[논문]신교통 바이모달트램의 도시규모별 도입타당성 분석

엄진기; 성명준; 김현웅; 이준

문제 정의

현재 연구 개발중인 바이모달트램 시스템은 철도의 정시성과 버스의 유연성을 갖춘 시스템으로서 도입시 도시내 대중교통체계에 미치는 영향이 클 것으로 예상된다. 본 논문에서는 신교통수단인 바이모달트램 도입을 위한 대중교통수단으로서의 기능 및 역할을 검토하며 바이모달트램의 도시규모별 도입방안을 검토하는데 연구의 목적이 있다.
본 논문에서는 주요 분석환경을 다음과 같이 전제하여 분석을 수행하고자 하였다. 첫째, 도시지역은 동일한 개발 밀도 및 교통수요를 가진 지역으로 교통수요 분포가 균등하고 토지이용상의 영향이 없는 상태로 가정하였다.
따라서 본 논문에서는 시스템별 편익을 평균적인 개념에서 유사 시스템의 편익의 범위를 동일한 수준으로 적용하는 것으로 전제하였다.
본 논문에서는 바이모달트램의 대중교통수단으로서의 기능 및 역할검토와 도입을 위한 다양한 고려사항을 교통서비스 및 도시계획 측면에서 분석하였다. 따라서 향후 국내 도시의 다양한 기능적 측면에 부응할 수 있는 도입전략에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

가설 설정

본 논문에서는 주요 분석환경을 다음과 같이 전제하여 분석을 수행하고자 하였다. 첫째, 도시지역은 동일한 개발 밀도 및 교통수요를 가진 지역으로 교통수요 분포가 균등하고 토지이용상의 영향이 없는 상태로 가정하였다. 둘째, 분석시스템별 적용은 동일한 노선입지 및 통과조건을 전제로 차로축소 등의 교통영향은 없는 것으로 가정하였으며 따라서 도로교통 지정체관련 비용발생은 하지 않는다.
첫째, 도시지역은 동일한 개발 밀도 및 교통수요를 가진 지역으로 교통수요 분포가 균등하고 토지이용상의 영향이 없는 상태로 가정하였다. 둘째, 분석시스템별 적용은 동일한 노선입지 및 통과조건을 전제로 차로축소 등의 교통영향은 없는 것으로 가정하였으며 따라서 도로교통 지정체관련 비용발생은 하지 않는다. 마지막으로 검토지역에는 분석시스템외의 다른 도시철도시스템에 대한 입지 및 계획 등이 없으며, 이에 따른 영향은 고려하지 않는 것으로 하였다.
경제성분석에서 일반적으로 활용되는 예비비를 본 논문에서는 고려하지 않았다. 본 논문에서 활용된 시스템별 km 당 사업비 자료를 정리하면 다음과 같다.
최대혼잡구간수요는 노선계획 및 도입지역 토지이용패턴, 교통수요 등에 따라 판단되나, 본 논문에서는 일관성있는 분석을 목적으로 첨두시 수송수요에 방향별 분포비(50%), 구간집중률(40%)를 전제로 하여 동일한 밀도로 가정하여 추정하였다.

