, 안전, 환경보전, 쾌적성, 신체장애자대책 - 도시교통과조화된교통계획 - 도시교통계획과정에시민참여 - 재원조달방안이러한이슈를고려하여미래형도시교통시스템의개발되어도시교통정책의수단으로활용될것으로기대된다. 교통시스템개발사업은많은시간과비용이소요된다는측면에서, 개발사업의성과물을실용화하는데에또다시많은노력이기울여져야한다는점에서정부혹은공공부문의지원이절실히요구된다. 실제로, 일본이나프랑스에서도새로운시스템개발사업은정부, 민간기업, 연구소의참여하에이뤄지면서 연구개발사업의결과가실용화로이어질수있는제도적인장치가구비되어있다. 4) 우리나라에서도교통시스템개발사업은국가연구개발사업으로추진되면서, 산 학 연 관의네트워킹을통해실용화를목표로추진되고있다. 이런추진방법은외국시스템과의기술격차를짧은시간내에극복하고사업의결과로서경쟁력있는시스템을개발할수있다는측면에서효율적인방법으로평가된다. 이처럼국가연구개발사업으로추진됨으로써새로운교통시스템의개발에유리한환경을구축한다고하더라도이것이곧성공을보장해주지는못한다. 정부에서는연구개발사업의실용화를위해서제도를개선하려는노력을기울이고있다. 한편, 기술개발주체입장에서는개발품이완성될때에타외국시스템과경쟁할수있는경쟁력을갖기위해서는현재논의되고있는바와같이연구개발과정에서사업화단계를함께고려하여개발일정을조정하는것이바람직할것이다. 이에대한동향은다음과같다. 63 미래발전방향 현재 사업화연계강화 시장개발 시장개발 사업개발 사업개발 기술개발 기술개발 2-3 년 1 년이내 그림 1 기술개발이후의시장개발체계 ( 현황 ) 그림 2 기술개발과시장개발의동시화 4) 이의사례로일본의초전도자기부상열차개발사업, 최근개통된도시형자기부상열차 ( 나고야리니모 ) 개발사업, 프랑스의육상교통시스템개발사업 (PREDIT) 을들수있다. 5) 김형석 ( 한국기술거래소 ), 기술이전 사업화정책방향, 18 쪽, , 한국철도기술연구원전문가자문회의발표자료참조. Journal of the KSME 63 기계저널 -12 월호 CK

32 64 기계저널 -12 월호 CK 테마기획 `` 미래형도시교통시스템 64 이법안에서는연구개발성과가실용화될수있도 개발과사업의동시화 : 실용화가능성제고최근국가 R&D 프로젝트의실용화가화두가되고있다. 이의한방법으로기술개발사업에서시장개발에이르는주기를최소화시키고, 시장의니즈에부합되는기술개발성과품을도출하는방안이고려되고있다. 제도적으로는연구기획및선정단계에서사업성평가기능을강화하여대형연구개발사업의성공가능성을제고하려는노력이기울여지고있으며, 이를가능하게하기위해연구기획및평가비용을현재의 1.5% 수준에서 3% 로제고하는방안이검토 록체계적인성과관리및활용시스템구축, 성과관리 활용기본계획과실시계획수립, 각부처별효율적성과관리데이터베이스구축, 국과위가정하는과학기술종합정보시스템과연계 활용을규정하고있다. 또한, 연구성과에대해서는기술가치평가실시비용등을관련사업비에반영하는등성과활용지원제도를확충하는것을골자로하고있다. 이런법규가제정됨으로서성과중심의평가제도가구축되어연구개발투자의책임성과효율성이제고되어성과창출의극대화를도모할수있을것이다. 되고있다. 5) 이에더해서신기술사 업화전과정을체계적으로기획 관리 추진할수있 표 1 기존 R&D와 R&BD의개념비교기존 R&D R&BD 는 기술사업화개발프로그램 (R&BD) 도입이논의 ( 美 SBIR방식적용 ) 사업목적기술개발기술개발 + 사업화지원방식평가후일괄지원단계별평가후단계별지원 되고있다. 이는기존의연구개발 (R&D) 의추진과정에서사업화를추진해야한 지원대상 ( 주관기관 ) R&D 수행기관 - 대학, 연구소, 기업등 특수목적법인 (Techno-Biz) - 연구개발자, 기술사업화전문기업, 벤처캐피탈등이합작설립 다는의미에서비즈니스 출처 : 김형석 ( 한국기술거래소 ), 기술이전 사업화정책방향, 한국철도기술연구원전문가자문회의발표자료, (business) 가추가된개념이다. 