신규 철도노선의 건설을 위한 타당성 검토시 관련 유지보수비용은 궤도연장을 기반으로 여러 요인을 단순화하여 예측하고 있으나 UIC 714의 선로등급 및 UIC 715의 유지보수비용 영향요인 개념을 반영하는 경우, 비용산정결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 국내외 사례를 기초로 유지보수비용과 선로등급에 따른 가중 철도연장, 곡선반경, 종단경사 및 노후도 등과의 상관관계를 분석하였다. 이를 위하여 유지보수 위탁기관의 각 지역본부별 유지보수비용 중 대표성이 있는 자료를 기반으로 비용예측을 수행하였으며, 이 결과 기존노선의 선로등급 및 등급별 비용계수에 따른 유지보수비용 산정방안이 기존 적용방법에 비해 합리적임을 밝혔다. 또한 현재 개발중인 고속 종합검측차의 검측데이터 및 철도시설물의 이력정보를 고려한 비용산정 방안을 함께 고려하였으며 이를 기반으로 선로등급, 곡선반경, 노후도 및 선로 기울기 등을 종합적으로 고려한 유지보수비용 산정모델의 개발이 가능할 것으로 예상된다.
신규 철도노선의 건설을 위한 타당성 검토시 관련 유지보수비용은 궤도연장을 기반으로 여러 요인을 단순화하여 예측하고 있으나 UIC 714의 선로등급 및 UIC 715의 유지보수비용 영향요인 개념을 반영하는 경우, 비용산정결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 국내외 사례를 기초로 유지보수비용과 선로등급에 따른 가중 철도연장, 곡선반경, 종단경사 및 노후도 등과의 상관관계를 분석하였다. 이를 위하여 유지보수 위탁기관의 각 지역본부별 유지보수비용 중 대표성이 있는 자료를 기반으로 비용예측을 수행하였으며, 이 결과 기존노선의 선로등급 및 등급별 비용계수에 따른 유지보수비용 산정방안이 기존 적용방법에 비해 합리적임을 밝혔다. 또한 현재 개발중인 고속 종합검측차의 검측데이터 및 철도시설물의 이력정보를 고려한 비용산정 방안을 함께 고려하였으며 이를 기반으로 선로등급, 곡선반경, 노후도 및 선로 기울기 등을 종합적으로 고려한 유지보수비용 산정모델의 개발이 가능할 것으로 예상된다.
During the feasibility study of new rail lines, maintenance cost of railway infrastructure has mostly been estimated based on the track length and on simplified parameters; however, the estimation reliability can be improved by employing the correction factor from UIC 715, as well as the line classi...
During the feasibility study of new rail lines, maintenance cost of railway infrastructure has mostly been estimated based on the track length and on simplified parameters; however, the estimation reliability can be improved by employing the correction factor from UIC 715, as well as the line classification in UIC 714. The correlations between maintenance cost and various parameters such as weighted track length based on line classification, radius of curvature, gradient and worn -out rate have been analyzed according to the case studies. Prediction of the maintenance cost has been carried out using the cost data, which were representative of the whole cost data; as a result, it was demonstrated that a cost model based on the line classification and the correction factor was more reliable than the existing models. Furthermore, possibilities of using data from both the track measurement vehicle and from the maintenance information system, which are under development, have been investigated and, based on this investigation, a combined cost model using line classification, radius of curvature, gradient and worn-out rate, among other factors, will be proposed in the near future.
During the feasibility study of new rail lines, maintenance cost of railway infrastructure has mostly been estimated based on the track length and on simplified parameters; however, the estimation reliability can be improved by employing the correction factor from UIC 715, as well as the line classification in UIC 714. The correlations between maintenance cost and various parameters such as weighted track length based on line classification, radius of curvature, gradient and worn -out rate have been analyzed according to the case studies. Prediction of the maintenance cost has been carried out using the cost data, which were representative of the whole cost data; as a result, it was demonstrated that a cost model based on the line classification and the correction factor was more reliable than the existing models. Furthermore, possibilities of using data from both the track measurement vehicle and from the maintenance information system, which are under development, have been investigated and, based on this investigation, a combined cost model using line classification, radius of curvature, gradient and worn-out rate, among other factors, will be proposed in the near future.
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문제 정의
- 지역본부별 취약궤도 유지보수비 포함 유무가 철도연장 대비 유지보수 비용의 상관도에 미치는 영향을 조사하였다. 이 결과 취약궤도 유지보수비 포함시 비용 상관도가 높았으며, 단순 철도연장보다 UIC 715의 비용계수를 적용한 환산(가중) 철도연장의 유지보수비 상관관계가 현저하였다.
