체계적이고 효율적인 경량전철시스템 건설 및 운영을 위해 시스템엔지니어링(SE) 기술의 적용은 필수적인 활동이 되었다. 이에 따라 사업수행과정에서 다양한 요구사항과 위험요소를 적기에 식별하고 조치하는 시스템엔지니어링 인력의 전문성이 매우 중요하게 고려되고 있다. 이에 본 연구에서는 경량전철 시스템엔지니어링 사업과 관련된 이해관계자들(획득자 및 공급자, 그리고 협력업체 등)을 위한 SE 교육교재를 개발하여 사업수행 전 및 수행과정에서 활용할 수 있도록 하였다. 교육교재는 일반(공통)과정, 수행자(실무자)과정, 심화수행자(관리자)과정)으로 구분하여 개발하였다. 이는 경량전철사업의 성공과 우수한 성과 창출을 위해 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
본 연구는 '선도기술개발사업' 중 최고운행속도 350㎞의 한국형 고속전철 시스템개발 및 관련 핵심기술 확보를 사업 목표로 하는 '한국형 고속전칠 기술개발 사업' 연구과제의 하나로 수행된 과제이며, 한국형 고속전철에 적용하기 위한 한국인의 정서와 체형에 적합한 한국형 경량 Seat 개발을 목적으로 하였다. 경량 Seat 개발을 위한 기초기술 연구로서 인간공학적 Seat 설계기술 개발, 경량 소재 개발, 구조물 접합기술 개발, 난연소재 개발, A/V 내장기술 개발 등의 연구를 수행하였고, 그 결과를 토대로 하여 경량 Seat의 Prototype 설계와 검증을 실시하였으며, Mock Up Seat를 제작하였다.
경량전철시스템은 버스와 지하철의 중간정도의 수송능력을 가진 첨단 대중 교통수단으로 주로 무인으로 운전되며, 1개사업이 조단위의 건설비가 소요되는 대형 복합시스템이다. 이러한 경량전철사업을 효율적으로 수행하기 위해서는 시스템엔지니어링이 매우 중요하다. 시스템엔지니어링은 성공적인 시스템을 구현하기 위한 다분야 학문의 종합적 접근방법과 수단으로 복잡한 시스템을 개발 관리하기 위해 전체적(holistic), 생명주기적 관점에서 접근하며, 필요한 사항을 확인하고, 해야 할 일을 바르게 수행하도록 안내한다. 본 논문에서는 경량전철사업에서 시스템엔지니어링을 적용하기 위한 프로세스를 제시한다. 이를 위해 국내 경량전철사업의 시스템엔지니어링 특징을 분석하고, 국내에 적합한 시스템엔지니어링 프로세스와 프로세스의 산출물 작성을 위한 템플릿과 사례, 그리고 프로세스를 전산으로 구현한 사례를 제시한다.
우리 나라에서 사용되고 있는 경량전철의 의미는 특정 대중교통수단을 지칭하기보다는 좀 더 폭넓은 의미로서 기존 지하철 또는 전철과 같이 대용량보다는 적으나, 도시버스나 직행버스와 같이 기존의 우리 나라에서 흔히 볼 수 있는 교통수단보다 용량이 큰 대중교통수단을 의미한다. 본 글에서는 각종 경량전철시스템들의 국내 적용 시 고려되어야 할 측면들을 분석한다. 수송용량, 비용, 운영, 시설, 이용자 측면에서 경량전철의 국내 적용가능성을 검토해 보고 현재 우리 나라에서 추진되고 있는 경량전철계획중 주요 문제점과 대처방안을 논한다. 현재 정부의 재원조달방안으로는 경량전철사업의 추진은 매우 어려울 것으로 보인다. 이들 타개하기 위해서는 먼저 중앙정부의 과감한 보조가 선행되어야 한다. 선진국과 같이 초기투자비에서 자기자본비율을 줄일 수 있도록 중앙정부와 해당지방자치단체에서 총 공사비의 최소 50% 이상을 지원하여야 한다. 외국에서의 운영사례와 시스템 평가경험에서 보더라도 기존 이국에서 운행되고 있는 대부분의 경량전철시스템들이 국내에서 요구하는 수송용량 등의 기본 요구사항을 만족할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 시스템의 선정은 시스템의 가격, 유지보수시의 국내기술적용 정도 및 국산화 등 협상시의 계약조건이 시스템이 결정에 중요한 요인이 될 것으로 보인다.
