현재 실무에서 입체교차로 유형을 결정하기 위해서는 해당 도로의 계획 교통량, 지형, 공사비, 주변 입체교차로와의 간격 등을 근거로 해서 결정하고 있지만, 문제는 같은 입력조건을 갖고도 설계자의 주관적 판단이나 발주부서의 요구 사항 등에 따라 서로 다른 유형을 결정할 수 있다는 점이다. 본 연구에서는 도로 입체교차로 유형을 객관적으로 결정하여 입력조건이 같다면 항상 일정한 유형을 찾아내는 유형 선정 알고리즘을 개발했다. 이 과정에서 기존 국내에 존재하는 입체교차로의 형식을 조사했고, 그 결과, 정형화된 기본형식 10개를 선정했다. 그 후 각 형식을 연결로의 형태를 고려하여 표시할 수 있는 방안을 제시했다. 또한 각 입체교차로별로 도로 사용자 비용과 입체교차로 공사비를 고려하여 편익과 비용을 구체화하는 방안을 제시했다. 본 연구에서 제시한 입체교차로 유형 선정 방법론은 일관성 있게 입체교차로 형식을 결정해 주는 것으로 분석되었고, 이 결과는 향후 도로 설계 실무자들이 입체교차로 형식을 선정하는 과정에 큰 도움이 될 것이다.
현재 실무에서 입체교차로 유형을 결정하기 위해서는 해당 도로의 계획 교통량, 지형, 공사비, 주변 입체교차로와의 간격 등을 근거로 해서 결정하고 있지만, 문제는 같은 입력조건을 갖고도 설계자의 주관적 판단이나 발주부서의 요구 사항 등에 따라 서로 다른 유형을 결정할 수 있다는 점이다. 본 연구에서는 도로 입체교차로 유형을 객관적으로 결정하여 입력조건이 같다면 항상 일정한 유형을 찾아내는 유형 선정 알고리즘을 개발했다. 이 과정에서 기존 국내에 존재하는 입체교차로의 형식을 조사했고, 그 결과, 정형화된 기본형식 10개를 선정했다. 그 후 각 형식을 연결로의 형태를 고려하여 표시할 수 있는 방안을 제시했다. 또한 각 입체교차로별로 도로 사용자 비용과 입체교차로 공사비를 고려하여 편익과 비용을 구체화하는 방안을 제시했다. 본 연구에서 제시한 입체교차로 유형 선정 방법론은 일관성 있게 입체교차로 형식을 결정해 주는 것으로 분석되었고, 이 결과는 향후 도로 설계 실무자들이 입체교차로 형식을 선정하는 과정에 큰 도움이 될 것이다.
It is stated in the highway geometric design guide that expressway interchange types should be selected considering a set of input variables including travel demand, topography, construction cost and interchange spacing. However, this selection method has a problem of providing different interchange...
It is stated in the highway geometric design guide that expressway interchange types should be selected considering a set of input variables including travel demand, topography, construction cost and interchange spacing. However, this selection method has a problem of providing different interchange types even for the same input variables depending upon different applications of engineers discretion. A procedure that produces consistent results is necessary and this paper presents the development of an efficient and reliable procedure based on the quantification of road user costs and construction costs on interchanges. To develop this procedure, a survey of existing expressway interchange types in South Korea was made and 10 basic interchange types and 52 supplementary interchange types were identified. To relate road user costs and construction costs to these interchange types, this research uses two method. First, interchange types were expressed by a set of ramp configurations. Second, road user benefits and construction costs associated with these different interchange types were formulated based on the current national guide of the expressway economical analysis. As a result, it was proved that an interchange type to provide minimum costs could be selected consistently and this research result should be useful for future expressway geometric designs.