제안 방법

바이모달트램의 대중교통시장의 위상을 정립하기 위해 대중교통수단과의 시스템적 특성인 ROW 등급, 유도방식, 견인방식, 제어방식, 차량용량별 주요 구성요소에 따라 대중교통수단별로 관계를 살펴보면 Fig. 1과 같다. 각 구성요소는 저성능에서 고성능까지 2~3 단계를 지닌다.
바이모달트램의 도입검토를 위한 방법으로는 투입된 제원과 투자효율성간의 관계를 검토할 수 있는 분석방법이 활용되어야 하므로, 사회경제적 편익을 중심으로 사업타당성분석에 활용되는 경제성분석기법 중 비용대편익비(B/C ratio) 산정을 기준으로 도입가능영역의 적정성을 개략적으로 분석하였다.
이처럼 다양한 도시특성요소들을 중심으로 본 논문에서는 국내외 관련연구자료 등에서 일반적인 활용되는 도시규모 분류방법을 살펴보고 신뢰성 있는 자료의 수집 및 분석, 활용가능성 등을 감안하여 객관적이며 구체적인 분류기준으로 활용될 수 있는 인구규모를 적정 도시규모 분류기준으로 선정하였다. 도시규모별 유형 분류는 Table 3과 같다.
도시규모별 도입가능영역 검토를 위한 주요 영향요소는 바이모달트램의 수송수요와 사업비, 투자효율성 등에 직접적인 연관성이 높은 항목을 검토한 결과, 도입대상지역의 교통수요, 노선 및 시스템 특성, 비용(건설 및 운영비) 등의 항목을 도출하였으며, 이를 다시 정리하여 수송분담률, 노선연장, 시스템 등 3개 영향요소를 선정하였다. 수송분담률 분류기준은 국내, 국외의 연구 자료를 검토하여 수송분담률의 최소, 최대치를 설정하여 이를 일정수준별로 세분화하여 분석하였다.
도시규모별 도입가능영역 검토를 위한 주요 영향요소는 바이모달트램의 수송수요와 사업비, 투자효율성 등에 직접적인 연관성이 높은 항목을 검토한 결과, 도입대상지역의 교통수요, 노선 및 시스템 특성, 비용(건설 및 운영비) 등의 항목을 도출하였으며, 이를 다시 정리하여 수송분담률, 노선연장, 시스템 등 3개 영향요소를 선정하였다. 수송분담률 분류기준은 국내, 국외의 연구 자료를 검토하여 수송분담률의 최소, 최대치를 설정하여 이를 일정수준별로 세분화하여 분석하였다. 국내 도시의 인구분포 특성을 감안하여 도시유형을 인구규모에 따라서 분류를 하였으며 도시별 수단분담률을 산정하였다.
수송분담률 분류기준은 국내, 국외의 연구 자료를 검토하여 수송분담률의 최소, 최대치를 설정하여 이를 일정수준별로 세분화하여 분석하였다. 국내 도시의 인구분포 특성을 감안하여 도시유형을 인구규모에 따라서 분류를 하였으며 도시별 수단분담률을 산정하였다.
4km 수준으로 대체로 1개 노선이 평균 20km를 넘지 않는 것으로 검토되었다. 따라서, 본 논문에서는 평균적인 도시권내 신교통시스템 시설연장을 약 15km 수준으로 선정하고, 분석시스템의 특성 등을 감안하여 이를 상한치로 시설연장 분류기준을 하향 세분화하였다.
본 논문에서는 수도권 대표도시를 선정하여 도시별 도로 km당 평균통행량을 산정하여 각 도시유형별로 산정하였다. 이는「2006년 수도권가구통행실태조사」[3]를 통한 서울시정개발연구원에서 OD 및 Network 배포한 자료를 사용하여 EMME/3를 사용하여 수도권 Traffic Assignment한 결과를 가지고 도시내부의 통행량/km를 산정하였다.
