[논문]교통용량 개정에 따른 고속도로 공사구간의 서비스 수준에 대한 연구

류성우; 박권제; 한승환; 조윤호

doi:10.7855/ijhe.2014.16.3.109

교통용량 개정에 따른 고속도로 공사구간의 서비스 수준에 대한 연구
A Study on Level-of-Service Changes of Expressway in Accordance with the Revision of Traffic Capacity at Work-Zone 원문보기

한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering, v.16 no.3 = no.65, 2014년, pp.109 - 117

류성우 (한국도로공사 도로교통연구원 도로연구실) , 박권제 (한국도로공사 교통본부) , 한승환 (한국도로공사 도로교통연구원) , 조윤호 (중앙대학교 공과대학 사회기반시스템공학부)

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PURPOSES : This study analyzes the available working time at work-zone on the Expressway in accordance to the new capacity manual. METHODS : Sensitivity analysis on variables were conducted to calculate the adjusted capacity at work-zone based on previous researches. RESULTS : The main factors which affect available working time at the work-zone were its capacity, number of lanes, terrain and lane width. Other factors have minimal effect on the available working time. Based on the analysis, a calendar of lane closures was suggested. CONCLUSIONS : A series of studies concluded that the capacity at work-zone in the new capacity manual reduced to 76-82% of the existing manual. As such, the available working time decreased. Furthermore, the factors affecting the available working time needs to be considered when making a plan to rehabilitate the distressed pavement.

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문제 정의

이에 따라 국토해양부는 2013년에 개정한 도로용량편람에서 공사구간의 용량을 별도로 제시하였으며, 서비스수준(LOS : Level of Service)도 기존과 차이가 발생하였다. 본 논문에서는 공사구간의 도로용량 정의에 따른 서비스수준 변화와 영향인자에 대한 분석을 통해, 유지보수 공사의 작업가능 시간과 유지보수 공법 선정에 관하여 연구하였다.
앞서 살펴본 교통차단에 따른 서비스수준 “E” 이상의 작업가능한 시간을 분석하였다. 본 연구에는 다양한 변수들 중 기본용량, 차로수 및 교통제한차로수, 교통량, 측방여유폭, 차로폭, 지형, 설계속도의 영향을 살펴보았다. 각 변수별로 분석에 적용한 값은 Table 8과 같다.
이 Calendar를 통해서 공사를 계획하고 진행하는 관계자들이 적절한 보수공법 및 교통처리계획을 수립할 수 있을 것이다. 추가적으로 국내 전국 고속도로 네트워크 상에서 한차로 차단 시 서비스수준 변화를 나타낼 수 있는 도표를 제시하였다.

가설 설정

하지만 2001년에 개정하여 2012년까지 사용한 도로용량편람에서는 고속도로 공사구간에 대한 용량 규정이 없었다. 때문에 이와 관련된 분석, 비용산정, 교통차단정책 등은 공사구간이 아닌 일반구간의 용량과 동일하게 가정하여 수행되었다. 이에 따라 국토해양부는 2013년에 개정한 도로용량편람에서 공사구간의 용량을 별도로 제시하였으며, 서비스수준(LOS : Level of Service)도 기존과 차이가 발생하였다.
도로용량편람에서는 지형을 크게 일반지형과 특정경사구간(구간 종단경사 3% 이상, 경사 길이 500m 이상)으로 구분하였다. 하지만 본 연구에서는 교통량을 IC 와 IC 사이에서의 결과를 검토하기 때문에 지형조건을 일반지형만으로 가정하여 Table 4 및 Table 5에서와 같이 승용차 환산계수 값을 선정한다.

