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문제 정의
- 신호교차로에서 중앙버스전용차로의 설치는 차로운영과 신호운영에 변화를 유발하게 된다. BRT라는 이름으로 확산일로에 있는 중앙버스전용차로제의 영향을 신호교차로 분석에 반영하기 위해서 본 편람에서 분석 과정과 방법론, 주요 핵심 매개변수를 새로이 제시하였다. 그 대강은 기존의 신호 교차로 분석방법을 근간으로 하되, 버스전용차로를 일반차로와 구분하여 포화교통류율을 계산하고 차로군도 독립된 차로군으로 구분하도록 하는 등 먼저 따로 분석하도록 하였다.
- 본 고에서는 최근의 도로·교통여건을 반영하여 대상구간에 대한 기존 분석 방법론을 개정하고, 기존 편람(2001)으로는 분석이 불가능한 새로운 도로구간과 특수상황에 대한 용량 및 서비스수준 분석 방법을 정립하여 그 개정판(2013년판)을 마련한 내용을 소개하고자 한다.
- 제약된 지원 환경에서 편람 개정을 이루어낸 것이 그나마 다행이라 자타가 평가함에도 아쉬움은 여전히 남는다. 여러 방법론과 절차에 켜켜이 들어 있는 국적이 불분명한 매개변수와 보정계수들에 대대적인 검증을 거쳐 그 유용성을 판단하고 현지화 작업이 반드시 이행되어야 함에도 손도 대지 못한 부분이 여전히 남아있다고 하는 것이 옳은 평가일 것이다. 또 시설들이 물리적으로 연접되어 있거나 뒤섞여 있어 종합 또는 통합 분석이 필요한 시설들(보도와 자전거도로, 자전거도로와 도시가로, 이들 셋 모두)에 대한 평가방법을 제안하지 못한 점, 간선도로와 교차하는 이면도로에 대한 관심 부족, 도시 간선도로에 지나치게 많은 버스와 택시 등의 영향을 제대로 반영하는 한국적인 시설환경에 대한 고려와 분석 방법론 개정이 약했던 점, USHCM(2010)에서처럼 사용 빈도가 높아지고 있는 각종 micro simulation의 정산과 결과 해석 등에 관한 기술적인 안내도 전혀 싣지 못한 점 등때문에 앞으로도 상당 기간 동안 실무자들의 필요와 요청에 부응하기 어렵게 되었다.
제안 방법
- 2+1차로 도로는 새롭게 도입되는 시설 유형으로, 개정된 2차로도로 편에 추가되었다. 2+1차로 도로의 서비스수준 분석방법론은 기존 2차로도로를 2+1도로로 전환했을 때 개선된 운영효과를 2차로도로의 효과척도인 총지체율과 평균 통행속도 보정계수로 적용하여 효과척도를 정량화 하였다.
- 가장 중요한 포화교통류율은 다음 식에서의 표현과 같이 버스전용차로의 기본포화교통류율(Sb0)을 1,100 vphgpl으로 하고 차로 수, 직진환산계 수(EL)의 역수인 좌회전 보정계수(fBLT), 경사보정계수(fg), 그리고 표 8과 같이 교차로 정지선으로부터 상류부로 120m 내에 정류장 위치에 따른 보정계수(fub)를 종합하여 산정토록 하였다.
- 개정 편람에서는 도로 구분(일반국도, 고속국도), 차로수(일반국도-2차로/4차로), 고속국도-4차로 이상), 지역(도시/지방/관광지역)별로 세분화 된 설계시간계수의 대푯값과 변동 범위를 함께 제시하였다.
- BRT라는 이름으로 확산일로에 있는 중앙버스전용차로제의 영향을 신호교차로 분석에 반영하기 위해서 본 편람에서 분석 과정과 방법론, 주요 핵심 매개변수를 새로이 제시하였다. 그 대강은 기존의 신호 교차로 분석방법을 근간으로 하되, 버스전용차로를 일반차로와 구분하여 포화교통류율을 계산하고 차로군도 독립된 차로군으로 구분하도록 하는 등 먼저 따로 분석하도록 하였다.
- 그러므로 자연히 LOS의 구간별 문턱 값을 정하는데 있어서도 같은 논리가 적용되었고, 비신호교 차로 중 양방향정지 교차로의 LOS 구분과 같은 스케일로 결정되었다.
