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문제 정의
- 본 고에서는 산악철도 시스템을 소개하고, 시스템 제작부터 차량 시운전에 이르는 전반적인 산악철도 시스템 구축 사례를 소개하고자 한다.
- 본 노선의 목적은 승객 수송뿐만 아니라 승객이 탑승할 레일바이크 견인에 있다. 이러한 목적을 만족하기 위하여 산악철도와 레일바이크간 연결과 해체를 단계별로 고려하고, 단계별 소요시간을 산정하여 철도운영계획을 수립하였다.
제안 방법
- 권양기의 동력을 전달하는 와이어로프는 안전율을 고려하여 32mm 로프를 설치하였고, 차량과의 안전한 연결을 위하여 차량 1편성당 2개소의 클램프로 와이어로프에체결 하였다.
- 기계 설비 설치는 공장에서 제작된 설비를 반입하여 와인더 설치▶동력설비 설치▶제동설비 설치▶덴셔너 설치▶풀리 설치의 단계로 진행되었으며, 해외 제작사에서 기술자를 파견하여 한국 기술자와 협력하여 기계 설비를 설치 하였다.
- 기계 설비의 정밀한 위치를 확보하기 위하여 정밀 측량으로 위치를 확인한 후 설치하였으며, ±1mm의 오차한계를 적용하여 설비의 안정성을 확보하였다.
- 전체 노선은 경제성을 감안하여 단선과 복선을 혼합하여 구성되어 있으며, 열차 교행이 가능한 복선 구간은 차량 및 레일바이크 통과시간, 선로전환기 작동시간을 고려한 최소요구길이를 적용하여 경제성을 확보하였다. 또한 승차감 확보를 위하여 곡선 구간을 최소화 하였으며, 분기 구간 양쪽에는 동력을 전달하는 와이어로프와의 간섭을 고려하여 특수 분기기를 제작 설치하였다(그림 4).
- 설계최고 속도는 5m/s이며 최소곡선반경 30m 통과가 가능하다. 또한, 경사지에서 운행되는 특성을 고려하여 승객이 객차 내에서 이동 가능한 계단식 구조를 적용하였다.
- 설비 제작 시 제작사, 시공사, 발주사 책임자들의 입회하에 육안검사, 조립검사, 가공 및 도장상태 검사 등을 통하여 품질 확보에 만전을 기하였다. 또한, 선행공정인 구조물 공사시 지속적인 인터페이스 관리를 통하여 간섭 사항을 확인하였다.
- 또한, 자동 제어 제동장치를 적용하여 차량의 안전상태,선로전환기 개폐 상태, 차량과의 무선 통신 상태 등을 지속적으로 확인하고 이상 시 비상브레이크를 자동으로 작동하게 하여 차량 운행 안전성을 확보하였다.
- 로프 설치시 로프 자중으로 인한 운반상의 문제를 극복하기 위해 가이드로프(ф10mm)를 먼저 설치한 후 가이드로프와 메인로프를 연결하고 운전시스템을 저속 가동하여 와이어로프를 포설하였다. 와이어로프 설치 전 구조물과의 간섭 사항을 사전 확인하였으며, 차량 운행중 발생 가능한 로프 변형 등을 감지할 수 있는 센서를 설치하여로프 안전성을 확보하였다.
- 제작공장에서는 와인더, 모터, 텐셔너, 차량 등이 순차적으로 제작 되었으며, 현장 반입전 공장에서 시스템을가조립하여 시험 운전을 실행하였다. 설비 제작 시 제작사, 시공사, 발주사 책임자들의 입회하에 육안검사, 조립검사, 가공 및 도장상태 검사 등을 통하여 품질 확보에 만전을 기하였다. 또한, 선행공정인 구조물 공사시 지속적인 인터페이스 관리를 통하여 간섭 사항을 확인하였다.
- 시공중 기계 설비의 중량으로 인한 낙하 사고 방지를 위하여 크레인 운전상태, 인양 로프 등 사용 장비 및 공구를 상시 점검하여 안전사고를 예방하였다.
