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철도 차량의 회송 방식

사람이 타는 교통수단이라는 건 형태와 처지에 따라 "(1) 화물 < (2) 이동 수단 < (3) 주거 공간" 사이에서 가변적인 위상을 차지한다고 볼 수 있다.
간단한 이륜차는 (3)의 특성은 거의 없으며 화물과 이동 수단 사이에 해당한다. 접을 수 있는 자전거는 승용차에도 실을 수 있게 (1)을 더 강화했다고 볼 수 있다.

하지만 이륜차 말고도 모든 교통수단들은 엄연히 공장에서 생산되는 공산품이며, 공장에서 갓 생산된 뒤 개인이나 운수 회사 같은 고객이 있는 곳으로 인도될 때까지는 거대한 화물과 동일하게 간주된다. 예외적으로 배야 거주성이 가장 강한 놈이며 팍팍 같은 모델을 반복해서 찍어내는 생산이라기보다는 건축· 건조에 가깝긴 하지만.. 그래도 자동차 정도만 돼도 법적으로는 거의 '준부동산'으로 취급된다. 그래서 차량 안은 여느 건물 내부와 마찬가지로 주거침입죄가 적용되는 배경이 될 수 있다.

상품이 교통수단 그 자체이니 그 물건을 목적지까지 그대로 굴려서 전달할 수도 있다. 육상이 아닌 다른 교통수단부터 생각해 보자면, 비행기는 그것 말고 선택의 여지가 없다. 보잉 사 공장에서 생산된 여객기는 그걸 구매한 항공사까지 자가비행으로 인도된다. 그 거대한 비행기를 분해해서 육로· 해상 수송을 할 수는 없으며 다른 비행기에다 실어서 수송할 수도 없기 때문이다.

배 역시 동력도 없고 카누, 요트, 보트로나 불리는 자그마한 레저용 양산 장난감 급이 아니라.. ship이라 불리고 등기 등록을 하고 이름까지 붙은 거대한 물건이라면 조선소에서 항구까지 당연히 자력으로 가야 한다. 단, 그것만 있는 건 아니고 선박에는 예인선이라는 게 있어서 엔진이 퍼진 배를 견인하거나, 아니면 법을 어긴 배를 나포하기도 한다.

그럼 철도 차량은 사정이 어떨까? 다음과 같은 세 경우가 모두 존재한다.

  • 자력회송: 선로 위에서 자기 동력으로 주행하는 것을 말한다. 자동차로 치면 소비자에게 아직 정식으로 판매되지 않아서 임시 번호판을 달고 자력 주행하는 차량과 같다.
  • 갑종회송: 선로 위에서 자기 바퀴로 구르긴 하지만 자기 동력이 아니라 다른 기관차에 끌려다니는 것을 말한다. 자동차로 치면 바퀴의 일부를 땅에 댄 채 견인되어 가는 것과 같다.
  • 을종회송: 차량이 통째로 트레일러나 화물선 같은 타 교통수단에 실려서 운송되는 것을 가리킨다. 자동차로 치면 승용차 여러 대를 한꺼번에 수송하는 대형 트레일러를 쉽게 상상할 수 있을 것이다. 철도 차량이 트레일러로 수송되는 경우, 각 객차들은 당연히 분리되어야 한다.

자력회송은 신차 출고보다는 이미 운행에 투입된 차량이 스케줄의 소화를 마치고 차고지로 들어가는 상황에서(혹은 반대 경우도 포함) 더 많이 볼 수 있다.
또한 '시운전'도 이런 자력회송과 비슷한 운행이다. 차량을 베타테스트한 후 차고지로 들어가는 게 목적이니까.. 다만 평범한 회송의 경우 차고지로 들어가는 게 목적인 반면, 시운전은 움직이는 것을 테스트하는 것 자체가 주 목적이라는 차이가 있다. 각각 결과와 과정을 더 중요하게 생각하니 관점이 서로 다르다.

물론, 기관사가 아닌 승객의 입장에서는 회송이건 시운전이건 이런 열차들은 승강장으로 들어오긴 하지만 승객을 태우지는 않고 불 끄고 무정차 통과하는 기분 나쁜 열차일 뿐일 것이다.

신차를 회송할 때는 자력보다는 갑종회송이 더 즐겨 쓰인다. 상식적으로 생각해도 당연한 것이.. 신차를 고객에게 인계하는데 이동 과정에서 이미 차량의 동력원을 가동해 버려서 차량을 조금이나마 닳게(wear out) 해서는 안 될 것이기 때문이다. 그렇다고 바퀴까지 통째로 다른 차량 위에다 얹기에는 크기와 무게가 너무 부담 되고 번거롭기도 하니까.

지하철 차량의 경우 전기 규격의 차이(직류 vs 교류) 때문에 일반열차의 선로에서는 자력회송을 하고 싶어도 어차피 못 한다. 하지만 궤간은 일반열차와 동일한 표준궤이니 선로 위에서 디젤 기관차로 견인해서 수송하는 갑종회송이 가능하며, 지하철 차량의 반입은 갑종회송 방식이 많이 쓰였다.
지난 2012년 6월 3일엔 KTX-산천 열차가 웬 영동선으로 얼굴마담 나들이를 가서 그 당시에 아직 잔존하던 스위치백 구간까지 통과했었는데.. 이 역시 자력회송은 아니고 디젤 기관차에 끌려가는 갑종회송이었다.

자력회송이 '시운전'과 관련이 있다면, 갑종회송은 '구원운전'과 관련이 있다. 한 차량이 동력 계통에 문제가 생겨서 선로 중간에 퍼져 버리면 다른 기관차가 와서 그 열차를 견인해서 끌고 가는 것 말이다.

40여 년 전, 수도권 전철이 첫 개통하던 시절과는 달리 요즘은 육로 수송 인프라가 크게 발달했고 기존 철도와 직결하지 않는 노선과 차량 형태로 철도가 많이 개통하고 있다. 그렇기 때문에 신차를 반입할 때 을종수송의 비중이 늘어나는 게 요즘 추세이다. 예전에는 엄청 많이 우회하더라도 최대한 기존 일반열차 선로와 지하철 선로를 거쳐서 차량을 반입했지만, 지금은 그냥 트레일러에 싣는다는 뜻이다.

경전철은 말 그대로 차량의 크기와 편성수도 적으니 트레일러 수송에 대한 부담이 중전철보다 덜하다.
공항 철도 열차는 선로가 다 완성되고 경의선과의 연결선이 개통하지도 않았을 때 차량이 반입됐다 보니, 인천 바닷가까지는 기관차 갑종회송을 했지만 영종도의 용유 차량 기지까지는 배와 트레일러를 이용해서 차량을 을종회송 방식으로 반입했다.
단, 2010년의 2차 개통 때 추가로 도입된 차량들은 철길만 거쳐서 반입했다.

서울 지하철 9호선 역시 일반열차 선로와 연결되는 구간이 아직 전혀 없던 관계로 트레일러로 차량을 반입했다. 하지만 앞으로 공항 철도와의 직통 운행이 시작되면 자연히 공항 철도를 거쳐서 경의선으로도 가는 길이 연결되므로, 추가 차량은 그쪽으로 갑종회송 방식으로 반입되지 않겠나 싶다. 9호선은 끔찍한 혼잡을 호소하고 있는데 언제쯤 차량이 더 반입되려나 모르겠다.

이상. 철도 차량의 회송과 신차 반입에 대해서는 몇 년 전에도 한번 글을 쓴 적이 있었는데 '갑/을종/자력'이라는 용어를 동원해서 또 한데 정리해 보게 됐다.
차량 시운전이라고 하면 본인은 성경의 눅 14:19 말씀이 떠오른다.

"다른 사람은 이르되, 나는 소 다섯 겨리를 사서 그것들을 시험하러 가니 원하건대 나를 용서하라, 하며" (식사 초대를 거절하면서 대는 핑계)

요즘으로 치면 자가용을 뽑았기 때문에 시승하러 가는 것과 비슷한 심상이지 않은가? -_-

Posted by 사무엘

2016/11/09 08:35 2016/11/09 08:35
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1. 장폐단· 단폐단

한국 철도에서 운행 중인 특대형 디젤 기관차(정확히는 디젤 전기 기관차)는 앞부분이 잘 알다시피 이렇게 생겼다. (사진들의 출처: 위키미디어)

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그런데 가끔은 앞부분이 이렇게 생긴 열차가 다니기도 한다.

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이미 눈치 챈 독자도 계시겠지만, 이것은 새로운 다른 기관차가 아니라, 똑같은 기관차를 방향만 달리하여 배치한 것이다.
기관차의 뒷부분이 전방을 향하게 하고, 기관차의 원래의 앞부분을 후방으로 배치하여 객차를 연결한 뒤 기관차를 전진이 아닌 후진시킴으로써 앞으로 나아간다. 본인이 예전에 몇 번이나 언급한 적이 있듯, 모든 철도 동력차들은 전진과 후진을 완전히 동일한 성능으로 자유자재로 할 수 있기 때문이다. 자동차나 비행기와는 다르다.

기관차의 운전석은 통상 앞부분과 가까이 배치되어 있으며, 전방의 시야도 넓게 확보되어 있다. 이런 직관적인 앞부분으로 기관차를 자연스럽게 운전하는 것을 '단폐단 운전'이라고 한다. 운전석과 차체의 진행 방향 끝부분이 가까이 있다는 뜻이다.
그러나 기관차의 양방향 중 운전석 방향과 먼 반대쪽으로 열차를 운전하는 것을 '장폐단 운전'이라고 한다.

철도는 신호 시스템이 아주 발달해 있고 방향 전환이 필요 없는 교통수단이긴 하지만, 그래도 장폐단 운전이 단폐단 운전보다 더 위험하고 기관사의 심신에 부담을 많이 끼치는 근무인 것은 두 말할 나위가 없다.
운전석에서 차량의 말단이 멀리 떨어져 있다 보니 그렇잖아도 눈에 안 띄는 사각지대가 많아지는데, 그나마도 양 끝의 작고 좁은 창문만을 통해서 앞을 오랫동안 내다보느라 기관사의 자세도 구부정해지기 때문이다.

이런 장폐단 편성은 왜 생기는 걸까? 기관차의 방향을 돌려 주는 전차대나 루프선이 없는 노선을 운행했다가 되돌아올 때가 있기 때문이다.

대표적인 예는 바로 경인선이다.
경인선에서는 전동차뿐만이 아니라 인천항을 왕래하는 화물 열차도 비정기적으로 운행된다.
그러나 경인선의 종점인 인천 역은 인상선도, 루프선도, 전차대도 없이 열차가 있는 그대로 들어갔다가 도로 나올 수만 있는 매우 열악한 종착역이다. 그래서 인천 방면을 향하고 있던 기관차는 도로 서울 방면으로 돌아갈 때도 뒤쪽인 인천을 향한 채 주행하게 된다.

철도 차량은 아무래도 앞뒤 주행에 모두 유동적으로 대응 가능한 형태로 만드는 게 유리함을 알 수 있다. 앞으로 도입될 예정인 7600호대 디젤 전기 기관차는 앞뒤에 동일하게 운전석과 큰 창문이 달린 전후 대칭형으로 만들어질 예정이라고 한다. 이 경우 마치 동차처럼 장폐단· 단폐단이라는 구분 자체가 무의미해질 것이다.