본 논문에서는 경량전철시스템 기술개발사업에서 개발하고자하는 차량시스템, 신호제어시스템, 전력공급시스템 및 선로구축불의 목표신뢰도를 정의하였다. 이 목표신뢰도의 배분은 국내지하철의 고장유형 및 철도분야에 축적되어있는 고장율을 바탕으로 작성되었다. 특히, 차량시스템분야는 보다 자세히 목표신뢰도를 배분하였다. 이러한 목표신뢰도 배분을 통하여 경량전철 시스템의 각 개발단계마다 이루어지는 개발활동(설계, 제작 및 구매)의 검증을 수행하여야 신뢰성을 확보한 경량전철시스템개발이라는 궁극적인 목적을 달성할 수 있다. 목표신뢰도 배분에 맞추어 경량전철시스템개발동안 제동장치, 추진장치, 출입문장치, 제어장치 등 고장시 열차의 운행을 정지시킬 수 있는 구성품에 대한 신뢰도를 모델링하여 신뢰도 예측 및 분석하고 이에 맞추어 설계검증 및 보안을 한다. 또한 경량전철시스템의 시험선로에서의 주행시험을 통하여 국내 경량전철시스템에 적합한 신뢰도 기준을 마련하고자 한다.
우리나라는 1990년대부터 도시공간구조 재배치와 지역 간 균형발전계획에 따라, 경전철, 모노레일, 자기부상열차, 간선급행버스 등 신교통수단 도입이 구체적으로 논의되어 왔고 일부는 건설 중에 있다. 그러나 경량전철 사업추진과정에서 일관성 있게 조율할 수 있는 전담기구역할이 부족하여 사업주체간에 심각한 혼선을 빗고 있으며, KDI 공공투자관리센터에서 시행하고 있는 예비타당성조사도 경제성(B/C)에만 비중을 두고 사업을 시행하고 있는 형편이다. 따라서 경량전철형식에 대한 적정성 연구가 필요함으로 도시별 유형과 특성에 맞는 효율적인 경량전철형식을 제시하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 서울과 경기도의 지역을 요인분석을 이용하여 6개 군집으로 분류하고 각 군집에 적합한 경량전철을 선정하기 위해 선호도 분석을 실시하였다.
경량전철시스템의 건설은 노선당 수천억 원에서 조 단위의 건설비가 소요되는 대형 복합인프라 사업으로, 건설된 시스템은 장기간 운영되기 때문에 생명주기관점에서 사업을 추진하는 것이 매우 중요하다. 시스템엔지니어링은 고객의 요구를 성공적으로 구현하는 수단 및 방법론으로 경량전철사업과 같은 대형 사업에 매우 유용하다. 이러한 시스템엔지니어링 접근법을 경량전철사업에 적용하기 위해 개발된 전산모델 SELRT(Systems Engineering application model for Light Rail Transit project)가 현장에서 활용되기 위해서는 모델에 대한 검증이 필요하다. 시스템엔지니어링에서의 검증은 시스템요구사항을 만족하였음을 확인하는 것이다. 따라서 본 논문에서는 시스템엔지니어링 방법론에 따라 검증 절차와 검증 아키텍처를 제시하고, 이에 따라 시스템요구사항을 식별하였다. 또한 시스템요구사항을 검증하기 위해 국제 표준규격 등 참조규격을 참고하여 검증요구사항 및 검증항목과 검증기준을 도출하였으며, 검증절차에 따라 SELRT를 시연하고 결과를 검증요구사항과 비교하였다. 그 결과 시스템요구사항과 검증요구사항의 추적성, 검증요구사항별 검증방법, 전산도구의 시연결과가 상호 연결되고, 최초요구사항이 SELRT에 명확히 구현되었음을 확인할 수 있어, 제안된 방법이 SELRT 검증에 유효하며, SELRT도 경량전철사업현장에서 활용될 수 있음이 확인되었다.
