경부선 급행 전동차

우리나라의 수도권 전철에서 가장 먼저 운행된 급행은 바로 경부선의 서울-수원 급행이다.
이 급행은 전철의 급행 운행이 무척 소극적이고 인색하다는 지적을 받아 온 우리나라에서 의외로 꽤 오래 전부터 운행되어 왔다.
2복선화 공사와 함께 거의 2000년대가 돼서야 등장한 경인선 급행보다도 시기적으로 더 앞섰다. 정확하게 언제부터 운행되었는지는 잘 모르겠지만 말이다.

1990년대에 이 급행의 존재감은 매우 미미했다.
운행을 하루에 출퇴근 시간 겨우 3회밖에 안 하는 극 레어템인 데다 이런 운행 계통이 있다는 게 제대로 홍보도 되어 있지 않았기 때문이다.
또한 이 열차는, 동일 선로 + 대피선/본선을 활영하면서 지능적으로 완급 결합 운행에 참여하기보다는, 그냥 일반열차 선로만 쭉 주행하는 예외적인 전동차에 더 가까웠다. 서울 역에서 출발은 한다지만 타는곳도 지하철 승강장이 아니라 별도의 특이한 지상 승강장에 있었다.

본인은 이 열차를 상행과 하행 모두 일부러 시간 맞춰 찾아가서 타 봤다.
전동차가 일반열차 선로를 달리면서 노량진-대방 사이의 지하 꽈배기굴을 지나고, 일반열차들이 죄다 정차하는 영등포 역을 포함해 서울 시내 역들을 거의 다 무정차 통과하고, 심지어 구로에서도 교각을 안 타고 일반열차 선로로 커브를 돌다니! 생각만 해도 신나지 않은가? ㄲㄲㄲ
이 이색적인 기분은 타 본 사람만이 느낄 수 있을 것이다.

이 급행은 하행은 영등포 역에 서지 않고, 상행만 선다.
물론 하행보다야 상행이 서울 시내에서 정차를 더 하는 게 더 합리적인 정책이기도 하지만, 그렇게 된 더 큰 이유는 승강장 때문이다. 일반열차 승강장에서 전동차 승객을 주고받을 수는 없는 노릇이니 말이다.
영등포 역 내부의 일반열차 선로에서 비교적 가깝게 전동차 플랫폼의 한쪽 면에 닿을 수 있는 곳은 상행 방면이기 때문에--선로별 복복선 배선 형태와 좌측 통행의 특성상-- 상행만 영등포 역에서 정차한다. 거기가 바로 5번 승강장으로, 평소에는 광명 셔틀 전동차가 대기하는 곳이다. ^^;;

완행과 급행이 같이 다니는 전철역의 경우 승강장과 선로가 상하행*완급행 = 4개 있는 게 보통이지만, 일반열차를 취급하는 중요한 역이라든가 시종착· 기지 입출고 역할을 하는 전철역은 여분의 선로를 더 갖고 있는 경우가 보통이다. 용산은 중앙선 전동차 때문에 승강장이 하나 더 있다가 그것도 방향별로 승강장이 분리되어 총 6개가 되었으며, 구로는 상하행*완급행*경인/경부 = 8개의 승강장에다가도 당역 시종착 승강장이 하나 더 있어서 총 9개이다.

그리고 노량진 역도 마찬가지. 현재 일반열차 승강장만 잉여인 게 아니라 사실 전동차 승강장도 남아도는 게 하나 있어서 개수가 총 5개이다. 노량진은 차량 기지가 있지도 않고 딱히 시종착역도 아니지만, 한강을 건넌 직후 처음으로 등장하는 역이기 때문에, 상전인 서울이나 용산 역이 사정이 있거나 선로 용량이 부족할 때 급행 전동차의 시종착역 역할을 잠깐 한 적이 있다.

따지고 보면 노량진 역도 일반열차 선로에서 전동차 승강장에 닿을 수가 있기 때문에 서울-수원 급행의 정차가 불가능하지는 않아 보인다. 얘는 영등포와는 반대로 하행이 닿기가 좋다. 일반열차의 배선이 아까 언급했듯이 노량진-대방 사이에서 꽈배기굴을 통해 뒤바뀌기 때문이다.

서울-수원 급행 하니까 전철역의 승강장 및 선로 배치 얘기가 안 나올 수가 없어서 잠깐 다뤘다. 그럼 다시 본론으로 돌아와서 급행 얘기를 하자면...