물론, 전기 기관차는 진작부터 운전실이 앞뒤에 둘 달린 전후 대칭형으로 만들어져 있긴 했다. 기계 부품을 배치하는 데 다른 동력원 기관차보다 자유도가 더 높기 때문일 것이다.
전기나 디젤과는 달리 과거의 증기 기관차는 보일러와 탄수차, 차륜의 배치 같은 여러 문제 때문에 태생적으로 전후 대칭형으로 만들기가 사실상 불가능하다. 얘는 길쭉한 보일러가 앞으로 불쑥 돌출돼 있으니, 장폐단 형태만이 가능하다.

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드물게, 중형 기관차인 4400호대 디젤 기관차는 설계상의 정방향이 장폐단 형태이다. 증기 기관차처럼 말이다.

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그리고 일명 봉고 기관차라고도 불린 7000호대 디젤 기관차는 반대로 후진(=장폐단 주행)을 아예 고려하지 않은 극단적인 설계 때문에 사실상 단폐단 전진 운전밖에 못 한다. 운전석 안에서 후방 시야를 확보할 수 없기 때문이다. 얘는 작년 말에 다 퇴역했기 때문에 지금은 볼 수 없다.

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2. 차륜 배치

자동차에는 엔진이 자동차의 어느 쪽에 적재되고 구동축이 어느 쪽 바퀴에 연결되는지를 나타내는 FF(전륜구동), FR(후륜구동), RR, 4WD 같은 용어가 있다. 이와 비슷한 개념이 철도 차량에도 응당 존재한다.

먼저, 동력 분산식 차량의 경우, 연결된 차량 자체가 동력차인지 아니면 단순히 끌려다니는 객차인지를 나타내는 표기가 있다. Tc(한쪽 말단에 운전실이 달린 객차), M(동력차), M'(전동차 한정. 동력차이면서 팬터그래프도 달린 차), T(단순 객차)가 그것.

그리고 다음으로 한 차량을 이루는 대차의 차륜 구성을 나타내는 표기가 있다. 연속으로 이어져 있는 바퀴의 수를 나열하는데, 동력이 연결된 바퀴는 A, B, C로 시작하는 알파벳으로 적고, 그렇지 않은 바퀴는 아라비아 숫자로 적는다.

예를 들어, 아래의 8200호대 전기 기관차의 차륜을 표기하면 Bo-Bo이다. (보다시피 전후 대칭인 것도 맞지?)

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B라고 적힌 걸 보니, 한 대차당 바퀴가 두 개 있고 각 바퀴에 모두 동력이 전달된다는 뜻이다. 이 기관차 하나만을 자동차 같은 차량에다 비유한다면 진짜 4WD급인 셈이다.
B 다음에 붙은 o는 그 구동축이 동력원이 내연 기관 같은 다른 엔진이 아니라 전기 모터임을 뜻한다. 순수 전기 기관차뿐만이 아니라 디젤 전기 기관차의 구동축도 결국 전기 모터와 연결되어 있기 때문에 o가 붙는다.

사실, 8200호대 전기 기관차는 차륜이 한 레일당 총 4개로 적은 편이다. 가볍고 접지력이 낮은 것에 비해서 출력만 너무 강하다 보니, 이 기관차는 오르막에서 바퀴가 헛도는 공전 현상이 종종 발생했다고 한다.
8000호대 전기 기관차는 Bo-Bo-Bo이며, 특대형 디젤 기관차는 Co-Co로 6개이다. 최근에 도입되고 있는 8500호대 신규 전기 기관차 역시 이 추세게 맞추어 Co-Co로 돌아갔다.

오늘날의 디젤이나 전기 기관차는 차륜이 비교적 규칙적이고 배치 방식이 그렇게까지 다양하지는 않기 때문에 조합이 기껏 저 정도밖에 안 된다. 다양한 차륜의 종결자는 역시 증기 기관차였다.
얘는 엔진 내부에서 전문적인 동력비 조절 장치를 갖추고 있지 않은 원시적인 구조이기 때문에 바퀴의 개수와 크기가 기관차의 출력과 직접적으로 연결되었다. 그래서 여객용 기관차는 구동축이 걸리는 바퀴를 크게 하여 좀 더 빨리 달릴 수 있게 했고, 반대로 화물용 기관차는 작은 바퀴를 여러 개 달아서 속도 대신 토크(견인력)를 크게 했다.

19세기에 앞바퀴가 엄청 큼직한 자전거가 잠시 등장했던 것을 떠올려 보면 이해가 될 것이다. 그때는 체인이라는 개념이 도입되지 않아서 두발자전거도 세발자전거처럼 페달이 앞바퀴에 곧장 연결되어 있었으며 앞바퀴가 구동축이었다.
그리고 바퀴를 크게 하는 게 오늘날로 치면 고단 기어를 써서 페달을 조금만 밟아도 접지면의 바퀴는 더 많이 돌게 하기 때문에, 속도를 향상시킬 수 있다. 물론 그만큼 페달을 밟는 데 힘은 많이 들겠지만 말이다.

이렇듯, 철도에는 장폐단· 단폐단 같은 미처 생각도 못 했던 특성 구분이 존재한다는 걸 우리는 알 수 있었다.
비행기의 랜딩 기어 바퀴의 배치도 이런 표기법으로 기술해 보고 싶은 생각이 들지 않는지?

다만, 랜딩 기어 바퀴에는 구동축 같은 건 전혀 존재하지 않으며, 반대로 철도 차량은 비행기나 트럭의 바퀴처럼 바퀴가 안쪽으로 두 겹이 배치되는 경우는 존재하지 않는다는 게 고려할 점이다. 궤도를 구성하는 한 쌍의 레일의 안쪽에 또 차륜을 얹을 레일이 있는 건 아니기 때문이다. 무슨 복수의 궤간을 지원하도록 특수하게 설계된 선로가 아닌 이상 말이다.

Posted by 사무엘

2013/09/06 08:34 2013/09/06 08:34
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  1. asdf 2013/09/08 17:00 # M/D Reply Permalink

    저거 8200호대 모형...
    출시예정이라고 본거같은데 아직도 안나오네요...

  2. 김기윤 2013/09/08 20:25 # M/D Reply Permalink

    트레인 시뮬레이터를 플레이하다 보면, 전동차로는 장폐단 운전할 일이 아예 없는 수준까지 가지만, 화물 열차로는 장폐단 운전을 해야 할 일이 꽤 있습니다.

    게임이다보니, 사물이나 사람이 선로에 일은 없기 때문에 그 점에서는 현실보다는(..) 편하지만,
    여전히 장폐단이다보니 신호기를 보는게 정말 힘들더군요.

  3. 사무엘 2013/09/08 23:18 # M/D Reply Permalink

    asdf: 철도 모형에 관심이 많으신 분 같네요. 모형은 어디서 만드는 거 말이지요?

    김기윤: 장폐단/단폐단까지 재현했다니 좋은 시뮬레이터네요. ^^
    화물 수송이다 보니 여객열차가 다니지 않는 노선으로도 열차를 운행해야 하는데 거기는 전차대가 없는 말단이다 보니 그런 운전을 해야 하나 봅니다.

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전기 철도의 집전 장치

전기는 훌륭한 단백질 공급원..은 아니고, 훌륭한 동력 공급원이며 매력적인 에너지이다. 그러나 생산과 동시에 광속으로 흘러가 버린다는 특성상, 전기는 여느 물리적인 연료와는 달리 저장과 축적이 어렵다는 게 난감한 점이다. 획기적인 장거리 무선 송전 기술이라도 개발되지 않는 한, 전기로 움직이는 교통수단에다 전력을 공급하는 방식은 다음 세 시나리오 중 하나로 귀착될 것이다.

  1. 자기가 전력을 직접 생산해서 쓴다: 이건 뭐 원자력 잠수함에서나 가능한 일이니 제낀다. 디젤 전기 기관차 같은 경우도 응당 논외로 하고.
  2. 전적으로 배터리로부터 공급받는다: 무겁고 비싼 배터리의 충전 용량과 충전 시간, 그리고 수명 같은 여러 기술적인 어려움이 있다. 게다가 배터리는 충· 방전을 거듭할수록 용량이 하락하기 때문에 교체가 필요한 소모품이다. 그래서 순수 배터리 기반 전기 자동차는 단거리나 소형 교통수단에 머물러 있고, 하이브리드는 반대로 무게와 가격 문제 때문에 중형급 이상의 고급차에나 적용되고 있다.
  3. 전차선으로부터 공급받는다: 철도는 그나마 이게 가능해서 다행이다. 아니면 딱 전차선이 놓인 노선만 달리는 시내버스 정도나 말이다.

그래서 3번에 속하는 전기 철도 차량의 경우, 차량의 일정 부분이 전차선과 접촉하면서 끊임없이 전기를 공급받아야 한다. 가장 무난한 방식은 전차선을 선로의 위에다 달고, 열차는 천장에 달린 팬터그래프가 그 전차선과 접촉하여 전기를 받는 것이다.

이런 이유로 인해, 어떤 철도가 전철화되면 선로 주변엔 일정 간격으로 어마어마한 개수의 전봇대가 세워지고 빨랫줄마냥 전깃줄이 선로를 따라 주렁주렁 달린다. 전철화는 아무래도 주변 미관에는 좋은 영향을 끼친다고 볼 수 없다. 무슨 지중화를 할 수도 없는 노릇이니 말이다.
전철화 작업에는 초기에 굉장히 많은 시설 부설 비용이 들기 때문에, 초기 투자 비용을 능가하는 이익이 날 거라는 확신이 설 정도로 장사가 잘 되는 노선만을 선별하여 전철화를 해야 한다.

하지만 역사적으로는 팬터그래프 집전 방식이 최초로 쓰인 것은 아니다. 전차선을 열차의 위에다 설치하는 게 아니라 아래의 선로에다 같이 설치하는 방식이 먼저 쓰였다. 일명 제3궤조 집전식.

여기서 용어 설명을 좀 하겠다.
'궤조'란, 열차 하나가 다닐 수 있는 철길을 구성하는 길다란 선 모양의 쇳덩어리 하나를 가리킨다.
이 궤조가 특정 궤간을 유지하여 평행하게 둘 깔리면 '궤도'가 된다. 열차가 궤도를 벗어나는 사고를 일으키면 탈선했다고 표현한다. 그리고 모노레일은 궤도가 단 하나의 궤조로만 구성된 교통수단이다.
끝으로, 노반이 다져지고 침목도 깔리고 열차가 실제로 달릴 수 있는 형태로 궤도가 놓인 철도 시설 전체를 '선로'라고 부른다.

따라서 제3궤조라 함은, 한 궤도에 양 바퀴를 올려놓는 두 개의 궤조뿐만 아니라 전력을 공급하는 제3의 궤조가 하나 또 놓인다는 걸 일컫는다. 전기 철도라고 해서 무조건 치렁치렁 전차선과 전봇대가 달려 있는 건 아니라는 뜻이다.

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꽤 유명한 사진이다. 이것은 독일의 베르너 폰 지멘스가 발명한 세계 최초의 전기 기관차로, 1879년에 베를린 박람회에 출품하여 선보인 모습이다.
좌우로 총 6명의 승객이 앉은 객차가 3개(= 총 18명) 편성되었으니, 영락없는 놀이공원용 꼬마열차 크기이다. 궤간은 겨우 490mm로 일본 케이프 궤간의 절반, 표준궤의 1/3 규모에 불과하다. 박람회장 내부에 설치된 시험선은 300m 남짓한 길이였다고 한다.