- 그리고 차로군의 결정은 중앙버스전용차로가 직진 1개 차로라면 독립된 하나의 차로군으로, 전용 좌회전 및 직진 차로가 같이 운영되면 회전과 직진을 분리된 두 개의 차로군으로 결정토록 하였다.
- 기상악화/악천후와 주야간의 변화는 운전자의 시거 및 도로노면 인지 상태에 영향을 주어 운전자로 하여금 운전행태에 변화를 유발시킨다. 다른 특수상황인 공사와 마찬가지로 고속도로 기본구간과 신호교차로 편에 이와 같은 영향을 고려하는 방법을 배속시켰는데 먼저 고속도로에서의 기상악화/ 악천후 상황은 크게 강우와 강설의 두 가지 상황으로 구분하였으며, 어두움의 영향을 추가하였다. 설계속도별 기존 고속도로 용량 산정 식에 날씨 보정 계수(fIW)와 야간 보정계수(fDK)를 추가 적용하도록 하였다.
- 다양한 효과척도를 반영하기 위해 총지체율 이 외에 평균 통행속도를 운영효과 척도로 추가하였다. 이를 위해 총지체율-교통량, 속도-교통량 관계곡선을 각각 재정립하였다.
- 다차로도로의 유형 구분 조건과 도시 및 교외간 선도로의 구분 조건이 중첩되는 점을 고려하여 유형을 재구분하였다. 또, 다차로도로 유형에 다른 서비스수준 분석방법론과 분석 대상 구간 분할 방법을 재정립하여 그 적용성을 증대시켰다.
- 도로용량편람 개정 연구 이외에 일반국도 교통량 상시조사 자료와 고속국도 자료를 활용하여 도로별 설계시간계수를 검토하였다.
- 도로의 용량은 통상적인 분석에 주어진 도로 및 교통 조건과 제어 조건(단속류인 경우) 외에 도로 운영 조건의 일시적인 변화나 환경 조건에 의해서도 영향을 받는다. 도로점용공사(work-zone)와 기상악화(inclement weather) 등이 그 대표적인 변화 조건들이 될 수 있는데, 이 같은 상황은 반복적으로 나타나며 사전적 예측이 어느 정도 가능한 것들로 편람에서는 특수상황이라고 칭하고 그에 따른 용량(단속류인 경우, 포화교통류율)의 변화나 보정 방법론을 많은 현장자료의 조사와 분석, 비교를 통해 제시하였다.
- 또 국내에 다양하게 설치되어 있는 회전교차로 현황을 고려하여 비전형적인 것으로 3지 및 5지 회전교차로, 쌍구형 회전교차로 등에 대한 분석방법을 추가하였으며, 회전차로는 2차로이나 진입차로가 1차로인 경우의 회전교차로에 대한 분석방법은 회전차로 최소 차두시간과 진입차로 영향계수를 달리 사용하여 분석하도록 하였다.
- 또 도시 및 교외 간선도로의 서비스수준 분석 과정에 중앙버스전용차로의 구간 분석이 필요하므로 분석구간 간격에 따른 순행시간 표를 제공하였다.
- 먼저 도시가로 빈번한 도로점용공사는 분석하고자 하는 접근부의 정지선을 기준으로 상류 또는 하류 측에서 차로점용이 발생하느냐에 따라 상류부 공사구간과 하류부 공사구간으로 나누었다.
- 다른 특수상황인 공사와 마찬가지로 고속도로 기본구간과 신호교차로 편에 이와 같은 영향을 고려하는 방법을 배속시켰는데 먼저 고속도로에서의 기상악화/ 악천후 상황은 크게 강우와 강설의 두 가지 상황으로 구분하였으며, 어두움의 영향을 추가하였다. 설계속도별 기존 고속도로 용량 산정 식에 날씨 보정 계수(fIW)와 야간 보정계수(fDK)를 추가 적용하도록 하였다. 일반적인 강설, 강우량 단위를 기준으로 한 것이 아닌 한 시간동안을 기준으로 한 강우 및 강설강도를 기준으로 했음을 유의 바란다.
- 신호교차로의 영향 등 다양한 2차로도로 조건에 대한 서비스수준 분석이 가능하도록 연속류와 단속류 특성이 혼재된 2차로도로를 포함한 유형의 재구분, 총지체율(운전자가 희망하는 속도를 기준으로 지체하는 비율) 혹은 평균 통행속도와 교통량 관계 곡선 재정립, 서비스수준 분석 방법론 등을 폭 넓게 개정하였다.