It is stated in the highway geometric design guide that expressway interchange types should be selected considering a set of input variables including travel demand, topography, construction cost and interchange spacing. However, this selection method has a problem of providing different interchange types even for the same input variables depending upon different applications of engineers discretion. A procedure that produces consistent results is necessary and this paper presents the development of an efficient and reliable procedure based on the quantification of road user costs and construction costs on interchanges. To develop this procedure, a survey of existing expressway interchange types in South Korea was made and 10 basic interchange types and 52 supplementary interchange types were identified. To relate road user costs and construction costs to these interchange types, this research uses two method. First, interchange types were expressed by a set of ramp configurations. Second, road user benefits and construction costs associated with these different interchange types were formulated based on the current national guide of the expressway economical analysis. As a result, it was proved that an interchange type to provide minimum costs could be selected consistently and this research result should be useful for future expressway geometric designs.
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문제 정의
표 3의 A-1형식에서 보듯이 연결로 위치에 따라 다양한 입체교차로 형식이 나타나는데, 본 연구에서는 이중에서 어느 것이 최적 연결로 형태인지를 방향별 교통량, 교차하는 도로등급간의 관계, 좌회전 교통량의 비교, 연결로의 위치를 종합적으로 고려하여 결정할 수 있도록 2차 알고리즘을 제시했다. 또한 두 개 이상의 기본형식이 존재하는 경우도 있으므로 본 연구에서는 입체교차로의 비용을 계량화하여 어느 경우에도 최소한의 비용을 갖는 입체교차로 형식을 선정할 수 있는 방법을 제시했다.
향후 연구과제로는 입체교차로 형식결정과정에서 도로 주변의 토지이용 특성과 지형적 여건을 반영하는 것이다. 또한 보다 정확한 분석을 위해 입체교차로 내의 연결로에서 발생하는 교통사고 비용과 환경비용 등을 반영하는 것이다.
본 연구에서 문헌 검토 결과에 따르면, 우리나라 입체교차로 설계지침에서는 교차로의 용량을 기준으로 교차로의 입체화를 고려하였고, 그밖에 관련문헌에서는 교통량과 도로등급 등을 변수로 입체교차로의 형식을 개략적으로 분류하였다. 본 연구에서는 기존 연구를 최대한 반영하고 객관적인 변수들을 추가 반영하여 입체교차로의 기본형식을 1차적으로 구분하는 알고리즘을 개발하였다. 이를 위해 먼저 설계할 교차로의 유형과 도로등급, 요금소의 존재 및 지역특성, 방향별 교통량 등 그림 3과 같은 기초 입력변수가 필요하다.
본 연구에서는 기존 입체교차로 형식선정 방법을 토대로 하여 우리나라 입체교차로 형식을 보다 정확하고 합리적으로 결정할 수 있는 기법을 제시했다. 이를 위해 우리나라에 있는 다양한 입체교차로의 형식을 설계도면을 통해 조사하여 정형화된 대표적 입체교차로 형식 10개를 제시하였다.
본 연구에서는 본 입체교차로 형식 선정 기법이 제대로 작동하는지 검토하기 위해 우리나라의 대산`-`당진 고속도로 대호지 IC를 대상으로 앞서 제시한 Step 1~Step 3의 과정을 적용하여 입체교차로 형식을 결정해보았다. 대산-당진 고속도로 대호지 IC는 1차 알고리즘을 통하여 Case 6으로 결정되었다.
본 연구에서는 우리나라 실정에 맞고 자주 활용할 수 있는 입체교차로 형식을 파악하기 위하여 고속도로 218개와 국도 입체교차로 515개를 조사하여 우리나라에서 최소 2개 이상 설치된 입체 교차로 유형을 총 10개로 통합·정리하였다.