유지보수 방법은 현재 국내 유지보수 환경에서는 시설물별로 일반적인 유지보수 방법이 정해져 있으므로 별도의 요인으로 고려하지 않았다. 따라서 본 연구에서는 유지보수비용 산정을 위한 간편 모델을 제안하기 위해 UIC 714에서 제시한 선로등급과 곡선반경 외에 종단경사와 궤도의 부설 경과연수를 중심으로 유지보수비용과의 상관관계를 고찰하였다. 통계자료의 한계상 선로등급은 지역본부의 시점부터 종점상의 거리로서 영업거리인 철도연장을 반영하였으며 곡선반경, 종단경사, 궤도의 부설 경과연수 고려시에는 단선, 복선, 복복선, 3선 등의 구분이 고려된 궤도연장을 반영하였다.
본 연구에서는 효율적인 철도시설물의 유지보수비 산정을 위하여 UIC 714 및 UIC 715에 의한 통과톤수 및 이에 따른 선로내 충격량과 비용계수 등의 고려방안을 제시하였다. 그러나 철도시설물 전반에 걸친 실질적인 유지보수비 산정을 위해서는 유지보수비 중 가장 큰 비중을 차지하는 선로시설 뿐만 아니라 전기 및 신호분야의 시설물 상태를 파악하여 열화상태를 예측한후 이를 비용과 연계하는 도구가 필요하며, 선로내 충격량 이외에도 궤도틀림을 유발하는 다양한 원인에 대한 영향을 함께 고려할 필요가 있다.
본 연구의 목적은 철도시설물의 유지보수비용 산정모델이므로 다음에서는 운영비를 제외한 순수 유지보수비용 부분만 분리하여 다루었다. 해외 사례에 따르면 선로 및 구조물의 유지보수비용은 선로의 등가 손상을 산정함으로써 유추할 수 있으나, UIC 714의 규정 또한 열차의 통과톤수 및 속도에 의한 선로의 충격량을 산정하는 과정으로 이해할 수 있으므로 UIC 714의 선로등급과 UIC 715에 의한 유지보수 비용계수를 이용하면 선로 등급별 유지보수비용을 유추할 수 있다.
가설 설정
3(b)의 포함하지 않는 경우의 상관관계보다 높은 것을 알 수 있다. 따라서 이후부터 본 논문에서 사용하는 유지보수비용은 취약궤도 유지보수비용을 포함하는 것으로 가정하였다.
6억원/km 인 것으로 조사되었으며 터널, 교량, 궤도의 특성 및 열차조성, 기후 등에 따라 약 ±7%의 변동폭을 갖는다. 또한, 유럽의 유지보수 활동에 비추어 인건비, 재료비 및 기타 비용은 각각 전체 유지보수비용의 50%, 25% 및 25%로 가정하였다. 한편, 2006년 기준 유럽 고속철도 운영국의 유지보수비용을 분석한 자료는 Table 3에 나타내었다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 UIC 714[10]에 따라 국내 주요 역간의 선로등급 산정결과[9]를 기반으로 비용계수[8]가 적용된 철도연장과 유지보수비용과의 상관관계를 분석하였으며, 유지보수비용에 영향을 주는 것으로 알려진 요인과 유지보수비용과 상관관계를 분석하였다.
국내 신규 철도노선의 타당성 조사단계에서 수행하는 철도시설물의 유지보수비 예측은 궤도연장 1km당 유지보수비를 기초로 개략산식 등의 방법을 이용하여 왔으나, 해외의 경우 열차 통과하중에 의한 선로의 충격량 및 궤도틀림 등 객관적인 변수와등급별 비용계수를 사용하여 개선된 예측방법이 적용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 먼저 국내에서 활용중인 유지보수비 예측산식의 변천 과정을 분석하였으며, 해외에서 활용중인 유지보수비 산정방법을 함께 조사하였다. 이를 기초로 국내에 적용할 수 있는 비용 예측식을 개발하기 위하여 선로에 가해지는 충격량을 감안한 UIC 선로등급 개념을 도입하였으며, 이와 함께 UIC 715의 비용계수를 적용하였다.
4에는 UIC 715의 비용계수를 고려한 가중 철도연장과 7개 본부별 유지보수비용을 도시하였다. 비용모델은 선형모델과 기존 해외사례에서 사용하고 있는 보편적인 로그함수모델 모두를 고려하였으며, 각 등급별 최소, 최대 및 평균 비용계수를 고려하여 가중 철도연장을 산정하고 이를 비용과 연계하였다. 본 논문의 분석 대상이 된 자료에서는 UIC 715의 비용계수 중 최소값을 적용한 회귀분석 결과가 통계적으로 가장 적합한 것으로 분석되었으며, 이후 매개변수 해석시 최소 비용계수를 적용하였다.