- 유효녹색시간의 산정이 완료되고 난 이후, 용량과 지체의 산정은 신호교차로 방법론을 따르도록 하고 있으며, 다이아몬드형 IC를 이용하는 기종점 이동류의 서비스 수준은 두 개의 교차로를 통과하는 교통류와 한 개의 교차로를 통과하는 교통류가 혼재한다는 점을 감안, 기존 신호교차로 서비스 수준 기준의 1.5배를 기준으로(USHCM과 논리가 동일) 설정하고 판단하도록 하였다.
- 이 대표 트럭의 성능을 토대로 트럭 성능곡선을 재정립하였다. 기존 트럭 성능곡선과 본 연구 결과를 비교해보면, 오르막 경사에서 기존 4% 곡선과 개정된 5% 곡선의 감속경향이 유사한 것으로 나타났다.
- 이 부분 연구 종료시점이 2011년 말이었고 현대식 회전교차로의 본격적인 설치, 보급이 2010년 이후로 시작된 이유로 유효한 현장자료의 충분한 확보가 현실적으로 어려웠기 때문에 해석적 모형 기반의 용량분석 모형을 정립하고 임계간격을 위시한 주요 매개변수에 국내 특성을 반영하도록 현장조사를 통하거나 필요한 경우 미시 시뮬레이션 분석으로 값을 도출하였다.
- 다양한 효과척도를 반영하기 위해 총지체율 이 외에 평균 통행속도를 운영효과 척도로 추가하였다. 이를 위해 총지체율-교통량, 속도-교통량 관계곡선을 각각 재정립하였다.
- 이후 과정은 표준화된 신호교차로 분석방법론과 동일한데, 마찬가지로 중앙버스전용차로의 용량과 서비스수준이 구해지면, 이를 다른 일반 차로군과 종합하여 한 접근로에 대한 서비스수준을 구하고, 다시 교차로 전체의 서비스수준으로 확대할 수 있도록 하였다. 말할 것도 없이 서비스수준 판정을 위한 경계값은 신호교차로의 그것과 동일하다.
- 재정립된 총지체율-교통량 관계곡선은 대향 교통량 수준별 진행방향 교통량 수준에 따른 총지체율 영향 정도를 기존에 비해 더 세분화 시켰으며, 단순한 자유속도 조건에서 다양한 자유속도별로 교통량 수준에 따른 평균 속도 추이를 개정연구에서 제시하였다.
- 종래의 중차량 성능곡선은 미국의 트럭 성능곡선을 따라 도로의 구조·시설기준과 도로용량편람에 제시된 것인 바, 최근 국내 대표 중차량(트럭)의 성능을 조사 분석하여 오르막/내리막 성능곡선을 제시하였다.
- 참고로 장기공사처럼 선형에는 변화가 있으나 본선 차로 수는 그대로 유지되는 공사의 경우는 해당되지 않는다는 것에 유념하여야 하며, 아래 공식에 따라 기본용량을 차로 폭과 중차량 비율에 따라 추가 보정하여 용량 값을 결정하도록 하였다.
- 특수상황을 그림 7과 같이 구체적으로 세분하였는데 전술한 대로 크게 공사구간과 악천후(기상조건)으로 대분하고, 이어 단속류 구간과 연속류 구간으로 구분한 다음, 단속류 그룹인 경우에는 구체 적인 공사의 위치에 따른 분류나 설계속도 수준에 따라 최종적으로 구분을 마무리 하게 하고, 연속류인 경우에는 강우, 강설의 영향을 정리하였다. 특히 고속도로 경우에 주야에 따른 시설 용량의 변화가 적지 않게 나타남에 따라 어둠(darkness)과 관련한 보정치를 계수화 하였다.
- 특수상황을 그림 7과 같이 구체적으로 세분하였는데 전술한 대로 크게 공사구간과 악천후(기상조건)으로 대분하고, 이어 단속류 구간과 연속류 구간으로 구분한 다음, 단속류 그룹인 경우에는 구체 적인 공사의 위치에 따른 분류나 설계속도 수준에 따라 최종적으로 구분을 마무리 하게 하고, 연속류인 경우에는 강우, 강설의 영향을 정리하였다. 특히 고속도로 경우에 주야에 따른 시설 용량의 변화가 적지 않게 나타남에 따라 어둠(darkness)과 관련한 보정치를 계수화 하였다.
