UIC Code 714R 및 715R의 규정은 열차 통과톤수에 따른 선로 등급을 산정하고 이를 기반으로 유지보수 전략 및 의사결정에 사용할 수 있는 관련 수식 및 적용방법을 제시하고 있으나, 아직까지 국내 철도노선에 대해서는 이 규정을 기반으로 한 선로등급 체계가 고려된 바 없다. 따라서, 본 연구에서는 UIC, 독일, 영국 등의 선로등급 산정기준을 조사한 후, 환산 통과톤수를 적용하는 UIC 기준에 따라 국내 주요 철도노선에 대한 선로등급을 제시하고 유럽의 선로등급과 비교 분석하였다. 이 결과, 제시한 국내 선로등급별 비율은 유럽 주요국의 선로등급별 비율과 유사한 경향을 보였으며, 통과톤수 산정이 가능한 선로 중 고속선을 포함한 1등급 621.5km, 2등급 155km, 3등급 273km, 4등급 673.8km, 5등급 571.3km, 6등급 122.3km 등으로 나타났다. 선로등급 산정 결과는 철도시설의 등급별 유지보수를 위한 기초자료로 활용될 수 있으며, 향후 신뢰성 기반 유지보수체계 적용시 대상노선을 선정하기 위한 주요변수로 활용될 예정이다.
UIC Code 714R 및 715R의 규정은 열차 통과톤수에 따른 선로 등급을 산정하고 이를 기반으로 유지보수 전략 및 의사결정에 사용할 수 있는 관련 수식 및 적용방법을 제시하고 있으나, 아직까지 국내 철도노선에 대해서는 이 규정을 기반으로 한 선로등급 체계가 고려된 바 없다. 따라서, 본 연구에서는 UIC, 독일, 영국 등의 선로등급 산정기준을 조사한 후, 환산 통과톤수를 적용하는 UIC 기준에 따라 국내 주요 철도노선에 대한 선로등급을 제시하고 유럽의 선로등급과 비교 분석하였다. 이 결과, 제시한 국내 선로등급별 비율은 유럽 주요국의 선로등급별 비율과 유사한 경향을 보였으며, 통과톤수 산정이 가능한 선로 중 고속선을 포함한 1등급 621.5km, 2등급 155km, 3등급 273km, 4등급 673.8km, 5등급 571.3km, 6등급 122.3km 등으로 나타났다. 선로등급 산정 결과는 철도시설의 등급별 유지보수를 위한 기초자료로 활용될 수 있으며, 향후 신뢰성 기반 유지보수체계 적용시 대상노선을 선정하기 위한 주요변수로 활용될 예정이다.
UIC Codes 714R & 715R recommend the use of line classifications and their usage in maintenance work by employing notional traffic loads. However, the classification has not been applied to local lines and, therefore, a new line classification system based on UIC 714R has been proposed in this study....
UIC Codes 714R & 715R recommend the use of line classifications and their usage in maintenance work by employing notional traffic loads. However, the classification has not been applied to local lines and, therefore, a new line classification system based on UIC 714R has been proposed in this study. For this, various classification models of UIC, Germany, and UK have been studied first and equivalent traffic loads based on Korail's report, as well as on train timetables, have been derived. The results of the classifications have been compared with those of major European countries and it has been shown that the proposed classification is equivalent to the average value in the European cases. The line classification can be fully utilized during the decision making process of maintenance work and will also be used to model the Reliability Centered Maintenance (RCM) in the future.
UIC Codes 714R & 715R recommend the use of line classifications and their usage in maintenance work by employing notional traffic loads. However, the classification has not been applied to local lines and, therefore, a new line classification system based on UIC 714R has been proposed in this study. For this, various classification models of UIC, Germany, and UK have been studied first and equivalent traffic loads based on Korail's report, as well as on train timetables, have been derived. The results of the classifications have been compared with those of major European countries and it has been shown that the proposed classification is equivalent to the average value in the European cases. The line classification can be fully utilized during the decision making process of maintenance work and will also be used to model the Reliability Centered Maintenance (RCM) in the future.