6과 같다. 앞서 곡선반경의 경우와 마찬가지로 선로등급별 종단경사의 현황 자료가 확보되어 있지 않아 선로등급에 따른 비용계수는 따로 고려하지 않았으며 궤도연장에 대해 분석하였다. 일부 지역본부의 경우, 20‰ 이상인 종단경사가 없으므로 고려대상 7개 지역본부내 10‰ 이상의 종단경사의 연장과 모든 종단경사 선로의 합을 따로 고려하였다.
따라서 본 연구에서는 먼저 국내에서 활용중인 유지보수비 예측산식의 변천 과정을 분석하였으며, 해외에서 활용중인 유지보수비 산정방법을 함께 조사하였다. 이를 기초로 국내에 적용할 수 있는 비용 예측식을 개발하기 위하여 선로에 가해지는 충격량을 감안한 UIC 선로등급 개념을 도입하였으며, 이와 함께 UIC 715의 비용계수를 적용하였다. 제안한 방법의 적용성을 살펴보기 위하여 대표성이 있는 7개 유지보수 지역본부의 2015년 비용자료를 선정한 후, UIC 715에서 제시된 선로등급, 곡선반경, 종단경사 및 노후도와 유지보수비와의 상관관계를 분석하였으며 그 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
이를 기초로 국내에 적용할 수 있는 비용 예측식을 개발하기 위하여 선로에 가해지는 충격량을 감안한 UIC 선로등급 개념을 도입하였으며, 이와 함께 UIC 715의 비용계수를 적용하였다. 제안한 방법의 적용성을 살펴보기 위하여 대표성이 있는 7개 유지보수 지역본부의 2015년 비용자료를 선정한 후, UIC 715에서 제시된 선로등급, 곡선반경, 종단경사 및 노후도와 유지보수비와의 상관관계를 분석하였으며 그 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
따라서 본 연구에서는 유지보수비용 산정을 위한 간편 모델을 제안하기 위해 UIC 714에서 제시한 선로등급과 곡선반경 외에 종단경사와 궤도의 부설 경과연수를 중심으로 유지보수비용과의 상관관계를 고찰하였다. 통계자료의 한계상 선로등급은 지역본부의 시점부터 종점상의 거리로서 영업거리인 철도연장을 반영하였으며 곡선반경, 종단경사, 궤도의 부설 경과연수 고려시에는 단선, 복선, 복복선, 3선 등의 구분이 고려된 궤도연장을 반영하였다.
이 경우, 각 본부내 선로등급별 곡선의 길이를 추정할 수 있는 통계자료가 확보되지 않아 유지보수 비용계수를 함께 고려하지 못하였다. 한편, UIC 715에 따르면 곡선반경1,000m 이하인 경우 유지보수비용이 급격히 증가한다고 알려져 있으며 따라서 본 연구에서는 곡선반경 500m, 1,000m 및1,500m를 기준으로 비용분석을 실시하였다. 곡선반경이 500m 이하인 경우, 유지보수비용과의 상관성이 크게 떨어지는 것으로 확인되었으며 이는 주로 곡선내 주행속도와 관련이 있는 것으로 판단되었다.
대상 데이터
유지보수비용에 영향을 미치는 요인을 분석하기 위하여 유지보수 위탁기관내 12개 지역본부 중 관할 선로의 50%이상에 대해 통과톤수 통계자료를 기반으로 선로등급 산정이 가능한 7개의 지역본부를 대상으로 분석을 수행하였다. 한편, 대상 지역본부내 통과톤수가 누락된 역간은 열차 운행횟수를 감안하여 추가로 선로등급을 산정하였다.
성능/효과
비용모델은 선형모델과 기존 해외사례에서 사용하고 있는 보편적인 로그함수모델 모두를 고려하였으며, 각 등급별 최소, 최대 및 평균 비용계수를 고려하여 가중 철도연장을 산정하고 이를 비용과 연계하였다. 본 논문의 분석 대상이 된 자료에서는 UIC 715의 비용계수 중 최소값을 적용한 회귀분석 결과가 통계적으로 가장 적합한 것으로 분석되었으며, 이후 매개변수 해석시 최소 비용계수를 적용하였다. 이는 기존에 각 지역본부별 유지보수비용 산출시 연도별 비용지출 사례를 기반으로 최적화된 비용계획을 산출하기보다 유지보수비용 절감에 초점을 맞추어 왔기 때문인 것으로 판단된다.
