설계시간교통량

왜 배우는가: 설계시간교통량은 도로의 차로 수와 교차로 규모를 정하는 기준값이어서 설계의 첫 단계에서 구한다. 시험에서는 정의, 설계시간계수와의 관계, 적용 방법을 함께 묻는다.

출제 이력: 제128회 4교시 3번, 제110회 1교시 7번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

설계시간교통량은 연간 30번째로 많은 시간대의 교통량으로, 연평균 일교통량에 설계시간계수를 곱하여 구한다.

답안의 첫 줄에는 이 정의를 그대로 쓴다. 이어서 두 값이 어떻게 연결되는지 한 문장으로 보인다. 설계시간교통량은 도로 설계의 출발점이 되는 교통량이고, 설계시간계수는 그 값이 일교통량의 어느 비율인지를 나타낸다. 두 값은 함께 써야 답의 근거가 완성된다. 따로 외우지 말고 하나의 식으로 묶어 이해한다. 설계시간교통량은 실제 측정값이 있어야 구할 수 있으므로, 설계 초기에는 연평균 일교통량과 설계시간계수의 조합으로 추정한다.

핵심 키워드

• 설계시간교통량(Design Hourly Volume, DHV)
• 설계시간계수(K factor)
• 연평균 일교통량(Annual Average Daily Traffic, AADT)
• 30번째 시간교통량(K30)
• 첨두시간계수(Peak Hour Factor, PHF)
• 방향별 설계교통량
• 차로수 산정

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 설계시간교통량은 도로가 가장 붐비는 시간에 실제로 떠안는 차량 수다. 하루 전체 교통량을 그대로 설계에 쓰면 한밤중처럼 한산한 시간까지 섞여 설계가 실제 수요와 맞지 않게 된다. 그래서 설계는 한 해 중 특히 혼잡한 시간대의 교통량을 기준으로 삼는다.

설계시간계수는 연평균 일교통량 대비 설계시간교통량의 비율이다. 정식 정의는 다음과 같다. 한 해 동안 측정한 매 시간의 교통량을 많은 순서로 나열했을 때, 30번째에 해당하는 시간의 교통량을 30번째 시간교통량이라 한다. 이 값을 연평균 일교통량으로 나눈 비율이 설계시간계수이며, 설계시간교통량은 설계시간계수에 연평균 일교통량을 곱한 값이다.

$DHV = K \times AADT$

여기서 DHV는 설계시간교통량(대/시), AADT는 연평균 일교통량(대/일), K는 무차원 설계시간계수이다. 식은 두 교통량의 관계를 보여 주며, 계산에서는 K를 연평균 일교통량에 곱하는 비율로만 적용한다.

설계시간계수는 교통 환경에 따라 값이 달라진다. 연평균 일교통량이 커질수록 설계시간계수는 작아진다. 위락시설 주변에서 가장 크고, 농촌과 교외가 그다음이며, 도시부에서 가장 작다. 도시는 교통이 하루 종일 넓게 분산되지만, 위락 지역은 특정 시간대에 차량이 몰리기 때문이다.

설계시간계수는 값 하나로 고정된 상수가 아니다. 같은 도로라도 연도별로 교통량이 달라지면 계수도 달라지므로, 기준 연도의 시간별 자료가 필요하다. 조사는 최소 1년 동안의 자료를 연속 계측 지점에서 얻어 구한다.

설계시간교통량은 양방향 합계를 기준으로 구하는 것이 기본이다. 평면교차로 설계에서는 방향별·차종별 시간교통량을 사용하므로, 방향별 값은 양방향 합계에 해당 방향의 분포 비율을 곱해 얻는다. 교차로마다 방향 분포가 다르므로 같은 합계라도 설계 결과가 달라진다.

설계 기준은 30번째 시간을 쓰는 것이 가장 흔하다. 기준을 50번째나 100번째로 두면 설계시간교통량은 작아진다. 그때는 K50, K100처럼 기준을 밝혀 적어야 한다. 답안에는 어떤 기준 번째 시간을 썼는지를 반드시 쓴다.