규모가 워낙 작기 때문에 혹시 그냥 배터리로 달린 건 아닌가 하는 생각이 들었는데 그건 아니고, 그 작은 선로의 중앙에 직류 150V짜리 제3궤조가 있었다. (오늘날 지하철이 사용하는 1500V가 아님! 0이 하나 빠졌다. 그냥 가정용 전기 콘센트와 비슷한 규모의 전압.)
기관차는 3마력짜리 전동기로 그냥 사람이 살짝 빨리 걷는 속도인 시속 6km를 냈다고 한다. 단, 객차를 끌지 않고 기관차만 혼자 달릴 때는 그 두 배의 속도도 가능했다고.

제3궤조 집전식은 선로 주변의 미관을 해치지 않으며 시설 부설 비용이 저렴하다. 차량의 위에 치렁치렁거리는 주변 시설이 없으니 특히 지하철의 경우, 딱 열차 하나만 간신히 지나갈 만치 터널을 작게 뚫어도 된다는 큰 장점이 있다. 건설비를 절약할 수 있다는 뜻이다.

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이렇게 극단적으로 작은 터널은, 팬터그래프 집전 방식을 기준으로 건설된 지하철에서는 상상도 할 수 없을 것이다.
위의 사진은 세계에서 최초로 건설된 지하철인 런던 지하철이다. 런던이야 제3으로도 모자라서 제4궤조라는 특이한 집전 방식까지 독자적으로 개발해서 쓰는 동네이다만, 얘네들뿐만 아니라 고무 타이어로 유명한 파리 지하철도 제3궤조요, 일본 도쿄의 지하철도 초창기에 개통한 두 노선인 '긴자'(1927) 선과 '마루노우치'(1954) 선은 직류 600V 제3궤조 집전식이다. 그러니 이들 지하철이 다니는 곳은 선로 주변에 전차선이 보이지 않는다.

일본 지하철 얘기가 나왔으니 조금만 더 첨언하자면, 이들 초창기 지하철들은 영국 기술의 입김이 강했는지 의외로 협궤도 아니며 표준궤이다! 신칸센이 1964년에 등장할 때까지 일본에는 간선 철도에 표준궤란 존재하지 않았었는데 일개 지하철이 표준궤라니, 이례적인 경우가 아닐 수 없다. 그리고 일본의 다른 대부분의 로컬 철도들은 협궤에 직류 1500V 팬터그래프 집전 방식을 쓰고 있는 관계로, 긴자 선과 마루노우치 선은 지하철계의 외톨이로 사철과의 직통 운행을 전혀 못 하고 있다.

그리고 또 생각해 볼 점은, 도쿄의 최초의 지하철과 제2의 지하철의 개통 시기 사이에 무려 25년이 넘는 간극이 존재한다는 점이다. 일본이 태평양 전쟁을 안 일으켰으면 지하철이 분명 더 일찍 개통 가능했을 것이다. 그때는 물자가 부족해서 철도 건설은커녕, 있는 철도의 선로도 뜯어 가던 시절이었으니까! 이렇듯, 철도 하나만으로 역사, 지리, 과학 등 이야깃거리가 꼬리가 꼬리를 물고 쏟아져 나온다.

자, 다시 제3궤조 얘기로 돌아온다.
전차선을 차량 아래의 선로에다 또 하나의 궤조 형태로 설치하는 방식은 저렴하고 미관에 좋다는 장점이 있다.
그러나 단점도 만만찮아서 선로에 사람이나 이물질이 떨어지면 안전이 굉장히 위협받게 된다. 또한 선로 분기나 교차가 발생하는 지점에서 전력을 공급해 주기 어려우며, 건널목 같은 데는 아예 절연을 시켜 줘야 한다. 선로가 침수되거나 결빙됐을 때도 골치가 더 아파지는 건 덤이다. (작년 겨울에 의정부 경전철이 운행 멈춘 것 기억하시는지?)

물론, 바닥에 놓인 전차선의 위에다 덮개를 씌워서 제3궤조를 사람이 밟는 것 정도로는 감전이 되지 않게 하는 최소한의 안전 장치는 다 있다. 하지만 그 경우 열차의 입장에서 집전 설비가 더 복잡해지고 유지 비용이 증가하는 건 불가피하며, 이런 한계로 인해 제3궤조 방식 전철은 고속화가 좀 어렵다. 영국에서 있는 수단 없는 방법을 다 동원하여 시속 160~170km 정도까지 달려 본 게 최고 한계라고 한다.

게다가 제3궤조로는 직류 수백 V, 혹은 정말 많아야 1000몇백 V 정도까지는 보내도, 이런 방식으로 수만 V에 달하는 교류 전기를 보내는 건 아무래도 위험하고 무리이다. 장거리 철도로 쓰기에는 전력 손실이 클 수밖에 없다.

그래서 제3궤조 집전 방식은 고속철 내지 장거리 간선용으로는 쓰이지 않으며, 끽해야 광역전철이고 지하철, 혹은 아예 저비용 경전철용으로 용도가 굳어져 가는 추세이다.
롯데월드에 가 보니 범퍼카가 천장을 향하는 집전봉이 달려 있지 않고 바닥으로부터 전기를 공급받는다는데, 이게 개념적으로는 제3궤조식으로 바뀐 셈이다. 하루 종일 눈 코 뜰 새 없이 움직여야 하는 카에 배터리가 있지는 않을 테니 말이다.

공중에다 전차선을 따로 부설하는 방식도 사실 역사가 길며, 우리나라만 해도 그 기원을 찾자면 서울에 노면전차가 다니던 시절로 거슬러 올라간다.
옛날에는 전차선으로부터 전기를 끌어 오기 위해 '집전봉'(trolley pole)이라는 막대가 쓰였다. 이건 점과 점을 일치시켜 접촉해야 했기 때문에 전차선이 레일과 조금만 어긋나 있어도 전기 공급이 끊어지기 쉬웠으며, 특히 한 상태로 차량이 전진과 후진을 동시에 할 수 없었고 고속 주행도 당연히 어려웠다.

그래서 접촉면을 점이 아니라 전차선과 수직 방향인 선으로 바꿔, 선의 아무 지점에나 전차선이 닿아도 집전이 가능하게 한 뷔겔(bow collector)이 등장했다. 그러나 이것도 전차선의 높이 변화라든가 주행 방향에 유동적으로 대응할 수 없다는 문제점이 있어서 스프링이 달린 팬터그래프 집전 방식이 발명되었으며, 이것으로 오늘날의 신칸센이나 KTX 같은 고속열차가 달리고 있다.

뷔겔과 팬터그래프의 차이는 간단하다. 전자는 열차 지붕에서 전차선까지 닿는 데 꺾이지 않는 막대기 하나가 쓰이지만, 후자는 사람의 팔처럼 한 번 꺾이는 막대기가 쓰인다.

앞으로 전기 철도를 구경할 일이 있으면 집전 장치가 어떻게 만들어져 있는지 유심히 살펴보도록 하자.

Posted by 사무엘

2013/06/03 08:37 2013/06/03 08:37
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열차 좌석 배당 알고리즘

열차의 승차권을 구입하면 좌석은 어떤 식으로 배당될까?
객차 하나당 좌석은 차량에 따라 60~70개 정도가 있으며, 열차 한 편성은 일반실만 생각하더라도 최하 4량부터 시작하고 KTX의 경우 거의 15량에 가깝다. 수백 개의 좌석들은 어떤 순서와 원칙대로 승객에게 팔려 나갈까?

난 철덕후로서 그 알고리즘이 예전부터 굉장히 궁금했다. 여러분은 그렇지 않은가?

버스 정도면 그냥 아무렇게나 랜덤으로 배당해도 별 무리가 없을 것이다.
우등 고속버스는 가장 쉽다. 승차 정원부터가 30명이 채 안 되는 소규모인 데다, 좌석이 구조적으로 2개짜리와 1개짜리로 나뉘어 있으니 말이다.

단독 승객에게는 진행 방향 기준으로 오른쪽의 단독 좌석부터 먼저 배당해 주고, 그게 매진되거나 2인 승객이 있으면 2인 좌석을 준다. 상석인 맨 앞자리는 약간 나중에 팔리도록 다른 가중치를 부여하고, 반대로 최악의 자리인 맨 뒷자리는 최하위 우선순위로 팔리게 하면 될 것이다.

그러나 열차는 단순하게만 좌석을 배당해서는 대략 곤란하다.
1부터 n호차까지, 그리고 진짜 무식하게 1번부터 m호석까지 앞에서 뒤로 순서대로 꽉꽉 승객을 채워 넣어서 뒤의 객차는 텅 빈 채로 달리게 할 리는 없을 테고..

그렇다고 좌석을(특히 단독 승객) 완전 랜덤으로만 여기저기 들쭉날쭉으로 배당하면 좌석의 단편화(fragmentation)가 너무 심해진다. 그래서 승객이 얼마 타지도 않은 상태인데 이따금씩 타는 2인 이상의 다수 승객은 이어진 좌석을 못 구해서 서로 찢어져서 앉아야 하는 일이 벌어질 수 있다.

결국 본인이 추측하기로는 열차의 좌석 배당은 저 양 극단의 중간을 절충하는 방식으로 이뤄질 것 같다.
두세 개의 객차를 묶음으로 나눠서 한 묶음 안에서 좌석을 무작위로 배당한 뒤, 그 묶음의 좌석이 다 매진되면 다음 묶음으로 간다. 각 묶음은 1~3호차, 4~6호차, 7~9호차 같은 규칙으로 만들 수도 있고, 반대로 1, 4, 7호차와 2, 5, 8호차, 3, 6, 9호차 같은 규칙으로 만들 수도 있다.

그리고 각 객차 안에서는 전체의 50~60% 정도는 단독 승객이 무작위로 띄엄띄엄 앉을 수 있게 배려한다. 즉, 2개짜리 좌석이라도 한 자리에 단독 승객이 있으면 거기는 일단 건너뛰고 다른 빈 자리를 찾는다는 뜻이다. 그러나 나머지 자리는 가능한 한 2인 승객이 한꺼번에 찜할 수 있게 비워 두며, 한 객차의 좌석의 10~20% 정도는 마치 KTX 동반석처럼 4인 가족이 연속해서 앉을 수 있게, 가능한 한 1~2인 승객에게 금세 팔리지 않도록 비워 둔다.

단독 승객의 경우 창측 좌석이 내측 좌석보다 먼저 팔리게 하는 건 기본이다. 또한 열차에서는 출입문과 가까운 맨 앞이나 맨 뒤 좌석이 '안 좋은 자리'이므로 이것 역시 다른 좌석이 모두 팔린 뒤에 나중에 팔리게 해야 할 것이다.
단독 승객용 좌석과 2인 이상 승객용 좌석 영역을 정하는 것 역시 '엿장수 마음대로' 무작위로 하면 되며, 그 비율 역시 평소에 승차권이 팔리는 단위 통계를 근거로 합리적으로 정하면 될 것이다.