- 지역본부별 취약궤도 유지보수비 포함 유무가 철도연장 대비 유지보수 비용의 상관도에 미치는 영향을 조사하였다. 이 결과 취약궤도 유지보수비 포함시 비용 상관도가 높았으며, 단순 철도연장보다 UIC 715의 비용계수를 적용한 환산(가중) 철도연장의 유지보수비 상관관계가 현저하였다. 따라서 향후 철도시설물 유지보수 비용예측시 취약궤도 유지보수비를 포함한 전체 유지보수 직접비와 환산 철도연장 적용을 제안하였다.
이 보고서에는 일반철도와 비교·분석한 결과도 수록되어 있으며 고속철도의 km당 유지보수비용은 일반철도의 약 55% 수준인 것으로 파악되었다.
종단경사의 경우 예상할 수 있는 바와 같이 10‰ 이상인 비교적 급경사 변수와 유지보수비는 선형적이나, 경사가 완만한 경우에는 비용증가와 직접적인 관련이 없는 것으로 분석되었다.
취약궤도 유지보수비는 매해 본부별, 궤도상태별로 할당하는 유지보수비용 항목으로 Table 4에 나타낸 바와 같이 2005년 A 및 E 지역본부는 취약궤도 유지보수비용이 누락되어 있으며 두 지역본부를 제외한 B, C, D, F, G 등 5개의 지역본부는 취약궤도 유지보수비용이 반영되어 있다. 취약궤도 유지보수비용을 반영한 5개의 본부는 2%~6.6% 정도 유지보수비용이 증가하는 것을 알 수 있다.
이는 기존에 각 지역본부별 유지보수비용 산출시 연도별 비용지출 사례를 기반으로 최적화된 비용계획을 산출하기보다 유지보수비용 절감에 초점을 맞추어 왔기 때문인 것으로 판단된다. 한편, Fig. 4의 결과를 Fig. 3과 비교하면 UIC 715의 규정을 적용하지 않은 경우 철도연장 대비 비용 상관도가 낮아짐을 알 수 있으며, 따라서 UIC 715 규정 적용의 합리성을 확인할 수 있다.
후속연구
- 비용계수를 고려한 철도연장과 유지보수비용간의 상관관계를 바탕으로 궤도연장에 대해 선로등급 및 비용계수를 적용하는 경우 상관도가 더욱 개선될 수 있을 것으로 예측되었으며, 향후 이력관리시스템 등의 운영시 개선된 예측함수를 제안할 수 있을 것으로 판단된다.
이 결과 취약궤도 유지보수비 포함시 비용 상관도가 높았으며, 단순 철도연장보다 UIC 715의 비용계수를 적용한 환산(가중) 철도연장의 유지보수비 상관관계가 현저하였다. 따라서 향후 철도시설물 유지보수 비용예측시 취약궤도 유지보수비를 포함한 전체 유지보수 직접비와 환산 철도연장 적용을 제안하였다.
- 노후도의 경우 경과연수가 20년 이하인 궤도연장과 유지보수비와의 상관관계가 가장 우수하였지만, 이는 경과연수 20년 이하의 궤도가 전체 연장의 약 90%에 달하며 전 지역본부에 고르게 분포하고 있어 결국 궤도연장과 유지보수비용 간의 상관관계로 이해할 수 있다. 또한 궤도연장과 유지보수비용간의 관계는 비용계수를 고려한 철도연장과 유지보수비용 수준의 상관관계를 보여 비용예측 모델로 활용할 수 있을 것으로 보인다.
향후에는 역간, 궤도별 선로등급을 세분화하여 좀 더 정밀한 유지보수비 분석체계를 개발할 필요가 있으며 종합검측차에 의한 궤도품질지수(TQI) 및 전차선 마모량 등의 변수와 유지보수비 간의 함수관계를 정립하여 TQI 및 각종 계측결과에 의한 열화도와 비용간의 경년변화를 함수화하는 연구가 진행될 예정이다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이 궤도의 구름접촉피로 등 궤도손상에 따른 비용을 추가로 고려할 수 있도록 예측식을 구성할 계획이며 기후 및 환경조건에 따른 비용변화를 고려할 필요가 있다
즉, 선로등급에 의한 선로의 연장과 곡선반경에 따른 곡선 연장간에는 상관성이 존재하며 일반적으로 선로의 연장이 길수록 곡선연장도 같이 증가하는 현상이 발생한다. 종단경사를 포함한 선로연장의 경우에도 선로등급에 의한 선로연장과 비례하는 결과를 나타내므로 본 연구에서는 따로 다루지 않았으며 향후 구축될 철도시설 이력정보시스템[30] 등에 의한 유지보수비용 분석시 궤도연장에 대한 선로등급을 고려한 곡선의 길이 및 종단경사 연장 등을 분리하여 고려하는 방안을 검토할 필요가 있다.
