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[레일in학회] 철도인프라, 이제는 개량·보수에 중점을 둬야

2019 한국철도학회 춘계학술대회 주요 이슈

장병극 기자 | 입력 : 2019/05/27 [01:13]

 

[국토매일-장병극 기자] 광명-대전간 고속선의 대보수 시기가 도래하고, 수도권을 비롯한 기존 도시철도 인프라의 노후화가 부각되는 시점에서 철도 인프라의 개량·보수 기술을 소개하며, 정책방향을 논의하는 자리가 마련됐다.

 

한국철도학회는 지난 23()부터 이틀 간 여수엑스포컨벤션센터에서 2019 춘계학술대회를 개최했다. 이번 학술대회는 철도분야의 유관기관과 기업 등이 대거 참석해 차량기계, 전기신호, 궤도토목, 정책운영 등 분야의 우수한 학술논문을 소개하고, 특별세션을 마련해 최근 철도관련 기술개발 현황을 공유했다.

 

2318시부터 진행한 환영만찬에는 코레일 손병석 사장, 한국철도시설공단 김상균 이사장, 국토교통부 철도건설과 임종일 과장, 권오봉 여수시장, 부산교통공사 이종국 사장, 광주도시철도공사 윤진보 사장, 우유철 ()현대로템 부회장 등 외빈들이 참석했다.

 

이우식 한국철도학회장은 개회사를 통해 철도인이 모여 함께 소통할 수 있는 자리를 마련해주신 국내철도유관기관과 관계기업들에게 감사드린다, “향후 철도학회가 철도산업의 미래 및 기술의 개발의 방향을 제시하는 한편, 우수한 학술적 성과들이 널리 알려지고, 이들 기술을 상용화해 선진 철도국으로 발돋움해 나갈 수 있기를 바란다고 말했다.

 

▲ 2019 한국철도학회 춘계학술대회를 주관한 한국철도학회 임원단이 기념촬영을 하고 있다.     ©국토매일

 

 

기존 철도인프라 활용한 급행화 기술 소개

 

이번 학회에서는 기존 인프라를 활용한 급행화 기술개발이라는 주제로 특별세션을 마련해 눈길을 끌었다. 현재 경인선·경의선·수인선·안산선 등 도심 외곽의 광역철도 위주로 운영 중인 급행철도를 확대해 경부선(1호선분당선·과천선(4호선일산선(3호선) 등에도 대피선을 추가로 설치, 향후 서울 도심철도의 급행화도 고려해볼 수 있을 것이라 전망했다. 분당선과 과천선 등 광역철도 급행화사업은 현 정부 국정과제로 추진 중이다.

 

한국철도기술연구원은 크게 두 가지 기술을 연구 중이다. 우선 기존의 운행시스템을 변경해 구조물을 추가 설치·변경하지 않고 급행철도를 도입하는 방식이다. 선택적 정차방식을 통해 통행시간을 절감시키고, 무선을 이용한 열차제어(CBTC : Communication Based Train Control)기술을 통해 지금보다 운행간격을 조밀하게 만들도록 하는 것이다. 이를 위해서는 신호시스템 개량이 필수적이다.

 

이미 9호선은 건설 당시부터 대피선을 만들어 완·급행 철도를 운행 중이며, 이용자의 선호도가 매우 높다. 기존 도시철도를 개·보수해 대피선을 건설한 사례는 일본 등이며 개착식 공법을 사용했다. 하지만 우리나라는 도시철도 터널시설물이 비교적 깊게 위치하고 있고, 지상부의 도로는 차량통행량이 많아 비개착식 공법이 필요하다. 세계적으로도 이미 완공된 철도터널을 비개착식 공법으로 확폭(터널 폭을 확대)한 사례는 드물다.

 

무엇보다 수송량이 큰 도시철도를 운행 중지시키지 않고 공사를 진행해야 하는 어려움도 있다. 금번 학회에서는 대피선 확보를 위한 확폭관련 기술 연구 사례도 소개했다. 한국철도기술원은 파이브루프, 프로텍터 등을 활용하거나, 기존 구조물 초근접 NATM공법 시행 가능성을 제안했다.

 

모듈형분기기 급속시공방안도 선보였다. 모듈형 분기기는 도시철도 미운행 시간동안 신속하게 궤도를 개량하여 대피선을 시공할 수 있는 방법이다. 도심철도에 대한 대대적인 개·보수가 필요한 시점이 다가오면서, 궤도 시공에 있어 핵심이라고 할 수 있는 분기기를 신속하게 설치할 수 있는 기술적 대안을 제시한 것이다. 모듈형 분기기 개발을 통해 미운행 시간동안 기존선과 새롭게 건설되는 대피선 간 궤도 연결에 필요한 분기기를 신속하고 안전하게 설치할 수 있을 것으로 기대했다.