저런 균형적인 요소에 덧붙여 환승 동선도 고려 대상이 된다.
국내의 예를 들면 KTX 천안아산 역과 장항선 아산 역은 남쪽 끝에서 만난다. 그리고 KTX는 한 편성이 무려 400m가 약간 안 되는 매우 긴 열차이다. 그렇기 때문에 경부선 KTX를 타다가 천안아산 역에서 장항선으로 환승하는 승객은 부산 방면(하행) 열차의 경우 최대한 앞쪽 객차로 좌석이 배당되고, 서울 방면 열차는 뒤쪽 객차로 좌석이 배당된다. 지하철에서 환승을 빨리 할 수 있는 객차의 위치와 정확히 같은 개념이며, 한국 철도도 그 정도 센스는 이미 갖추고 있다.

이 정도면 내가 보기에 열차 좌석 배당 전략을 짜는 건, 마치 열차 시각표를 짜는 것에 필적하는 철도 영업 기술의 결정체가 될 수도 있을 것 같다.
현실성 있는 열차 운행 시각표를 짜기 위해서는 그 나라의 철도 인프라와 지형 특성, 차량 제원, 승객 패턴 등의 알토란 같은 영업 기밀이 총동원되어야 한다. 이런 걸 계획하는 건 인원을 더 투입한다고 신속하게 되는 게 아니며, 핵심 똘똘이 인력 한두 명이 다 도맡아 한다.

좌석 배당도 마찬가지일 거라는 말이다. 철덕이라면 반드시 정복해야 하는 분야 중 하나 되시겠다.
비행기는 무게 배분이(한쪽에만 승객 무게가 지나치게 쏠리지 않게) 좌석 배당에 감안되는 요인이라고 하는데, 철도는 무게 배분 걱정은 할 필요가 없는 대신 길다는 특성상 다른 변수가 존재하는 셈이다.

자, 여기까지만 글을 쓰려고 했는데, 빈 좌석에다 승객을 일정 규칙대로 채워 넣는 과정을 생각하자니 컴퓨터그래픽에서 중요하게 다뤄지는 알고리즘 분야가 문득 떠오르더라.
바로 디더링이다.

디더링은 적은 수의 색깔을 섞어서 더 화려한 색깔을 아쉬운 대로 표현하는 기법이다. 색을 물리적으로 섞을 수는 없으니 결국 서로 다른 색깔을 번갈아가며 늘어놔야 하는데, 한 색깔이 뭉치는 게 아니라 서로 다른 색깔들끼리 최대한 고르게 퍼지도록 픽셀을 배열해야 한다.

본인은 과거에 Windows 3.x 시절에 그림판에서 임의의 RGB 값을 주면 그 색을 16컬러만으로 디더링하여 표현하는 걸 보고 무척 신기해했었다. 가령, 흑에서 백으로 단계를 증가시킬 때, 검은색에서 흰색 점이 차츰 늘어나는 순서가 어떻게 정해지는지가 무척 궁금했다.

그 규칙을 디더링에서 threshold matrix라고 부른다. 일반적인 그래픽 프로그램에서는 8*8짜리를 사용한다. (출처는 위키백과) 저기서 1부터 16까지의 점을 순서대로 채우면 25% 음영이 그려지고, 32까지 채우면 흑백이 딱 반반씩 번갈아가며 등장하는 50% 음영이 되는 식이다.

사용자 삽입 이미지
처음에는 4픽셀 간격으로 띄엄띄엄 점을 그리고, 나중에는 그 사이의 4픽셀 간격을 채우는 식으로, 점들이 뭉치지 않고 어떤 경우에도 최대한 흩어져서 퍼져 있게 한다. 임의의 격자 크기가 주어졌을 때 threshold matrix를 생성하는 프로그램을 만들 수도 있을 법해 보이는데 그리 만만한 일은 아닌 것 같다. 마방진도 아니고 말이다.

더 나아가 임의의 색을 16컬러 디더링 패턴으로 표현해 내는 프로그램을 직접 짜 보면 어떨까? 주어진 색을 가장 가깝게 표현할 수 있는 2색 또는 3색 조합을 구한 뒤, 그 비율만큼 threshold matrix를 각각의 색으로 채우면 될 것이다. 색조합을 구하는 것은 미지수의 개수가 식의 개수보다 더 많아서 답이 하나로 딱 떨어지지 않는 부등식이 될 터이니, LP(선형 계획법) 같은 계산 기법이 동원돼야 하지 않을까 싶다.

그렇게 threshold matrix만을 정석대로 적용하면 ordered dithering이 된다. 그러나 그것만으로는 그림이 칙칙하고 보기가 안 좋기 때문에, 디더링된 색깔의 픽셀이 인접 픽셀에 시각적으로 끼치는 영향을 감안하여(error diffusion) 더 정교하게 디더링을 수행하는 알고리즘이 실생활에서 쓰인다. 더 깊게 들어가는 건 이 글의 범위를 벗어나므로 자세한 설명을 생략하겠다.

뜬금없이 디더링 얘기를 꺼낸 이유는.. 저렇게 디더링 점을 찍어 나가는 게 마치 열차 좌석을 배당하는 것과 비슷한 심상이 느껴져서이다. 열차 좌석의 점유 여부를 흑백 픽셀로 표현하고 시간이 흐름에 따라 픽셀들의 상태를 표시하는 시뮬레이션을 돌려 보면 재미있을 것 같다. 한쪽은 검은 색이 듬성듬성 있고, 한쪽은 검은 색이나 흰 색이 좀 연속해서 있겠지 아마?

철도의 좌석 배당 알고리즘과 래스터 그래픽의 디더링 알고리즘은 서로 따로 생각하고 있었던 주제인데 이렇게 한 글로 연결이 됐다. 마치 예전에 내가 열차의 급행 등급과 셸 정렬을 한데 묶어서 글을 썼듯이 말이다. 참 신기한 일이 아닐 수 없다. ㅋㅋㅋㅋ

Posted by 사무엘

2013/04/08 08:18 2013/04/08 08:18
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  1. 김재주 2013/04/08 18:21 # M/D Reply Permalink

    흥미로운 주제로군요. 비슷하다면 비슷한데 또 다르다면 다른 주제로 동영상 압축 기법인 벡터 양자화(vector quantization)가 있습니다. 이를테면... 16x16 크기의 샘플 패턴 N개를 생성합니다. 이후 동영상의 각 프레임들을 16x16 격자로 나눈 후 거기에 대응되는 샘플 패턴의 번호로 나타내는 것이죠. 만일 패턴이 256개라면 1바이트로 표현할 수 있으니까 RGB 각 1바이트로 나타낸 색 공간에서라면 동영상은 1/3크기로 줄어들게 되겠죠.

    샘플 패턴을 어떻게 정할 것인가는 자명한 방법이 있습니다. 해당 샘플 패턴을 사용할 격자들과의 제곱오차를 최소로 하는 패턴을 사용하면 되겠죠. 다시 말해서 그 격자들의 기하평균을 구하면 됩니다.


    그렇다면 결국 각각의 격자값을 어떤 패턴에다 대응시키는 것이 화질 열화를 최소로 하는 방법인지 찾아내야 하는데 고려해야 할 변수가 많기 때문에 그리 쉽지는 않습니다. 이 경우에도 LP 등의 기법을 많이 동원하더군요. 그런데 Genetic algorithm에다가 local optimization을 동원한 알고리즘이 상당히 좋은 성능을 보인다는 얘기를 봤어요.

  2. 김재주 2013/04/08 18:26 # M/D Reply Permalink

    아, 어찌보면 엘리베이터 스케쥴링 문제와도 비슷하군요. 서울대학교 문병로 교수님의 논문을 링크합니다.
    http://soar.snu.ac.kr/papers/journals/9.pdf

    엘리베이터 이용객은 흔히 푸아송 분포를 따른다고 알려져 있는데 이를 이용해서 다양한 평가항목을 가장 잘 만족시키는 스케쥴링 규칙을 GA를 이용해서 adaptive하게 바꿔나간다는 것입니다.

    승객들의 철도 이용 행태도 거의 해마다 비슷할테니 1년 전의 데이터를 바탕으로 현재 최적이라고 할 수 있을 만한 배치 규칙을 찾아내게끔 할 수 있겠습니다. 코레일 나름대로 사용하고 있는 방법이 있겠지만, 이런 쪽으로도 한번 연구개발을 해보는 것이 어떨까 싶습니다.

    1. 사무엘 2013/04/08 22:54 # M/D Permalink

      1. 여러 흥미로운 보충 설명에 감사드립니다. 영상의 손실 압축에서 화질 열화를 최소화하는 기법에도 그런 방식의 문제가 있다는 것도 처음 알았고요. 그리고 문 교수님이 그 분야에도 손대신 적이 있다는 것도요.

      그리고 엘리베이터.. 그것도 좌석 배당만큼이나 경험적인 전략이 필요한 아주 실용적인 주제임이 틀림없어 보입니다. 아주 초창기에 1회 IOI 때 대놓고 엘리베이터 시뮬레이션 문제가 나온 적이 있었지만 그때는 너무 옛날이어서 대회 진행 방식이 정착하기 전이었고, 9회(97년) 6번 문제 컨테이너 쌓기도 비슷하다면 비슷한 주제 같습니다. 승객 대신 컨테이너이고, 좌석의 단편화 대신 스택 구조가 있는 셈이죠.

  3. 김재주 2013/04/09 13:44 # M/D Reply Permalink

    IOI 문제와는 좀 다른 것이 여러 개의 승강기가 있는 경우에 어떤 승강기를 스케쥴링할것인가 하는 문제라서요. 아무튼 열차 배치도 결국 평가함수는 수정되겠지만 거의 비슷한 접근을 할 수 있을 것 같네요.


    그리고 다시 보니까 1/3로 줄어드는 게 아니네요. 16x16격자를 대표하는 것이니까 1/3 * 1/16^2로 줄어듭니다 후덜덜..

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철도/지하철역과 주차장

지하철은 역에 접근하는 여러 교통수단들과 어떤 방식으로 연계를 하고 있을까?

가장 먼저 도보는 trivial, self-explanatory이다. 설명이 더 필요하지 않다.
버스는 교통 카드를 이용할 경우 잘 알다시피 환승 할인이 된다(30분 이내에 환승시. 그리고 최대 5회까지). 외국에서도 서울의 대중교통 요금 시스템을 배우러 올 정도로 시스템이 합리적으로 잘 바뀌었다.

그리고 자전거가 있다. 저탄소 녹색 성장이라는 구호 아래 나라에서 나름 권장은 많이 한다. 역 주변에 자전거 주차대를 많이 설치해 놓았으며, 일부 역은 전동차에다 자전거 휴대도 가능하게 계단에 경사로를 설치하기도 했다.
하지만 우리나라는 도로에서 자전거를 몰기는 위험한 곳이 많고, 자전거를 휴대하여 승차하는 것도 마냥 쉽지만은 않다는 한계가 있다. 자전거는 스마트폰만큼이나 도난에도 취약한 편이고 말이다. (공공 자전거 주차대에는 CCTV 정도는 장착해 둬야 할 듯.)

