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문제 정의
- 하지만 경찰청에서는 2008년 7월부터 도시부 차량 불법유턴, 보행자 무단횡단 사고를 줄이고자 시선유도봉을 개조한 “도심형 중앙분리대”를 기준 없이 중앙선 위에 설치 운영 중에 있으며 설치할 공간이 부족하다는 이유로 “도심형 중앙분리대”의 도로시설 기준 완화 및 관련 설치 지침 마련을 요구하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 도심형 중앙분리대에 대한 실증실험 연구를 수행하여 그 결과를 토대로 도심형 중앙분리대의 기준을 정립하고자 한다.
제안 방법
- A, B조건에서의 차량거동은 도심형 중앙분리대(Ⅰ)과 충돌 후 방향을 선회하여 이탈하였고 충돌중 구조부재의 비산은 발생하지 않았으며, 제3자에게 피해를 줄 수 있는 거동은 관찰되지 않았다. C조건에서는 해석상 오류로 인하여 0.26sec까지 거동을 관찰하였다. C조건에서의 차량거동은 도심형 중앙분리대(Ⅰ)과 충돌 후에 충돌한 측면의 바퀴가 도심형 중앙분리대(Ⅰ) 를 타고 상승하는 거동을 보이며 약간의 방향 선회가 관찰되었고 충돌중 구조부재의 비산은 발생하지 않았다.
- 가상도로 내에 설치하는 도심형 중앙분리대는 서울시의 도심형 중앙분리대와 동일한 형상이다. 기존 설치기준에 따른 도로는 중앙선을 설치한 것, 중앙선 위에 시선유도봉을 설치한 것, 중앙선 위에 도심형 중앙분리대를 설치한 것, 그 밖의 중앙분리대의 폭을 조절한 3가지 형태를 제작하였다. 실험에 참여하는 피험자는 20대~60대 이상의 다양한 연령대의 운전면허증 소지자를 대상으로 남녀 30명이었다.
- 도로의 측대 축소에 따른 주행안전성 검토는 한국건설기술연구원이 보유하고 있는 도로주행 시뮬레이터(Driving Simulator)를 활용하여 운전자의 주행결과를 비교 분석하였다.
- 도시부 중앙분리대 설치 기준을 마련하기 위한 연구의 내용은 첫째, 현재 도시부 차량 불법유턴, 보행자 무단횡단금지를 위해 설치되는 변형된 시선유도봉(도심형 중앙분리대)의 현황 파악 및 관련 기준 검토를 통해 도심형 중앙분리대가 가져야 할 형식 및 성능기준에 대해 검토한다. 둘째, 도시부에서 발생한 교통사고를 분석하여 중앙선침범 및 보행자 교통사고 유형을 분류한다.
- 도심형 중앙분리대 설치시 적정한 중앙분리대 폭에 대한 주행안전성 평가는 중앙분리대 폭 축소에 따른 운전자들의 중앙분리대 침범 주행거리 및 차로이탈 주행거리를 평가 기준으로 하였다. 본 실험은 가상도로 800m 주행 중 피험자 30명의 주행행태를 총 피험자의합으로 표현한 것이다.
- 5m의 간격으로 와이어 매쉬 프레임으로 연결되며 재료는 구조용 강재(SS400)를 사용하였다. 도심형 중앙분리대(Ⅰ)의 기초는 지주가 아스콘 포장면에 매입되어 강결된 경우와 Breakaway기능을 갖는 지주에 대하여 검토하였다. Breakaway기능은 충돌시 지주가 분리되도록 고안된 장치로 철재 지주 내부에 노치가 있는 플라스틱 파이프가 삽입된 형태이고 도심형 중앙분리대(Ⅰ)의 실제 형상은 그림 6과 같다.