데이터처리
- 특히 국내 회전교차로 용량분석 모형을 기준으로 상충교통량에 따라 진입용량을 분석한 결과 진입차로 영향계수(nc)는 1.7로 산출되었으며, 횡단 보행자수에 대한 영향은 시뮬레이션으로 분석하여 계수를 도출하였다.
이론/모형
- 먼저 용량분석 모형과 관련해서는 미국의 그것 보다 독일 모형(HBS2001/2005)을 기반으로 회전교차로 용량분석 모형을 정립하였다.
성능/효과
- 이 대표 트럭의 성능을 토대로 트럭 성능곡선을 재정립하였다. 기존 트럭 성능곡선과 본 연구 결과를 비교해보면, 오르막 경사에서 기존 4% 곡선과 개정된 5% 곡선의 감속경향이 유사한 것으로 나타났다. 또한 복합경사 3.
- 종래의 중차량 성능곡선은 미국의 트럭 성능곡선을 따라 도로의 구조·시설기준과 도로용량편람에 제시된 것인 바, 최근 국내 대표 중차량(트럭)의 성능을 조사 분석하여 오르막/내리막 성능곡선을 제시하였다. 도출된 국내 대표트럭(전체 트럭 중 누적 85백분위 차량의 총중량/엔진성능 값)의 총중량/엔진성능은 120kg/kw(≒200lb/hp)에서 100kg/kw(≒170lb/hp)로 약 15% 향상된 것으로 나타났다.
- 다차로도로의 유형 구분 조건과 도시 및 교외간 선도로의 구분 조건이 중첩되는 점을 고려하여 유형을 재구분하였다. 또, 다차로도로 유형에 다른 서비스수준 분석방법론과 분석 대상 구간 분할 방법을 재정립하여 그 적용성을 증대시켰다.
- 기존 트럭 성능곡선과 본 연구 결과를 비교해보면, 오르막 경사에서 기존 4% 곡선과 개정된 5% 곡선의 감속경향이 유사한 것으로 나타났다. 또한 복합경사 3.2%, 2.5km 구간에서 오르막차로 설치 길이는 약 60% 감소하는 것으로 분석되었다.
- 표 4에서 일방향 교통량이 1,000대/시일 때 2+1차로도로를 도입할 경우 총지체율은 32%, 평균 통행속도는 8% 정도 개선됨을 보여준다.
후속연구
- 향후 연구에서는 산출되는 용량 값과 MOE 결과 값에 대한 bench-mark 테스트를 대대적으로 수행하고, 여러 보정계수나 매개변수의 유용성을 넘어 시설별 분석 절차와 방법 론의 재조명을 통해 개량과 고도화에 집중해야 할것이다. 동시에 평가대상 시설의 확장과 통합분석 방법론의 개발도 늦추지 않아야 할 것이다.
- 또 많은 용량의 관측과 산정이 밝은 주간 상황을 기준으로 이루어지고 있으나 동절기와 주변의 한 두달 동안은 본격적인 첨두시간이 어둠이 걷히기 전이나 어둠이 내리고 난 이후에 발생한다. 이와 같은 점들을 고려하면 도로의 계획과 설계, 도로의 운영과 관리에 가장 핵심적인 용량의 산정에 있어 더 세심한 접근이 필요하고 이 부문을 다룬 편람의 내용이 관련 전문가와 정책입안자들 사이에서 도로용량의 엄밀하고 다양한 산정에 관한 전향적인 인식을 끌어낼 것으로 기대해 마지않는다.
- 2013년 편람 연구에서 다루지 못하고 남은 2001년 편람 부분의 방법론과 분석절차에는 사실상 그대로 실려 있다. 향후 연구에서는 산출되는 용량 값과 MOE 결과 값에 대한 bench-mark 테스트를 대대적으로 수행하고, 여러 보정계수나 매개변수의 유용성을 넘어 시설별 분석 절차와 방법 론의 재조명을 통해 개량과 고도화에 집중해야 할것이다. 동시에 평가대상 시설의 확장과 통합분석 방법론의 개발도 늦추지 않아야 할 것이다.
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