허나, 지하철이 대중교통으로서 진짜로 자가용의 수요를 흡수하려면 버스나 자전거 같은 것뿐만 아니라 역설적으로 승용차와의 연계도 고려해야 하지 않을까 하는 생각이 든다. 딴 게 필요한 게 아니라 주차 시설 말이다. 버스 이용자가 지하철로 이동하는 것보다는 자가용 이용자가 지하철로 전향하는 게 훨씬 더 성공적인 현상이지 않은가? 교회로 치면 불신자가 교회로 새로 유입되어야지, 한 교회의 기존 신자를 다른 교회로 옮기기만 하는 제로썸 게임은 성장에 한계가 있단 말이다.

서울 중심부보다는 변두리 외곽의 역들이 이런 식으로 승용차를 맞이할 채비를 더욱 갖출 필요가 있다. 대중교통이 열악한 경기도 외곽에서 서울 근교의 전철역까지는 승용차를 타고, 거기서 서울 도심까지는 지하철을 타는 식의 통근 패턴이 지금보다 더 활발하게 정착되어야 한다.

그 주차장은 기본적으로 유료이지만 지하철 환승객에게는 주차료를 아주 크게 깎아 주는 식으로 운영되어야 할 것이다. 굳이 좁아 터진 서울 시내까지 스트레스 받으면서 차를 직접 끌고 가느니, 그냥 여기에 세워 놓고 주차료+지하철비가 시간과 비용면에서 훨씬 더 수지가 맞게끔 장점이 와 닿을 수 있어야 한다.

복정 역은 외곽+2개 노선 환승+주차장이라는 세 변수를 두루 갖춘 좋은 사례이다. 주변이 허허벌판이다 보니 주차장은 그냥 평지에서 운영되고 있다.
그러나 건물의 주차장은 보통 지하에 있는 편이고 지하철은 승강장도 지하에 있는데, 두 시설 다 지하에다 넣는 게 승객의 동선면에서 더욱 유리할 것이다. 이미 주차장 없이 완공되어 버린 기존역들은 어쩔 수 없고.

그러니 주차장이 갖춰진 지하철역은 사람이 드나드는 출입구뿐만 아니라 자동차가 드나드는 출입구도 어딘가에 생기게 된다. 개화산(5호선), 잠실(8호선. 2호선 말고), 동묘앞(1호선)처럼 인근에 지하철 관련 건물이 따로 있는 역들은 바로 그 건물의 지하에 주차장을 갖추는 것을 적극 검토할 필요가 있다.

이렇게 지하 승강장 + 지하 주차장이 갖춰진 역은 내가 알기로 공항 철도 서울 역, 그리고 신분당선의 판교 역 정도이다. 특히 판교의 경우 아직 지어지지 않은 건물의 내부에 있는 역으로 형태가 변모할 예정이니 지하 주차장이 미리 건설되는 게 당연한 이치이다. 상업 시설이 같이 갖춰져 있는 민자 역사들 역시 비슷한 이유로 인해 주차장이 있어야만 할 것이다.

내 경험상 성남의 8호선 수진 역은 출입구 바로 옆에 노상 공영 주차장이 있어서 본인 역시 몇 번 편리하게 이용한 적이 있다. 관리 요원이 퇴근한 저녁과 심야 시간대에는 무료 개방이기도 해서 더욱 좋았다.
다만, 도심 지하철이 아닌 광역전철들은 사정이 좀 낫다. 특히 지상 고가역들은 고가 아래가 주차장으로 개방되어 있는 경우가 많다. 경춘선 갈매 역이 좋은 예. 물론 무료이다.

중앙선 전철역들도 대체로 역 주변에 무료 주차장이 있다. 최근에는 서울 강북 최동단에 있는 양원 역의 주차장을 유용하게 이용했다. 장애인 차량 주차 구역만 안 건드리면 된다. 물론, 무료이기 때문에 자리가 언제나 있다는 보장은 못 한다. 운빨이 작용해야 된다.

공항 철도도 역마다 주차 시설을 갖추고 있다. 유료이더라도 요금이 공항 주차장보다 무척 저렴하기 때문에, 영종도를 내 기름값과 톨비를 들여서 자가용으로 직접 힘들게 건너느니, 차라리 차를 역에다 두고 공항까지는 열차로 가는 게 낫겠다는 생각을 절로 들게 만든다. 이 전략에 대해서는 교통 평론가 겸 철덕인 한 우진 님께서 정리해 놓은 게 있으니 참고하면 되겠다.

영종도 공항 화물 터미널 역의 근처에는 소규모 '무료 주차장'도 있다고 한다. 하지만 무료인 만큼 관리인도 없고, 차량 파손 및 도난 우려도 감수해야 한다고.

이렇듯, 현재 전철역들의 주차 편의는 역마다 케바케인 편이다. 그러나 서로 다른 교통수단들이 힘을 합쳐서 파이의 크기를 키우고 시너지 효과를 내려면 철도역들도 주차에 대한 배려를 좀 더 해야 할 것이다. 특히 서울 2기 지하철들은 내부가 깊어서 공간이 많아서 사업 아이템이랍시고 물품 보관 서비스 같은 것까지 한다는데, 자전거나 자동차 주차에 대한 배려도 생각해야 하지 않을까?

Posted by 사무엘

2013/03/19 19:36 2013/03/19 19:36
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두단식 승강장

고속버스나 시외버스 터미널에 가 보면 행선지별로 여러 개의 플랫폼이 있다. 승객은 자기 목적지에 해당하는 플랫폼까지 걸어서 이동한 후, 그 플랫폼에 딱 90도 수직으로 들어와 있는 버스에 탑승한다. 철도역과는 달리, 버스 터미널은 버스를 타기 위해서 계단을 오르내릴 필요가 없어서 좋다.

그런데 철도역 중에도 아주 일부는 버스 터미널처럼 생긴 게 있다. 철도역이 근본적으로 계단이 존재하는 이유는 선로는 역의 앞뒤를 끝없이 관통하고 있는데 거기를 수직으로 교차하는 게 불가피하기 때문이다.
그러나 선로의 한쪽이 막혀서 더 진행하지 않는 시종착역이라면, 선로와 접객 시설이 굳이 교차하지 않아도 되므로 계단이나 육교나 지하도 따위가 없이 ‘바로타’를 실현할 수 있다.

이런 형태의 열차 승강장을 ‘두단식 승강장’이라고 한다. 이것은 어떤 노선의 시종착역이 가질 수 있는 특성 중 하나이다. 이건 물론 상대식이나 섬식 같은 선로와 승강장 배치 방식과는 약간 다른 개념이다. 이런 역에서는 승강장의 한쪽 길이에 맞춰서 선로도 정확하게 끝이 나 버리고, 선로가 끊어진 쪽의 공간을 이용해 승객이 계단 없이 다른 쪽 플랫폼을 마음대로 왕래할 수 있다.

그러나 이런 두단식 승강장 내지 선로는 승객에게는 편하지만 열차 운영자의 관점에서는 그리 좋은 디자인이 아니다.
우리나라 지하철들의 시종착역을 보면, 종점이라고 해서 선로가 곧바로 끝나는 구조가 아니다. 굳이 연장 계획이 수립된 노선이 아니라 할지라도 앞으로 더 진행해서 열차 한 편성 정도가 더 들어갈 수는 있는 공간이 있다. (요즘은 스크린도어 때문에 앞을 들여다보기가 어렵긴 하지만 말이다)

이 공간은 괜히 만들어 놓은 게 아니며, ‘인상선’이라고 한다. 한 방향(가령 상행)에서 운행을 마친 열차는 더 전진하여 인상선으로 진입하여 운행 시격을 맞추기 위해 대기하고 있다가, 시간이 되면 거기서 맞은편 선로로 분기하여 새로 운행을 시작한다.

이런 인상선이 없는 노선이라면, 열차는 그 종착역에 진입하기 전에 미리 진행 방향을 바꿔서 들어가야 한다. 시종착 열차를 받아들이는 회차 용량이 감소하며, 인상선 여유 공간이 없기 때문에 열차는 더욱 조심스럽고 천천히 승강장에 진입해야 한다. 조금만 승강장을 벗어나도(overrun) 탈선이 발생하니까.

이런 이유로 인해 일반적으로 철도를 건설할 때는, 비록 시종착역이라 해도 인상선을 확보해 놓지, 선로를 승강장 길이에 맞춰 칼같이 끊지는 않는 게 관행이다. 특히 일본이나 영국처럼 역사 깊은 철도 종주국이 아니라 한 박자 뒤에 철도를 도입한 한국에서는 두단식 승강장을 보기가 대단히 어렵다.

현재 국내에는 다음 역들이 두단식 승강장이다. 왠지 다들 서쪽에 몰려 있다는 점이 흥미롭다.

목포, 여수엑스포: 다들 영남이 아닌 서쪽 호남 지방에 있는 호남선과 전라선의 종점이며, 목포의 경우 우리나라 최서단에 있는 역이다. 여수 역은 처음엔 안 이랬다가 리모델링을 거치면서 두단식이 되었다.

인천: 지하철 매니아들에게는 진작부터 잘 알려진 유명한 두단식 승강장이다. 바다와 항구가 코앞이니 수도권 서쪽으로 최고 끝임.

사용자 삽입 이미지

개화(서울 지하철 9호선): 김포공항까지 제치고 서울에서 최고 서쪽에 있는 지하철역이다. 서울 시내에서 스크린도어가 없는 유일한 지하철역인 건 덤. 두단식인 데다 역의 번호도 통상적인 910이나 하다못해 909도 아니고, 대놓고 901로 지정되어, 9호선 개화 역 쪽은 연장 가능성이 전혀 없음을 인증했다.

지하철 덕후라면 잘 알겠지만 1990년대 중후반엔 서울 지하철 2호선이 당산 철교를 부수고 재건하느라 고리가 잠시 끊어졌으며, 지상 고가이던 당산 역이 잠시 두단식 승강장으로 바뀐 적이 있었다. 이때도 당산 역은 본선의 역 중에서는 상당히 서쪽 끝자락에 있었다는 게 흥미롭다. 한국 철도에서 두단식 승강장은 여러 모로 서쪽과 인연이 있는 것 같다.

Posted by 사무엘

2012/06/19 08:25 2012/06/19 08:25
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  1. 김진 2012/06/19 11:49 # M/D Reply Permalink

    유럽 갔을 때 여러 역에서 열차 머리를 바로 앞쪽에서 신기하게 봤던 기억이 납니다. 인천역 사진 보니, 여기서도 역 바깥에서 볼 수 있겠네요

    1. 사무엘 2012/06/19 16:01 # M/D Permalink

      네, 그렇습니다. 본문에서는 언급이 안 됐지만

      목포 역은 두단식이긴 하지만 여전히 승강장 횡단에 육교가 쓰입니다.
      그에 반해 인천 역은 유럽식 터미널 철도역처럼 열차 앞을 평면 횡단 가능하고요,
      여수엑스포 역은 그것도 모자라서 역 터미널이 선로의 앞에 놓여 있습니다.

      위에서 아래로 갈수록 역 건물 자체도 두단식 승강장의 특징에 더욱 충실한 형태로 만들어져 있다는 뜻이죠.

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철도 건널목 이야기

철도와 일반 도로가 평면 교차하는 곳에는 잘 알다시피 건널목이라는 게 설치된다.