 

▲ 한국철도시설공단 김상균 이사장이 한국철도공사와 (주)에스코알티에스가 개발한 '프리캐스트 패널 개발 성과'를 관람하고 있다.     © 국토매일

 

고속철도 궤도 보수 방법도 제시해

 

초창기에 건설된 고속선은 시공한지 20여년이 경과해 궤도와 침목 등에서 노후화가 진행되고 있다. 특히, 광명-대구간 고속선은 자갈도상으로 시공되었고, 주기적으로 보수가 필요하다. 삼표레일웨이는 신기술·신공법, 새로운 궤도기술과 분기기의 개발이라는 주제로 특별세션을 마련했다. 여기서는 유럽 등 선진철도국가의 사례를 참고하여 국내 궤도의 개량·보수에 적용할 수 있는 삼표레일웨이의 기술개발 현황과 기존 철도 개·보수 과정의 적용방안도 논의했다.

 

현재 궤도분야는 생애주기(LCC)에 최적화된 설계를 통해 보수비용과 기회비용을 감안하도록 진화하고 있다. 삼표 측은 특히, 특수침목을 사용하고 고탄성체결장치를 사용해 안정성을 높일 있다고 설명했다. 철도노반 개량과정에서는 개량된 노반 내부에 토목섬유를 설치, 인장력을 증가시키고, 배수·여과기능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대했다. 토목섬유는 강화노반 두께의 10cm에 해당하는 시공비를 절감시킬 수 있다는게 삼표 측의 설명이다.

 

외국철도는 새로운 궤도기술을 적용하는 과정에서 선로보수비 유지절감을 중점으로 두고 있다. 특히, 분기기는 관리가 까다롭고 R400이하 곡선부의 경우 일반선로 유지보수비용의 80%가 투입되는 점을 감안해, 이에 대한 대책도 마련할 필요가 있다. 오스트리아 등의 사례를 들어 반격자형침목(HFS, Half Frame Sleeper)으로 개량해 급곡선부의 유지보수 빈도를 절감시키는 방안을 공유했다.

 

이번 세션에서는 한국형고속분기기 개발성과도 소개하고, USP분기기의 상용화 가능성도 토론했다. 한국형 고속분기기는 한국철도시설공단·한국철도기술연구원·삼표가 공동개발했다. 삼표레일웨이는 차량동역학 해석을 통해 얻은 국산 고유 단면의 텅레일을 개발해 분기기의 핵심부품 국산화에 따른 소재 수급문제를 해결할 수 있을 것이라 전망했다. 포인트부는 국산화한 텅레일을 비롯해 차량 동역학 다물체 해석을 통한 궤간 최적화 기법을 적용해 확대 선형(KGO10mm)을 개발, 사용수명과 주행 안정성을 향상시키고자 했다.

 

▲ 분기기의 구조 : 크게 포인트부와 리드부, 크로싱부로 구성된다.     © 한국철도기술연구원 제공

 

USP분기기는 현재 유럽 등 선진 철도국에서 각광받고 있는 기술이다. 국내에서는 성남~여주간 복선전철 등 일반 구간에 USP침목이 시공되었지만, 분기기에 적용된 경우는 전무하다. USP분기기는 PC침목 하부에 3종 강성을 가진 USP패드를 부착해, 자갈과의 접촉면적을 넓히고 균일한 침목처짐을 유도하여 자갈세립화·선형틀림·다짐작업 감소 등을 기대할 수 있다. 이를 통해 장기적으로 유지보수비용을 감소할 수 있다. 현재 군포역 하선방향에 시범설치하여 테스트 중이며, 향후 고속선 개량에도 적용할 수 있을 것이라 기대했다. 다만, 패드와 침목간 결합정도와 운행선 철도노반 개량공사에 필요한 장비 등의 소요성에 대해서는 세밀한 검토가 필요하다는 지적도 있었다.

 

열차제어시스템의 구축 동향 소개해

 

유럽철도의 연구 개발에 있어 주요 키워드는 디지털 철도이다. 특히, 유럽 내 상이한 열자제어시스템의 상호운영성을 확보하기 위해 개발·운영 중인 유럽표준열차제어시스템(ETCS, European train control system)에 디지털 기술을 접목, 수송량 증대를 위한 연구가 활발히 진행 중이다.

