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문제 정의
- 최근 철도분야에서의 국·내외적 사고로 인해 안전에 대한 관심도가 높아짐에 따라 철도의 신호시스템에 최고 수준의 안전등급 SIL4를 요구하는 등 안전에 대한 요건이 강화되고 있다. 따라서 철도 시스템 체계에 대한 SIL4에 해당하는 안전도가 향상 될 수 있도록 안전성 반영에 초석이 되는 안전요소를 식별하고 그에 따른 안전 요건을 제안하였다. 이는 철도안전법 및 국도교통부 철도비상상황 수립계획에서는 사고유형, 위치, 대상을 중심으로 생성되었다.
- 국내와 유렵 사례의 분석을 통해 과다하게 설계되거나 시공되지 않도록 고가 콘크리트 궤도기준을 분석하였다. 본 연구결과에서는 해외의 철도설계기준을 국내에 적용하기 위한 주요 요소에 대하여 분석한 바 있다.
- 본 연구는 정류장의 필수 물리적인 구성품을 도출하고, 실제 상세설계를 통한 검증을 목표로 한다. 이러한 목표를 달성하기 위한 연구수행절차는 다음의 Fig.
- 본 연구에서는 경전철 도입에 과다한 비용이 투입되는 현실을 분석하고, 역사 설계 및 건설에 있어 이러한 문제를 해결하기 위하여 정거장 설계지침의 설계 기본방향을 재정립하고, 기존 요구사항의 보완을 통하여 경전철 정류장 개념을 도입하는 방안에 관하여 연구하였다. 이를 위하여 그간의 연구자료를 조사하여 최대한 반영하도록 하였으며, QFD를 활용하여 보다 정교한 결과가 나오도록 하였다.
- 본 연구에서는 정류장 개념 도입에 따른 설계요소 도출 및 관련 요구사항을 생성하기 위한 접근적 방안을 제시하였다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
제안 방법
- 3.2절에서 도출된 요구사항은 3.4절에서 제시된 활동을 통해 요구사항 우선순위 및 정거장 구성요건 분석을 수행하였다. 즉 ‘5.
- 그 특징으로는 지하 단층으로 구성되어있고, 대합실과 승강장을 통합하여 설계하였다. 각 경전철시스템의 차량/신호/통신/전력시스템이 동일하여 기능실 크기는 동일한 것으로 하였고, 단순 승하차만 수행하는 일반역사를 기준으로 하여, 현행 규정을 적용한 설계도와 정류장 개념을 적용한 설계도를 각각 상대식에 대하여 설계하였다. 상기와 같이, 서로 같은 기준으로 설계하여 결과물을 비교하였다.
- 또 다른 선행연구[5]에서는 4개의 경전철의 고가구조물 설계현황을 비교·분석하였다. 국내와 유렵 사례의 분석을 통해 과다하게 설계되거나 시공되지 않도록 고가 콘크리트 궤도기준을 분석하였다. 본 연구결과에서는 해외의 철도설계기준을 국내에 적용하기 위한 주요 요소에 대하여 분석한 바 있다.
- 이를 위하여 그간의 연구자료를 조사하여 최대한 반영하도록 하였으며, QFD를 활용하여 보다 정교한 결과가 나오도록 하였다. 그 결과에 따라 현행 규정과 정류장 컨셉에 따른 설계도면을 작성하여 비교 분석하였다. 그 결과 기존 규정에 비하여 약27%정도 슬림화된 경전철 역사를 설계 및 건설할 수 있는 도면을 도출할 수 있었다.
- 그 다음은 정거장 요구사항에 따라 역사 구성요소에 대한 QFD를 수행하였다. 그 결과로 관계 중요도가 도출되었다.
- 본 역사는 지하 1층으로 이루어진 저심도 경전철시스템 기준의 역사로 설계되었다. 그 특징으로는 지하 단층으로 구성되어있고, 대합실과 승강장을 통합하여 설계하였다. 각 경전철시스템의 차량/신호/통신/전력시스템이 동일하여 기능실 크기는 동일한 것으로 하였고, 단순 승하차만 수행하는 일반역사를 기준으로 하여, 현행 규정을 적용한 설계도와 정류장 개념을 적용한 설계도를 각각 상대식에 대하여 설계하였다.