본 연구에서는 우리나라 현실에 적합하고 객관적이고 현실적인 입체교차로 형식을 합리적으로 결정 할 수 있는 새로운 기법을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 정량화된 입체교차로 형식 결정을 위해 연결로의 형태에 따른 총 비용을 산출하여 이를 최소화할 수 있는 입체교차로 형식을 선택할 수 있도록 했다. 이 때 연결로 별 통행시간 비용, 차량운행 비용, 대기오염 비용, 토공 공사비, 용지보상비 등을 계량화하는 방법을 제시했고, 한 입체교차로를 구성하는 연결로 전체에 대한 총 비용이 가장 최소인 입체교차로 형식을 선정할 수 있도록 했다.
제안 방법
입체교차로 계획 시 고려사항으로 교통 및 운행, 현장조건, 도로 유형 및 교차시설, 안전성, 단계건설, 경제적 요소를 언급하였다. 경제적 요소로는 초기비용, 유지비용, 차량 운행비용 등으로 입체교차로 설계 시 고려할 요소로 제시하였다. 또한 Garber(1999)는 전문가 설문 및 사고, 운영 효율성 분석을 통해 몇 가지 가이드라인을 제시하였으나 다이아몬드형, SPUI형, 트럼펫형, 클로버형, 변형클로버형, 직결형 등 총 6개의 기본형식만을 고려하여 변형 입체교차로 형식을 다양하게 고려하지 못하는 한계가 있다.
그후 도로등급으로 고속도로와 국도의 입체교차로 형식을 구분하였다. 고속도로의 경우 부도로가 고속도로이거나 국도일 경우에도 지침에 의하면 교차로를 입체화해야하므로 입체교차로 형식만 분류하였고, 국도의 경우 평면교차와 단순입체교차의 경우도 동시에 고려하여 교차로형식을 구분하였다. 그리고 요금소의 유무와 교차로유형에 따라 각 형식을 분류하였고, 주방향의 교통량2)에 따라 형식을 선정하는 알고리즘을 그림 4와 같이 제시하였다.
본 연구에서는 관련문헌 고찰에서 검토한 도로구조령과 입체교차로 설계지침에서 제시된 입체 교차로형식 결정방법을 토대로 각 방향별 교통량과, 도로등급, 요금소 등의 기본적인 입력변수를 활용하여 1차 알고리즘을 제시하였다. 그 후, 입체교차로 내에 존재하는 연결로 형식을 numbering하여 입체교차로 형식을 행렬화하였고, 각 연결로 형태별 비용을 추정하여 총 비용이 최소화되는 입체교차로 형식을 선정하는 2차 알고리즘을 제시하였다. 다음 절은 이 과정을 설명하고 있다.
본 연구에서는 먼저 국내외 관련 문헌을 통해 기존 입체교차로의 형식 결정 기준 및 평가 방법론을 검토하였고, 우리나라의 다양한 입체교차로 형식을 10개의 기본 형식으로 구분하였다. 그리고 교차로 형식 선정 고려 요소를 비용측면에서 검토하였다. 그리고 연결로 별 교차로 형식을 행렬화하여 총 비용을 최소화하는 입체교차로 형식선정 방법론을 제시하였다.
그리고 교차로 형식 선정 고려 요소를 비용측면에서 검토하였다. 그리고 연결로 별 교차로 형식을 행렬화하여 총 비용을 최소화하는 입체교차로 형식선정 방법론을 제시하였다. 끝으로 본 연구의 입체교차로 형식선정 방법론을 적용하여 효과를 분석했다.
그후 도로등급으로 고속도로와 국도의 입체교차로 형식을 구분하였다. 고속도로의 경우 부도로가 고속도로이거나 국도일 경우에도 지침에 의하면 교차로를 입체화해야하므로 입체교차로 형식만 분류하였고, 국도의 경우 평면교차와 단순입체교차의 경우도 동시에 고려하여 교차로형식을 구분하였다.
그리고 연결로 별 교차로 형식을 행렬화하여 총 비용을 최소화하는 입체교차로 형식선정 방법론을 제시하였다. 끝으로 본 연구의 입체교차로 형식선정 방법론을 적용하여 효과를 분석했다.