바이모달트램의 도입영역검토는 경제성분석 방법론을 중심으로 비용대편익비(B/C ratio)을 중심으로 검토하며, 분석기간은 개통 후 30년을 원칙으로 동일하게 적용하였으나 초기사업기간인 설계 및 공사기간은 시스템별 특성을 고려하여 바이모달트램 3년, 간선급행버스(BRT) 2년, 경량 전철(LRT) 5년을 기준으로 분석하였다.
본 논문에서 활용된 분석유형별 차량구입비는 일반적인 시스템별 차량구입가격에 분석유형별 소요 차량수를 개략적으로 산정하여 적용하였다. 또한 시스템별 내구년한을 검토하여 운영기간중의 차량교체비용을 반영하였다.
본 논문에서 활용된 분석유형별 차량구입비는 일반적인 시스템별 차량구입가격에 분석유형별 소요 차량수를 개략적으로 산정하여 적용하였다. 또한 시스템별 내구년한을 검토하여 운영기간중의 차량교체비용을 반영하였다.
바이모달트램의 경우, 본 논문에서는 안정적인 평가분석을 위해 도시철도보다는 도로교통관련 내구년한을 적용하였다.
분석유형별 차량구입비 산정을 위한 소요차량수 검토는 위에서 검토된 차량운행계획 수립방법을 토대로 시설 규모 및 시스템특성, 수송수요 등에 따라 다음과 같이 분석하였다.
수송수요는 도시인구 및 수송분담률을 기준으로 산정된 1일 가능 수송수요를 기준으로, 첨두율(12%)을 적용하여 첨두시 수송수요를 산정하였다.
차량운행계획은 혼잡률 150%, 운행(표정)속도 30km/시를 기준으로 산정하였으며, 첨두시 배차간격은 서비스제공 및 시스템 특성 등을 감안하여 최소 1.5분~5분 사이에서 혼잡률을 분석유형별로 적용하였다.
본 논문에 적용되는 분석유형별 시스템별 운영비는 국내 신교통시스템 도입관련 분석사례를 검토하여 시스템별로 km당 운영비 원단위를 추출하여 시설연장 특성을 적용하였다.
간선급행버스(BRT) 운영비는 청라-화곡, 하남BRT 등관련 운영비 산정자료를 기준으로 검토하였으며 바이모달트램은 국내 적용사례가 부족한 관계로 난곡GRT, 노면전차 국내사업 운영비 자료를 중심으로 검토하였다. 그리고 경량전철(AGT)는 국내사업의 운영비 자료를 기준으로 검토하였다.
편익산정을 위한 원단위 추정은 국내 신교통시스템 사업중 바이모달트램과 유사한 시스템 성격을 갖고 있는 노면 전차, GRT 등의 최근 검토사례(성남 경전철, 울산경전철, 난곡GRT, 인천연수신교통시스템 등)를 조사하여, km·인당 편익추정 원단위를 산정하여 분석하였다.
또한 본 논문에서는 국내 관련 연구자료에서 검토된 시설연장규모에 따른 운영비용의 분포특성[6]을 바탕으로 분석유형별 시설연장에 따라 각각 일정 보정률을 반영하여, 다음과 같은 산정식을 통해 분석유형별 운영비를 산정하여 반영하였다.
국내 신교통시스템 도입과 관련된 검토사례를 중심으로 편익추정을 위한 원단위를 추정하여 이를 반영하는 방법을 적용하였다. 또한, 일반적인 신교통시스템 편익을 산정할 경우, 시스템 및 도입지역의 특성에 따라 편익이 산정되는 범위가 다양하고, 같은 시스템 간에도 노선 및 운영특성에 따라 상호 다른 규모의 편익이 산정될 수 있다.
산정된 분석유형별 편익은 개통년도부터 최종목표년도인 개통 후 30년까지 교통수요 변화가 없다는 가정 하에 동일한 편익을 반영하였으며 분석시스템별 시스템 도입특성에 따라 편익이 시스템별로 다를 수 있으나, 본 논문에서는 차로축소 등의 영향이 없다는 가정 하에서 동일한 환경을 기준으로 시스템간 상호비교를 검토하였다.