사용자 삽입 이미지

철도 차량은 어지간한 육상 자동차하고는 잽도 안 되는 어마어마한 질량을 갖고 있고 이를 바탕으로 억소리나는 운동 에너지를 자랑한다. 그렇잖아도 이렇게 무거운 데다 쇠로 된 바퀴로 쇠로 된 길을 달리기 때문에 철도 차량은 가감속이 무진장 더디다. 새마을호가 비상 제동 수준의 강한 제동을 걸어야 시속 100km 상태에서 무려 600m를 더 진행한 후에야 완전히 멈춰 설 수 있을 정도라고 알려져 있다.

이것이 무엇을 의미할까? 열차가 한번 달리기 시작하면 주변의 다른 사람이나 자동차들이 알아서 피해야 한다. 열차는 장애물 앞에서 딱 멈춰 설 수가 없다.
그러니 건널목에서는 열차의 통과 우선순위가 언제나 갑이다. 사람과 자동차들이 기다리지, 열차가 잠시 멈췄다가 사람과 자동차들을 피해 다니는 일은 없다.

건널목에서 충돌 사고가 났다 하면 육중한 열차는 하나도 탈이 없지만 자동차는 형체를 알아볼 수 없는 개발살이 난 채로 수십~100수십 미터를 질질 끌려가며, 사람이 치이기라도 하면 즉시 끔살 당한다. 철도 차량 객차 내부에 안전벨트가 없는 이유를 알 수 있을 것이다. 자동차와는 달리, 사람이 밖으로 튕겨져 나갈 정도로 급정거를 할 일이 없기 때문.

물론, 속도를 주체하질 못한다는 특성이 장점으로만 작용하는 건 아닌지라, 장애물과 충돌한 열차가 그래도 뒷부분이 도무지 멈춰 서질 못한 나머지 탈선해서 앞 객차를 타넘고 오르는 일이라도 생기면, 철도로도 대형 인명 참사가 얼마든지 생길 수 있다.

건널목에도 세 가지 모델이 있어서 비교적 통행량이 많은 건널목은 표지판+노란 색의 차단기+경보기 3콤보가 모두 갖춰져 있지만, 잉여스러운 장소에는 몇몇 요소가 생략된 건널목도 있다. 자기 폐색 구간에 열차가 바퀴가 닿은 게 감지되면 띵동~ 띵동~ 소리와 함께 차단기가 내려온다. 그리고 열차가 다 지나가면 다시 차단기는 올라간다.

우리나라의 교통 관련법에 의하면 철길과 도로의 교차는 45도보다 작은 각도로 하지는 않게 되어 있다. 대부분이 90도 수직이지만, 그래도 시골 도로를 보면 예각 교차도 그럭저럭 볼 수 있다. 건널목 사고를 줄이기 위해 요즘은 많은 건널목이 입체화되었으며, 특히 오늘날 새로 건설하는 철도는 건널목을 전혀에 가깝게 만들지 않는다고 생각하면 된다.

그럼에도 불구하고 경원선은 서빙고 역 일대와 회기-외대앞 역 사이에 일반열차도 아닌 전동차가 수시로 다니는 선로에 건널목이 있으니 안타까운 현실이다. 어서 입체화가 되어야 할 것이다.

본인은 어렸을 때 주변에 중앙선 철길이 있는 지역에서 자랐다. 철길이 지역을 심리적으로 양분하는 효과는 무척 컸다. 옛날에 나라 분위기가 더 살벌하던 시절에는 ‘철길로 다니지 맙시다’와 더불어, 레일 위에다 돌을 올려 놓아서 열차 운행을 고의로 방해하거나 열차를 전복시키는 자는 무슨무슨 형에 처해진다는 경고문도 꼭 붙어 있었다.

우리나라에 발생했던 상당히 참혹한 건널목 사고로 철덕이라면 1970년의 장항선 모산 수학여행 참사를 기억할 것이다. 그건 아주 극단적인 예이다.
2002년 5월 1일에는 잘 알다시피 전라선 상행 새마을호에서 세계적으로 유례를 찾기 힘든 괴이한 3콤보 건널목 인명 사고가 난 적이 있다.

오늘날에도 전국에서 건널목 사고로 목숨을 잃는 사람이 연간 10~20여 명은 있는 모양이다. 이것도 물론 2, 30여 년 전의 100수십여 명에 비해서는 매우 크게 감소한 것이다.

비교적 최근인 2011년 7월 30일에는 좀 어처구니없는 사고가 났다. KTX가 건널목에서 제네시스 승용차와 충돌하여 여성 운전자가 목숨을 잃었는데.. 아니, 고속선에서 시속 300km로 질주하고 있을 KTX가 호남선 구간도 아닌 무슨 연기군에서 웬 건널목 사고에 연루되는 게 가능한지 궁금할 것이다. 이 KTX는 대전-서울 구간을 기존선으로 달리는 녀석이었다.

건널목을 건너던 중에 차가 시동 꺼져 뻗은 것도 아니고, 자세한 경위를 들어 보니 정말 “아 씨바 할 말을 잃었습니다” 급이다. 차가 건널목을 통과하고 있던 도중에 차단기가 내려와 버렸다.;; 그래서 그 차는 철길에 갇혀 고립됐다. 타이밍 한번 정말 더럽다. ㄷㄷㄷㄷ

경부선은 복선이기 때문에 철길의 폭과 양쪽 건널목 사이의 간격이 단선보다 훨씬 더 크다. 그래서 이런 케이스가 가능했다. 복선 건널목이 단선 건널목보다 더욱 위험하다는 건 두말 할 나위가 없다.

마치 고속도로 톨게이트에서 하이패스가 인식되지 않아서 차단봉이 내려오더라도 당황하지 말고 일단 통과는 해야 하듯, 이때도 차 범퍼로 차단기의 철길 안쪽면을 툭 치기만 하면 차단기는 다시 올라가게 돼 있다. 차단기는 위험을 알려서 사람을 살리려고 만들어진 장치이지 사람을 잡으려고 만들어진 게 아니다.

그랬는데, 지금은 이미 고인이 된 그 운전자는 당황하여 그대로 차를 세운 채 철길 위에서 아무 조치도 취하지 않았고, 하다못해 밖으로 탈출하지도 않았다. 마치 자신이 철길 밖의 건널목 앞에서 기다리고 있는 것처럼 그냥 가만히 있었다. 열차가 알아서 정지해 줄 거라고 생각했는가 보다.

충돌 직전 몇 초 동안 KTX 열차가 비상 제동을 걸면서 필사적으로 경적을 빵빵 울릴 때 그분, 무슨 생각을 했을까? 그 뒤 시밤쾅! 그 고급 승용차는 박살 난 채 전복되어 나뒹굴었다. 이건 뭐 스크린도어에 끼인 채로 열차가 출발해 버려서 사람이 죽은 것 같은 그런 기괴한 사고이다만, 더 근본적으로는 고인이 철도에 대해서 너무 무지하여 벌어진 참극이 아닐 수 없다.

우리나라 철도 당국은 사고의 원흉인 평면교차와 건널목을 없애려고 많은 노력을 기울이고 있다. 신호 받으면서 수시로 가다 서다 하기가 어려운 교통수단일수록 자기만의 독립된 길에서 쭉 가기만 하게 해 주는 게 당연히 유리하니까 말이다.

다만 철도가 너무 입체화만 되면 사람의 발이 철길과 직접 교감을 할 기회가 없어지니, 발을 어느 정도 뻗어야 표준궤 궤간인지 감을 익히기가 어렵다. 난 고향에 가면 철길 건널목에 도보로 들를 일이 있을 때 그거 연습을 하곤 한다.

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그리고 또 여담 하나.

<다리>(Bridge)라고 2003년에 체코에서 만들어진 단편 독립영화가 있다. 원제목은 Most인데, 이건 영어의 형용사/부사를 뜻하는 most가 아니라, 자기네 체코 어로 bridge라는 뜻이다. 스토리는 대략 이렇다.

어느 강에 철교가 놓여 있는데, 이게 배가 지나갈 때는 공간 확보하려고 다리를 들어올리게 돼 있다. 다시 말해 이 다리는 승강교이며, 자동차가 아니라 배와 열차 사이의 평면교차로이다.
신호 지시에 따라 다리를 올리고 내리는 관리자가 있고, 그에게는 어린 외아들이 있다. 그런데 어느 열차의 기관사가 적색 정지 신호를 못 본 채, 다리가 열려 있는 철교 구간으로 열차를 진입시키고 만다. 그러고 보니 이 열차는 가감속의 매우 힘든 증기 기관차이며, 영화의 배경은 20세기 초중반으로 보인다.
다리 관리실 근처에서 놀고 있던 아들은 멀리서 이 열차를 보고 황급히 놀라지만, 아무리 소리를 질러도 배경 소음 때문에 아버지는 상황 파악을 못 한다. 아들은 열차가 끊어진 다리로 더 진입을 못 하게 하려고 선로 쪽으로 달려가다가 잘못해서 다리의 부품에 끼이고 만다.
아버지는 그제서야 모든 상황을 파악한다. 지금이라도 다리를 황급히 내리면 열차를 아주 간신히 다리 건너편으로 통과시킬 수는 있다. 하지만 다리가 내려가면서 부품에 끼여 있던 아들이 끔살 당하게 된다. 그 반면, 그 조치를 취하지 않으면 아무것도 모르는 열차는 끊어진 선로 너머 강으로 추락하고 수백 명의 승객들이 죽거나 다친다.
이때 애 아버지는 눈물을 머금고 결국 승객들을 살리는 길을 택한다. 다리를 내리는 스위치를 누른 후 절규한다. 열차 안의 승객들은 아무 일도 없었다는 듯 무심히 다리를 통과하는데, 예전에 굉장히 방탕하게 살던 한 여인만이, 이 일의 진실을 알게 된다. 그래서 예전의 방탕한 생활을 딱 끊고 결혼도 하고 바른 생활로 돌아오더라는 내용.


이 영화는 기독교적인 메시지를 의도하고 만들어졌다. 그 다리 관리인이 자기 아들을 희생시켜서 수백 명의 승객들을 살렸듯이 인간을 지으신 하나님도 자신의 아들을 십자가에 죽게 하셔서... 이하 생략이다.

영화 제작자의 의도는 알겠으나, 설정이 좀 억지스러운 면모가 있긴 하다. 오늘날 철도에 구비되어 있는 기본 중의 기본 시스템인 ATS 하나만 있어도 적색 신호를 무시하고 가는 열차는 얄짤없이 자동으로 멈춰 서게 된다. 하지만 저 때는 아예 증기 기관차가 다니던 시절이니 기관사의 시력과 재량이 철도 안전에 직접적인 영향을 끼칠 수도 있었겠다.

요즘은 그런 원시적인 후진국형 철도 사고는 근무 기강이 빠질 대로 다 빠진 막장이거나, 진짜 철도 인프라가 100년 전이나 지금이나 변한 게 없는 곳에서나 난다.
아무튼 철도는 디테일을 알면 알수록 더욱 재미있다.

Posted by 사무엘

2012/05/27 08:24 2012/05/27 08:24
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철도 회사가 경영 수지를 개선하려면

코레일이나 각종 지하철 회사 같은 우리나라의 철도 운영 기관들은 현재 대체로 빚이 많으며 운영난을 겪고 있다. 그러나 그 이유는 근본적으로 막대한 건설 부채를 떠안고 있어서가 가장 크며, 다음으로 원가보다 훨씬 더 저렴한 운임, 손해를 감수하고 공익을 추구한 비경제적인 노선 운영, 그리고 전세계에서 유례를 찾을 수 없는 노인 전철 완전 무임 승차로 인한 손실이 뒤를 잇는다.