- 도심형 중앙분리대와 관련하여 국내의 기준들을 조사하였다. 현재 도심형 중앙분리대의 기준은 불법유턴, 무단횡단금지를 목적으로 도로의 중앙, 즉 중앙분리대에 설치하기 때문에 중앙분리대의 설치기준을 적용하게 된다.
- 도시부 중앙분리대 설치 기준을 마련하기 위한 연구의 내용은 첫째, 현재 도시부 차량 불법유턴, 보행자 무단횡단금지를 위해 설치되는 변형된 시선유도봉(도심형 중앙분리대)의 현황 파악 및 관련 기준 검토를 통해 도심형 중앙분리대가 가져야 할 형식 및 성능기준에 대해 검토한다. 둘째, 도시부에서 발생한 교통사고를 분석하여 중앙선침범 및 보행자 교통사고 유형을 분류한다. 셋째, 도시부 도로는 주로 양방향 교통량 처리를 위해 중앙선에 의해 차로분리를 하고 있어, 중앙선 위에 고정시설물 설치가 곤란하다.
- 정봉조(2003)은 중앙분리대 시설 형식에 대해 적정 대안을 찾아내고자 컴퓨터를 이용하여 모의 차량충돌시험을 수행하였다. 모의충돌시험에서는 구조적 안전성을 측정하기 위해 대형차량의 롤(Roll)각을 측정하였고 소형차량의 경우 탑승자보호성능 평가를 위해 차량이 받는 종, 횡방향 가속도 및 탑승자의 충돌속도(THIV), 탑승자의 가속도(PHD)를 측정하고 이들을 비교 검토하였다. 여운웅(1999)은 중앙선 침범사고의 발생원인 규명을 위한 설문조사와 운전자 행태분석 그리고 중앙선 침범사고의 특성분석을 수행한 결과 중앙선침범사고에 영향을 미치는 도로기하구조 특성은 종단경사와 곡선반경인 것으로 나타났다.
- 보다 체계적이고 효과적인 분석을 위해 총 사고뿐만 아니라 유형별·사고강도별·시간대별 사고를 비교하였으며, 다양한 효과척도(사고율, 사고점유율, EPDO)를 이용하여 사고빈도뿐만 아니라 사고강도까지 비교하였다.
- 시뮬레이션 결과 강결된 지주를 사용한 도심형 중앙분리대(Ⅰ)는 충돌속도 30km/h의 조건에 대해 충돌각도 15º및 20º에서 충돌차량을 방호하여 반대 차로로 침범을 허용하지 않았으며 차량은 부드럽게 방향을 선회하여 이탈하였다.
- 이에 본 연구에서는 국내·외 관련 기준검토, 도로주행 시뮬레이터를 활용한 중앙분리대 최소 이격거리 실험, 도심형 중앙분리대 충돌시뮬레이션을 통한 연구를 수행하였다.
- 김경석(2003)은 중앙분리대의 설치와 교통사고와의 관계를 분석해 보았다. 즉, 중앙분리대의 사고감소효과를 파악하기 위해 우리나라 4차로 이상의 일반국도를 대상으로 중앙분리대 설치 여부에 따른 사고 자료를 비교하였다. 보다 체계적이고 효과적인 분석을 위해 총 사고뿐만 아니라 유형별·사고강도별·시간대별 사고를 비교하였으며, 다양한 효과척도(사고율, 사고점유율, EPDO)를 이용하여 사고빈도뿐만 아니라 사고강도까지 비교하였다.
- 차량의 충돌조건은 표 6과 같이 차량은 1.3ton 중량의 모델을 사용하였으며, 충돌속도는 60km/h일 때는 충돌각도를 15º로 설정하였고, 충돌속도가 30km/h일 때는 충돌각도를 15º와 20º로 설정하였다.