이와같은개념의 [ 국과위 ] [ 각부처 / 연구회 ] 변화는다음의표와같이 성과평가계획 요약할수있다. 국가연구개발사업의성과평가및관리에관한법률의제정정부가수행하는연구개발활동을성과중심으로평가하여국가연구개발투자의효율성과책임성을제고하고, 연구개발을통하여산출된성과가실용화등에연계 활용될수있는체계적인성과관리 활용시스템을구축하는것을목표로 성과평가기본계획 (5 년 ) 성과평가실시계획 ( 매년 ) 표준지표개발보급성과지표심의위원회 [ 환류 ] 표준평가방법 / 절차 상위평가특정평가 예산배분조정인센티브 ( 포상 ) 성과관리활용계획과학기술종합정보시스템 법률제정이추진되고있다. 성과목표 / 지표설정 성과평가실시 국과위평가 평가결과반영 성과관리활용 그림 3 국가연구개발사업등의성과평가및성과관리에관한법률의구조 출처 : 김성재 ( 산업기술평가원 ), 철도연구원전문가자문회의발표자료 ( ) 사업특성반영자율설정 연구개발과제평가연구개발사업평가연구기관평가 이의신청 사업계획수정인센티브 ( 포상 ) 성과 D/B 구축연구관리전문기관 기계저널제 45 권제 12 호 64 기계저널 -12 월호 CK

33 65 기계저널 -12 월호 CK 미래형도시교통시스템의실용화방향 또한, 기존평가제도의비효율적인절차 방법을대폭개선하여평가에따른불필요한행정낭비요인을최소화하고, 자체평가제도를도입하여연구수행주체의자율성과책임성을제고하여해당부처의연구사업관리수준이향상될것이다. 마지막으로, 체계적인연구성과관리 활용시스템이도입되어, 개발된연구성과의실용화등활용을촉진할수있을것으로기대된다. 이러한실용화환경의변화는철도연구원에서추진하는교통시스템의실용화를위한거시적인환경변화라는측면에서의의를갖는다. 그러나이것으로충분하지는않다. 교통시스템의경우연구개발성과품 ( 초도개발품 ) 의실용화를위해서는시스템의안정화기간과상용화를위한준비기간과예산이필요하며, 이런교통시스템의실용화를위한전제조건이법규에명시되어야할것이다. 이런방향에비추어현재의법규내용을분석하고방향을제시해야할필요가있다. 시범사업과신교통기술의지정을통한실용화지원체계연구개발사업의실용화와관련하여시범사업과신교통기술지정에관한규정이교통체계효율화법에마련되어있다. 시범사업에대해서는 건설교통부장관은개발된교통기술의이용 보급을촉진하기위하여필요하다고인정하는때에는대통령령이정하는바에따라교통기술의시범보급사업및시범지역조성사업등의시범사업을실시할수있다 고규정하고있으며, 시범사업에참여하는자에대한재정 행정 기술기타지원할수있도록규정하고있다.(21조4) 한편, 신교통기술에대해서는 국내에서최초로개발한교통기술또는외국에서도입하여소화 개량한것으로국내에서신규성 유일성 진보성이있다고판단되고그기술을국가교통체계에보급 활용하는것이필요하다고인정되는경우로서이를개발한자의요청이있는때에는그기술을새로운교통기술 ( 이하 신교통기술 이라한다 ) 로지정할수있다 고규정하고있다 ( 교통체계효율화법 21조 3). 신교통기술이지정된이후에는공공기관의장에게신교통기술의우선사용을권고할수있고, 권고받은공공기관의장은특별한사유가없는한그가개발 운영하는공공교통시설에우선적용하여야하는것으로규정하고있다.( 교통체계효율화법시행령 16조4) 철도차량의시험운용규정철도공사에서사용되는차량에대해서는납품실적이없는경우에도신뢰성검증을위해서시작 ( 試作 ) 차를제작하여시험운용이후납품을받는제도적인장치도마련되어있다 ( 철도차량시험운용규정 6) ). 이제도에따르면, 시험사용기간은 1년이상, 10km 이상으로되어있으며, 시험운용결과이상이없는경우에는채택된다. 상기한제도적인틀내에서실용화를위한기반은어느정도갖추어져있다고볼수있다. 즉, 시범사업을통해서교통시스템의안정화단계를확보할수있으며, 신교통기술에대한지정을통해서영업운전실적이없더라도새로도입되는교통시스템으로도입될수있는가능성은열려있다. 또한시험운용규정을통해서우선차량을공급한이후실용화하는단계를고려할수있다. 그러나문제점은시범사업이나신교통기술모두관련규정이아직완벽하게갖추어져있지않고, 시행된사례가없다는점에서새로운제도의구체적인내용이확정되어야한다는점이다. 