제안 방법

2013년도에 개정된 도로용량편람의 공사구간 용량 및 국내 고속도로 45개소의 교통량을 근거로 공사구간 발생 시 도로의 용량변화 및 공사 작업가능시간을 검토하였다.
3) 통행제한구간의 첨두시간 서비스수준 “E” 초과 구간에서 24시간 이상 주야간 계속해서 통행을 제한할 경우, 교통영향 검토 후 시행하도록 하였다.
교통제한에 따른 서비스수준의 변화를 검토하기 위해서 한국도로공사에서 발간한 “2012 고속도로교통량”의 데이터를 활용하여 478개의 IC와 IC 구간의 교통량을 검토하였다(한국도로공사, 2013). 478개 구간에서 양방향 8, 6, 4차로에 따라 AADT의 순위를 나열하여 AADT를 대, 중, 소로 구분하였고, 각 해당 카테고리마다 5개의 구간을 선정하였다. Table 7은 선정된 45개 구간을 나타낸 표이다.
고속도로의 설계속도에 따라 공사구간의 교통용량을검토하였다. Table 2에서와 같이 설계속도는 80, 100, 120kph에 따라 교통용량이 각각 1,650, 1,700, 1,750 pcphpl로 변화한다.
이는 도로용량편람에서 제시한 각 항목별 보정계수들이 차이를 나타내기 때문이다. 공사구간의 도로용량에 따란 국내 고속도로에서 작업가능한 차로수와 시간대를 각 요일별로 제시한 교통제한 Calendar를 제시하였다. 이 Calendar를 통해서 공사를 계획하고 진행하는 관계자들이 적절한 보수공법 및 교통처리계획을 수립할 수 있을 것이다.
Table 7은 선정된 45개 구간을 나타낸 표이다. 실제 분석은 동일구간이라도 상하행의 시간대별 교통량이 다르기 때문에 각 방향별로 검토하였다. 앞서 살펴본 교통차단에 따른 서비스수준 “E” 이상의 작업가능한 시간을 분석하였다.
여기서, 고속도로 공사구간의 용량은 교통제한 차로 및 시기에 따라 달라지게 된다. 실제 운행하는 교통량 데이터를 기반으로 각 시간대별로 교통제한을 몇차로까지 가능한지에 대해 요일별로 하나의 도표로 제시하였다. 이는 시간대별로 몇차로까지 차단할 수 있는지 알 수 있어 보수공법 및 교통차단방법을 결정하는 자료로 활용할 수 있을 것이다.
앞서 살펴본 교통차단에 따른 서비스수준 “E” 이상의 작업가능한 시간을 분석하였다.
앞서 Table 2에서 살펴본 바와 같이, 새롭게 개정된 공사구간의 용량은 기존대비 약 76%~82% 수준으로 나타났다. 이 기준에 준하여 실제 차량이 주행하는 도로에서의 작업시간을 검토하였으며, Fig. 1은 그 결과를 도시한 것이다. 그림에서 알 수 있듯이, 교통량이 많은 구간에서의 작업시간은 차이가 발생하였으나, 중교통량이나 저교통량 구간에서는 거의 차이가 없었으며, 작업 가능시간도 24시간 가능한 것으로 나타났다.
국내 교통여건 및 도로이용자들의 민원 등으로 인해 실제로 한방향의 차로를 모두 차단하는 경우가 없을 것으로 판단하였다. 이에 따라 편도 4, 3차로 구간의 경우에 대해 한차로 교통제한 시, 두차로 교통제한 시 작업 가능시간의 영향을 검토하였다. Fig.
주간상황 대비 야간상황의 임계교통량의 변화량을 살펴본 결과, 임계교통량의 감소율 및 야간보정계수(f_DK)는 Table 6과 같다. 하지만, 고속도로가 설치된 지역에 따라 달라질 수 있기 때문에 본 연구에서는 주간을 오전 7시부터 오후 7시까지로, 그 이외의 시간을 야간으로 일괄 구분하였다.

대상 데이터

교통제한에 따른 서비스수준의 변화를 검토하기 위해서 한국도로공사에서 발간한 “2012 고속도로교통량”의 데이터를 활용하여 478개의 IC와 IC 구간의 교통량을 검토하였다(한국도로공사, 2013).