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문제 정의
통과톤수에 따른 선로등급을 고려하여 유지보수 전략 수립 및 의사결정을 하는 유럽의 경우와는 다르게 국내의 철도 유지보수 의사결정은 선로등급 등의 객관적인 기준이 충분히 고려되지 않아 유지보수비용의 효율화 측면에서 개선의 여지가 있다. 따라서 본 연구에서는 UIC, 독일, 영국의 통과톤수 산정 및 선로등급 체계를 조사하였으며, 유럽에서 가장 널리 적용되는 UIC 기준에 따라 국내 주요역간의 통과톤수를 일반여객열차, 고속열차, 화물열차의 일 통과톤수로 분류하고 환산통과톤수를 산정한 후, 이를 기반으로 실제 유지보수에 적용할 수 있는 방안을 제시하였다.
한편 국내에서는 운행횟수가 많은 선로와 기타 선로에 대해 동일한 기준 및 주기로 유지보수를 수행하고 있지는 않으나, 선로의 갱환을 제외하고는 통과톤수에 따른 유지보수 기준이 문서화 되어 있지 않아 유지보수 정책수립, 유지보수 의사결정의 기준으로 활용될 가능성이 매우 크며, 따라서 유지보수 활동의 효율적 기준 마련을 위한 선로등급의 도입이 요구된다. 본 연구에서는 선로등급에 따른 유지보수 등급기준 마련과 신뢰성 기반 유지보수(RCM, Reliability Centered Maintenance) 적용을 위한 사전 연구로 UIC, 영국과 독일의 선로등급 기준을 확인하고 국내 주요역간 통과톤수에 대해 UIC 714R 환산통과톤수를 적용하여 유지보수용 선로등급을 제안하였으며, 산정된 선로등급을 활용할 수 있는 방안을 제시하였다.
가설 설정
여객열차의 환산통과톤수는 하중, 운행횟수, 운행차량수가 열차 운행시간표에 따라 일정하므로 UIC 환산식을 적용하기 용이하지만 화물열차의 경우 차량마다 운행횟수, 운행차량수, 하중이 일정하지 않기 때문에 UIC 환산식 적용이 곤란하므로 화물열차의 하중을 단순화할 필요가 있다. 따라서, 화차용 기관차의 하중을 신형 화물용 전기기관차인 8500호대의 자중인 132톤, 화차의 하중은 철도물류정보서비스(http://logis.korail.go.kr)의 화물수송차량 정보에 따라 화물의 종에 관계없이 화차 하중 50톤, 연결대수는 25량으로 가정하여 환산통과톤수를 구하였다.
화차의 하중과 마모의 영향계수 Km은 실제 국내 현황과 같이 20톤 축중이 50%를 넘거나 22.5톤 축중이 25%를 넘는 경우와 20톤 축중이 75%를 넘거나 22.5톤 축중이 50%를 넘는 경우가 없다고 가정하여 1.15를 적용하였다.
제안 방법
UIC 714R에서 제공하는 환산통과톤수는 객차, 화차와 그에 따른 기관차의 하중을 분리하고 속도계수, 화차의 하중과 마모의 영향계수, 견인모터 설치윤축의 마모계수를 고려하여 산정하는 상세식과 객차, 화차와 그에 따른 기관차의 하중을 더하고 그에 따른 계수들을 고려하여 산정하는 간편식이 제안된 바 있으며, 본 연구에서는 각각의 식을 적용하여 국내 주요역간 환산통과톤수를 계산하였다. 국내 주요역간에 대해 상세식과 간편식으로 산정된 환산통과톤수에 UIC 기준을 적용하여 기존 9등급 체계와 개정된 6등급 체계로 선로등급을 산정하였다.