- 시스템 설치공사는 제작장에서 시험이 완료된 각 설비를 현장에 반입한 후 기계설비 설치▶제어설비 설치▶와이어로프 설치▶신호/통신설비 설치▶차량 설치▶소프트웨어 설치▶시운전의 단계로 진행되었다(표 1).
- 시운전중 로프 신장으로 인한 차량의 위치 변동과 교통약자를 위한 정거장 정위치 정차를 고려하여 차량과 와이어로프 체결위치를 결정하였다. 이후 충분한 시운전을 통하여 열차 운행의 안정성을 확보하였으며, 2014년 10월 교통안전공단의 승인을 득하였다.
- 안전성 향상을 위하여 차량의 대차에도 별도의 제동 장치를 탑재하고, 설계 속도 20% 초과시 자동으로 작동되도록하여 운전시스템을 계획하였다(그림 7).
- 이후 충분한 시운전을 통하여 열차 운행의 안정성을 확보하였으며, 2014년 10월 교통안전공단의 승인을 득하였다. 열차 시운전 기간 중 분야별, 직급별 운영자 교육을 실시하였으며, 원격접속서비스 시스템을 구축하여 현장에서 문제가 발생할 경우 상시점검이 가능도록 하였다.
- 와이어로프 절단면 연결을 위한 스플라이싱은 해외 스플라이싱 전문기술자가 파견되어 직접 수행하였고, 로프연결부 안전성 확보를 위하여 38m 이상을 중첩하여 연결하였다(그림 12).
- 운전자의 조작오류에 의한 사고 방지를 위하여 본선에 자기신호장치를 설치하여 선로전환기의 자동 개폐 및 열차의 자동 가감속을 제어하는 시스템을 구축하였다. 또한, 비상시 시스템 자동정지 장치 및 운영요원 간 사용 가능한 무선 통신 설비를 설치하여 열차 운행의 안전성을 확보하였다.
- 산악철도 시스템은 운전실의 운전자가 열차 운행 및 설비 작동 등 모든 상황에 대한 정보를 가지고 열차를 조작하는 원격제어 시스템이 적용되었다. 원격제어시스템 구축을 위하여 PLC 판넬과 초고속 신호설비, 무선 통신설비 등을 설치하였다.
- 본 노선의 목적은 승객 수송뿐만 아니라 승객이 탑승할 레일바이크 견인에 있다. 이러한 목적을 만족하기 위하여 산악철도와 레일바이크간 연결과 해체를 단계별로 고려하고, 단계별 소요시간을 산정하여 철도운영계획을 수립하였다.
- 산악철도의 급경사지 운행으로 운전원은 승객 승·하차 및 운행상황의 육안 확인이 불가능하며, 비상시 신속대응에 어려움이 따른다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 설비 상태, 차량의 운행 상태 등 모든 상황을 확인 가능한 모니터링 시스템을 설치하여 운전자가 안전하게 조작할 수 있도록 하였다.
- 자재의 하차, 이동, 설치 등은 설치공사를 사전에 고려하여 설치한 호이스트크레인을 이용하였으며, 기계설비의 수평지지력 확보를 위하여 앵커를 설치하고 무수축 모르타르를 타설하였다. 기계 설비의 정밀한 위치를 확보하기 위하여 정밀 측량으로 위치를 확인한 후 설치하였으며, ±1mm의 오차한계를 적용하여 설비의 안정성을 확보하였다.
- 전체 노선은 경제성을 감안하여 단선과 복선을 혼합하여 구성되어 있으며, 열차 교행이 가능한 복선 구간은 차량 및 레일바이크 통과시간, 선로전환기 작동시간을 고려한 최소요구길이를 적용하여 경제성을 확보하였다. 또한 승차감 확보를 위하여 곡선 구간을 최소화 하였으며, 분기 구간 양쪽에는 동력을 전달하는 와이어로프와의 간섭을 고려하여 특수 분기기를 제작 설치하였다(그림 4).
