도로용량 영향요인

왜 배우는가: 도로용량은 혼잡과 지체의 출발점이며 도로 계획에서 차로 수와 서비스수준을 정하는 기준이다. 도로용량 영향요인과 증대방안은 1교시 용어 문제와 2교시 논술 문제로 반복해서 출제되었다.

출제 이력: 제103회 2교시 3번, 제93회 2교시 2번, 제90회 1교시 7번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

도로용량은 주어진 도로·교통·운영 조건에서 15분 동안 최대로 통과할 수 있는 승용차 교통량을 1시간 단위로 환산한 값이다.

답안 첫 줄에는 위 정의를 그대로 쓴다. 본문에서는 아래 키워드를 함께 엮어 설명한다.

• 도로용량
• 기본용량
• 보정계수
• 승용차환산계수
• 서비스수준
• 첨두시간계수
• 교통량

교통량은 도로의 한 지점을 일정 시간에 통과한 차량의 수다. 도로용량은 그 교통량이 도달할 수 있는 상한이다. 교통량이 용량에 가까워지면 속도가 떨어지고 대기행렬이 생기므로, 용량은 혼잡의 기준선 역할을 한다. 용량을 15분 기준으로 정의하는 이유는 교통량이 시간 안에서 순간적으로 몰리는 정도를 반영하기 위해서다. 설계 단계에서는 이 값을 1시간 단위로 바꿔 차로 수 산정에 쓴다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 도로가 한 시간에 감당할 수 있는 차량 수의 한계다. 정식으로는 도로 조건, 교통 조건, 운영 조건을 정해 두었을 때 한 차로 또는 한 구간이 안정적으로 처리할 수 있는 최대 교통량을 뜻한다. 여기서 안정적이라는 말은 교통류가 일정한 속도를 유지하며 흐르는 상태를 가리킨다. 용량은 한 번 정해지면 고정된 값이 아니라 조건에 따라 달라진다.

원리는 기본용량에서 출발한다. 기본용량은 차로폭, 측방 여유, 대형차 혼입, 종단경사 등이 이상적인 조건일 때의 처리능력이다. 실제 도로는 이상적이지 않으므로 보정계수를 곱해 실제 용량을 구한다. 대형차는 승용차보다 길이와 가속 성능이 달라 차로를 더 많이 점유한다. 이 차이를 승용차환산계수로 보정해 모든 차종을 승용차 단위로 맞춘다.

$C = C_B \times f_W \times f_{HV} \times f_p$

C는 실제 용량(pcphpl), C_B는 기본용량(pcphpl), f_W는 차로폭 보정계수, f_{HV}는 대형차 보정계수, f_p는 운전자 특성 보정계수다. 이 식은 기본값에 조건별 감소 요인을 차례로 곱하는 구조다. 따라서 보정계수가 1보다 작을수록 실제 용량은 줄어든다.

고속도로 차로당 기본용량은 관련 기준이 정한 값을 쓴다. 도로용량편람은 이 값을 출발점으로 삼아 도로 유형별 보정 방법을 제시한다.

서비스수준은 같은 도로라도 교통량 대비 용량의 비(v/c)와 속도, 밀도, 지체로 나타낸 질적 수준이다. 교통량이 같아도 용량이 줄면 서비스수준은 나빠진다. 첨두시간계수는 1시간 교통량 중 가장 붐비는 15분 교통량이 차지하는 비율로, 설계시간교통량을 구할 때 쓴다.

실제 용량은 기본용량에 보정계수를 곱하고, 교통량을 승용차 단위로 환산해 비교하여 구한다.

3. 등장 배경과 필요성

소득이 늘면서 자동차 보유 대수가 빠르게 증가했다. 도로 연장과 도로화율은 이 증가를 따라가지 못했다. 그 결과 도심과 간선도로에서 적체와 정체가 심해졌다. 국내 도로 교통 현황을 보면 자동차 보유는 급증한 반면 도로화율은 둔화되어 정체와 안전사고가 함께 늘고 있다.

도로를 새로 놓는 방식에는 한계가 있다. 토지 확보 비용과 주민 민원, 환경 영향 때문에 신설과 확장이 어렵다. 그래서 기존 도로가 낼 수 있는 처리능력을 정확히 파악하고, 운영 개선과 수요 관리로 그 능력을 끌어올릴 필요가 생겼다. 확장 도로에는 새로운 통행이 유발되어 증설 효과가 줄어드는 경우도 있다. 이 점도 용량 판단을 정밀하게 해야 하는 이유다.