설계시간계수는 연간 기준이고, 첨두시간계수(PHF)는 한 시간 안의 교통 집중도를 나타낸다. 첨두시간계수는 시간교통량을 15분 교통량의 4배로 나눈 값이다.

$PHF = \frac{V}{4 \times V_{15}}$

여기서 V는 시간교통량(대/시), V_{15}는 그 시간 안에서 가장 많은 15분 교통량(대/15분)이다. 값이 1에 가까울수록 교통이 그 시간 안에 고르게 분포한다는 뜻이다.

3. 등장 배경과 필요성

설계시간교통량은 차로 수와 교차로 규모를 정하는 출발값이다.

도로의 교통량은 시간과 계절에 따라 크게 변한다. 출퇴근 시간대에는 교통이 몰리고, 명절이나 휴가철에는 평소보다 훨씬 많은 차량이 한꺼번에 움직인다. 이 모든 변동을 설계에 반영하면 대부분의 시간에는 필요 이상으로 넓은 도로가 생긴다.

그래서 설계는 교통량이 일정 수준 이상으로 몰리는 시간을 기준으로 정하는 방식이 필요해졌다. 연간 상위 30번째 시간을 기준으로 삼으면 연간 상위 29시간의 혼잡은 설계 대상에서 제외되고, 나머지 시간의 서비스가 확보된다.

설계시간교통량이 과소로 잡히면 개통 직후 정체가 생기고, 과대로 잡히면 건설비와 유지비가 낭비된다. 두 방향의 위험을 함께 고려해 기준을 정하는 것이 설계의 핵심이다.

둘째, 도로용량과 비교하는 기준이 된다. 도로용량은 주어진 도로조건에서 15분 동안 최대로 통과할 수 있는 승용차 교통량을 1시간 단위로 환산한 값이다. 설계시간교통량이 이 용량 안에 들도록 차로 수를 정하면 목표한 서비스 수준을 확보할 수 있다.

셋째, 차로 수 산정의 입력값이다. 필요 차로 수는 설계시간교통량을 한 차로가 처리할 수 있는 교통량으로 나눠 구한 값에서 출발한다. 이 과정에서 차로 수가 결정된다.

넷째, 교차로 설계의 기초가 된다. 평면교차로는 방향별·차종별 시간교통량을 기준으로 좌회전 차로, 교통섬, 신호 운영을 정한다. 같은 연평균 일교통량이라도 설계시간계수가 달라지면 교차로 규모가 달라진다.

다섯째, 장래 교통량 추정과 연결된다. 장래의 연평균 일교통량을 예측한 뒤 설계시간계수를 곱하면 장래 설계시간교통량을 얻는다. 그래서 이 개념은 신설 도로 설계뿐 아니라 도로망 계획의 검토 단계에서도 쓰인다.

국내 도로 설계에서는 도로의 구조·시설 기준에 관한 규칙과 도로설계편람을 기준으로 삼는다. 기존 도로의 개량 검토에도 같은 방식을 쓴다. 현재 교통량으로 설계시간교통량을 구해 차로가 부족한지 판단하기 때문이다.

4. 구성요소·원리·절차

설계시간교통량은 연평균 일교통량에 설계시간계수를 곱해 구한다. 두 값이 어떻게 만들어지는지 알아야 설계 교통량의 의미를 설명할 수 있다. 구성요소는 세 가지이며 다음 표와 같다.

세 값은 하나의 관계식으로 묶인다. 연평균 일교통량이 정해지면 설계시간계수만으로 설계시간교통량을 구할 수 있다. 설계시간계수는 하루 교통량 가운데 한 시간에 몰리는 비율을 소수로 나타낸 값이다. 같은 도로라도 교통량 규모와 지역 특성에 따라 이 비율이 달라진다.

