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도로부문 이산화탄소 배출량 추정 모델의 개발: 도로망, 건물규모, 건물용도의 공간배치를 중심으로
A development of CO2 emission estimation model based on the spatial configuration of street networks, building capacity and building usages 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.6, 2014년, pp.3879 - 3887  

김영욱 (세종대학교 건축학과) ,  김경용 (세종대학교 건축학과) ,  박훈태

초록
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국내 교통부문 온실가스 총배출량 중 자동차 연료소비에 의한 $CO_2$ 배출량은 가히 절대적인 비율을 차지하고 있는 것으로 파악된다. 본 연구는 자동차, 그 중에서도 특히 승용차의 주행거리에 영향을 미치는 도시구성요소로서 도로망의 형태 그리고 건물규모와 건물용도의 공간적 배치에 주목하고, 이들 변수를 통해 승용차의 주행거리 및 $CO_2$ 배출량을 간접 추정하는 모델을 제안한다. 모델의 개발은 연역적 방식에 의한 수리모델의 구성, 시뮬레이션을 통한 모델 행태의 평가, 그리고 국내 5개 중소도시를 대상으로 한 실제 사례분석을 통해 모델을 조정하는 순으로 진행된다. 연료소비량에 기반한 하향식, 총량적 추정방식과는 대조적으로, 본 연구에서 제안되는 모델은 상향식, 미시적 성격을 갖는 것으로서, 도시구성요소 및 인간활동의 공간적 배치를 다루는 도시계획 및 설계 분야에서 그 활용도가 특히 높을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a model to estimate the amount of $CO_2$ emitted by cars in cities. Based on the spatial configuration of street networks, building masses and usages, it first develops a deductive model to combine them in a way to account for $CO_2$ emission amount by cars....

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 도시의 물리적 구성요소들의 공간적 배치를 변수로 도로부문 차량 이동에 의해 발생하는 CO2 배출량을 추정하는 모델을 개발하는 목적을 가지고 진행되었다. 모델의 적용을 통해 확인된 결과를 요약하면 다음과 같다.
  • 본 연구는 이러한 ‘상향식’ 추정방식을 보완하고, 궁극적으로는 ‘하향식’ 추정방식과 매개될 수 있는 접점을 찾기 위한 목적을 가지고 진행되었다.
  • 본 절은 앞서 선택한 원주, 여주, 전주, 공주, 서산의 5개 도시에 대해 데이터 자료를 토대로 모델을 적용해보는 단계이다. 아래의 테이블은 각 사례 도시의 기본정보 및 본 연구의 모델에 의해 추정된 도시별 CO2 배출량 결과를 보여주고 있다.
  • 본 연구는 이러한 ‘상향식’ 추정방식을 보완하고, 궁극적으로는 ‘하향식’ 추정방식과 매개될 수 있는 접점을 찾기 위한 목적을 가지고 진행되었다. 하지만 차량 주행거리와 연비를 직접 관찰하는 방식이 아니라, 도로망 및 건물용도와 같은 미시적 도시구성요소들의 공간적 배치를 통해 주행거리와 도로부문 CO2 배출량을 간접 추정하는 수리 모델의 개발에 우선 초점을 맞추고자 하는데, 이는 차량 주행거리에 영향을 미치는 물리적 요소들의 구조적 관계를 파악함으로써 도시계획 및 설계 분야에서 직접적인 활용가치를 갖는 도구를 마련하기 위함임을 밝힌다.