- 3ton 중량의 모델을 사용하였으며, 충돌속도는 60km/h일 때는 충돌각도를 15º로 설정하였고, 충돌속도가 30km/h일 때는 충돌각도를 15º와 20º로 설정하였다. 충돌 중 차량과 도심형 중앙분리대(Ⅰ)과의 힘의 상호 전달을 위해 Contact을 적용하였으며, 차량 바퀴와 지면과의 마찰계수는 0.9를 적용하였고, 전체 모델에 대해 Z방향 중력가속도 1g(9810mm/sec2)를 적용하였다. 지중에 근입되는 Breakaway 지주는 지면 이하를 SPC 구속조건을 사용하여 구속하였다.
대상 데이터
- 가상도로는 임의의 도시부 왕복 4차로 도로를 가진 가상의 도시를 제작하였다. 직선구간(300m 이상), 곡선구간(R=500m)과 교차로가 존재하게 구성하였다.
- 국내 도로안전시설 평가기준 차량과 가장 유사한 차량모델인 NCAC (National Crash Analysis Center at George Washington University)에서 개발한 Neon 차량 모델(NCAC, 2000)을 사용하였고 차량의 중량은 1.3 ton이며 차량제원은 표 5와 같다.
- 또한 운전 빈도는 월 2~3회 이상 운전하는 피험자가 60% 이상이었다. 다음은 중앙선침범 교통법규위반의 주된 이유로 운전자 실수를 11명이 가장 높게 선택하였고, 그다음으로 잘못된 도로상황 (4명), 추돌회피(3명), 서두름(3명)을 선택했으며, 졸음음 전(1명), 음주운전(0명)의 순으로 선택하였다. 또한 실험에서 주행한 도로에서 도심형 중앙분리대에 대한 의견을 묻는 다음과 같은 질문(5점 척도)에 중앙선이 잘 보일 것이라는 질문은 4.
- 도심형 중앙분리대 설치시 적정한 중앙분리대 폭에 대한 주행안전성 평가는 중앙분리대 폭 축소에 따른 운전자들의 중앙분리대 침범 주행거리 및 차로이탈 주행거리를 평가 기준으로 하였다. 본 실험은 가상도로 800m 주행 중 피험자 30명의 주행행태를 총 피험자의합으로 표현한 것이다. 초보운전이나 고령운전자의 경우 심리적 압박감에 의해 차로를 이탈하면서 주행하는 경우가 많이 발생하였다.
- 5m의 본체프레임으로 구성되며, 본체 프레임 내부는 와이어 매쉬로 구성되어 있다. 본체 프레임 지주간은 0.5m의 간격으로 와이어 매쉬 프레임으로 연결되며 재료는 구조용 강재(SS400)를 사용하였다. 도심형 중앙분리대(Ⅰ)의 기초는 지주가 아스콘 포장면에 매입되어 강결된 경우와 Breakaway기능을 갖는 지주에 대하여 검토하였다.
- 기존 설치기준에 따른 도로는 중앙선을 설치한 것, 중앙선 위에 시선유도봉을 설치한 것, 중앙선 위에 도심형 중앙분리대를 설치한 것, 그 밖의 중앙분리대의 폭을 조절한 3가지 형태를 제작하였다. 실험에 참여하는 피험자는 20대~60대 이상의 다양한 연령대의 운전면허증 소지자를 대상으로 남녀 30명이었다. 실험차량은 승용차를 대상으로 하며, 실험에서 피험자는 중앙분리대 측 1차로를 주행하며 이때 피험자에게 심리적 압박감을 줄 수 있도록 2차로에 2대의 대형차(버스)가 같은 속도로 주행하도록 하였다.
- 실험에 참여하는 피험자는 20대~60대 이상의 다양한 연령대의 운전면허증 소지자를 대상으로 남녀 30명이었다. 실험차량은 승용차를 대상으로 하며, 실험에서 피험자는 중앙분리대 측 1차로를 주행하며 이때 피험자에게 심리적 압박감을 줄 수 있도록 2차로에 2대의 대형차(버스)가 같은 속도로 주행하도록 하였다.