다섯째, 입체교차로 설계 시 비용측면을 검토하며 각 연결로 형태별 비용을 추정하여 총 비용이 최소화되는 입체교차로 형식을 선정하는 2차 알고리즘을 제시한다.
둘째, 우리나라 입체교차로 현황을 조사하여 정형화된 입체 교차로 기본형식을 선정한다.
본 연구에서 문헌 검토 결과에 따르면, 우리나라 입체교차로 설계지침에서는 교차로의 용량을 기준으로 교차로의 입체화를 고려하였고, 그밖에 관련문헌에서는 교통량과 도로등급 등을 변수로 입체교차로의 형식을 개략적으로 분류하였다. 본 연구에서는 기존 연구를 최대한 반영하고 객관적인 변수들을 추가 반영하여 입체교차로의 기본형식을 1차적으로 구분하는 알고리즘을 개발하였다.
본 연구에서는 관련문헌 고찰에서 검토한 도로구조령과 입체교차로 설계지침에서 제시된 입체 교차로형식 결정방법을 토대로 각 방향별 교통량과, 도로등급, 요금소 등의 기본적인 입력변수를 활용하여 1차 알고리즘을 제시하였다. 그 후, 입체교차로 내에 존재하는 연결로 형식을 numbering하여 입체교차로 형식을 행렬화하였고, 각 연결로 형태별 비용을 추정하여 총 비용이 최소화되는 입체교차로 형식을 선정하는 2차 알고리즘을 제시하였다.
본 연구에서는 먼저 국내외 관련 문헌을 통해 기존 입체교차로의 형식 결정 기준 및 평가 방법론을 검토하였고, 우리나라의 다양한 입체교차로 형식을 10개의 기본 형식으로 구분하였다. 그리고 교차로 형식 선정 고려 요소를 비용측면에서 검토하였다.
셋째, 기존 연구방법 및 기준을 바탕으로 입체교차로 기본형식을 결정할 수 있는 1차 알고리즘을 제시한다.
본 연구에서는 우리나라 실정에 맞고 자주 활용할 수 있는 입체교차로 형식을 파악하기 위하여 고속도로 218개와 국도 입체교차로 515개를 조사하여 우리나라에서 최소 2개 이상 설치된 입체 교차로 유형을 총 10개로 통합·정리하였다. 이 과정에서 입체교차로 형식을 우선 3지와 4지로 구분하고 3지의 경 우 다이아몬드형, 트럼펫형, 직결형의 3가지 유형으로 정리하였고 4지의 경우 다이아몬드형, 트럼펫형, 직결형, 클로버형, 변형클로버형 등의 7개 유형으로 구분하였다. 표 1은 본 연구에서 선정한 기본형식 10가지를 나타낸 것이다.
본 연구에서는 정량화된 입체교차로 형식 결정을 위해 연결로의 형태에 따른 총 비용을 산출하여 이를 최소화할 수 있는 입체교차로 형식을 선택할 수 있도록 했다. 이 때 연결로 별 통행시간 비용, 차량운행 비용, 대기오염 비용, 토공 공사비, 용지보상비 등을 계량화하는 방법을 제시했고, 한 입체교차로를 구성하는 연결로 전체에 대한 총 비용이 가장 최소인 입체교차로 형식을 선정할 수 있도록 했다. 식 (1)은 연결로 i가 입체교차로 j에 배치되었을 경우의 총 비용을 목적함수로 하여 이 값이 최소인 입체교차로를 선정하는 과정을 나타내고 있다.
본 연구에서는 기존 입체교차로 형식선정 방법을 토대로 하여 우리나라 입체교차로 형식을 보다 정확하고 합리적으로 결정할 수 있는 기법을 제시했다. 이를 위해 우리나라에 있는 다양한 입체교차로의 형식을 설계도면을 통해 조사하여 정형화된 대표적 입체교차로 형식 10개를 제시하였다. 본 연구에서 사용한 입체교차로 형식선정 방법은 입체교차로가 포함하고 있는 모든 연결로에 대해 차량 운전자가 주행하면서 발생하는 사용자 비용을 계량화하여 그 총합을 검토 중인 모든 입체교차로 형식끼리 서로 비교하는 방법이다.
