설계속도

왜 배우는가: 설계속도는 곡선, 기울기, 건축한계 등 선형 기준 대부분의 출발점이다. 노선을 계획하고 선형을 설계하려면 이 기준을 먼저 정해야 한다. 시험에서는 정의와 결정 방법을 함께 묻는 형태로 자주 나온다.

출제 이력: 제129회 1교시 8번, 제127회 1교시 13번, 제119회 1교시 1번, 제113회 3교시 6번, 제95회 3교시 2번, 제93회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

설계속도는 해당 선로를 설계할 때 기준이 되는 상한속도이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 설계속도(Design Speed): 선로 설계의 기준이 되는 속도이다.
• 상한속도: 설계상 그 선로에서 허용하는 최고 속도이다.
• 속도별 비용 및 효과분석: 속도 수준마다 총비용과 효과를 비교하는 절차이다.
• 구간별 설계속도: 노선 안에서 구간마다 다르게 정하는 설계속도이다.
• 곡선반경: 설계속도에 따라 최소값이 정해지는 선형 요소이다.
• 캔트: 곡선에서 바깥쪽 레일을 높이는 값이며 설계속도와 연동된다.
• 운행속도: 열차가 실제로 달리는 속도로 설계속도와 구분한다.

답안의 첫 줄에는 정의 문장을 그대로 쓴다. 정의의 핵심은 '기준이 되는'과 '상한속도'라는 두 표현이다. 기준이 되는이라는 말은 설계속도가 선형과 구조를 정하는 출발값이라는 뜻이다. 상한속도라는 말은 그 값을 넘는 속도를 설계에서 상정하지 않는다는 뜻이다. 두 표현 중 하나라도 빠지면 정의가 불완전해진다.

정의 뒤에는 설계속도가 쓰이는 대표 항목을 한두 줄로 붙인다. 곡선반경, 캔트, 기울기, 종곡선, 건축한계가 그 예다. 항목 이름만 나열하지 말고 설계속도와 어떻게 연결되는지 한 문장씩 덧붙이면 답안의 깊이가 달라진다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 설계속도는 '이 선로를 이 속도까지 달려도 안전하도록 설계했다'는 기준 속도이다. 곡선의 크기, 기울기, 건축한계, 궤도 사이 간격 같은 선형 요소가 모두 이 속도를 바탕으로 정해진다. 설계속도가 높아지면 같은 지형에서도 선로는 더 완만해지고 더 넓은 공간을 요구한다.

정식 정의는 「철도의 건설기준에 관한 규정」 제2조 제6호에 있다. 이 조항은 설계속도를 해당 선로를 설계할 때 기준이 되는 상한속도라고 정의한다. 상한속도란 설계 단계에서 그 선로가 허용하는 최고 속도를 뜻한다. 즉 설계속도는 실제 운행 결과가 아니라 설계의 전제가 되는 값이다.

설계속도는 실제 열차가 달리는 운행속도와 구분해야 한다. 운행속도는 운전 계획과 차량 성능에 따라 정해지는 값이다. 「철도의 건설기준에 관한 규정」 제7조 제2항은 열차의 실제 운행속도와 설계속도의 차이가 큰 경우 초과캔트를 검토하도록 한다. 이 규정은 두 속도를 따로 다루어야 함을 보여준다. 답안에서는 설계속도를 상한으로 두고, 운행속도가 이를 넘지 않도록 운영한다는 관점으로 쓴다.

또 하나의 개념은 구간별 설계속도이다. 같은 노선이라도 도심지 통과구간, 시·종점부, 정거장 전후, 시가화 구간에서는 노선 내 다른 구간과 같은 설계속도를 유지하기 어렵다. 이때 구간마다 설계속도를 다르게 정할 수 있다고 제4조 제2항이 정한다. 동일한 설계속도를 고집하면 경제적 효용성이 낮아지는 경우가 있기 때문이다. 따라서 설계속도는 노선 전체에 하나만 있는 값이 아니라 구간 단위로 정하는 값이라는 점이 핵심이다.

설계속도를 정하는 절차는 노선계획 단계에서 이루어진다. 노선의 기능과 장래 교통수요를 파악하고, 여러 속도 수준에서 비용과 효과를 비교한 뒤 설계속도를 확정한다. 이 판단의 근거를 기록해 두어야 나중에 설계 변경이나 고속화 검토 때 다시 쓸 수 있다.

3. 등장 배경과 필요성

철도 선로는 한 번 건설하면 바꾸기 어렵다. 노반, 교량, 터널, 곡선의 반경은 시공 뒤에 바꾸려면 비용이 크게 든다. 그래서 설계 단계에서 어떤 속도까지 달릴지를 먼저 정해야 선형과 구조를 맞출 수 있다. 설계속도는 이 판단의 출발점이다.

설계속도가 설계기준의 중심이 된 배경에는 고속화 요구가 있다. 「철도의 건설기준에 관한 규정」 제2조 제38호는 고속화를 기존선로의 선형, 노반, 궤도, 신호체계 등을 개량하여 열차 운행속도를 향상시키는 것이라고 정의한다. 고속화는 결국 설계속도를 올리는 일과 이어진다. 속도가 높아지면 곡선반경은 커져야 하고, 캔트와 기울기 조건은 엄격해지며, 건축한계와 궤도 중심간격도 함께 넓어진다.

설계속도에 따라 달라지는 항목은 여러 조문에 걸쳐 있다. 곡선반경(제6조), 캔트(제7조), 완화곡선(제8조), 직선 및 원곡선의 길이(제9조), 기울기(제10조), 종곡선(제11조), 궤도의 중심간격(제14조), 시공기면의 폭(제15조), 도상 두께와 레일 중량(제16조)이 모두 설계속도에 따라 값이 정해진다. 설계속도 하나가 바뀌면 이 항목들이 함께 바뀌는 구조다.

무조건 속도를 높이는 것도 바람직하지 않다. 제4조 제1항은 신설 및 개량노선의 설계속도를 정할 때 총비용 대비 효과, 역간 거리, 노선의 기능, 장래 교통수요를 고려한 비용 및 효과분석을 실시하도록 한다. 분석 대상에는 초기 건설비, 운영비, 유지보수비용, 차량구입비가 모두 포함된다. 즉 설계속도는 기술 기준이면서 동시에 사업성 판단의 결과물이다.