- 실험 후 설문조사 결과는 다음과 같다. 피험자는 총 30명으로 남녀비율은 50:50이다. 연령대는 20대부터 40대까지 남녀 성비를 골고루 갖추어 각각 5명씩 구성하였으며 사회적, 신체적으로 운전 환경 변화가 심한 50대층 및 60대 노인층을 각 8명, 9명으로 더 구성하였다.
이론/모형
- 도심형 중앙분리대(Ⅰ)에 차량 충돌에 따른 탑승자 안전도를 확인하기 위해 도로안전시설 설치기준 및 관리 지침(2002, 건설교통부)의 탑승자 안전도 평가 기준을 적용하였다. 또한 탑승자 안전도는 미국 TTI에서 개발한 TRAP(Test Risk Assessment Program)을 사용하여 계산하였다.
- 도심형 중앙분리대(Ⅰ)에 차량 충돌에 따른 탑승자 안전도를 확인하기 위해 도로안전시설 설치기준 및 관리 지침(2002, 건설교통부)의 탑승자 안전도 평가 기준을 적용하였다. 또한 탑승자 안전도는 미국 TTI에서 개발한 TRAP(Test Risk Assessment Program)을 사용하여 계산하였다.
성능/효과
- 77m 발생하였다. A, B조건에서의 차량거동은 도심형 중앙분리대(Ⅰ)과 충돌 후 방향을 선회하여 이탈하였고 충돌중 구조부재의 비산은 발생하지 않았으며, 제3자에게 피해를 줄 수 있는 거동은 관찰되지 않았다. C조건에서는 해석상 오류로 인하여 0.
- 51m 발생하여 반대차로로 도심형 중앙분리대(Ⅰ)의 부재의 침범 가능성이 나타났다. Breakaway 지주를 사용한 경우 차량충돌에 대해 Breakaway기능은 정상적으로 수행하였으며, 도심형 중앙분리대(Ⅰ)는 차량의 방향을 선회시키지 못하는 것을 확인하였고, 도심형 중앙분리대(Ⅰ)의 변형은 1.77m 발생하여 반대차로로 시설이 침범하여 반대차로로 운행 중인 차량과의 충돌 가능성을 보였다.
- 특히, 지주와 지면과의 고정방법에 대해 강결 및 Breakaway 지주에 대한 시뮬레이션을 통하여 지주가 지면과 완전 고정된 경우와 완전 고정되지 않거나 강성이 약한 접합에 대해 검토한 결과 지주의 고정방법에 따라 2차사고 위험성과의 연관성이 높은 것으로 나타났으며, 지주 구조의 선정 및 시공방법을 명확히 할 필요가 있다. 결론적으로 도심형 중앙분리대는 설치 위치, 차량 주행 환경 및 설치 목적이 기존의 차량방호울타리와 상이하여 기존의 차량방호울타리 등급을 적용하기 곤란하므로 시설의 목적에 맞는 별도의 차량방호울타리 등급이 필요한 것으로 분석되었다.
- 25m 이상으로 한다. 넷째, 중앙분리대의 분리대 부분에 노상시설을 설치하는 경우 중앙분리대의 폭은 제18조에 따른 시설한계가 확보되도록 정하여야 한다. 다섯째, 차로를 왕복방향별로 분리하기 위하여 중앙선을 두 줄로 표시하는 경우 각 중앙선의 중심 사이의 간격은 0.
- 도심형 중앙분리대(Ⅰ) 충돌시뮬레이션 결과 차량을 50ms Average로 구한 최대가속도는 X축의 경우 A, B, C, D조건이 각각 -1.5g, -2.3g, -5.3g, -3.2g로 나타났으며 Y축의 경우에는 -2.3g, -2.6g, -4.2g, -2.4g로 나타났다. 차량의 Yaw축 변화는 A, B, C, D조건이 각각 최대 13.