UIC 714R에서 제공하는 환산통과톤수는 객차, 화차와 그에 따른 기관차의 하중을 분리하고 속도계수, 화차의 하중과 마모의 영향계수, 견인모터 설치윤축의 마모계수를 고려하여 산정하는 상세식과 객차, 화차와 그에 따른 기관차의 하중을 더하고 그에 따른 계수들을 고려하여 산정하는 간편식이 제안된 바 있으며, 본 연구에서는 각각의 식을 적용하여 국내 주요역간 환산통과톤수를 계산하였다. 국내 주요역간에 대해 상세식과 간편식으로 산정된 환산통과톤수에 UIC 기준을 적용하여 기존 9등급 체계와 개정된 6등급 체계로 선로등급을 산정하였다. 두 식의 환산통과톤수는 최대 1,955톤, 최소 51톤, 평균 340톤의 차이를 보였으나, 6등급 체계와 9등급 체계 모두 등급 간의 현저한 변화가 발생하지 않아 등급 산정과정의 신뢰도에 영향을 주지 않을 것으로 판단되었으므로 기관차와 객차, 화차의 하중을 합하여 산정하는 간편식을 활용하는 방안이 더 효율적일 것으로 예상된다.
다음으로 UIC 선로등급의 국내 적용성을 확인하기 위해서 기관차와 객차, 화차를 분리하여 환산통과톤수를 산정하는 상세식과 기관차와 객차, 화차의 하중을 합하여 환산통과톤수를 산정하는 간편식을 각각 검토하였다. 각각의 식에서 속도계수와 화차의 하중과 마모의 영향계수는 동일하게 사용된다.
동력분산식인 ITX-새마을호와 누리로의 운행비중은 전체의 약 18%정도로 비중이 작기 때문에 λv을 동력집중식과 동일하게 1.08을 적용하였으며 화물열차의 경우에는 상세식과 동일한 방법으로 계산하여 17%를 가산한 후 환산통과톤수를 구하였다.
여객열차는 객차 하중에 비해 승객 하중이 작고 여객열차 시간표와 실제 운영의 차이가 크지 않으나, 화물열차는 공차와 영차의 하중 차이가 크고 화물 열차시간표와 실제 운행하는 화물열차와의 차이가 크다. 따라서 시설업무현황의 전체 순 통과톤수에서 여객열차 통과톤수를 차감함으로써 화물열차 통과톤수를 산정하였다. 열차의 하중은 편성에 따라 차이가 있지만 Table 6과 같이 한국철도시설공단 검수시설 일반사항[10]의 제원과 한국철도공사 차량별 주요제원[11]을 활용하였다.
일반적으로 여객열차는 최고속도에 따른 속도계수를 적용하고 화물열차는 표정속도에 따른 속도계수를 적용하도록 하고 있다. 따라서 여객열차의 최고속도는 노선별로 정해진 최고속도를 활용하였으며, 화물열차의 속도는 한국철도시설공단 관련자료 [12]의 표정속도를 활용하였으며 상세식의 속도기준에서와 같이 60km/h 이하에서의 속도계수는 1.0으로 동일하게 적용하였다. 일반열차 구간을 지나는 고속열차의 최고속도는 일반열차와 동일하게 적용하였으며 전체 속도계수는 Table 9와 같다.
4), 기관차의 하중(132톤)의 곱을 더하는 식으로 이루어져 있으므로 이는 50톤 화물을 적재한 25량의 화물열차의 하중보다 약 17% 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 전체통과톤수에서 여객열차의 통과톤수를 차감한 화물열차 통과톤수에 17%를 가산하여 환산통과톤수를 구하였다.
한편, UIC 9등급 체계로 관리하는 프랑스, 이태리, 스페인 및 스위스의 1~4등급 선로와 5~9등급 선로의 비율을 조사한 결과[13]와 본 연구에서 간편식을 활용하여 9등급으로 산정된 결과를 Fig. 4와 같이 비교하였다. 본 연구에서 분석의 대상이 된 구간 1,820.