- 기존 연구자료는 기존의 철도전문가들이 수행했던 연구보고서와 논문들을 위주로 검토하였다. 그리고 요구에 따라 정거장 설계지침에서 제시된 설계방향을 개정하고 보완된 요구사항을 도출하였다. 설계방향에 따라 보완된 요구사항의 우선순위를 도출하고 이 우선순위에 따라 정류장 구성개념을 도출하였다.
- 기존 설계방향의 개정을 위하여 기존의 연구결과를 활용하였다. 경전철 역사설계 기준연구 용역 최종보고서 (2010.
- 본 연구의 수행을 위하여 1차적으로 기존 연구자료의 정리를 통하여 요구(Needs)를 조사한다. 기존 연구자료는 기존의 철도전문가들이 수행했던 연구보고서와 논문들을 위주로 검토하였다. 그리고 요구에 따라 정거장 설계지침에서 제시된 설계방향을 개정하고 보완된 요구사항을 도출하였다.
- 본 프로세스에 따르면 고객의 요구(Needs)와 목표 등이 시스템에 입력되면, 요구사항(Requirement)으로의 분석과정을 거쳐 기능적 특성과 물리적 특성에 할당되는 모습을 보이고 있다. 따라서 본 연구에서도 이러한 프로세스에 따라 정거장 설계지침에서 제시된 요구사항 (Requirement)과 문헌조사로부터 도출된 요구(needs)로부터 Table 3과 같이 요구사항 집합을 도출해 내었다. 요구사항의 구분은 기존 기능성, 편리성, 심미성에서 안전성과 경제성이 추가되어 총 5가지의 항목을 갖추게 되었고, 일부 중복된 부분의 조정, 명확한 표현을 갖추는 작업을 통해 각 세부적인 요구사항이 보완되었다.
- 본 연구에서 다루려는 ‘정류장’ 개념은 오늘날 도로 교통 분야에서 널리 이용되고 있지만, 도시철도관점에서 ‘정류장’에서의 개념은 정립 및 도입되지 않았다[9],[10]. 따라서, 본 연구에서는 도입하려고 하는 새로운 개념에 대한 정의 및 필수 요소를 시스템공학 설계 프로세스에 의해 분석 및 도출 하였다. 또한, 이러한 결과가 설계에 반영될 수 있도록 접근적 방안을 제시하여 실질적 도입에 대한 적용이 가능하도록 하였다.
- 이는 철도안전법 및 국도교통부 철도비상상황 수립계획에서는 사고유형, 위치, 대상을 중심으로 생성되었다. 따라서, 안전성, 편의성 반영도 이러한 관점에서 최상위 요구(Needs)를 분석하여 식별하였다. 따라서, 추가된 상기의 설계방향을 포함하여 개정하는 것은 반드시 필요한 일이다.
- 또한 요구사항이 다른 요구사항에 미치는 영향을 검토하여 각 요구사항 간에 추적성을 확보하여야 하며 [17], 요구사항간의 관계에서 강한 양의 상관관계, 중간 양의 상관관계, 강한 부정의 상관관계, 약한 부정의 상관 관계로 구분하여 정리하였다. 요구사항 간의 관계는 다음의 표와 같이 정리하였다.
- 설계방향에 따라 보완된 요구사항의 우선순위를 도출하고 이 우선순위에 따라 정류장 구성개념을 도출하였다. 또한 현행규정 대비 정류장 개념의 실제도면을 설계하여 역사 전체 규모 등 주요 요소를 산출하여 비교하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 도입하려고 하는 새로운 개념에 대한 정의 및 필수 요소를 시스템공학 설계 프로세스에 의해 분석 및 도출 하였다. 또한, 이러한 결과가 설계에 반영될 수 있도록 접근적 방안을 제시하여 실질적 도입에 대한 적용이 가능하도록 하였다.