최근 경량전철 건설사업에 대한 수요가 증가하고 있으며, 경량전철 건설 사업은 주로 민자사업의 형태로 추진되고 있다. 따라서 사업에 투자할 비용을 계약기간 동안 해당 시설물 운영을 통해 수익창출을 해야 하는 민간건설업체 입장에서는 생애주기측면에서 보다 정확한 비용의 산정이 요구되고 있다. 특히, 경량전철 건설사업에 있어서 비용측면에서 많은 부분을 차지하고 있는 교량은 기존의 생애주기비용 산출방식보다 정밀한 비용 산출이 필요하였다. 이에 본 연구에서는 문헌고찰을 통해 LCC 분석 모델을 개발하고, 비용분류체계를 제시하였다. 제시된 비용분류체계를 바탕으로 경량전철 교량 상부구조 형식별 공사비와 보수 ${\cdot}$ 보강 ${\cdot}$ 교체 이력자료를 바탕으로 비용발생주기 및 비용단가 등을 수집 ${\cdot}$ 분석하였다. 또한, LCC분석을 위한 기본적인 가정사항을 설정한 후, 각 항목별 실적자료 정보를 활용하여 LCC 측면에서의 경제성 평가를 실시하였다. 그간 경량전철을 비롯한 철도교량에 대한 LCC분석연구가 많이 이루어지고 있지 않은 상황임을 감안할 때, 본 연구를 통해 제시된 비용분류체계와 유지관리 관련 데이터는 철도교량의 체계적인 유지관리 활동에 대한 기반이 될 것으로 기대된다.
본 논문은 SE & SW Infra를 활용한 실용적인 시스템엔지니어링관리계획서(SEMP) 템플릿 개발에 관한 연구이다. SEMP는 시스템엔지니어링 업무활동 관리를 위한 최상위 수준의 계획서로서 경량전철 사업 수행 시 국내 실정에 맞도록 개발 하였다. 경량전철사업 수행 시 생성 되는 SEMP를 효과적이고 효율적으로 관리 및 개발하기 위하여 SE & SW 연계 Infra를 구축하였다. 본 논문을 통해서 전산기반의 SE & SW Infra 도구간 통합하는 것을 사례로 제시함으로써 향후 인력, 비용, 일정을 줄일 수 있을 것이다.
경량전철시스템은 대도시내 주요 거점을 연결하는 간선교통, 지하철 노선이 닿지 못하는 지역의 교통수요를 기존 지하철에 연결시키는 개념의 지선 및 순환교통, 그리고 공항, 위락지역 등 대단위 교통 밀집지역의 접근교통 등의 역할을 한다. LIM, 노면전차, 모노레일 도입시 시장성과 경제성분석을 통해 각 시스템의 도입 타당성을 제시하고 국내 환경에 적합한 시스템 개발 및 향후 국외 시장의 선점효과를 정량적으로 제시하고자 하였다. 이에 경량전철의 특징 및 국내외 도입현황을 분석하였으며, 경제적 타당성 분석을 위해 산업연관분석을 하여 매출 및 부가가치를 전망하고 최종적으로 비용-편익 분석을 수행한 결과 대상 시스템 모두 경제성이 있는 것으로 분석되었다. 이러한 비용편익비율은 향후 경량전출 도입은 효율성으로 의미하기 보다는 사업성의 유무 판단으로 사용하는 것이며, 모든 시스템에 있어 경제성이 있는 것으로 판단된 만큼, 노선별 특성에 맞는 시스템 도입을 위한 다양한 방식의 경량전철 개발이 필요함을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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