대상 데이터
따라서 시설업무현황의 전체 순 통과톤수에서 여객열차 통과톤수를 차감함으로써 화물열차 통과톤수를 산정하였다. 열차의 하중은 편성에 따라 차이가 있지만 Table 6과 같이 한국철도시설공단 검수시설 일반사항[10]의 제원과 한국철도공사 차량별 주요제원[11]을 활용하였다. KTX와 KTX-산천은 영차를 기준으로 하중을 산정하였으며, 일반열차인 무궁화호, 누리로, 새마을호 및 ITX-새마을호의 경우 객차 하중에 승객하중 5톤을 부가하여 열차하중을 산정하였다.
통과톤수 분석을 위한 첫 단계로 2016 한국철도공사 시설업무현황[9]내 국내 주요 노선별 역간 통과톤수 통계자료 206개 중 지선 및 청원선 등을 제외한 127개 주요역간 상·하행 연 통과톤수를 구하였으며 이를 365일로 나누어 Table 4와 같이 일 통과 톤수를 구하였다.
성능/효과
상세식과 간편식의 환산통과톤수는 최대 1,955톤, 최소 51톤, 평균 340톤의 차이를 보였으며 부산진역-부산역 1건을 제외하고는 상세식으로 산정하는 경우 환산통과톤수가 증가하였다. 간편식과 상세식으로 산정된 등급의 차이는 6등급 기준에서 4등급에서 3등급으로 상승 1건, 3등급에서 4등급으로 하락 1건으로 총 2건이 발생하였으며, 9등급 기준에서는 상세식과 간편식에서 개별적으로 산정된 등급이 전부 동일하였다. 따라서, 이러한 등급의 변화는 등급 산정 전체의 신뢰도에 영향을 줄 정도의 큰 변화가 아니므로 기관차와 객차, 화차의 하중을 합하여 산정하는 간편식을 활용하는 것이 더 효율적일 것으로 판단된다.
간편식으로 산정된 선로 9등급 체계를 유럽 주요국의 선로등급 분포와 비교해 보면 전체적인 등급분포가 유사한 경향을 보였으며, 6등급으로 산정할 경우 국내 철도노선의 등급은 고속선을 포함한 1등급 621.5km, 2등급 155km, 3등급 273km, 4등급 673.8km, 5등급 571.3km, 6등급 122.3km 등으로 나타났다. 이러한 등급 산정 결과는 영국, 프랑스, 독일 등의 사례와 같이 주요 철도시설의 유지보수 기준 및 주기 산정시 기초 자료로 활용이 가능하며, 유지보수 의사결정 및 정책수립에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.
또한, 독일에서는 기존의 주기적 유지보수 (TBM, Time-Based Maintenance)에서 통행량에 따라 유지보수 주기에 차이를 두기 위한 연구로 67개의 분기기를 대상으로 5년간 시나리오에 따라 유지보수를 수행하였다. 그 결과 Table 16과 같이 2개월 마다 유지보수를 수행한 경우보다 6,000번의 통행량이 발생한 후 유지보수를 수행한 경우 79%의 비용을 절약할 수 있으며 9,500번의 통행량이 발생한 후 유지보수를 수행한 경우 87%의 비용을 절약할 수 있는 것으로 연구되었다[6].
또한, 총 통과톤수의 분포는 아래 Table 5와 같이 최대 117,755톤, 중간값 26,301톤, 최소 1,883톤으로 총 통과톤수가 큰 역간과 작은 역간 사이의 차이가 매우 현저하며 상대적으로 통과톤수가 작은 역간의 분포가 더 높은 것을 알 수 있다. 이는 국내 철도 운행 빈도가 주요역간에 집중되어 있음을 의미한다.