- 시스템을 설계하는 과정에서 개발에 관련한 이해당사자로 하여금 요구분석을 수행하는 것은 모든 설계의 초석이 되는 기본 활동이다. 본 단계에서는 요구분석을 수행하기 위해 관련 자료와 전문가 의견 수렴을 통한 요구도 수집활동을 이행하였다. 이러한, 요구 조사 (Needs Analysis)은 설계적 반영을 수행하기 위한 공학적 변형 결과인 요구사항 생성에 있어서 선행적 필요시 되는 활동수행과 산출물을 생성하였다.
- 본 연구의 수행을 위하여 1차적으로 기존 연구자료의 정리를 통하여 요구(Needs)를 조사한다. 기존 연구자료는 기존의 철도전문가들이 수행했던 연구보고서와 논문들을 위주로 검토하였다.
- 각 경전철시스템의 차량/신호/통신/전력시스템이 동일하여 기능실 크기는 동일한 것으로 하였고, 단순 승하차만 수행하는 일반역사를 기준으로 하여, 현행 규정을 적용한 설계도와 정류장 개념을 적용한 설계도를 각각 상대식에 대하여 설계하였다. 상기와 같이, 서로 같은 기준으로 설계하여 결과물을 비교하였다.
- 그리고 요구에 따라 정거장 설계지침에서 제시된 설계방향을 개정하고 보완된 요구사항을 도출하였다. 설계방향에 따라 보완된 요구사항의 우선순위를 도출하고 이 우선순위에 따라 정류장 구성개념을 도출하였다. 또한 현행규정 대비 정류장 개념의 실제도면을 설계하여 역사 전체 규모 등 주요 요소를 산출하여 비교하였다.
- 이와 관련한 선행연구[4]에서는 국내 5개 경전철의 관리역과 일반역의 역사 기능실 면적을 분석한 바 있다. 역사 무인화와 상수도 직수 설비 등의 활용을 통하여 기능실 슬림화를 도모하고, 경전철 정거장 슬림화를 위한 섬식 정거장화, 기능실 통합 등의 몇 가지 슬림화 방안을 제시하였다. 선행연구[4]에서는 기능실 현황을 비교한 후 경전철 기능실 슬림화 가능성을 초기 연구로서 방향성을 제시한 것에 의의가 있으나 보다 구체적인 연구가 요구되는 상황이다.
- 위 연구에서 개선된 DSM 기법이란, 기존의 DSM 수행에 있어서, 대형 복합 시스템 개발에 적합하도록 시스템 구성품이 지닌 기능별 운용 시나리오를 적용하였다. 운용상 발생될 수 있는 모든 경우의 시나리오를 생성하여 물리적 구성품의 상호 인터페이스 관계 분석을 통한 연동성 분석을 통해 슬림화를 추구하였다. 이러한 슬림화된 결과에 있어서 물리적 구성품의 필수적 기능의 수행에 문제가 없도록 DSM 수행 절차의 개선을 통해 문제점을 추가 보완하여 연구 수행하였다[8].
- 개선된 DSM (Design Structure Matrix) 기법을 활용하여 경전철 기능실의 컴포넌트를 클러스터의 조합으로 구성하여 철도역사의 기능실을 슬림화하고자 한 연구가 수행되어 물리적인 배치 효율을 이뤄낼 수 있는 방법론에 관한 연구가 진행된 바 있다. 위 연구에서 개선된 DSM 기법이란, 기존의 DSM 수행에 있어서, 대형 복합 시스템 개발에 적합하도록 시스템 구성품이 지닌 기능별 운용 시나리오를 적용하였다. 운용상 발생될 수 있는 모든 경우의 시나리오를 생성하여 물리적 구성품의 상호 인터페이스 관계 분석을 통한 연동성 분석을 통해 슬림화를 추구하였다.
- 위와 같은 기준에 의하여 현행 규정에 따른 저심도 상대식 역사와 정류장 개념을 도입한 저심도 상대식 역사의 설계도면을 작성하였다. 그 결과물은 Fig.