용량 개념이 필요한 실무 이유는 세 가지다. 첫째, 설계 교통량과 비교해 차로 수를 정한다. 둘째, 서비스수준 목표를 정하고 그에 맞는 개선 범위를 판단한다. 셋째, 병목 구간이 어디인지 진단해 혼잡의 원인을 찾는다. 도시 인프라의 용량이 부족하면 교통지체가 생길 뿐 아니라 민간 투자와 사업 유치에도 장애가 된다. 도로 용량은 도시의 성장 한계와 주민 생활의 질을 연결하는 지표이기도 하다.

용량을 알아야 차로 수와 서비스수준을 정하고, 혼잡의 원인을 진단할 수 있다.

교통 여건이 다른 도로를 같은 기준으로 비교하려면 승용차 단위의 용량이 필요하다. 대형차 비율이 높은 구간은 같은 차로라도 처리능력이 낮아진다. 따라서 용량 개념은 도로 계획뿐 아니라 교통 운영과 수요 관리를 판단하는 공통 언어가 된다.

4. 구성요소·원리·절차

도로 교통용량은 도로 구간과 교차로가 단위시간에 처리할 수 있는 최대 교통량이다. 용량은 도로 자체의 물리 조건(도로 기하구조)과 교통류 구성(교통류 특성), 교통운영 조건(신호·운영 조건), 환경 조건(환경 요인)이 함께 결정한다. 구성요소를 나누어 보면 용량을 계산하고 줄이는 원인과 늘리는 대책을 한 번에 정리할 수 있다.

교차로 용량은 신호 한 주기 동안 녹색시간에 통과할 수 있는 최대 교통량으로 본다. 기본 식은 다음과 같다.

$c = s \times \frac{g}{C}$

여기서 c는 차로군 용량(대/h), s는 포화교통류율(대/h), g는 유효 녹색시간(s), C는 신호주기(s)다. 포화교통류율 s는 기준 포화교통류율에 차로 폭, 대형차, 경사, 좌우회전 등 보정계수를 곱해 구한다.

$s = s_0 \times f_w \times f_{HV} \times f_g \times f_p \times f_{bb} \times f_a \times f_{LU} \times f_{LT} \times f_{RT}$

s_0는 기준 포화교통류율(관련 기준이 정한 차로당 값), 각 f는 보정계수다. 보정계수 값은 조건별로 달라지므로 계산 과정에서 해당 값을 대입한다.

도로 구간 용량 분석은 다음 절차로 진행한다.

• 대상 구간의 기하구조와 차로 수, 폭, 측방 여유를 조사한다.
• 교통량을 승용차환산계수로 환산하여 대형차 영향을 반영한다.
• 신호 주기, 녹색시간, 현시를 조사하여 교차로 유효 녹색시간을 구한다.
• 보정계수를 적용해 포화교통류율과 서비스 교통량을 구한다.
• 교통량과 용량의 비(V/C)로 서비스 수준을 판정하고 병목을 찾는다.

도식 1개는 구성 관계를 보인다.

5. 관련 법령·기준·표준

도로 교통용량의 기준은 법령보다 설계·분석 기준서에 있다. 국내에서는 도로용량편람과 교차로 설계 기준을 주로 쓰고, 해외에서는 미국 Highway Capacity Manual(HCM)과 캐나다 신호교차로 용량 지침이 널리 참조된다. 기준서는 도로 유형별로 기본 용량과 보정 방법을 나눈다.

개정 연혁으로는 국내 도로용량편람이 고속도로와 신호교차로 분석 방법을 지속해서 갱신하고 있으며, 미국 HCM도 차로 폭과 갓길 폭 보정식을 최근 연구 결과에 맞춰 바꾸는 중이다.

6. 유형과 비교

도로용량은 도로 유형마다 기준 단위와 제약 조건이 달라서, 같은 용량이라도 계산 방식을 구분해야 한다. 용량은 15분 동안 최대로 통과할 수 있는 승용차 교통량을 1시간 단위로 환산한 값으로 정의한다. 이때 승용차환산계수로 대형차 등 다른 차종을 승용차 기준으로 바꾼다.