- 이에 본 연구에서 제안한 도심형 중앙분리대(Ⅰ)은 수많은 대안 중 하나를 제시한 것이다. 또한 주행안전성 측면을 고려해 볼 때 도심형 중앙분리대를 설치할 경우 중앙분리대 폭 1.0m 이상을 확보해야만 시설물 파손이나 차로이탈을 방지할 수 있는 것으로 분석되 었다. 단, 부득이 도로 폭이 좁아 용지확보가 곤란한 경우 0.
- 또한, A, B, C조건에서는 충돌 중 차량의 전도 등 이상거동은 관찰되지 않았으며, 도심형 중앙분리대(Ⅰ) 부재의 비산은 발생하지 않아 탑승자 및 2차사고의 위험요소는 관찰되지 않았다. 하지만 D조건에서는 해석 종료 시점의 속도는 44.
- C조건에서의 차량거동은 도심형 중앙분리대(Ⅰ)과 충돌 후에 충돌한 측면의 바퀴가 도심형 중앙분리대(Ⅰ) 를 타고 상승하는 거동을 보이며 약간의 방향 선회가 관찰되었고 충돌중 구조부재의 비산은 발생하지 않았다. 마지막으로 D조건에서의 차량거동은 차량충돌로 인해 Breakaway 지주는 충격에 의해 정상적으로 절단되었으며, 연속적으로 절단이 진행되는 거동을 보였고 도심형 중앙분리대(Ⅰ)로 인한 차량의 방향 선회는 미미하였다.
- 마지막으로 충돌속도 60km/h 및 충돌각도 15º의 경우 도심형 중앙분리대(Ⅰ)의 변형이 0.51m 발생하여 반대차로로 도심형 중앙분리대(Ⅰ)의 부재의 침범 가능성이 나타났다.
- 6점으로 운전하기 어렵게 생각하고 있다. 반면 무단횡단금지의 효과에 대해서는 4.2점으로 높은 점수를 받았고, 기존의 빨간색 시선유도봉보다 경관이 효과적인가에 대해서 4.1점, 중앙선만 있을 경우보다 안전감이 있는가에 대해서도 4.0점을 받아 전체적으로 도심형 중앙분리대로 기존의 중앙선만, 시선유도봉만 설치하는 것보다 효과가 있을 것이라 생각하였다. 그리고 도심형 중앙분리대의 설치위치에 대해 의견을 묻는 다음과 같은 질문(5점 척도)에서 설치위치와 관계없이 심리적 압박이나, 운전의 어려움에 대해서는 피험자마다 의견이 다르지만, 정상적인 주행가능성에 대한 질문은“그렇다”에 가깝게 답을 한 피험자가 많다.
- 둘째, 도시부에서 발생한 교통사고를 분석하여 중앙선침범 및 보행자 교통사고 유형을 분류한다. 셋째, 도시부 도로는 주로 양방향 교통량 처리를 위해 중앙선에 의해 차로분리를 하고 있어, 중앙선 위에 고정시설물 설치가 곤란하다. 이에 중앙분리대에 시설물을 설치할 경우에는 측대 설치 기준을 만족하여야 하는데 이를 충족시키는 곳이 많지 않으므로, 도로주행 시뮬레이터를 활용하여 측대 설치 기준을 완화할 수 있는가를 검토하여 도심형 중앙분리대 설치에 대한 기준을 마련한다.
- 도심형 중앙분리대에 대한 연구결과 설치효과 보다는 안전적인 측면에서 차량용 방호울타리의 강한 방호기능을 가질 수 없기 때문에 차량과의 충돌 후 파손되어 부재이탈이 발생 하게 된다. 이를 통해 2차사고 등을 유발하게 되어 교통안전에 부(-)의 효과를 가져 올 수 있다는 결론을 얻었다. 이에 향후에는 2차 사고를 최소화 할 수 있는 중앙분리대의 소재에 대한 개발이 필수적으로 이루어져야 한다고 판단된다.