- 본 연구에서는 경전철 도입에 과다한 비용이 투입되는 현실을 분석하고, 역사 설계 및 건설에 있어 이러한 문제를 해결하기 위하여 정거장 설계지침의 설계 기본방향을 재정립하고, 기존 요구사항의 보완을 통하여 경전철 정류장 개념을 도입하는 방안에 관하여 연구하였다. 이를 위하여 그간의 연구자료를 조사하여 최대한 반영하도록 하였으며, QFD를 활용하여 보다 정교한 결과가 나오도록 하였다. 그 결과에 따라 현행 규정과 정류장 컨셉에 따른 설계도면을 작성하여 비교 분석하였다.
- 정류장에 적합한 요구사항의 우선순위를 식별하기 위하여 정류장 설계 지향성과 도출된 정거장 요구사항에 대하여 QFD 분석을 수행하였다. QFD 가중치는 정류장에서 필요한 요구도에 따라 정리하였고, 이를 통하여 정류장 설계 기본방향에 적합한 요구사항이 관계 중요도의 점수를 가지게 되었다.
대상 데이터
- 기존 설계방향의 개정을 위하여 기존의 연구결과를 활용하였다. 경전철 역사설계 기준연구 용역 최종보고서 (2010.8, 한국철도기술연구원)[12], 경량전철 정거장 최적방안 및 환승편의 설계용역 최종보고서(2010.6, 한국철도기술연구원)[13] 등을 참고하였으며, 서론에서 언급한 선행연구들을 참고하였다. 이를 통해 추가로 도출된 안전성, 경제성에 대한 신규 이해관계자 요구(Needs)는 다음의 Table 2와 같다[12,13].
- 본 역사는 지하 1층으로 이루어진 저심도 경전철시스템 기준의 역사로 설계되었다. 그 특징으로는 지하 단층으로 구성되어있고, 대합실과 승강장을 통합하여 설계하였다.
이론/모형
- 도출된 정거장 요구사항과 정류장 설계 기본방향으로부터 정류장 구성요소들을 도출해 나가는 과정을 QFD(Quality Function Deployment)를 통해 수행하였다. QFD는 이해관계자의 요구사항을 기술특성으로 변환하고, 구체적인 사양과 활동으로 만들기 위하여 상관 관계를 분석하는것으로서 품질기능전개라고도 불린다[15,16].
성능/효과
- 결과적으로 승강장, 엘리베이터, 집개표구, 환승주차장 등은 정거장과 정류장 동일한 기준으로 설계 시공 되어지면 되는 것으로 하였다. 대합실은 정거장에서 필수 설치사항이나, 정류장에서는 별도의 대합공간은 생략가능 해도 되는 것으로 정의하였다.
- 그 결과에 따라 현행 규정과 정류장 컨셉에 따른 설계도면을 작성하여 비교 분석하였다. 그 결과 기존 규정에 비하여 약27%정도 슬림화된 경전철 역사를 설계 및 건설할 수 있는 도면을 도출할 수 있었다.
- 특히, 화장실, 역무실 등의 축소로 인해 물탱크실 등의 기능실을 줄일 수 있었으며, 중전철 보다 사이즈가 작은 차량과 역사 특성 상 이동 공간을 줄일 수 있었다. 따라서 개선을 염두에 둔 정류장 개념의 역사 설계 시에는 약 27%의 공간을 줄일 수 있을 것으로 분석되었다.
- 정류장의 경우에는 나아가서 선택적 설치 뿐 아니라 통합 설치도 가능한 것으로 명문화 되면 보다 융통성있는 설계가 가능할 것으로 보인다. 또한 필수설치사항인 자전거 보관소의 경우에도 선택적 설치가 가능한 것으로 정류장 구성 개념을 도출하였다.
- 본 프로세스에 따르면 고객의 요구(Needs)와 목표 등이 시스템에 입력되면, 요구사항(Requirement)으로의 분석과정을 거쳐 기능적 특성과 물리적 특성에 할당되는 모습을 보이고 있다. 따라서 본 연구에서도 이러한 프로세스에 따라 정거장 설계지침에서 제시된 요구사항 (Requirement)과 문헌조사로부터 도출된 요구(needs)로부터 Table 3과 같이 요구사항 집합을 도출해 내었다.