급행이라고는 서울-수원 급행이 유일하던 우리나라 수도권 전철에 본격적으로 급행의 대중화(?)를 이끈 것은 경인선이다. 경인선이 2복선화가 끝나면서(서울 시내는 아예 3복선) 용산에서부터 부평, 주안, 동인천의 순으로 급행이 상시 운행되기 시작했다. 그때는 급행열차를 직통열차라고 불렀다. 하지만 경인선에 운영 주체나 건설사가 찢어진 구간이 있기라도 한 것도 아닌데 직통은 그리 정확한 용어가 아니다. 전동차가 종점과 종점만 찍는 서울-인천 셔틀인 건 더욱 아니고... 그러니 그냥 급행일 뿐이다.

얘도 완전히 별개의 급행 선로를 새로 까는 것이기 때문에 동일 선로에서의 대피· 추월 같은 개념은 없었다. 완행이나 급행이나 그냥 서로 제 갈 길 가면 끝이었다. 사실, 급행열차의 운행 목적 자체도 딱히 경인선의 표정 속도 증가보다는 수송력 분담과 증가에 비중이 더 컸기 때문이다. 일반열차에 쫓겨 운행해야 하고 고상홈· 저상홈 문제까지 존재하는 경부선 급행과는 달리, 경인선 급행은 애시당초 일반열차가 없이 전동차 천국인 경인선에서 정차역을 더욱 많이 설정할 수 있었다.

이렇게 서울 시내 구간에 급행 전동차만 다니는 별도의 선로가 생기고, 경부선도 무려 천안까지 2복선화 및 수도권 전철화가 끝나면서 뭔가 경인선 급행스러운 느낌이 나는 새로운 등급의 급행 전동차가 경부선에 추가로 도입되었다. 그게 바로 용산-천안 급행이다. 기존하던 서울-수원도 구간이 수원-천안으로 그대로 확장되었다. 이제야 동일 선로에서의 추월+대피가 일어나는 급행이 등장했다.

용산-천안이 서울-천안과 가장 차이가 나는 점은, 서울 시내에서는 급행 전동차 선로를 다니면서 구로까지 각역 정차한다는 것이다. 이 두 급행을 구분하기 위해 코레일 내부에서는 용산-천안을 A급행(빨간선), 서울-천안을 B급행(초록선)으로 부른다.

용산-천안 급행은 1시간에 1대꼴밖에 안 다니니 배차가 경인선 급행에 비하면 안습한 수준이지만, 과거에 경부선 급행은 아예 하루 3회였으니 그것보다는 낫다고 해야겠다. 경부선은 일반열차가 수시로 지나다니기 때문에 급행 전동차가 저 정도로밖에 못 다닌다. 또한 사용하는 선로의 문제 때문에(대피선 부재 포함ㅋ) 안양-수원 사이는 정차역을 넣고 싶어도 못 넣는다. 환승역인 금정 역에도 못 서고 그냥 통과.

현재는 전철이 천안도 모자라서 장항선 신창까지 남하했지만, 경부선 급행 전동차의 노선은 천안보다 더 남쪽으로 가지는 않고 있다. 만약 갔다면 장항선 수도권 전철 구간은 복선+대피선만으로 일반열차+급행+완행 전동차가 모두 다니는 초유의 구간이 됐을 텐데 말이다.
그 대신 잘 알다시피 '누리로'라는 새로운 전동차가 등장해서 서울(용산이 아니라)에서 신창(천안이 아니라)까지 1호선을 쫙 찍어 주고 있다. 얘는 무척 신기한 열차인게, 기술적으로는 전동차이지만 운영상으로는 무궁화호 수준의 완전한 일반열차이다.

그런데 서울 역에서 누리로를 타는곳은 예전의 서울-수원(천안) 급행을 타는 그 잉여 승강장이다. 결국 이 승강장은 서울 지하철 집표 구간 내부에서도 접근할 수 있으면서 일반열차 서울 역 내부에서도 접근할 수 있게 구조가 고쳐졌다.