- 마지막으로 도시부 도로에서 중앙선침범 교통사고를 줄이고 보행자 무단횡단금지를 위해 가장 효과적으로 생각되는 시설을 선택하라는 질문에서 중앙분리대(1m) 내에 설치(19명), 최소 측대범위 25cm만 확보한 중앙선(4명), 측대 10cm로 축소한 중앙선(3명), 현재 중앙선 폭원 내에 설치(3명), 시선유도봉(1명), 중앙선만 설치(0명)의 순으로 가장 효과적이라 생각하고 있다. 이상의 실험 후 설문조사에서 중앙분리대 1m 내에 도심형 중앙분리대를 설치한 안이 주행안전성 측면에서 가장 좋은 안으로 분석되었다. 도심형 중앙분리대는 주행안전성 측면에서 중앙 분리대 폭 1.
- 이탈속도는 A, B, C, D조건이 각각 충돌속도의 82.7%(24.8km/h), 21.0km/h(70%), 34.0km/h(56.7%), 44.7km/h(74.5%) 이며, 이탈각도는 A조건과 B조건만 이탈하였는데 각각 충돌각도의 21.3%(3.2º), 15.5%(3.1º)로 탑승자 안전 성능을 모두 만족하여 충격에 따른 탑승자 상해는 미미한 것으로 분석되었다.
- 탑승자 충격속도(THIV)는 표 6의 충돌조건 A, B, C, D에서 각각 10.2km/h, 11.8km/h, 16.1km/h , 12.3km/h로 나타났고, 탑승자가속도(PHD)는 각각 4.2g, 4.2g, 10.6g, 3.9g로 나타났다. 이탈속도는 A, B, C, D조건이 각각 충돌속도의 82.
- 충돌 시뮬레이션 결과 강도 및 충돌거동에 대한 기준 없이 임의로 제작·설치되는 도심형 중앙분리대의 경우 2차사고 위험이 매우 큰 것을 알 수 있다. 특히, 지주와 지면과의 고정방법에 대해 강결 및 Breakaway 지주에 대한 시뮬레이션을 통하여 지주가 지면과 완전 고정된 경우와 완전 고정되지 않거나 강성이 약한 접합에 대해 검토한 결과 지주의 고정방법에 따라 2차사고 위험성과의 연관성이 높은 것으로 나타났으며, 지주 구조의 선정 및 시공방법을 명확히 할 필요가 있다. 결론적으로 도심형 중앙분리대는 설치 위치, 차량 주행 환경 및 설치 목적이 기존의 차량방호울타리와 상이하여 기존의 차량방호울타리 등급을 적용하기 곤란하므로 시설의 목적에 맞는 별도의 차량방호울타리 등급이 필요한 것으로 분석되었다.
- 또한, A, B, C조건에서는 충돌 중 차량의 전도 등 이상거동은 관찰되지 않았으며, 도심형 중앙분리대(Ⅰ) 부재의 비산은 발생하지 않아 탑승자 및 2차사고의 위험요소는 관찰되지 않았다. 하지만 D조건에서는 해석 종료 시점의 속도는 44.7km/h로 충돌속도의 75.5%로 나타났으나, 차량의 방향 선회는 이루어 지지 않아 반대차로로 충돌차량이 진입하여 반대차로 차량과의 충돌 가능성이 나타났다.
후속연구
- 이를 통해 2차사고 등을 유발하게 되어 교통안전에 부(-)의 효과를 가져 올 수 있다는 결론을 얻었다. 이에 향후에는 2차 사고를 최소화 할 수 있는 중앙분리대의 소재에 대한 개발이 필수적으로 이루어져야 한다고 판단된다. 이에 본 연구에서 제안한 도심형 중앙분리대(Ⅰ)은 수많은 대안 중 하나를 제시한 것이다.
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