가설 설정

  • 하지만, 본 시뮬레이션에서 건물의 높이는 도로망의 형태와 독립적이기 때문에, 건물의 고층화가 반드시 건물의 연면적 증가를 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 중심부의 가구 규모가 작은 경우 (높은 x), 중심부 건물의 현저한 고층화에도 불구하고 (높은 y) 중심부 고층 건물의 연면적은 주변부 저층 건물의 그것에 비해 작을 수 있다.
  • 본 절은 가상의 도시에 대해 모델의 행태를 시뮬레이션해보는 단계이다. 가상의 도시는 면적, 인구밀도, 건물 총연면적 (X + Q), 승용차 등록대수 (P), 총 주거연면적에 대한 총 비주거연면적의 비율(X:Q)은 상수로 고정되어 있으며, 다만 도로망, 건물 높이, 건물용도의 공간적 배치만 달라지는 것으로 가정된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 첫째 ‘도로망의 압축도(x)’로 압축도가 높을수록 도시 중심부의 가구 규모가 작고 조밀해진다고 상정한다(Fig.
  • 이는 전주와 같이 차량의 이동량이 많은 곳에서는, 단순한 왕복 이동이 아닌 차량 이용 양태에 일종의 양의 피드백 고리가 형성되어 있음을 함의하고 있다. 따라서 이동량과 CO2 배출량 사이에 단순한 선형적 관계를 가정한 본 연구 모델은 이러한 복잡성을 반영하지 못하고 있는 것으로 판단된다.
  • 셋째, ‘건물용도의 압축도(z)’로 압축도가 높을수록 도시 중심부의 비주거연면적 비율이 증가하는 경우이다. 시뮬레이션을 위해 총 비주거연면적은 전체 가용 연면적의 30%로 고정되어 있다고 가정 할 것이다. 이때 모든 건물들이 균일하게 30%의 비주거연면적을 갖는 경우를 최소의 압축(또는 최대의 분산) 상태로 상정하면[Fig 2], 이로부터 도시 중심부의 비주거연면적 비율이 증가 또는 주변부의 주거연면적 비율이 증가할수록 건물용도의 압축도가 높아진다고 말할 수 있다.
  • 좀 더 구체적으로 설명하면, 첫째 ‘도로망의 압축도(x)’로 압축도가 높을수록 도시 중심부의 가구 규모가 작고 조밀해진다고 상정한다(Fig. 1 참조).
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
교통부문 온실가스 추정방법은? 교통부문 온실가스 추정방법은 국제기준인 1996 IPCC 가이드라인 Tier 1 방법을 따르고 있는데, 이는 기본적으로 연료소비량에 연료별 IPCC 기본배출계수를 곱하여 산정하는 방식으로서, ‘하향식(top-down)’ 추정방법으로 분류되고 있다. 보고서에 따르면 교통부문 온실가스에는 CO2, CH4, N2O 등이 포함되지만, CO2가 전체 온실가스의 90% 이상을 차지하고 있는 것으로 파악되고 있다.
도시 중심부의 도로망이 주변부에 의해 상대적으로 조밀해지는 현상을 나타내기 어려운 문제에 대한 대안으로는 어떤 방법이 있나? 도로망 압축도는 흔히 단위 면적당 도로교차점의 개수로 측정이 되고는 하지만, 이런 방법으로는 도시 중심부의 도로망이 주변부에 의해 상대적으로 조밀해지는 현상을 나타내기 곤란한 문제가 있다. 그 대안으로 도로망의 ‘특성거리(characteristic distance)’라는 개념을 사용할 수 있는데, 이는 도로망 위의 한 점에서 다른 모든 점까지의 네트워크 거리를 평균하고, 각 점에 부여된 평균 거리의 평균을 다시 구한 값으로 정의된다[15]. 이를 해당 도시의 도로 총연장으로 나눠줌으로써 0에서 1사이의 값을 갖도록 표준화시킬 수 있는데, 기존 연구에 따르면 한 도시의 특성거리는 도시 중심부의 도로망이 조밀해질수록 줄어드는 경향이 있는 것으로 파악된다[14].
하향식 추정방식의 특징은? 상기한 ‘하향식’ 추정방식은 총량 규제를 목적으로 삼는 정책적 관점에서는 효율적일 수 있지만, 도시 인프라 및 공간구성요소들의 배치를 다루는 도시계획 및 설계 분야에서는 단지 간접적인 활용가치를 가질 수 있을 뿐이다. 따라서 이에 대응하여 개별 차량의 주행거리(VKT)와 같은 미시적 활동자료를 근거로 CO2 배출량을 추정하는 ‘상향식(bottom-up)’ 방식이 동시에 고려될 수 있다.
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참고문헌 (17)

  1. Republic of Korea Government, The 3rd National Report according to UNFCC (in Korean), 2011 

  2. Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, The Annual Report on the Green Gas Emission in the Transportation Sector of Korea, 2010 

  3. Korea Transportation Safety Authority, The Annual report on the Current State of Vehicle Distance Travelled in Korea, 2010 

  4. K.C. Nam, H.S. Kim, M.S. Son, "A study on the correlation between compact of population and transport energy: an approach of compact index", Journal of Korea Planners Associations, v43, n2, 155-168, 2008 

  5. S.H. Lee, "Space allocation simlator in early urban design stage to reduce carbon emissions: focused on the prediction of the travel distance using land use and transportation plan", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, v12, n11, 5321-5329, 2011 

  6. H.J. Yang, M.J. Choi, "Compact city and carbon emissions: an integrated approach of building, transport and greenfield", Journal of Korea Planners Associations, v46, n3, 281-292, 2011 

  7. H.T. Park, M.H. Kim, Y.O. Kim, "Beyond compact city: a spatial configuration model for carbon emission reduction", Proceedings of 9th Space Syntax Symposium, Sejong University Press, 2013 

  8. A. Sevtsuk, M. Mekonnen, "Urban network analysis toolbox." International Journal of Geomatics and Spatial Analysis, v22, n2, 287-305, 2012 

  9. H.B. Kim, J.K. Kim, "Calculating carbon dioxide emissions in the city and key sectors for low-carbon city", Journal of Korea Planners Associations, v45, n1, 35-48, 2010 

  10. Korea Energy Management Corporation, "Car $CO_2$ emssion"(http://bpms.kemco.or.kr/transport_2012/car/car_choice.aspx), Accessed 10 March 2014 

  11. A.S. Fotheringham, "Spatial structure and distance-decay parameters", Annals of the Association of American Geographers, v71, n3 425-436, 1981 

  12. C.H. Yi, B.H. Kim, S.I. Lee, Influence factors on transportation energy consumption of muniipality variation types by population and workers, Journal of Korea Planners Associations, v49, n1, 281-297, 2014 

  13. A. Siksna, "The effects of block size and form in North American and Austrian City Centres", Urban Morphology, v1, 19-33, 1997 

  14. B. Hillier, "Centrality as a process: accounting for attaraction inequalities in deformed grids", Urban Design International, v4, n3, 107-127, 1999 

  15. D. J. Watts, S. H. Strogatz, Collective dynamics of 'small world' network, Nature v393, 440, 1998 

  16. S.N. Kim, K.H. Lee, K.H. Ahn, "The effects of compact city characteristics on transportation energy consumption and air quality", Journal of Korea Planners Associations, v44, n2, 231-246, 2009 

  17. L. Li, D. Alderson, R. Tanaka, J.C. Doyle, W. Willinger, Towards a theory of scale-free graphs: definition, properties, and implications (extended version), Internet Mathematics, v2, n4, 431-523, 2005 

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