원리는 교통량의 시간적 편중이다. 교통량은 출퇴근 시간이나 행사 시간처럼 특정 시간대에 몰린다. 모든 시간을 설계 기준으로 삼으면 시설이 과대해지고, 일평균 교통량을 기준으로 하면 혼잡 시간을 감당하지 못한다. 그래서 연간 상위 30번째 시간의 교통량을 기준으로 두 극단 사이를 잡는다. 정의의 핵심은 설계시간교통량은 연간 30번째로 큰 시간교통량이다.

아래 그래프는 연간 시간별 교통량을 큰 순서로 나열한 모양이다. 앞쪽 시간은 값이 크고 뒤로 갈수록 완만하게 줄어든다. 30번째 시간의 값이 설계 기준선이 되며, 이 지점의 값이 설계시간교통량이다.

설계시간계수 산정 절차는 다음과 같다.

• 상시 관측 지점에서 1년간 시간별 교통량을 확보한다.
• 시간별 교통량을 큰 값부터 순서대로 정렬한다.
• 30번째로 큰 시간교통량을 찾아 설계시간교통량으로 정한다.
• 그 값을 연평균 일교통량으로 나눠 설계시간계수를 구한다.
• 장래 연평균 일교통량에 설계시간계수를 곱해 설계 기준 교통량을 정한다.

1, 2단계는 자료 확보와 순위 작성이고 3, 4단계가 계수 산정이다. 5단계에서 계수를 장래 교통량에 적용한다. 계수를 자료 없이 임의로 정하면 설계 교통량의 근거가 약해진다. 시간별 자료는 자동교통량측정기 같은 상시 관측 장치로 얻는 것이 일반적이다.

식은 다음과 같다.

$DHV = K \times AADT$

$K = \frac{DHV}{AADT}$

DHV는 설계시간교통량(대/시), K는 설계시간계수(소수), AADT는 연평균 일교통량(대/일)이다. 두 식은 같은 관계를 앞뒤로 나타낸 것이다. 단위가 다르므로 계산할 때 대/일과 대/시를 혼동하지 않는다.

지역 유형별로 보면 관광·레크리에이션 시설 주변의 설계시간계수가 가장 크고, 도시지역의 값이 가장 작다. 교외와 농촌지역은 그 사이에 놓인다. 이 차이는 교통 수요가 시간대에 얼마나 몰리는지에서 나온다. 연평균 일교통량이 커질수록 설계시간계수는 작아진다. 교통량이 많은 도로는 시간 분포가 평탄해지기 때문이다. 개발 밀도가 높은 지역일수록 계수가 작아지는 경향도 같은 방향이다.

5. 관련 법령·기준·표준

설계시간교통량과 설계시간계수는 도로용량편람 계열의 교통량 산정 기준에서 다룬다. 도로의 구조·시설 기준에 관한 규칙은 도로 설계의 기본 틀을 정하고, 교통량 산정 값은 그 틀 안에서 지점별 실측 자료로 정한다. 기준값과 적용 조건을 정리하면 다음과 같다.

표의 첫 두 행은 계산 식과 정의에 해당하므로 답안에 반드시 쓴다. 나머지 행은 설계시간계수의 경향이므로 정확한 수치 대신 상대적 크기로 설명한다. 첫 행의 식이 설계 교통량 계산의 출발점이다.

관측 자료의 확보 조건도 기준에 따른다. 관측 자료는 1년간의 연속 관측 자료여야 하며, 관측 지점은 도로 구간의 교통 특성을 대표해야 한다. 지점 자료가 없을 때는 유사한 지역 유형과 도로 규모의 값을 준용한다. 이때 준용한 값이라는 사실을 설계 기록에 밝혀 둔다.

계절 변동도 기준 적용 시 고려한다. 관광지 도로는 계절과 주말에 교통량이 크게 달라지므로 관측 시기를 함께 기록한다. 시기별 편차가 큰 지점에서는 연간 자료의 대표성을 먼저 검토한다.