성능/효과

1) 본선통행제한 시 축소된 차로수를 기준으로 통행제한시간 동안의 첨두시 공사구간의 서비스수준을 당초 “D~F” 인 경우에서 서비스수준 “E” 초과인 경우로 변경하였다.
2) 서비스수준 “A~E”에 해당하는 시간대가 통행제한 필요시간보다 적은 경우에는 서비스수준 저하가 최소화되는 시간대를 선정하여 통행제한을 시행하도록 하였다.
3) 중차량 보정계수, 차로폭 및 측방여유폭 보정계수 및 주야간 보정계수를 곱하여 한 차로당 수정된 공사구간의 용량을 산출한다.
2는 그 결과를 도시한 것이다. 교통량과 작업가능시간을 검토해보면, 한차로보다 두차로 교통제한한 경우의 작업가능시간이 매우 짧은 것으로 나타났다. 한차로 교통제한의 경우는 교통량이 많은 그룹 8-H, 6-H에서 작업시간이 감소하였으나, 그 외에는 거의 24시간 작업이 가능하였다.
차로폭이 좁아질수록 작업가능시간은 점점 줄어들었으며, 그 차이는 유효한 것으로 나타났다. 교통량이 많을수록 차로폭에 따른 영향이 더 큰 것으로 나타났으며, 8차로 도로의 경우에 있어 3.50m에 비해 2.75m인 경우의 작업가능시간이 각각 5시간, 3시간, 1시간 차이를 보였다. 하지만 6차로 및 4차로의 경우는 8차로에 비해 상대적으로 차로폭의 영향이 크지 않았다.
그림에서 알 수 있듯이, 교통량이 많은 구간에서의 작업시간은 차이가 발생하였으나, 중교통량이나 저교통량 구간에서는 거의 차이가 없었으며, 작업 가능시간도 24시간 가능한 것으로 나타났다. 그룹 8-H 도로의 경우는 기존용량의 경우는 22시간의 작업가능 시간이 예상되었으나, 새로운 기준을 적용할 경우 8시간이 줄어든 14시간의 작업가능시간이 나타났다. 그룹 6-H와 그룹 4-H 의 경우도 기존용량의 경우는 각각14, 10 시간동안 작업가능한 것으로 판단되었으나, 새로운 기준적용 시 9시간과 8시간으로 감소하였다.
뿐만 아니라 그룹 8-M, 6-M에서의 작업시간도 14시간과 13시간만이 가능하였으며, 한차로 교통통제 시의 절반수준에 미치는 것으로 나타났다. 그리고 동일차로수의 고속국도에서 교통량이 많을수록 작업가능시간은 줄어들는 경향이 나타났다. 그만큼 교통량이 많은 구간일수록 교통제한 차로수에 따른 도로 용량 축소로 인해 교통흐름이 영향을 많이 받는다는 것이다.
1은 그 결과를 도시한 것이다. 그림에서 알 수 있듯이, 교통량이 많은 구간에서의 작업시간은 차이가 발생하였으나, 중교통량이나 저교통량 구간에서는 거의 차이가 없었으며, 작업 가능시간도 24시간 가능한 것으로 나타났다. 그룹 8-H 도로의 경우는 기존용량의 경우는 22시간의 작업가능 시간이 예상되었으나, 새로운 기준을 적용할 경우 8시간이 줄어든 14시간의 작업가능시간이 나타났다.
하지만 두차로를 교통제한한 경우에는 그룹 8-H, 6-H에서는 작업시간이 한차로 교통통제 대비 각각 6시간과 3시간씩 감소하였다. 뿐만 아니라 그룹 8-M, 6-M에서의 작업시간도 14시간과 13시간만이 가능하였으며, 한차로 교통통제 시의 절반수준에 미치는 것으로 나타났다. 그리고 동일차로수의 고속국도에서 교통량이 많을수록 작업가능시간은 줄어들는 경향이 나타났다.
도로용량편람에서 고속도로 용량에 영향을 주는 인자들로는 차로수, 차로폭, 장애물까지 거리, 종단구배, 차종 구성비, 설계속도, 주야간 등이 있다. 이에 대한 분석 결과, 공사구간의 용량, 차로수와 종단구배가 가장 큰 영향을 미쳤으며, 다음으로 차로폭이었으며, 기타 인자들의 영향은 상대적으로 미미하였다. 이는 도로용량편람에서 제시한 각 항목별 보정계수들이 차이를 나타내기 때문이다.
이 편람에서는 고속도로 공사구간의 기본 용량을 설계속도에 따라 Table 2와 같이 제시하였다. 제시된 공사구간의 기본용량은 모든 차로감소유형(차로차단방식)에 대해 동일하게 적용되는 값이며, 설계속도가 증가함에 따라 약간 증가한다.
25m 단위로 분석한 결과를 도시한 것이다. 차로폭이 좁아질수록 작업가능시간은 점점 줄어들었으며, 그 차이는 유효한 것으로 나타났다. 교통량이 많을수록 차로폭에 따른 영향이 더 큰 것으로 나타났으며, 8차로 도로의 경우에 있어 3.
5m단위로 나눠 교통제한 시 작업가능시간을 분석한 결과이다. 측방여유폭이 좁아질수록 작업가능시간은 점점 줄어들었으나, 측방여유폭으로 인한 작업가능시간 차이는 그리 크지 않았다. 그룹 8-H의 경우 측방여유폭이 1.

