방풍시설

왜 배우는가: 방풍시설은 강풍 지역 도로에서 차량의 이탈과 전도를 막아 주행안전성을 직접 좌우하는 시설이다. 교량, 고성토, 해안도로처럼 바람을 막는 지형지물이 없는 구간에서 설계 단계부터 검토해야 하며, 설치기준과 개선방안, 산악·해안 도로 설계를 묻는 문항으로 반복해서 출제됐다.

출제 이력: 제103회 4교시 3번, 제98회 3교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 방풍시설은 강풍이나 횡풍에 노출된 도로 구간에서 바람의 세기를 줄여 차량의 이탈과 전도를 막는 도로 방호시설이다.

핵심 키워드

• 방풍시설
• 횡풍
• 주행안전성
• 풍상측
• 투과율
• 방풍림
• 방풍망
• 방풍담장

위 정의에서 방풍시설의 목적은 바람을 없애는 데 있지 않다. 차량이 주행 중 받는 횡방향 힘을 허용 범위 안에 두는 데 있다. 바람을 완전히 막으면 시설 뒤쪽에 강한 난류가 생겨 다른 위험이 생길 수 있으므로, 설계는 바람을 줄이면서도 흐름을 완만하게 만드는 방향으로 한다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 방풍시설은 바람이 차량을 옆으로 미는 힘을 약하게 만드는 울타리에 해당한다. 바람이 불어오는 쪽에 세워 바람의 흐름을 꺾거나 나눠 주는 방식으로 작동한다.

정식 정의는 다음과 같다. 방풍시설은 도로 주변에 설치하여 풍속과 풍향을 바꾸거나 감쇠시킴으로써 차량에 작용하는 횡풍의 영향을 줄이는 시설이다.

핵심 용어를 정리하면 다음과 같다. 횡풍은 차량의 진행 방향에 직각으로 부는 바람이다. 차체 측면에 횡력과 회전 모멘트를 주어 차로 이탈과 조향 보정을 유발한다. 풍상측은 바람이 불어오는 쪽이다. 방풍시설은 위험구간의 풍상측에 두어야 바람을 먼저 꺾거나 분산시킬 수 있다. 투과율은 시설 면적 대비 바람이 통과하는 틈의 비율이다. 투과율이 높으면 바람이 분산되어 후류가 완만해지고, 낮으면 바람을 강하게 막아 구조물 뒤쪽에 강한 난류가 생긴다.

원리는 다음과 같다. 바람이 교량 난간이나 고성토 사면 위를 지나면 흐름이 가속되고 방향이 바뀐다. 이때 차량 상부에 작용하는 공기력이 커져 승용차는 흔들리고 높은 버스나 화물차는 전도 쪽으로 밀린다. 방풍시설은 이 가속과 난류를 시설 앞뒤에서 줄이는 역할을 한다.

방풍설비의 유형은 도시계획 분야 결정기준에서 쓰는 분류를 참고할 수 있다. 방풍림시설은 나무를 열과 띠로 심어 만든 시설이며 대규모 구역에 쓴다. 방풍망시설은 망이나 격자 형태의 투과형 구조물이며 해안 지역에 쓴다. 방풍담장시설은 벽체형 구조물이며 소규모 구역이나 독립된 시설에 쓴다. 도로에서는 위 세 유형을 그대로 옮기기보다, 구간의 지형과 풍속에 맞춰 투과형과 벽체형을 선택하는 기준으로 이해하는 것이 맞다.

차량 측 대응으로는 횡풍 안정화 제어(CWS)가 있다. 요 레이트, 횡가속도, 조향각, 속도를 감지해 제동과 조향을 보정하는 운전자 보조장치다. 시설과 차량 기술은 서로 보완 관계이므로, 답안에서는 도로 측 방풍시설을 중심으로 쓰고 차량 기술은 보완책으로 덧붙인다.

3. 등장 배경과 필요성

도로가 해안, 산악, 교량 위주로 이어지면서 바람을 막는 지형지물이 없는 개방 구간이 늘었다. 이런 구간은 풍속이 크게 올라가고 풍향이 자주 바뀐다. 강풍이 불면 대형차량이 측방으로 밀리거나, 승용차가 차로를 벗어나 중앙선이나 방호울타리를 침범하는 사고가 생긴다.

차량의 대형화와 교통량 증가도 배경이다. 버스와 화물차는 무게중심이 높아 같은 풍속에서도 전도 위험이 크다. 여기에 교량 위 차로 폭이 좁거나 고성토 구간의 사면이 길면 차량이 바람을 받는 시간이 길어진다. 이런 조건이 겹치면 한 번의 돌풍으로도 사고가 발생할 수 있다.