방만· 부실 경영이 차지하는 비중은 없다고는 할 수 없어도 아주 미미하다. 한국 철도가 굉장히 사회주의적인 준독점 시스템인 건 사실이지만, 태생적으로 적자를 감수하고라도 매우 큰 복지 혜택을 제공하고 있는 것도 사실이다. 이런 사실에 대해 무지한 채 그저 상업주의 민영화만이 철도 경영 효율을 위한 방안이라는 생각에는 본인은 공감할 수 없다.

아무리 오늘날의 노인 어르신들이 국가 근대화의 초석이었다고 하지만, 완전 무임은 너무하다는 생각이 든다. 단돈 100원을 내더라도 뭔가 지불하는 건 있어야지, 아예 0은 도덕적 해이를 부추긴다. (주말에 경춘선 전철을 한번 타 보라. 승객의 연령비에 아마 기겁을 하게 될 것이다.)

듣자하니 노인 전철 무임 승차 제도는 전통 시절인 1984년에 생긴 거라고 한다. 그때는 당연히 지금보다 노인 인구가 훨~씬 더 적던 시절이었고, 전철 노선 자체도 지금보다 훨~씬 더 빈약하던 시절이었다.

이 제도의 부조리와 폐해가 계속해서 논의되고 있지만, 그게 선뜻 폐지나 재조정이 못 되고 있는 이유는, 성탄절· 석탄일이 공휴일에서 선뜻 제외되지 못하고 있는 이유와 정확히 동일한 맥락에서 살펴볼 수 있다. 공휴일이 너무 많다고 맨날 징징대는 경제인 사장님들 단체들도, 감히 종교 공휴일을 건드릴 엄두는 못 내고 한글날 내지 제헌절 같은 것이나 대신 칼질을 하지 않았던가..

(사실, 10년쯤 전에 진작에 없어졌을 병역 특례 산업 기능 요원도 아직까지 그래도 명맥은 유지되고 있는 것 역시, 업계에서 온몸으로 강력하게 반발하면서 폐지를 막았기 때문이다. 중소기업은 이런 제도라도 없으면 정말로 유능한 사람을 못 뽑는다고. 재계의 목소리는 병무청이든 중앙 정부든 결코 무시 못 할 위상이긴 하다.)

본론으로 돌아오면, 물론 철도 적자의 원인을 전부 노인 무임 승차 탓으로만 돌리는 것도 좋은 진단은 아니다. 철도가 태생적으로 적자이긴 해도, 각종 광고 게시나 부동산 임대 사업을 하고 여타 각종 창의적인 사업 아이템을 생각해 내어, 승객 운임에만 지나치게 의존하지는 않는 탄탄한 재정 구조를 만드는 것이 철도 회사 경영자가 해야 할 일이다. 신문사는 구독료에 너무 의존해서는 곤란하며, 대학 역시 학생 등록금에만 너무 의존해서는 곤란하다.

그런 창의적인 일을 하는 것에는 경쟁이 필요하고 민간 사업자 유치가 필요할지도 모른다. 이런 일을 전부 정부나 정부 출자 공기업에만 맡겨서는, 철도 기관이 맨날 보조금에나 의존하는 세금 먹는 하마로 전락할 위험이 있다. 그러지 말라고 철도청이 진작부터 코레일이라는 공기업으로 바뀌었다. 하지만 수익 추구만 지나치게 강조하다 보면 철도 특유의 공공성이 훼손될 가능성도 커진다.

어느 쪽도 참 쉽지 않은 문제이다. 다만 본인이 이 글에서 얘기하고자 하는 것은, 철도 기관의 경영 수지에 대해 논하려면 오늘날 한국 철도가 처한 현실과 그 성격부터 제대로 직시할 필요가 있다는 것이다.

Posted by 사무엘

2012/04/24 08:34 2012/04/24 08:34
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  1. 주의사신 2012/04/24 17:14 # M/D Reply Permalink

    미국에서 공부, 강의 해 보신 교수님께서 말씀해 주시길(전에 한 번 이야기했던 a/the 잘못 썼다가 문제 하나 통째로 날리셨다는 교수님이셨습니다), 미국은 대학 운영을 참 잘한다고 하시면서 들어 주셨던 예가 미식 축구로 돈을 버는 대학에 대한 이야기였습니다.

    미국에서 제일 유행하는 스포츠가 미식 축구인데, 대학교에서도 미식축구 시합을 많이 한다고 합니다. 그 때마다 경기 관람료를 받는데, 미식축구장 크기가 6만석 가량이니, 한 사람당 2만원 정도만 받아도 한 번 경기만 하면 10억 가까이씩 들어온다고 하더군요...

    돈을 받는 방법을 학비 외에 여러 가지로 늘려야지 학비만 올리면 안 된다는 뜻으로 말씀해 주셨었는데 인상깊었습니다.

    1. 사무엘 2012/04/24 20:31 # M/D Permalink

      네, 저도 적극 공감해요~!

      대학은 등록금에만 의존해서는 안 될 것이고,
      철도 회사라면 각종 창의적인 관광 상품 개발이나 부동산을 이용한 대체 사업을 얼마든지 생각할 수 있습니다. 정 자기네 머리로 안 떠오르면 공모전을 해서 아이디어를 받아도 될 것이고요.

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철도 차량의 등판· 회차 요령

Q.
(1) 철도 차량이 급격한 오르막을 오르는 법
(2) 종착역에 도착한 철도 차량이 진행 방향을 돌리는 법 (대칭형 동차가 아닌 기관차+객차형 열차)

철도는 쇠로 된 궤도 위를 쇠바퀴가 구른다는 특성상 마찰이 작다. 그래서 수송 효율이 우수하여 일반 자동차보다 훨씬 더 길고 무거운 대형 차량이 연료를 적게 들이고도 쉽게 움직일 수 있다.
그러나 이런 특성 때문에 철도는 자동차보다 가감속이 더디고, 경사를 오르는 데도 훨씬 더 취약하다. 또한, 길이 없는 곳엔 아예 가질 못하기 때문에 회차를 할 때도 선로 차원에서의 특별한 메커니즘이 필요하다.

이런 크고 아름다운 덩치와 무게를 자랑하는 철도 차량은 위와 같은 두 상황이 발생했을 때 자동차에는 없는 대응 방식을 취해 왔다. 그런데, 대응하는 방식의 근본 사상이 서로 비슷한 구석이 있다.

A1. 차량 분리가 필요한 방식

(1) 인클라인: 열차를 한 량씩 별도의 크레인 시설로 끌어올렸다. 한국은 잘 알다시피 영동선 통리-심포리 사이에 딱 한 군데 있었다. 영동선이 갓 개통한 1940년부터 1963년까지 말이다. 아래는 현재까지 전해지는 유명한 사진임.

사용자 삽입 이미지
이 정도 경사의 기울기가 약 270퍼밀이었다고 한다. x축으로 1km (1000m) 이동하는 동안 y축인 위로 270m를 오르는 기울기라는 뜻이다. 일종의 탄젠트값인데, 각도로 환산하면 15도 정도 됐다고.

이건 철도 차량의 등판능력으로는 도저히 감당하지 못할 기울기였다. 오늘날 우리나라의 일반적인 기관차+객차형 열차가 무리 없이 버티는 오르막의 기울기는 고작 35퍼밀. 각도로 환산하면 겨우 2도밖에 되지 않는다! 게다가 그 시절엔 기관차의 엔진 출력도 지금보다 훨씬 더 열악했을 텐데.

철도를 요 모양으로 만든 덕분에, 당시 영동선은 결국 이 언덕 앞뒤로 쪼개져 있는 것이나 마찬가지였다. 철도로 통과할 수 없는 철도 구간이 있었으니 말이다. 하지만 그 당시의 기술과 자원으로는 길을 이렇게밖에 낼 수 없었나 보다. 어지간한 요즘 버스의 공인 등판능력이 320~400퍼밀 남짓(약 18~20도)이니, 저 구배는 자동차로도 1단 기어가 필요한 만만찮은 코스이다. 아예 30도가 넘어가는 급경사는 4WD 차량 정도나 오를 수 있다.

인클라인은 통과하는 데 시간이 ‘너무’ 오래 걸리고, 그 동안 승객은 저기 왼쪽의 행렬에서 보듯, 열차에서 내려서 1km 남짓한 거리를 ‘걸어서’ 올라가야 했다! 같이 뒤에서 열차를 민 건 아니고.. 요즘 같았으면 차라리 연계 셔틀버스라든가, 스키장처럼 언덕을 오르는 리프트나 에스컬레이터라도 만들었을 텐데 그 시절에 그런 게 있을 리가 없었고... -_-;;; 정말 불편이 이만저만이 아니었다. 게다가 승객은 그렇다 치고 화물은 어떻게 하려고?

이 악명 높던 인클라인은 이미 반세기 전에 없어져서 아래에서 설명할 루프 터널로 바뀌었다. 1km 남짓한 거리를 8.5km로 우회하여 오른다. 그래도 그렇게 우회하는 게 철도의 입장에서는 훨씬 더 월등히 낫다.

그런데 어째, 철도의 등판 한계인 35퍼밀은 바닷물의 평균 소금 농도와 같은 값(3.5%)이다. 어?? 경부 고속철의 설계 최대 구배도 이 정도이며, 오늘날 지하철이 지상-지하를 오르내리는 구간(대표적으로 뚝섬유원지-건대입구, 남영-서울역 같은) 역시 그 정도 구배라고 생각하면 정확하다.

영동선 옛 인클라인의 구배 퍼밀값 : 일반 철도 차량의 구배 한계 = 사해의 소금 농도 : 일반 바닷물의 소금 농도 = 250~270 : 35 얼추 비슷하다! 세계 지리 상식과 철도 사이의 유사점을 찾아 내는 데 성공했다. ㅋㅋㅋㅋ

(2) 전차대: 턴테이블이다. 열차를 한 량 떼어낸다는 점, 그리고 공간이 가장 적게 든다는 점에서 인클라인과 같은 급으로 분류했다. 옛날 철도 냄새가 물씬 풍기는 시골의 종착역--가령, 과거의 장항 역--에서 이런 시설을 볼 수 있다. 당연한 말이지만 기관차만 방향을 바꾸며, 객차는 위치 고정이다.
전차대는 여러 모로 옛날 철도의 유물인 게, 전기 기관차에는 팬터그래프 방식이든 제3궤조 집전식이든, 적용하기가 좀 므흣하다. 왜 그런지는 이유를 생각해 보기 바란다.

기차 스핀
을 만든 용자가 있었다. 100톤이 넘는 기관차가 진짜 저 속도로 뱅글뱅글 돌면 그 원심력은... ㅎㄷㄷㄷㄷ 저기 맞으면 바로 끔살이다.

사용자 삽입 이미지

A2. 전진· 후진과 선로 전환이 필요한 방식

(1) 스위치백: 큰 경사를 여러 작은 경사로 쪼개서, 쉽게 설명하자면 Z 자 모양으로 전후진을 반복하며 지그재그로 경사를 오른다. 우리나라는 잘 알다시피 영동선 흥전-나한정-도계 구간에 유일하게 스위치백이 있다.