후속연구

향후 연구에서는 고속도로의 포장 유지보수에 직접 관계가 있는 실무자들에게 제공하여 사전에 작업가능 시간에 적합한 공법을 선정하고 교통제한 시 교통처리 방안을 수립할 수 있는 근거를 제시하도록 한다. 또한 실제 고속도로 공사구간에서의 용량분석을 통해 국토해양부에서 제시한 도로용량편람에서 고려하지 못한 영향 인자들을 고려하도록 해야 할 것이다.
실제 운행하는 교통량 데이터를 기반으로 각 시간대별로 교통제한을 몇차로까지 가능한지에 대해 요일별로 하나의 도표로 제시하였다. 이는 시간대별로 몇차로까지 차단할 수 있는지 알 수 있어 보수공법 및 교통차단방법을 결정하는 자료로 활용할 수 있을 것이다.
향후 연구에서는 고속도로의 포장 유지보수에 직접 관계가 있는 실무자들에게 제공하여 사전에 작업가능 시간에 적합한 공법을 선정하고 교통제한 시 교통처리 방안을 수립할 수 있는 근거를 제시하도록 한다. 또한 실제 고속도로 공사구간에서의 용량분석을 통해 국토해양부에서 제시한 도로용량편람에서 고려하지 못한 영향 인자들을 고려하도록 해야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 20여 년간 약 2배의 도로 연장이 증가한 이유는?	국가산업의 발달과 경제성장으로 인한 도로의 신설 및 확충에 대한 요구에 따라 최근 20여 년간 약 2배의 도로 연장이 증가하였다. 2013년 기준으로 국내 고속도로는 1,281km의 아스팔트 포장과 2,481km의 콘크리트 포장으로 시공되어 있으며, 계획된 동서 7축 및 남북 9축이 완료되는 2022년에는 4,446km에 달하는 고속도로가 건설될 것으로 예상하고 있다.
	도로의 용량이란?	2000년도 Highway Capacity Manual(HCM)에 따르면 “도로의 용량은 주어진 도로, 도로의 기하구조, 신호, 교통 및 환경조건 하에서 특정기간동안 도로의 한 지점이나 일정구간에서 지속적으로 보낼 수 있는 최대의 차량이나 사람들로 정의하며, 일반적으로 시간당 차량수, 시간당 승용차수, 시간당 사람수로 표현한다.” 라고 정의하고 있다(TRB, 2000).
	기존의 고속도로 포장보수가 가진 문제점은?	기존에는 고속도로 포장보수가 필요한 경우, 교통제한을 최소화하기 위해 혼잡시간대를 피해서 일시적 교통제한으로도 보수가 가능한 긴급보수나 단순 덧씌우기 위주의 공사를 수행해왔다. 하지만, 이 같은 보수방법은 내구성이 낮고, 품질관리가 힘들며, 잦은 보수공사와 교통제한으로 인한 고속도로 이용자들의 불만을 야기해왔다. 따라서, 한국도로공사에서는 고속도로 포장보수방법을 기존 일시적 교통제한을 통한 긴급보수방식에서 구간별 일정기간 교통차단 후 고내구성 재료를 적용하여 집중적으로 보수하는 방식으로 보수방법을 전환하겠다는 방침을 마련하였다.

참고문헌 (11)

Abrams, C. M. and J. J. Wang. Planning and Scheduling Work Zone Traffic Control. Report FHWA-IP-81-6, Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation, 1981.
Dixon, K., and J. Hummer. "Capacity and Delay in Major Freeway Construction Zones", Final Report for Research Project No. 23241-94-8. Center for Transportation Engineering Studies, Department of Civil Engineering, North Carolina State University, Raleigh, March 1996.
Jalil K., Praveen E., and Carlos S., "Analytical Methods for Deriving Work Zone Capacities from Field Data", American Society of Civil Engineers, 2012.
Kim, T., D. J. Lovell, and J. Paracha. A New Methodology to Estimate Capacity for Freeway Work Zones. Paper No. 01-0566, submitted to the Transportation Research Board Annual Meeting, 2001.
Korea Highway Corporation, "Criteria Change of Lane Closure by Modifying Road Capacity Manual (Draft)", internal Document of Traffic Management Division, 2013.
Korea Highway Corporation", Development of Roadmapto Improve Pavement Life on Expressway", 2013.
Maryland State Highway Administration, "Work Zones Lane Closures Anaysis Guidelines", 2006.
Maze, T., and A. Kamyab, "Work Zone Simulation Model", Center for Transportation and Education, Iowa State University, Ames, Iowa, 1999.
Memmott, and Dudek., "Queue and User Cost Evaluation of Work Zones (QUEWZ) in Transportation Research Record", Journal of the Transportation Research Board, No. 979, TRB, National Research Council, Washington, D.C., 1984. pp. 12-19.
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs", Road Capacity Manual", 2013.
Transportation Research Board, "Highway Capacity Manual", Washington D.C., 2000.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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