설계시간계수(K)

왜 배우는가: 설계시간계수는 도로의 차로 수와 기하구조를 정하는 교통량 산정의 기초다. 교통조사와 도로 설계 문제에서 기본 개념으로 쓰인다.

출제 이력: 제114회 4교시 3번, 제89회 1교시 10번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

설계시간계수(K)는 1년 중 30번째로 많은 시간교통량을 연평균 일교통량으로 나눈 비율이다.

• 설계시간계수(K): 연평균 일교통량 대비 설계시간교통량의 비율
• 설계시간교통량(DHV): 1년 중 30번째로 많은 시간의 양방향 교통량
• 연평균 일교통량(AADT): 1년간 교통량을 그 해의 일수로 나눈 값
• 첨두시: 하루 중 교통량이 가장 많은 1시간
• 상시조사: 한 조사지점의 교통량을 1년간 연속으로 조사하는 방법
• K30: 30번째 시간교통량을 기준으로 한 설계시간계수 표기

2. 개념 풀이

설계시간계수(K)는 하루 교통량 가운데 가장 바쁜 시간이 차지하는 몫을 뜻한다. 도로를 평균 교통량만으로 설계하면 출퇴근 시간의 혼잡을 감당하지 못한다. 그래서 하루 교통량에 이 비율을 곱해 설계 기준이 되는 시간교통량을 구한다.

정식 정의는 다음과 같다. 한 조사지점에서 1년간 얻은 시간별 교통량 가운데 설계시간교통량(DHV)을 연평균 일교통량(AADT)으로 나눈 값이 설계시간계수다. 설계시간교통량은 1년 중 30번째로 많은 시간의 양방향 합계다. 설계시간계수는 Design Hour Factor라고도 하며, 이 기준을 K30으로 표기한다.

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

기호의 뜻은 다음과 같다. K는 설계시간계수이며 단위를 두지 않는 비율로 적는다. DHV는 설계시간교통량으로 단위는 대/h이고, AADT는 연평균 일교통량으로 단위는 대/일이다. 두 값 모두 차량 수를 세어 얻으므로 K는 하루 교통량 가운데 설계 시간에 몰리는 몫으로 읽는다. 교통량은 단위 시간에 도로의 한 단면을 통과하는 차량 수다. 교통량과 교통밀도는 다른 개념이므로 혼동하지 않는다.

설계시간교통량을 30번째로 정하는 이유는 극단값을 피하기 위함이다. 1년 중 가장 많은 시간은 드문 상황에서만 나타나므로 이를 설계 기준으로 삼으면 과대 설계가 된다. 30번째 시간은 연간 8,760시간의 약 0.34%에 해당하며, 일상적으로 반복되는 피크 수준을 대표한다.

설계 값은 반대로 구할 수도 있다. 장래 연평균 일교통량에 설계시간계수를 곱하면 장래 설계시간교통량이 나온다.

$DHV = K \times AADT$

이 식으로 장래 연평균 일교통량을 추정한 뒤 설계시간교통량을 구한다. 기준 순위를 달리하면 50번째나 100번째 시간교통량을 기준으로 K50, K100으로 구분해 표기한다. 이때는 어떤 기준 순위를 썼는지 반드시 밝힌다.

3. 등장 배경과 필요성

도로는 평균 교통량이 아니라 교통이 가장 집중되는 시간을 기준으로 차로 수와 기하구조를 정한다. 하루 평균치만 쓰면 피크 시간의 교통량이 과소평가되어 지체와 혼잡이 설계에 반영되지 않는다. 그래서 연평균 일교통량을 설계 기준 시간교통량으로 환산하는 계수가 필요하다.

교통량은 시간대, 요일, 계절에 따라 크게 달라진다. 1년 자료를 연속으로 얻는 상시조사를 하면 시간별 변동을 빠짐없이 파악할 수 있다. 얻은 시간별 교통량을 크기 순으로 정렬하면 30번째 값이 설계 기준이 된다. 이 과정이 설계시간계수가 등장한 배경이다.

필요성은 다음과 같이 정리한다.

• 차로 수 결정: 설계시간교통량을 차로당 처리 능력과 비교해 차로 수를 정한다.
• 서비스 수준 판정: 첨두시 교통량에 대한 교통량 대 용량비(V/C)로 가로구간의 서비스 수준을 판정한다.
• 교통영향평가: 교통영향평가 지침은 가로구간 분석에 첨두시 교통량과 평균통행속도를 쓰도록 정한다.
• 장래 예측: 교통영향평가 지침은 교통지표를 목표연도에 맞추어 보정하도록 정한다.

교통영향평가 지침은 첨두일과 첨두시를 정하고, 오전과 오후 첨두시 각 1시간 이상의 교통량을 조사하도록 한다. 이렇게 첨두시 교통량을 따로 확보해야 설계 기준 값을 정할 수 있다. 설계시간계수는 평균 자료만으로는 얻을 수 없는 피크 값을 평균과 연결하는 장치다.

교통량 규모와의 관계도 함께 본다. 교통량이 커질수록 설계시간계수가 작아지는 경향이 있으므로 같은 도로라도 교통량 규모가 다르면 계수를 달리 검토한다.