- 차량 인입 후 와이어로프를 체결하고 시운전을 수행하였으며, 저속 수동운전▶차량 제어설비 점검▶로직 테스트▶차량 위치 조정▶하중테스트▶제동장치 시험▶레일바이크 견인▶상업시운전의 단계로 진행하였다. 최초 저속 수동운전을 통하여 차량과 구조물의 간섭사항, 제어설비 설치 상태, 운행 프로그램 등을 확인하였다.
- 차량 파손 방지를 위해 별도의 인양 장비를 제작하고,하중 및 운반거리 등을 고려하여 100t급 크레인을 이용하여 궤도에 인입하였다.
- 차량 인입 후 와이어로프를 체결하고 시운전을 수행하였으며, 저속 수동운전▶차량 제어설비 점검▶로직 테스트▶차량 위치 조정▶하중테스트▶제동장치 시험▶레일바이크 견인▶상업시운전의 단계로 진행하였다. 최초 저속 수동운전을 통하여 차량과 구조물의 간섭사항, 제어설비 설치 상태, 운행 프로그램 등을 확인하였다.
대상 데이터
- 산악철도 차량은 2량 1편성이며, 최대 70명의 승객이 탑승할 수 있다. 차량 규격은 길이 7.
- 차량 규격은 길이 7.9m, 폭 2.3m, 높이 2.95m로 공차기준으로 무게는 12ton이다(그림 5).
- 총연장은 930m이고, 종단경사는 15.6°이며, 하부정거장과 상부정거장의 표고차는 205m이다.
- 산악철도 건설사업은 폐광지역을 국민 여가공간으로 개발하기 위한 철도테마공원 조성사업의 일환으로진행되었다. 해당 노선은 강원도 삼척시 도계읍 소재000리조트 내에 설치되는 노선으로, 총 공사기간은 30개월(2012년 5월~2014년 10월)이 소요되었으며, 포스코엔지니어링이 산악철도 시스템 설계, 제작, 시공을 수행하였다. 총연장은 930m이고, 종단경사는 15.
성능/효과
- 운전자의 조작오류에 의한 사고 방지를 위하여 본선에 자기신호장치를 설치하여 선로전환기의 자동 개폐 및 열차의 자동 가감속을 제어하는 시스템을 구축하였다. 또한, 비상시 시스템 자동정지 장치 및 운영요원 간 사용 가능한 무선 통신 설비를 설치하여 열차 운행의 안전성을 확보하였다.
- 로프 설치시 로프 자중으로 인한 운반상의 문제를 극복하기 위해 가이드로프(ф10mm)를 먼저 설치한 후 가이드로프와 메인로프를 연결하고 운전시스템을 저속 가동하여 와이어로프를 포설하였다. 와이어로프 설치 전 구조물과의 간섭 사항을 사전 확인하였으며, 차량 운행중 발생 가능한 로프 변형 등을 감지할 수 있는 센서를 설치하여로프 안전성을 확보하였다.
후속연구
- 다만, 산악철도 시스템의 국산화 초기단계로서 상세설계를 위해서는 해외기술자의 협력이 필요하므로 시스템을 이해하기 위한 노력과 더불어 우리나라와는 정서가 다른 해외기술자들과의 협업을 고려하여 공정계획을 수립하고 계약관리 등에도 만전을 기하여야 할 것으로 판단된다.
- 산악철도는 폭설, 결빙 및 바람 등 기후에 큰 영향을 받지 않고 운행이 가능하고, 건설비와 운영비가 기존 경전철 시스템에 비해 적으며, 관광지의 랜드마크 기능도 수행할 수 있는 장점이 있다. 따라서 관광산업의 중요도가 증가하고 있고 국토의 70%가 산지로 구성된 우리나라의 특성상 향후 활발하게 도입될 것으로 예상된다.
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