한편 미국의 AASHTO(2004)에서는 교차로 종류별 영역은 있지만 그 영역별 한계는 명확하게 정의되지 않았다. 입체교차로 계획 시 고려사항으로 교통 및 운행, 현장조건, 도로 유형 및 교차시설, 안전성, 단계건설, 경제적 요소를 언급하였다. 경제적 요소로는 초기비용, 유지비용, 차량 운행비용 등으로 입체교차로 설계 시 고려할 요소로 제시하였다.
입체교차로에 대한 사용자 비용항목 중 환경비용은 대기오염비용과 소음비용으로 구분할 수 있으며, 본 연구에서는 입체교차로 형식별 소음비용 규모 차이가 크지 않다고 판단하여 대기오염 비용만 고려했다. 각 연결로 형식별 대기오염비용을 산출하려면 연결로 km당 교통량, km당 대기오염 비용이 필요한데, km당 대기오염 비용은 예비타당성조사지침5)에서 제시된 대기오염비용을 이용한 회귀모형을 이용해 산출한다.
첫째, 관련문헌 검토를 통해 우리나라 입체교차로 형식 선정 기준상의 문제점을 도출한다.
다음 단계는 입체교차로 내에 존재하는 연결로 형식을 어떻게 결정하는지 설명한다. 표 3의 A-1형식에서 보듯이 연결로 위치에 따라 다양한 입체교차로 형식이 나타나는데, 본 연구에서는 이중에서 어느 것이 최적 연결로 형태인지를 방향별 교통량, 교차하는 도로등급간의 관계, 좌회전 교통량의 비교, 연결로의 위치를 종합적으로 고려하여 결정할 수 있도록 2차 알고리즘을 제시했다. 또한 두 개 이상의 기본형식이 존재하는 경우도 있으므로 본 연구에서는 입체교차로의 비용을 계량화하여 어느 경우에도 최소한의 비용을 갖는 입체교차로 형식을 선정할 수 있는 방법을 제시했다.
성능/효과
이 과정에서 통행시간비용, 차량운행비용을 차량 운전자들의 사용자 비용으로 고려했고, 대기오염비용을 사회적 비용으로, 그리고 토공 공사비와 교량공사비를 공사비용으로 반영했다. 실제 사례를 통해 분석해 본 결과, 본 연구에서 제시한 입체교차로 형식선정 방법론은 가장 경제적인 입체교차로 형식을 선정할 수 있게 해 주는 것으로 나타났다. 하지만 향후 더 많은 사례분석을 통하여 본 연구에서 제시한 입체교차로 형식선정 방법에 대해 검증해야 할 것이다.
최종적으로 해당도로에서 적용할 수 있는 입체교차로 형식은 다음 8개 형식인 것으로 나타났으며, 이 중에서 B-4-2 형식을 적용하면 가장 경제적인 고속도로 입체교차로 설계가 이루어지는 것으로 나타났다.
후속연구
본 연구에서 제시한 입체교차로 최적 형식 결정 방법론은 앞으로 도로설계 실무에서 설계자들이 입체교차로 형식을 계획하는 과정에 크게 도움이 될 것이며, 실시 설계 과정에서도 서로 유사한 입체교차로 형식 중에서 최적 대안을 결정하고자 할 때 유용한 검토 방법이 될 것이다.
실제 사례를 통해 분석해 본 결과, 본 연구에서 제시한 입체교차로 형식선정 방법론은 가장 경제적인 입체교차로 형식을 선정할 수 있게 해 주는 것으로 나타났다. 하지만 향후 더 많은 사례분석을 통하여 본 연구에서 제시한 입체교차로 형식선정 방법에 대해 검증해야 할 것이다.