도로교통량 조사지침은 연평균 일교통량을 1년간 조사한 교통량을 그 해의 일수로 나눈 값으로 정의한다. 주간 12시간 교통량이나 주야율과 혼동하지 않아야 한다. 설계시간계수는 평균과 피크를 잇는 연결고리이므로 차로 수, 교차로, 신호 계획을 같은 기준 시간교통량으로 맞추는 데 쓰인다.

4. 구성요소·원리·절차

설계시간계수(K)는 하루 평균 교통량을 설계시간교통량으로 바꾸는 비율이다. 설계시간교통량(Design Hourly Volume, DHV)은 설계에 쓰는 혼잡 시간의 시간당 교통량이다. 하루 평균 교통량은 연평균 일교통량(Annual Average Daily Traffic, AADT)이다.

설계시간계수는 연평균 일교통량에 대한 설계시간교통량의 비율이다. 식으로는 K = DHV ÷ AADT 이다.

세 값은 같은 상시조사 자료에서 나온다. 설계시간계수는 AADT만 알면 DHV를 추정하게 해 주는 환산 계수로 쓴다.

교통량은 하루 중 고르게 흐르지 않는다. 대부분의 교통량은 출퇴근 같은 짧은 시간대에 몰린다. 평균 시간에 맞춰 설계하면 혼잡 시간에 도로 용량이 부족해진다. 그래서 설계는 연중 30번째로 많은 시간의 교통량을 기준으로 삼는다. 이 시간을 K30이라 부르며, 널리 쓰이는 관행이다.

AADT는 수요의 크기를, K는 그 수요가 하루 중 얼마나 몰리는지를 나타낸다. 두 값을 나누어 다루면 같은 AADT라도 집중 정도가 다른 도로를 구분할 수 있다.

K 값은 지역과 도로에 따라 달라진다. 일반적으로 AADT가 커질수록 K는 작아진다. 개발 밀도가 높을수록 K도 작아지는 경향이 있다. 위락시설 주변에서 가장 크고, 지방부와 근교가 그다음이며, 도시부에서 가장 작다.

산출 절차는 다음과 같다.

• 상시조사 장비로 1년간 방향별·시간별 교통량을 연속 계수한다.
• 1년 총교통량을 그 해 일수로 나누어 AADT를 구한다.
• 시간별 교통량을 많은 순서로 정렬하고, 30번째 시간의 양방향 교통량을 DHV로 정한다.
• K = DHV / AADT 로 K를 구한다.
• 설계 연도의 AADT에 K를 곱해 설계시간교통량을 구한다. 식은 DHV = K × AADT 이다.

기호의 단위는 DHV가 대/시, AADT가 대/일, K가 무차원이다. 상시조사 지점이 없으면 수시조사 값을 상시조사 지점의 자료로 보정해 AADT를 추정하고, 보정 근거를 함께 적는다.

자료 기간이 1년보다 짧거나 계절 편차가 큰 지점에서는 K 값이 흔들린다. 그래서 계절과 요일에 따른 보정 내용을 함께 적는 것이 필요하다.

설계시간교통량은 차로 수 산정과 교차로 설계의 출발점이다. 차로 수와 용량 검토는 AADT가 아니라 DHV를 기준으로 한다.

5. 관련 법령·기준·표준

설계시간계수를 적용하는 값은 도로 설계 기준이 정한다. 교통량 조사 방법은 도로교통량 조사지침과 교통조사지침이 정하고, 설계 교통량을 쓰는 서비스수준 분석은 도로용량편람 기준을 따른다. 교통영향평가 지침은 같은 조사 체계를 평가 단계에 적용한다.

조사 시기는 교통조사지침이 연평균교통량 파악용 특정기간 조사에 대해 정한 기준이다. 3월부터 11월까지 월요일부터 목요일 사이, 공휴일과 휴가철·명절을 뺀 기상이 양호한 평일을 고른다.

주야율은 24시간 교통량에 대한 주간 12시간 교통량의 비율이다. 주간 12시간 교통량은 07:00부터 19:00까지 연속으로 조사한 값이다. 교통조사지침은 조사 결과를 15분 단위로 측정하고 1시간, 12시간, 16시간, 1일 단위로 집계하도록 정한다. 이 집계 단위가 시간별 정렬과 DHV 산정의 입력이 된다.

첨두시는 교통영향평가 조사의 기준 시간이다. 교통영향평가 지침 제7조제3항은 첨두일을 1주일 중 교통량이 가장 많은 요일로, 첨두시를 첨두일 중 교통량이 가장 많은 1시간 단위로 정한다. 조사는 오전과 오후 첨두시를 각각 1시간 이상 포함해야 한다.

설계시간교통량은 서비스수준 분석의 입력값이다. 교통영향평가 지침 제16조는 가로구간과 교차로의 서비스수준을 도로용량편람 기준에 따라 제시하도록 정한다. 따라서 K로 구한 설계 교통량은 도로용량편람의 용량 기준과 같은 조건에서 비교해야 한다.

기준 수치를 답안에 쓸 때는 값, 단위, 적용 조건, 근거 조문을 한 덩어리로 쓴다. 예를 들어 연평균 일교통량은 대/일 단위이며 1년 자료에 대해서만 쓴다.