- 따라서 본 연구에서도 이러한 프로세스에 따라 정거장 설계지침에서 제시된 요구사항 (Requirement)과 문헌조사로부터 도출된 요구(needs)로부터 Table 3과 같이 요구사항 집합을 도출해 내었다. 요구사항의 구분은 기존 기능성, 편리성, 심미성에서 안전성과 경제성이 추가되어 총 5가지의 항목을 갖추게 되었고, 일부 중복된 부분의 조정, 명확한 표현을 갖추는 작업을 통해 각 세부적인 요구사항이 보완되었다.
- 즉, 경량전철 정거장 최적방안 및 환승편의 설계용역 최종보고서[12]에서 도출된 경전철 정거장 슬림화 방안에 관한 니즈(Needs)로부터 ‘5.4 승하차와 직접 관련 없는 위생/편의시설은 최소화하여야 한다’라는 요구사항이 도출되었고, 이는 Fig. 2의 프로세스에 따라 정제화 되어본 연구에 요구사항으로 적용시킬 수 있게 되었다.
- 그리고, 고가구조물 슬림화를 위해 콘크리트 재료 분야에서 활발히 연구되고 있는 경량화, 고내구성, 고인성등 최신 기술 동향에 대하여 연구를 하였다[7]. 특히 친환경 건설재료를 사용한 고성은 콘크리트를 도심지 내에 건설되는 경전철 고가구조물에 적용할 경우, 구조물의 자중 경감 및 부재단면이 축소되어 도시 미관과의 원활한 조화뿐만 아니라 기능성, 경제성 및 안전성 등이 우수한 구조물이 될 거란 결론을 내렸다. 그리고 향후에도 고가 역사의 하중을 낮추기 위하여 콘크리트 재료의 고강 도화, 경량화, 고성능화에 관하여 지속적인 연구가 수행될 것이다.
- 현행규정으로 설계했을 경우 890m2, 정류장 개념의 개정된 기준으로 설계했을 경우 650m2로 전체적인 면적 감소를 가져올 수 있다. 특히, 화장실, 역무실 등의 축소로 인해 물탱크실 등의 기능실을 줄일 수 있었으며, 중전철 보다 사이즈가 작은 차량과 역사 특성 상 이동 공간을 줄일 수 있었다. 따라서 개선을 염두에 둔 정류장 개념의 역사 설계 시에는 약 27%의 공간을 줄일 수 있을 것으로 분석되었다.
후속연구
- 특히 친환경 건설재료를 사용한 고성은 콘크리트를 도심지 내에 건설되는 경전철 고가구조물에 적용할 경우, 구조물의 자중 경감 및 부재단면이 축소되어 도시 미관과의 원활한 조화뿐만 아니라 기능성, 경제성 및 안전성 등이 우수한 구조물이 될 거란 결론을 내렸다. 그리고 향후에도 고가 역사의 하중을 낮추기 위하여 콘크리트 재료의 고강 도화, 경량화, 고성능화에 관하여 지속적인 연구가 수행될 것이다.
- 본 연구에서는 저심도 상대식 지하역사를 기준으로 분석하여 검증하였지만, 향후 일반적인 경전철 지하역사 및 지상역사에도 적용하여 건설비와 운영비절감을 통해 경전철 도입의 단가를 떨어뜨려 국민들에게 보다 좋은 교통 인프라를 확산시키는 데에 공헌할 수 있을 것이다.
- 기능실은 전기실, 신호실, 통신실 등역사의 고유의 기능을 지원하기 위한 장비가 설치되는 시설로서 현 정거장 설계지침에도 선택적 설치가 가능한 것으로 규정되어 있다. 정류장의 경우에는 나아가서 선택적 설치 뿐 아니라 통합 설치도 가능한 것으로 명문화 되면 보다 융통성있는 설계가 가능할 것으로 보인다. 또한 필수설치사항인 자전거 보관소의 경우에도 선택적 설치가 가능한 것으로 정류장 구성 개념을 도출하였다.
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