65 6) 철도청훈령제 46725( )/ 부분개정 : 철도청훈령제 73672( )/ 철도청훈령제 ( ) 7) 프랑스에서는경량전철 (LRT) 의건설비용을절감하기위해서정부차원의육상교통개발프로그램틀내에서연구개발사업이시행되었다. 이사업에는정부와차량제작사가참여하여고무타이어형경량전철 (TVR, Translohr, CIVIS, CITADIS, 트램 - 트레인등이개발되었다. 차량개발및실용화에대한책임은차량제작사가담당하는것으로되어있다 : Georges Dobias, <Urban Transport in France>, Japan Railway & Transport Review 16, , pp. 20~25. 이에참여한기업들이 GEC-ALSTOM, Bombardier 등기술력을확보하고있는기업으로한국의상황과는직접비교하기어렵다. Journal of the KSME 65 기계저널 -12 월호 CK

34 66 기계저널 -12 월호 CK 테마기획 `` 미래형도시교통시스템 기술개발안정화시범사업상용화 그림 4 교통시스템개발사업의추진체계 ( 안 ) 66 한편, 시작차량을채택하는제도역시신교통시스템개발품이적용될수있는방안에대해서관련부처와지자체의노력이있어야할것이다. 국외실용화제도 7) 및국내실용화제도구축방향일본에서는연구개발된차량의실용화를위한평가과정이설치되어있고, 각종위원회를통해서기술개발성취도등을검증하는시스템이구축되어있다. 정부주무부처인국토교통성이연구개발사업의타당성을평가하며, 장관산하에평가위원회를구성하여시험및평가항목을설정한다. 실용화가능성을평가하기위한시험은 교통안전환경연구소 (National Traffic Safety and Environment Laboratory : NTSEL) 의주관하에시행된다. 이결과를바탕으로국토교통성이실용화가능성을판정한다. 한편, 1996년과학기술기본계획 ( 각료회의결정 ) 의취지에따라기술개발을담당하는주체로부터독립된평가시행기관으로국토교통성내부에기술평가위원회를설치한다. 기술평가위원회는국가연구개발전반에공통적으로적용되는평가지침을바탕으로작성된 운수성 ( 현재는국토교통성 ) 연구개발평가지침 에따라 운수기술심의회철도부회 하에설치된다. 국가연구개발사업에대한평가와관리체계를강화하여연구개발사업의결과에대한활용도를제고하고자하는노력이나, 기존의연구개발사업과사업화를동시에추진하는 R &BD에관련된논의는미래형신교통시스템의실용화에적합한환경이조성되어가고있다는측면에서고무적인현상으로판단된다. 그러나이것으로충분하지는않다. 교통시스템은속성상여객을수송해야한다는측 면에서안전성과신뢰성이확보해야만한다는것이실용화의전제조건이다. 이를위해서는기존의연구개발사업과는달리연구개발사업단계에실용화사업단계가포함되어야만할것이다. 즉, 기존과같은기술개발사업범주내에서개발기술에대한안정화와시범사업단계가포함되어야한다. 이러한시범사업단계를제도화하는노력은현재국회에계류중인 국가연구개발사업등의성과평가및성과관리에관한법률 을구체화시킨다는측면에서추진되어야할것이다. 세계각국에서미래형도시교통시스템이개발되는이유는승용차이용을억제하고, 대중교통체계를강화하기위해서이다. 앞서언급한바와같이미래형도시교통시스템이개발단계에서부터현재의도시교통의문제점을개선하는방향으로기술사양이정해지고, 개발이후정책수단으로활용됨으로써교통문제해결에서중요한역할을할수있을것으로기대된다. 이러한과정이선순환적으로발생되기위해서는기술개발사업의실용화가무엇보다중요하다. 다행히, 실용화에대한논의가사회전반적으로확산되고있고, 관련법규도강화되고있는상황이다. 이를바탕으로교통시스템개발사업의실용화사업이법제화될수있도록노력이기울여져야할것이다. 이러한제도적인장치가구비될때국가연구개발사업을통해개발되는성과품은우리나라의도시교통문제해결에기여하게될것이고, 지속적인연구개발, 개선노력을가져오는계기가마련될것이다. 기계저널제 45 권제 12 호 66 기계저널 -12 월호 CK