 

국제철도연합(UIC)가 중심이 되어 1991년부터 개발을 시작한 열차제어시스템은 L1(지상신호기에 의한 자동폐색제어)L2(지상열차검지에 의한 무선병용 자동열차제어)의 상위개념인 L3(차상위치검지에 의한 무선제어)급 시스템 구축을 위한 연구가 진행 중이다.

 

금번 학회에서는 ETCS와 관련해 ETCS기반 열차제어시스템에서 무선 인터페이스 위험원 분석 및 저감대책 수립에 관한 연구 ETCS L3급 열차제어시스템 종합성능시험을 위한 요구사항 분석에 대한 연구 Hybrid ETCS Level3 사양분석 등의 연구논문이 소개되었다.

 

한편, 전기신호 부문에서는 ‘IP기반 철도 전자연동장치 실용화라는 주제로 논의하기도 했다. 철도신호사업연구조합에서 일반·도시·고속철도 등 다양한 형태의 열차 운용환경에서 열차를 직접 제어하는 장치인 전자연동장치를 중심으로 신호시스템 인터페이스를 규격화, 표준화해 이를 IP기반 네트워크화 시스템으로 개발하고, 안전성 및 신뢰성을 검증하여 실용화하기 위한 모델을 제시하였다.

 

‘IP기반 철도 전자 연동장치 실용화인터페이스 표준사양서 개발을 위해 대아티아이, 혁신전공, 에스트랜스포트, 네오트랜스 등 기업이 참여하며, 오는 6월경 기술자문회의와 공청회를 거친후 표준사양서를 최종 확정할 계획이다. 이를 통해 철도안전법에 의한 형식승인을 획득하고, 차후 전자연동장치물품 입찰에도 참가할 예정이다.

 

미세먼지 저감을 위한 연구 선보여

 

지하역사 및 본선 터널 등 미세먼지 저감을 위한 기초적 데이터 확보와 기술 적용 사례를 공유하기 위한 특별세션 및 연구성과도 선보였다. 리트코는 지하철과 철도 본선 환기구 및 역사 미세먼지 저감기술이라는 주제로 특별세션을 마련했으며, 이를 통해 지하역사 급·배기구 및 본선 환기구에 설치할 수 있는 양방향 전기집진기술을 적극적으로 소개했다.

 

이 밖에 철도 지하역사 미세먼지 저감장치 최적화에 관한 연구 지하철 환기공조시설을 활용한 대기 중 미세먼지 저감방안 도시철도 지하역사 실내 환경개선을 위한 바이오스페이스 정책 동향 빅테이터 기반 지하역사 미세먼지 관리방안 연구 역사 실내 공기질 분포 측정에 관한 조사 연구 도시철도 터널 초미세먼지 집친차량의 집진효율 연구 터널 미세먼지 제거차량 시험운행 및 성능평가 방안 등 미세먼지 저감 및 지하역사의 환경 개선을 위한 다양한 논문이 발표되었다.

 

금번 학회에서는 향후 유라시아 진출에 선제적으로 대응 할 수 있는 평양역세권 개발, 화물운임체계 등 연구도 선보였으며, 자율주행기반 열차제어시스템 연구개발 현황과 전망 등 철도 자율주행의 핵심 기술개발 성과도 소개했다. 또한, ‘신 한국철도사 편찬기념세미나-한국철도120:회고와 전망특별세션도 마련했다. 이 자리에는 김동건 한국철도문화재단 이사장의 사회로 이용상 우송대학교 교수가 총론을 발표했으며, 정책방향·도시철도 및 광역철도 등 세부분야에 대해서는 이원희 한경대학교 교수, 김원규 한국교통연구원 선임연구위원, 홍용기 전 우송대학교 교수가 발표를 맡았다.

 

▲ '신한국철도사 편찬기념 세미나'에서 우송대학교 이용상 교수가 총론을 발표하고 있다.     © 국토매일

 

한편, 이번 학술대회에서는 강소기업을 소개할 수 있는 별도의 전시부스회도 별도로 마련해, 15개의 기업이 연구성과와 개발품 등을 전시했다. 한국철도기술연구원, 한국철도공사 연구원, 철도시설공단 등 유관기관에서 연구개발한 성과도 전시해 눈길을 끌었다. 기업·기관별 전시부스 소개는 하단의 기사 ‘[포토] 2019 한국철도학회 춘계학술대회 현장을 통해 확인할 수 있다.

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