4와 같이 비교하였다. 본 연구에서 분석의 대상이 된 구간 1,820.6km와 고속선 596.3km를 포함하여 9등급 체계로 산정할 경우 1등급(고속선 포함) 621.5km, 2등급 147.9km, 3등급 216.6km, 4등급 537.4km, 5등급 681.7km, 6등급 87.7km, 7등급 8.9km, 8등급 115.2km으로 나타났다. 통계자료의 대상이 통행량이 많은 주요구간이므로 주요구간을 제외한 철도연장 1,456.
3과 같다. 사용 통계자료 중 총 통과톤수가 가장 많은 곳은 국내에서 운행중인 모든 고속열차가 통과하는 경부선의 용산역~금천구청역 구간으로 나타났으며, 통과톤수 통계 자료가 있는 127개 역간 중 통과톤수가 가장 적은 곳은 경북선의 옥산역~상주역 구간으로 나타났다.
상세식과 간편식을 통해 산정된 환산통과톤수를 UIC 714R 선로등급 기준에 따라 6등급과 9등급으로 산정하면 Table 14와 같다. 상세식과 간편식의 환산통과톤수는 최대 1,955톤, 최소 51톤, 평균 340톤의 차이를 보였으며 부산진역-부산역 1건을 제외하고는 상세식으로 산정하는 경우 환산통과톤수가 증가하였다. 간편식과 상세식으로 산정된 등급의 차이는 6등급 기준에서 4등급에서 3등급으로 상승 1건, 3등급에서 4등급으로 하락 1건으로 총 2건이 발생하였으며, 9등급 기준에서는 상세식과 간편식에서 개별적으로 산정된 등급이 전부 동일하였다.
2km으로 나타났다. 통계자료의 대상이 통행량이 많은 주요구간이므로 주요구간을 제외한 철도연장 1,456.6km를 5~9등급으로 가정할 경우 1~4등급 비율이 약 46%로 프랑스보다 1~4등급 비율이 높았으며 이태리의 1~4등급 비율과 비슷한 결과가 산출되었다. 결국, UIC 기준을 국내에 적용할 경우 전체적인 등급 분포가 유럽과 유사하다는 것을 알 수 있다.
후속연구
국내 주요역간에 대해 상세식과 간편식으로 산정된 환산통과톤수에 UIC 기준을 적용하여 기존 9등급 체계와 개정된 6등급 체계로 선로등급을 산정하였다. 두 식의 환산통과톤수는 최대 1,955톤, 최소 51톤, 평균 340톤의 차이를 보였으나, 6등급 체계와 9등급 체계 모두 등급 간의 현저한 변화가 발생하지 않아 등급 산정과정의 신뢰도에 영향을 주지 않을 것으로 판단되었으므로 기관차와 객차, 화차의 하중을 합하여 산정하는 간편식을 활용하는 방안이 더 효율적일 것으로 예상된다.
그러나, 본 연구에서 활용한 통과톤수는 실제 측정된 통과톤수가 아닌 운행 스케쥴을 활용하여 계산한 통과톤수로 실제 각 선로에 작용하는 통과톤수와는 차이가 발생할 수 있다. 따라서 엄밀한 선로등급 산정을 위해서는 여객열차와 화물열차의 실제 통과톤수를 객관적으로 산정할 수 있는 통계자료의 확보가 필요하며 이를 기반으로 전국 역간을 포함한 상세한 선로등급 체계를 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
간편식과 상세식으로 산정된 등급의 차이는 6등급 기준에서 4등급에서 3등급으로 상승 1건, 3등급에서 4등급으로 하락 1건으로 총 2건이 발생하였으며, 9등급 기준에서는 상세식과 간편식에서 개별적으로 산정된 등급이 전부 동일하였다. 따라서, 이러한 등급의 변화는 등급 산정 전체의 신뢰도에 영향을 줄 정도의 큰 변화가 아니므로 기관차와 객차, 화차의 하중을 합하여 산정하는 간편식을 활용하는 것이 더 효율적일 것으로 판단된다.