대상 데이터

각 구성요소는 저성능에서 고성능까지 2~3 단계를 지닌다. 바이모달트램은, ROW¹⁾는 B등급이고, 지지방식은 고무차륜, 유도 방식은 운전/유도, 추진장치는 CNG엔진+모터(향후 연료 전지 사용), 차량제어는 유인/자동, 차량용량은 2~3량 기준(굴절차량 타입) 90~150명, 편성은 2~3량이다.[1] 일반버스가 고무차륜의 소규모 용량인데 비해, 바이모달트램은 성능이 이와 비슷하거나 향상된다.
먼저 도시유형별 분류를 5개로 하였지만 분석한 자료가 수도권을 중심으로 한 자료이기 때문에 수도권 도시를 선정하였으며 추정한 결과는 다음과 같다.
분석시스템별 차량 및 편성정원은 간선급행버스(BRT) 45인, 바이모달트램 90인, 경량전철(AGT) 100인을 기준으로 적용하였으며 소요차량수 산정을 위한 예비율은 약 12%를 기준으로 적용하였다. 분석유형별 소요차량수 산정 결과는 Table 9와 같다.

성능/효과

바이모달트램과 타 수단과의 차이점은 바이모달이 추진 장치가 하이브리드 타입이어서 BRT 차량보다 성능이 우수하다. AGT는 선로가 설치되어 있는 노선에서만 운영이 가능하기 때문에 타 교통수단과 환승이 불가피한 반면, 바이모달트램은 전용로와 일반로에서 모두 운영가능하기 때문에 환승회수가 줄어든다.
바이모달트램은, ROW¹⁾는 B등급이고, 지지방식은 고무차륜, 유도 방식은 운전/유도, 추진장치는 CNG엔진+모터(향후 연료 전지 사용), 차량제어는 유인/자동, 차량용량은 2~3량 기준(굴절차량 타입) 90~150명, 편성은 2~3량이다.[1] 일반버스가 고무차륜의 소규모 용량인데 비해, 바이모달트램은 성능이 이와 비슷하거나 향상된다. 반면, A나 B등급의 ROW 를 지닌 대부분의 시스템은 유도 장치, 철제차륜(때로는 고무차륜), 전기추진방식을 지니고 차량규모와 편성수가 자유롭다.
둘째, 분석시스템별 적용은 동일한 노선입지 및 통과조건을 전제로 차로축소 등의 교통영향은 없는 것으로 가정하였으며 따라서 도로교통 지정체관련 비용발생은 하지 않는다. 마지막으로 검토지역에는 분석시스템외의 다른 도시철도시스템에 대한 입지 및 계획 등이 없으며, 이에 따른 영향은 고려하지 않는 것으로 하였다.
신교통시스템 시설연장과 관련하여 국내 주요 도시의 신교통시스템 도입계획자료를 검토한 결과, 시설연장 분포는 약 10.7~23.7km 수준으로 나타났으며, 평균시설연장은 약 15km 수준으로 검토되었다. 신교통시스템 및 도시철도를 현재 도입 운영중에 있는 해외도시의 경우, 일본은 평균 13.
본 논문에서는 평가목적을 중심으로 분석시스템간의 도입 도시유형별 적정성을 일관성 있게 검토할 수 있는 범위에서 검토에 반영된 편익은 시스템별로 유사한 특성을 갖고 있는 것으로 전제하였으며, 특히, 간선급행버스(BRT)의 경우 기존의 도로구간을 공용하거나, 기존 도로구간의 차로를 축소하여 운영함으로서 일반적인 신교통시스템 도입시 예상되는 편익 외에 추가적으로 기존 차로축소에 따른 마이너스 편익요소가 발생하기도 하는데 이를 간선급행버스(BRT)시스템 분석시 반영할 경우, 타 시스템과의 형평성 있는 분석에 제약이 있을 것으로 사료되었다.
3.8 분석결과