누리로는 고상홈과 저상홈에 모두 정차 가능하며, 버튼 조작 하나로 모든 좌석들의 방향도 한번에 바꿀 수 있다. 게다가 조용하고 성능 좋아서 아주 실속 있는 열차이다. 2009년 이래로 야금야금 굉장히 증차되어 왔고 충북선처럼 수도권 전철 이외 구간에도 이미 투입되고 있다. 하지만 운임 체계의 차이 때문에, 예상과는 달리 누리로가 경부선 B급행을 완전히 대체하지는 않았으며, B급행은 지금도 건재하다.

참고로 B급행은 토요일에도 정상 운행을 하므로, 한번 시승하고 싶으신 분은 주말에 나가서 타도 된다. 단지 빨간 날에 쉴 뿐이다.

Posted by 사무엘

2011/04/16 19:19 2011/04/16 19:19
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칠레처럼 아주 길쭉한 국가가 있다고 치자. 이 국가에는 지형을 따라 거대한 간선 철도가 놓여 있고 n개의 역이 있으며, n개의 역에 모두 정차하는 완행 열차가 일정 간격으로 다닌다.

이 설정을 좀 극단적으로 확장하여 역 수가 수백, 수천, 수만-_-개에 달한다고 가정하자. 그렇다면 급행 열차를 운행할 필요가 응당 생긴다. 2000개역쯤 떨어진 지역에 가려고 하는데 전역정차 열차를 탈 수는 없는 노릇 아닌가. 그렇게 여행 거리가 길어지면, 급행 열차가 서는 곳까지 가서 환승하는 불편 정도는 급행의 빠른 속도가 충분히 보상하고도 남게 된다.

자, 이를 일반화하면.. 급행도 등급이 필요해서 특급, 쾌특 등 n차원의 급행을 생각할 수 있게 된다. 등급이 올라갈수록, 서는 역 수가 무척 적어서 타기 힘든 대신에 일단 타기만 하면 엄청난 이동성이 보장된다. 급행과 완행은 배차 간격은 모두 동일하다고 치자.

여기서 문제가 생긴다.
각 등급의 급행 열차들은 정차역 수를 얼마로 설정하는 게 좋을까?
또한, 철도역 수 n에 대해서, 최대 몇 등급의 급행이 존재하는 게 적당할까?

n개의 역이 모두 똑같이 중요하고 이용객 수가 균일하다고 가정할 때,
어떻게 급행을 운영하는 게 승객의 평균 표정속도를 최대화하고 반대로 평균 환승 대기 시간을 최소화할 수 있을까?
선로 수는 충분하기 때문에, 완급 결합으로 인한 대피 대기 오버헤드라든가 선로 용량 걱정은 할 필요 없다고 가정하겠다. ^^

역 수가 10개 남짓이라면 급행이 있을 필요가 없겠지만, 역 수가 100개쯤 된다면 3~4개역을 건너뛰는 1차 급행에 이어서 한 10~12개쯤 역을 쉬엄쉬엄 건너뛰는 2차 급행이 있어도 좋을 것 같다.

전산학을 전공한 친구라면, 이런 부류의 문제를 생각하면서 비슷한 형태의 아주 유명한 알고리즘을 하나 떠올리게 될 것이다.
바로 '쉘 정렬'이다!

쉘 정렬은 삽입 정렬을 원소별로 띄엄띄엄 적용하되 나중에 그 간격을 촘촘히 좁히는 방식이다.
삽입 정렬은 시간 복잡도가 O(n^2)이지만, n의 크기가 작아서 띄엄띄엄일 때는 오버헤드가 크지 않으며, 또 편차가 커서 리스트가 상당수 정렬되어 있을 때는 매우 빠르게 수행되기 때문에 그 특성을 이용한 것이다.
쉘 정렬은 알고리즘의 특성상 실제로 코딩해 보면 루프가 3중, 4중으로 들어가기 때문에 무거울 것 같지만 돌려 보면 성능이 매우 좋다. 프로그래밍 언어라고는 아직 어셈블리밖에 없던 1950년대에 고안된 알고리즘이다.

여타 정렬 알고리즘들이 O(n^2), O(n log n) 아니면 심지어 O(n) 같은 식으로 시간 복잡도가 딱 파악되는 반면, 이 쉘 정렬은 비록 O(n^2)보다야 훨씬 빠르긴 하지만 시간 복잡도가 제대로 분석되어 있지 않다.
삽입 간격을 설정해서 좁히는 방식을 어떻게 설정하냐에 따라서 성능이 크게 달라지기 때문이다.