제도 측면에서도 방풍설비의 필요성이 인정돼 있다. 도시계획 분야 결정기준은 태풍피해가 많은 지역이나 광활한 모래지대에 방풍설비를 설치하도록 정한다. 해안 지역에는 방풍림 또는 방풍망을 쓰고, 낮과 밤에 풍향이 바뀌는 해륙풍을 고려하도록 한다. 연안침식이 우려되는 지역에는 방풍림을 설치해 완충녹지 기능을 하게 한다. 도로 방풍시설을 설계할 때도 같은 취지로 지역 풍환경과 방호 목표를 먼저 조사하는 것이 출발점이다.

방풍시설은 설치로 끝나는 시설이 아니다. 시설만으로 강풍 위험을 해소하기 어려운 구간에서는 풍속 관측, 기상 경보, 통행 통제가 함께 필요하다. 따라서 방풍시설의 필요성은 구조물 설치의 필요성과 함께 운영 체계의 필요성으로 설명하는 것이 답안의 흐름상 자연스럽다.

4. 구성요소·원리·절차

방풍시설은 도로 풍상측에 설치되어 강풍의 횡풍(crosswind) 성분을 줄이는 구조물이다. 바람이 시설을 통과하면서 속도가 낮아지고 난류가 분산되어, 차량이 받는 횡력과 요잉 모멘트가 감소한다. 시설 자체의 형식은 바람을 막는 방식에 따라 나뉘며, 현행 설치 원리는 완전 차단보다 감쇠와 분산에 무게를 둔다.

구성요소는 다음과 같이 정리한다.

벽체는 투과형(porous type)과 불투과형(solid type)으로 나뉜다. 투과형은 일부 바람을 통과시켜 후류의 와류를 줄이므로 대형차 주행 안정성에 유리하다. 불투과형은 차단 효과가 크지만 구조물 후면에 강한 와류와 풍속 변화가 생겨 오히려 차량 흔들림을 키울 수 있다. 그래서 현장에서는 투과형을 기본으로 검토한다.

원리는 세 단계로 설명한다. 첫째, 풍상측에서 바람이 시설에 부딪혀 속도 분포가 바뀐다. 둘째, 통과한 바람은 감쇠되어 도로 상의 횡풍 속도가 낮아진다. 셋째, 시설 끝단에서 풍속이 급격히 회복되지 않도록 완화부를 두어 차량이 갑자기 횡력을 받지 않게 한다. 방풍시설의 목표는 도로 상 횡풍 속도와 변동폭을 줄이는 것이다.

설계 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 강풍 빈도, 최대풍속, 풍향과 도로 노출도를 조사한다.
• 교통량, 주행속도, 대형차 구성비와 사고·민원 이력을 분석해 설치 필요성을 판단한다.
• 위험구간의 위치, 높이, 연장과 끝단 처리 방식을 정한다.
• 투과율과 형상을 정해 풍환경 및 방호 목표에 맞춘다.
• 설계풍하중에 대해 구조 안정성과 기초를 검토한다.
• 시거, 도로안전구역, 배수와 제설 영향을 확인한다.
• 설치 후 풍속·차량 거동 자료로 효과를 검증한다.

도식 설명을 위해 다음 구성도를 함께 이해한다.

5. 관련 법령·기준·표준

방풍시설의 현행 기준은 도로안전 관련 지침과 설계기준에 따른다. 도시계획 측면에서는 「도시ㆍ군계획시설의 결정ㆍ구조 및 설치기준에 관한 규칙」의 방풍설비 결정기준이 있다. 이 규칙은 해안 지역에 방풍림 또는 방풍망시설을 두고, 해륙풍의 발달을 고려하도록 정한다. 소규모 구역에는 방풍담장시설을 둔다. 도로에서는 도로안전시설 설치 및 관리지침과 설계기준을 함께 적용한다.

기준 항목별 핵심 내용은 다음과 같다.

위 표의 값은 설계 방향을 보이는 것이며, 답안에는 기준 조문과 설계풍속 적용 원칙을 함께 쓴다. 수치 기준은 현장 조건에 따라 달라지므로 시험에서는 원리와 검토 항목 중심으로 쓴다.

개정 연혁은 「도시ㆍ군계획시설의 결정ㆍ구조 및 설치기준에 관한 규칙」 제126조 개정(2012년 10월 31일 개정 표기)으로 확인된다. 방풍설비 결정기준의 골격은 이후 큰 변화 없이 유지되었다.

교량 구간의 횡풍 대응은 차량 측면 기술과 연계된다. 해외에서는 횡풍 안정화(Crosswind stabilization) 같은 차량 보조 기술이 등장했으나, 이는 도로 방풍시설을 대체하지 않고 보완한다.