분석유형별 신교통시스템의 도입가능영역을 검토한 결과를 정리하면 Table 11과 같으며 바이모달트램의 도입가능영역은 도시유형I(인구규모 500만명)에서 수송분담률 7.5% 이상이며 노선연장이 10km 이상인 경우, 도시유형 II, III, IV에서 수송분담률 10% 이상이며 노선연장이 15km 이상이면 수도권도시에 적용가능 할 것으로 분석되었다.
이들 경우로 볼 때 바이모달트램의 적용가능 수준은 도로연장이 최소 10km 이상, 수단분담률 7.5% 이상이 되어야 가능할 것으로 분석되었으며 1일 수송수요를 기준으로 살펴보면, 노선연장 15km의 경우 35,000 이상 수준으로 분석되었다.
도시규모별 도입가능영역에 대한 분석결과, 바이모달트램은 도시유형II(인구규모 200만명)~IV(인구규모 50만명) 사이 지역에서 노선연장이 15km 이상인 주간선교통수단으로써, 도시유형I(인구규모 500만명) 지역에서는 수송분담 특성에 따라 주간선 및 보조간선교통으로 도입이 가능한 것으로 분석되었다.
도입대상지역에 따라 교통체계 등의 추가적인 연구가 요구되나, 분석결과를 중심으로 도시규모별 적정시스템 도입을 검토하면, 도시유형II, III, IV 지역에서는 해당지역의 계획수송 분담특성에 따라 주요 대중교통시스템으로 간선급행버스(BRT) 또는 바이모달트램+간선급행버스(보조연계) 시스템을 도입하는 것이 가능할 것으로 검토되며 도시유형 I 지역에서는 바이모달트램+간선급행버스(보조연계) 시스템을 도입하는 것이 바람직할 것으로 검토되었다.
그러나 바이모달트램은 전자궤도 유도 방식에 의한 정시성 확보, 하이브리드 추진방식에 의한 친환경성, 전용도로 뿐만 아니라 일반도로와의 운행이 가능하여 환승이 적게 발생하는 편리성 강화 등의 장점을 지니고 있어, BRT보다는 다양한 용도로의 활용이 예상된다. 결론적으로, 주요 대중교통수단에 대해 고유 적용범위가 존재하는데, 경량전철과 중량전철처럼 인접한 수단들간에 일부 영역이 부분적으로 겹치게 된다. 하지만, 범위가 너무 먼 경우에는 경쟁하는 것이 아니라 보완해야 하는 관계가 된다.

후속연구

그리고 경량전철(AGT)는 국내사업의 운영비 자료를 기준으로 검토하였다. 시스템별 운영비는 노선 및 정거장 계획특성, 차량운행계획 및 운영요원계획 등 사업계획 및 도입환경에 따라 시스템별로 매우 다양하게 적용될 수 있으므로, 추후 구체적인 사업검토 적용시에는 이에 대한 추가적인 조사 및 면밀한 검토가 요구된다.
본 논문에서의 편익추정은 바이모달트램의 도입가능영역을 검토하기 위한 포괄적인 개념에서 접근하였으므로 추후 바이모달트램의 구체적인 사업적용을 검토할 경우에는 도입대상지역의 도로망체계, 수송분담률, 도로교통량 등에 대한 외부환경을 반영하여 합리적인 수준에서의 편익추정 및 분석이 이루어져야 할 것으로 사료된다.
본 논문에서는 바이모달트램의 대중교통수단으로서의 기능 및 역할검토와 도입을 위한 다양한 고려사항을 교통서비스 및 도시계획 측면에서 분석하였다. 따라서 향후 국내 도시의 다양한 기능적 측면에 부응할 수 있는 도입전략에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
향후 바이모달트램 도입을 위한 현실적인 적용방안 연구를 통해 다양한 도시의 여건과 교통특성을 고려한 시나리오 분석이 수행되어야 할 것으로 판단된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	바이모달트램은 무엇인가?	바이모달트램은 CNG-하이브리드 구동방식으로 2량편성(18m)과 3량편성의 두가지 형태가 있어 수송수요에 탄력적인 대응이 가능한 수단이다.
	바이모달트램의 특징은?	바이모달트램은 쾌적성, 안전성, 환경성, 에너지절감, 효율성, 교통약자 배려 등의 사회적 요구와 경량화, 친환경 에너지사용, 전자기 유도방식, 자동제어방식의 신기술이 접목되었다. 또한 트램의 장점인 정시성, 환경성, 에너지절감, 궤도운행에 의한 안전성, 대량수송 용이성과 버스의 장점인 경량성, 접근성, 유연성 등을 모두 채용하고 있다.
	바이모달트램의 노설설계에 거의 제약이 없는 이유는?	바이모달트램은 2~3량시 차량 정원이 90~150명으로 설계되어 경량전철과 비슷한 수준을 보여주고 있다. 고무차륜을 이용하는 장점으로서 급곡선과 급구배에서도 운행이 가능하고, 기존 도로를 활용하기 때문에 노선설계에 있어 제약이 거의 없다.

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