따라서 비용계수를 반영한 철도연장 또는 궤도연장이 현재로선 유지보수비용과 상관관계가 가장 높다고 볼 수 있다. 향후 궤도연장별 선로등급에 따른 비용계수를 반영할 경우 기존 철도연장에 따른 모델에 비해 신뢰도가 높은 유지보수비용을 추정할 수 있을 것으로 판단된다. 한편, 비용 예측시 선형모델이 로그함수모델보다 상관도가 더 높게 계산되었으며 이는 본부별 관할 철도연장을 각각 고려하였기 때문인 것으로 판단된다.
향후에는 역간, 궤도별 선로등급을 세분화하여 좀 더 정밀한 유지보수비 분석체계를 개발할 필요가 있으며 종합검측차에 의한 궤도품질지수(TQI) 및 전차선 마모량 등의 변수와 유지보수비 간의 함수관계를 정립하여 TQI 및 각종 계측결과에 의한 열화도와 비용간의 경년변화를 함수화하는 연구가 진행될 예정이다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이 궤도의 구름접촉피로 등 궤도손상에 따른 비용을 추가로 고려할 수 있도록 예측식을 구성할 계획이며 기후 및 환경조건에 따른 비용변화를 고려할 필요가 있다
일반적으로 예방유지보수 대비 사후유지보수(CM)의 비율을 약 8:2로 유지하는 경우, 전체 유지보수 비용의 약 30%를 절감할 수 있는 것으로 보고되고 있으며[26] 검측차 검측정보는 예방유지보수를 위한 전제조건으로 부각되고 있다. 현재 종합검측차 및 관련 이력정보시스템 등이 개발 중이므로 향후 이어지는 연구에서 관련 모델과 입력변수 및 활용방안 등에 대한 결과가 제시될 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철도노선의 사업소별 업무표준시간 도출 시 고려 요인은?
특히 철도건설시 사전검토 단계에서 소요되는 공사비뿐만 아니라 운영 및 유지보수에 투입되는 비용을 정확하게 파악하는것은 매우 중요하다. 국내에서 신설되는 철도노선의 유지보수비용은 인력운영 현황 및 특성분석을 통해 선로점검, 인력 및 장비보수 인력, 장비검수, 기계관리반 등 업무특성과 자갈/콘크리트 궤도 특성, 이동시간, 준비 및 정리시간 등을 고려한 사업소별 업무표준시간을 도출하여 작업별 표준인공을 도출하고 km당, 장비당 소요인공을 산정하여 소요인력을 기준으로 산정하고 있다. 이러한 방법은 인건비 산출에는 합리적일 수 있으나 전체 유지보수비용 산정에 있어서 일부 불합리한 요인으로 작용할 수 있다.
비용계수를 반영한 철도연장 또는 궤도연장이 현재로선 유지보수비용과 상관관계가 가장 높다고 볼 수 있는 이유는?
Table 7에는 철도시설 유지보수비용에 영향을 주는 요인에 따른 회귀모델을 정리하였으며 선로등급 이외에 노후도, 선로등급,곡선반경, 및 종단경사 등의 요인을 고려하였다. 이 중 경과연수 20년 이하인 궤도연장과 유지보수비용과의 상관관계가 가장 높았으나 노후도에 의한 모델은 앞서 언급한 바와 같이 궤도연장에 따른 비용의 선형적 증가형태로 볼 수 있다. 따라서 비용계수를 반영한 철도연장 또는 궤도연장이 현재로선 유지보수비용과 상관관계가 가장 높다고 볼 수 있다.
선로등급에 적용되는 환산통과톤수는 무엇을 반영하여 선로의 부담력을 산정하는가?
UIC에서는 열차 하중이 선로 유지보수에 직접적인 영향을 미치는 점을 감안하여 환산통과톤수에 따른 선로등급 분류체계인 UIC 714를 제정하여 활용하고 있다. 선로등급에 적용되는 환산통과톤수는 객차하중, 화차하중, 기관차하중과 그에 따른 열차의 속도에 관한 함수로, 축하중과 윤중, 속도를 반영하여 종국적으로 선로의 부담력을 산정하며 그 기준은 Table 5와 같다.
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