이러한 선로등급은 UIC 715R과 연계하여 선로 유지보수비용 예측을 위한 자료로 활용이 가능하며 선로사용료 산정을 위한 주요변수로 활용될 수 있다. 새로운 철도를 건설할 경우 선로등급을 산정하여 유지보수 비용의 증가량과 추가적인 선로사용료를 사전에 검토할 수 있을 것으로 보이며, 선로등급 가중치에 따른 유지보수비용 예측 모델은 후속연구로 진행될 예정이다. 또한 선로등급 체계는 향후 신뢰성 기반 유지보수체계 적용시 대상노선을 선정하기 위한 주요변수로 활용될 예정이며 이에 대한 적용결과는 Lee 등[16]을 참조할 수 있다.
3km 등으로 나타났다. 이러한 등급 산정 결과는 영국, 프랑스, 독일 등의 사례와 같이 주요 철도시설의 유지보수 기준 및 주기 산정시 기초 자료로 활용이 가능하며, 유지보수 의사결정 및 정책수립에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.
이렇게 산정된 통과톤수 및 선로등급은 등급별 유지관리 기준 및 주기 설정의 근거로 활용될 수 있으며, 이는 유지보수비용 효율화와 선로사용료 산정을 위한 기초자료 등으로 활용될 수 있다. 유지보수 주기를 조정한 사례로는 9등급 체계를 아직 유지하고 있는 프랑스의 예를 들 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 논문에서 수행한, 선로등급 산정 결과는 어떠한가?
따라서, 본 연구에서는 UIC, 독일, 영국 등의 선로등급 산정기준을 조사한 후, 환산 통과톤수를 적용하는 UIC 기준에 따라 국내 주요 철도노선에 대한 선로등급을 제시하고 유럽의 선로등급과 비교 분석하였다. 이 결과, 제시한 국내 선로등급별 비율은 유럽 주요국의 선로등급별 비율과 유사한 경향을 보였으며, 통과톤수 산정이 가능한 선로 중 고속선을 포함한 1등급 621.5km, 2등급 155km, 3등급 273km, 4등급 673.8km, 5등급 571.3km, 6등급 122.3km 등으로 나타났다. 선로등급 산정 결과는 철도시설의 등급별 유지보수를 위한 기초자료로 활용될 수 있으며, 향후 신뢰성 기반 유지보수체계 적용시 대상노선을 선정하기 위한 주요변수로 활용될 예정이다.
철도시설의 유지보수는 무엇을 기준으로 수행하는가?
국내 철도시설 관리자 및 운영자의 철도안전관리체계(SMS, Safety Management System)[1]에 따르면 철도시설은 궤도분야, 노반분야, 건축분야로 분류하고, 전기시설을 전철전력설비, 정보통신설비, 신호제어설비로 분류하여 유지관리를 위한 요구사항과 유지관리기준을 수립하도록 하고 있다. 또한, 각 유지보수 대상 분야의 세부적인 부품, 구성품 등은 선로유지보수지침과 각종 세칙에 따라 점검주기, 점검항목 및 교체주기 등을 정하여 유지보수를 수행하도록 체계화되어 있다.
유럽의 UIC가 선로등급 체계 Code 714R를 제정한 이유는 무엇인가?
유럽의 UIC(International Union of Railways)에서는 각종 열차의 통과하중이 선로 유지보수에 직접적인 영향을 미치는 점을 감안하여 통과톤수에 따라 유지보수를 시행하기 위한 선로등급 체계 Code 714R[2-3]을 제정하였다. 1960년대의 Code 714R에서는 통과톤수와 차량의 속도에 따라 9개의 등급으로 분류하여 관리하였으나, 운행횟수가 적고 운행속도가 저속 일 때 적용하였던 하위 3개의 등급을 통합관리 하도록 통과톤수 범위를 재조정하여 1989년 이후 6개의 등급으로 분류하여 관리하고 있다.
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