완행 다음으로 급행을 겨우 1역 균일 통과, 특급을 2역 균일 통과처럼 정말 무식하기 짝이 없게 운행하지는 않는다. 급행 등급이 하나 올라갈 때마다 급행은 최소한 기하급수적으로 통과역 수가 늘어야 이치에 맞다.
쉘 정렬도 그와 마찬가지이다. 23, 10, 4, 1 같은 급으로 큼직하게 수가 바뀌고, 이 수들이 가능한 한 서로소가 되게 하는 게 정렬 효율에 좋다고 알려져 있다. 16, 8, 4, 2, 1처럼 정확하게 컴퓨터스럽게 배수· 약수 관계로 포개지는 간격은 매우 비효율적이며, 그런 나쁜 수열을 쓰면 쉘 정렬의 시간 복잡도가 최악의 경우 도로 O(n^2)로 치솟는다고 한다.

우리나라의 급행 전철이 정차역 수가 여전히 너무 많다는 지적이 있긴 하지만, 이것은 환승을 싫어하는 국민 정서 내지 환승이 불편한 구조, 급행도 어차피 최대 속도는 동일하고 완행보다 그렇게 많이 빠르지 않은 것, 역마다 weight가 현실적으로 차이가 나는 것, 급행의 소극적인 운행(긴 배차 간격) 같은 다른 환경적인 요인 때문에 그런 것이다. (현실에서는 환승역이냐 그렇지 않느냐의 여부 하나만으로도 역별 weight가 크게 벌어질 수밖에 없다)

이상, 철도와 전산학을 융합한 뻘글이었다.
쉘 정렬의 수열 설정 방식이 철도 운영에서도 이론상 효율적이라 말할 수 있을까? ^^;; (급행은 4역씩 건너뛰고 특급은 10개역, 쾌특은 23개역.. ㄲㄲ)
참고로 쉘 정렬은 수열을 제일 잘 설정했을 때 시간 복잡도가 O(n (log n)^2) 까지는 떨어진다고 한다.


* 덧붙이는 말:
어제는 KTX 열차가 개통 사상 처음으로 탈선 사고를 일으켰다고 한다.
여기에 대해 철도 덕후 사무엘 님의 공식 입장을 말하자면, 이건 두말 할 나위도 없이 선로 시설 문제이지 차량 문제가 아니라는 것이다.
차량이 떼제베가 아닌 산천이었다고 하는데, 지금까지 늘 말썽을 일으켜 온 것처럼 차량이 고장을 일으킨 거라면, 그대로 차가 멈춰서는 걸로 끝나지 지가 무슨 능력으로 탈선까지 하겠는가?

더구나 이 차는 보기 드문 광명 시종착 KTX였다. 광명이 단순 경유역이 아닌 종착역이기 때문에 여타 열차와는 다른 선로로 건너가야만 했다. 그래서 선로 분기기가 열차를 새 선로로 유도하고 있었는데, 열차가 다 건너기 전에 선로 분기기가 전산 착오 내지 추위로 인해 오작동한 것 같다. 그래서 뒷부분 객차의 진로를 막았고, 이것 때문에 찌이이이익 소음+타는 냄새+탈선이 야기된 것으로 추정된다.

열차가 고속으로 쌩쌩 달리다가 교량이 붕괴했다거나 차량이 자폭이라도 한 것과는 전혀 다른 부류의 사고이다. 오히려 열차는 종착역 진입을 앞두고 위와 같은 이유로 인해서 아주 천천히 달리면서 신호를 기다리고 있는 상태였을 것이다. 그리고 그 사고도 그런 특수한 상황에서나 발생한 사고이다. 이 사고가 KTX 차량 시스템 전반에 대한 불신풍조로 이어지기는 않기를 본인은 바란다.

이 사고로 인해 이 열차를 바로 뒤따라오던 상행 KTX는 평택쯤에서 다시 천안아산-_- 역으로 역주행하여 돌아가야만 했고, 대전-서울 구간의 고속선이 폐쇄되는 바람에 다른 KTX들은 아예 경부선 기존선으로 우회해서 다녀야 했다. 주말 임시 열차는 아예 선로 용량 부족으로 인해 운행 중단. 코레일의 입장에서는 손해가 그야말로 막심했을 것이다. 이로 인해 수원-천안 구간에서 KTX 산천이 보이는 진풍경이 연출되기도 했다.

Posted by 사무엘

2011/02/12 17:49 2011/02/12 17:49
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