이 방식은 인클라인보다야 훨~씬 더 나아졌지만, 열차를 몇 번이나 세워야 하고 진행 방향을 바꾸고 선로 전환도 하는 등, 1차원 교통수단인 철도가 수행하기에는 번거로운 절차가 많아서 불편하다. 선로가 끊어지는 곳까지 후진을 하는 건 기관사의 입장에서는 위험 부담이 있는 작업이고, 뒤를 봐 주는 승무원도 필요하다.
그래서 스위치백을 아래의 루프 터널로 대체할 거라고 5~6년 전부터 얘기가 있었지만 2010년 현재까지도 영동선의 스위치백은 건재한 실정이다.

(2) 스위치백과 비슷한 발상으로 열차를 회차하는 방식은 바로 삼각선이다. 간단하다. Y자 모양의 선로에서 전진→선로 전환→후진→선로 전환→전진. 자동차로 치면 수직 T자형 주차와 비슷한 동선이다.
이 역시 주행과 정지를 반복해야 하고 선로가 끊어지는 곳까지 추가 진행이 필요하기 때문에, 덩치 큰 철도 차량에는 위험 부담이 있다.

A3. 루프

(1) 오늘날 대세가 되고 있는 방식은, 마치 나사처럼 경사를 빙글빙글 돌면서 오르는 루프이다(터널이 되는 경우가 많다). 우리말로는 똬리굴이라고 부르는데, 이는 열차의 동선이 마치 뱀이 똬리를 동그랗게 튼 꼴과 비슷하기 때문이다.
우리나라에는 중앙선에는 금교1터널, 죽령 터널이 이 방식으로 건설되어 있다.
건설하는 데 공간이 많이 필요하고 선로의 길이가 길어진다는 흠이 있지만, 열차를 세우지 않고 신속하고 안전하게 통과시킬 수 있다는 큰 장점이 있다.

(2) 회차를 하는 데도 동일한 아이디어가 적용된다. 서울 지하철 6호선 응암 순환 구간을 생각하면 바로 이해될 것이다. 루프를 한 바퀴 돌면 자동으로 열차의 방향이 바뀌니 얼마나 좋은가?
부지가 충분히 넓은 일부 철도 차량 기지(지하철 포함)에도 변두리에는 차량을 이렇게 돌릴 수 있는 선로가 존재한다.

Posted by 사무엘

2011/11/08 19:29 2011/11/08 19:29
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  1. 삼각형 2011/11/09 13:12 # M/D Reply Permalink

    저 언덕을 매일 지나야 했던 사람들은 같이 밀고 싶은 심정이었겠군요.

    열차를 돌리는데는 가장 쉽고 무식한 방법으로는 선로 옆에 아주 길게 U턴할 수 있게 선로를 내면 되지 않나 하는데 열차가 돌 수 있는 각도가 워낙 작으니 좀 무리이려나요. 서울 지하철 어딘가에 그런 식으로 순환한다고 하던데.

    지하철의 경우 기관차(?)가 앞뒤로 있어서 기관사가 어디 앉느냐에 따라 앞뒤로 갈 수 있다고 들었습니다.

    저 흠좀무한 기차스핀의 경우 기관차만 저렇게 하는 건 나쁘지 않겠습니다. 물론 사진처럼 빨리하면(...) 안 되겠죠....

    이제 철도 글이 눈에 띄는 걸 보니 저도 이러다 철덕에 물들어가는 느낌입니다. 보기 싫어도 RSS리더에 계속 나오니까요. 블로그를 나누지 않은 목적이 이거였던 겁니까!!! '우리 모두 다 함께 철덕이 되어 보아요.' ㄲㄲㄲㄲ

    1. 사무엘 2011/11/09 16:40 # M/D Permalink

      삼각형 님, 오랜만에 뵙는 듯하군요. 반갑습니다. ^^;;

      1. 말씀하신 U턴이라는 게 개념상으로 본문의 3번이 언급하는 루프입니다. 하지만 철도 차량은 일반 자동차보다 회전 반경이 굉장히 큽니다.

      2. 차를 돌리기가 쉽지 않고, 철도 차량이란 게 앞 아니면 뒤로 움직이는 것만 잘 하는 1차원 교통수단이다 보니 어지간해서는 전후대칭형 차량이 있는 그대로 앞뒤로 왔다갔다만 하는 게 유리하긴 하지만, 차의 앞뒤를 완전히 돌리는 번거로운 작업도 차량 기지에서 정기적으로 하긴 합니다. 바퀴가 골고루 균형 있게 마모되게 하기 위해서이거든요.

      3. 전동차는 말할 것도 없고, 기관차도 그 자체는 앞뒤로 모두 기관실이 있으며, 앞뒤 어디로든 동일한 출력으로 갈 수 있습니다.

      4. 제 블로그는 글이 올라오는 주기는 비교적 규칙적이지만 주제는 몇 가지 상이한 관심사들 중에서 랜덤! ㅋㅋㅋㅋ
      철덕에는 일찍 물들수록 좋습니다. 당장 삼각형 님이 사시는 곳 주변도 답사 갈 철도가 엄청 널려 있습니다. 철도만치 제게 꿈과 희망과 낭만과 아름다움과 삶의 동기를 선사한 분야가 별로 없습니다. 저는 이곳 글을 보는 모든 사람들이 어서 철도 성-_-령을 받고 철도를 아는 데 이르기를 원합니다(딤전 2:4 패러디ㄲㄲㄲ).

      우리 철도님의 은혜가 너희 모두와 함께 있을지어다. 아멘. (롬 16:24 패러디)

    2. 다물 2011/11/10 16:22 # M/D Permalink

      지하철 6호선이 그렇게 되어 있습니다.
      응암쪽은 응암 순환이라고 해서 돌도록 되어 있습니다.(반대방향으로 도는건 없고 무조건 한방향으로만 돕니다.)

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전기 철도 차량의 팬터그래프

이번 달은 철도 관련 글이 이례적으로 무척 드물었다.
그래서 오늘은 짤막한 철도 토막 상식 하나. ㄲㄲㄲ

전기로 달리는 철도 차량은 어떤 형태로든 길에 있는 전차선으로부터 전기 에너지를 공급받는 장치가 있다.
외국의 철도(당장 북한부터 포함) 내지 놀이기구에는 땅에 있는 궤도에 전차선이 나란히 부설되어 있는 제3궤조 집전식이 쓰이기도 하지만, 한국의 전기 철도는 천장에 빨랫줄처럼 전차선이 매달려 있고 이를 차량의 팬터그래프가 끌어다 쓰는 방식이 표준으로 채택되어 있다.

마치 헬리콥터에 동축 반전 로터 방식과 테일 로터 방식이라는 차이가 있듯, 전기 철도도 시설에서 미묘한 차이가 존재하는 셈이다. 제3궤조 집전식은 거추장스러운 전봇대와 전차선이 없어서 미관에는 좋지만, 반대로 철길에서 작업을 하는 사람이 잘못해서 감전될 위험이 크다.
뭐, 가장 좋은 꿈의 기술은 무선 송전이겠지만, 에너지의 손실이 커서 아직 실용화는 못 돼 있는 듯하다.

고속으로 열차가 주행 중일 때 팬터그래프는 전차선과 닿으면서 마찰과 마모가 발생하는 부위가 존재하기 주기적으로 교체가 필요하다. 이 부분을 잘 만드는 게 첨단 기술이다. 전차선은 팬터그래프의 모든 부분과 고르게 닿도록, 선로의 진행 방향 기준으로 볼 때 약간 지그재그로 왔다 갔다 하게 배선되어 있다. 무조건 선로와 평행하게 깔려 있지가 않다.

참고로 철도는 비단 팬터그래프뿐만이 아니라 차륜조차도 고르게 마모되게 하기 위해, 굳이 차를 돌릴 필요가 없는 전후 대칭형 동차도 정기적으로 열차 진행 방향을 바꾸는 작업을 한다.
(한 우진 님의 관련글: http://blog.naver.com/ianhan/120116919855 )

전기 기관차가 팬터그래프를 올리면서 그게 전차선과 닿을 때 불꽃이 팍 튀는 모습이 본인의 기억에 생생하다.
KTX가 고속선에서 시속 250~300km로 전속력으로 달리는 모습을 보면, 팬터그래프와 전차선이 맞닿은 곳에서 빛이 나는 걸 볼 수 있다.

물론, 이런 모습을 직접 보기란 쉽지 않다.
천안아산 역을 답사라도 하면서 무정차 통과 열차를 봐야 할 것이고, 아니면 경부선 일반열차를 타면서 기존선과 고속신선이 만나고 때마침 KTX가 지나가는 모습을 우연히 보기를 바라야 할 텐데 그 기회가 그리 만만하게 찾아오는 게 아니기 때문이다.
서울 시내의 전철역에서야 KTX도 시속 100 남짓한 속도로 천천히 달리기 때문에 팬터그래프 주변이 그렇게 강한 압박을 받고 있지는 않은 것 같다.

팬터그래프는 열차의 진행 방향 기준으로 최대한 뒤쪽에 장착하는 것이 상식이며 관례이다.
그렇게 하면 열차의 앞부분이 갑자기 절연 구간이나 전기 규격이 다른 곳에 진입했을 때 그 대처를 할 시간을 벌 수 있으며, 사고로 팬터그래프가 부러지더라도 그 부위는 뒤로 곧장 날아가 사라져 버리기 때문에 안전하다.
앞과 뒤의 팬터그래프를 모두 올릴 수 있는데 평소에는 뒷쪽 것만 쓴다. 그러나 뒷쪽 것에 문제가 생기면 스페어로 앞쪽 것을 투입한다.

그렇기 때문에 전기 철도 차량이 달리는 사진을 보면, 불빛의 색깔뿐만이 아니라 팬터그래프의 위치만 보고도 이 열차는 비록 전후 대칭형 차량이지만 원래 어느 쪽으로 달리고 있었다는 걸 철덕은 금세 유추할 수 있다.

Posted by 사무엘

2011/07/27 19:12 2011/07/27 19:12
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  1. 배성호 2011/07/28 11:31 # M/D Reply Permalink

    혹시 시간을 내서 평택시 안정리 미군부대 쪽으로 간다면 불꽃을 매우 쉽게 볼 수 있습니다. ^^
    거리가 좀 있지만 2년 정도 살면서 화장실에서도 KTX 지나가는 소리를 듣고, KTX 지나갈 때 팬터그래프에서 나오는 불꽃도 자주 봤습니다. ^^

    1. 사무엘 2011/07/28 15:47 # M/D Permalink

      배 성호 님, 정말 오랜만입니다! 좋은 곳에서 좋은 구경 하고 지내셨군요. ^^;;

  2. 범쥬이 2011/07/30 22:18 # M/D Reply Permalink

    햐~ 오랜만에 철도 관련 글을 또 접했네요 히히 역시나 철덕은 여전하십니다요 ㅎㅎ

    감사합니다. 샬롬!^^

    1. 사무엘 2011/07/31 01:01 # M/D Permalink

      방학 때 내일로 티켓 여행 꼭 가 보세요~ ㅎㅎ

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철도를 명절 때에나 떠오르는 4대 교통수단 중 하나로만 아는 것은, 예수님을 사대성인· 성인군자 중 하나로만 아는 것과 같다.

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