향후 연구과제로는 입체교차로 형식결정과정에서 도로 주변의 토지이용 특성과 지형적 여건을 반영하는 것이다. 또한 보다 정확한 분석을 위해 입체교차로 내의 연결로에서 발생하는 교통사고 비용과 환경비용 등을 반영하는 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연결로의 형식은 크게 어떻게 구분되는가?
연결로의 형식은 크게 우회전 및 좌회전 연결로로 구분되며, 우회전 연결로는 본선 차도의 우측에서 유출하여 교차 도로 우측으로 유입하는 우직결 연결로가 기본형식이다. 좌회전 연결로의 경우에는 준직결 연결로, 좌직결 연결로, 루프 연결로로 구분되며, 준직결 연결로는 본선 차도의 우측에서 유출하여 교차로 우측으로 유입하는 형식이다.
준직결 연결로는 무엇인가?
연결로의 형식은 크게 우회전 및 좌회전 연결로로 구분되며, 우회전 연결로는 본선 차도의 우측에서 유출하여 교차 도로 우측으로 유입하는 우직결 연결로가 기본형식이다. 좌회전 연결로의 경우에는 준직결 연결로, 좌직결 연결로, 루프 연결로로 구분되며, 준직결 연결로는 본선 차도의 우측에서 유출하여 교차로 우측으로 유입하는 형식이다. 좌직결 연결로는 본선 차도의 좌측에서 직접 유출하여 교차도로의 좌측차로에서 유입하는 형식이고, 루프 연결로는 본선 차도의 우측에서 유출한 후 약 270° 우회전하여 교차도로 우측에 유입하는 형태이다.
우리나라의 도로의 구조·시설 기준에 관한 규칙 해설 및 지침(2000)에 나타난 입체교차의 원칙은 어떠한가?
우리나라의 도로의 구조·시설 기준에 관한 규칙 해설 및 지침(2000)에 나타난 입체교차의 원칙은 다음과 같다. 첫째, 4차로 이상의 도로가 상호 교차할 경우, 둘째, 자동차 전용도로와 다른 도로가 교차할 경우, 셋째, 불완전 출입하는 도로와 다른 도로와 교차할 경우 입체교차를 원칙으로 하고 있다. 또한 교차하는 도로 상호의 교통량 조합이 신호교차점의 용량 이상인 경우 입체교차를 계획한다.
참고문헌 (12)
국토해양부 (2000), "도로의 구조.시설 기준에 관한 규칙 해설 및 지침"
국토해양부 (2009), "도로의 구조.시설 기준에 관한 규칙 해설 및 지침"
국토해양부 (2005), "입체교차로 설계 지침"
한국개발연구원 (2008), "도로.철도 부문사업의 예비타당성조사 표준지침 수정.보완 연구 (제5판)"
한국개발연구원 (2009), "대산-당진 고속도로 건설사업 예비타당성조사 보고서"
한국건설기술연구원 (2005), "입체교차로 설계 지침 연구보고서", 국토해양부
일본도로협회(2004), "도로구조령의 해설과 운용"
FGSV(1974)," 지방부 도로 설비 규정(RAL-K-2)"
최재성, 유재상 (2008)," Set Covering Theory를 활용한 인터체인지 형식 결정 방법론 개발", 대한교통학회 제59회 학술발표대회, pp.784-792.
AASHTO (2004), A Policy on Geometric Design of Highways and Streets, USA
Nicholas J. Garber (1999), Guidelines for preliminary selection of the optimum interchange type for a specific location, Virginia Transportation Research Council
Rubalcaba, R. R (2005), Fractional Domination, Fractional Packings, and Fractional Isomorphisms of Graphs., Ph.D. dissertation. Auburn, Alabama: Auburn University.
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