선로용량

왜 배우는가: 선로용량은 기존 선로로 얼마나 많은 열차를 운행할 수 있는지를 정하는 기본 개념이다. 운전시격, 열차다이아, 선로용량 증대방안 등 여러 주제의 출발점이므로 정의와 결정조건을 정확히 써야 한다.

출제 이력: 제126회 3교시 2번, 제115회 1교시 4번, 제112회 4교시 4번, 제111회 2교시 1번, 제109회 3교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

선로용량은 노선별·구간별로 선로 등의 조건과 열차종별 등에 따라 1일 또는 단위시간당 운행 가능한 편도기준 최대열차횟수이다.

이 정의는 「선로배분지침」 제3조가 정한 용어 정의를 그대로 따른 것이다. 답안 첫 줄에는 이 문장을 쓰고, 이어서 선로용량이 열차 수의 상한이라는 점을 덧붙인다. 정의의 조건은 세 가지다. 기준이 편도라는 점, 적용 범위가 노선과 구간이라는 점, 측정 단위가 1일 또는 단위시간이라는 점이다. 세 조건 중 하나라도 빠지면 서로 다른 선로의 용량을 비교할 수 없다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 선로용량: 선로가 1일 또는 단위시간에 처리할 수 있는 열차횟수의 상한이다.
• 편도기준: 상행과 하행을 따로 세는 열차횟수의 기준이다.
• 열차운행슬롯: 열차 1편이 다른 열차의 지장을 받지 않고 구간을 사용할 수 있는 선로사용 기본단위이다.
• 선로배분: 선로용량을 선로사용자에게 나누어 주는 행위이다.
• 운전시격: 연속한 두 열차 사이의 시간 간격이다.
• 선로이용률: 1일 24시간 중 열차를 운행시키는 시간대가 차지하는 비율이다.
• 선로작업: 선로의 건설, 개량, 유지보수를 위해 열차운행에 지장을 주는 작업이다.

2. 개념 풀이

선로용량은 점유시간과 열차 최소 시격으로 결정되는 열차 처리 상한이다. 선로에서는 한 시점에 한 열차만 구간을 점유하고, 뒤따르는 열차는 앞 열차가 빠져나간 뒤에야 같은 구간에 들어갈 수 있다. 따라서 같은 시간에 몇 편을 보낼 수 있는지는 열차 한 편이 구간을 점유하는 시간의 길이와 열차 사이에 허용되는 최소 간격으로 정해진다. 점유시간이 짧을수록, 최소 간격이 좁을수록 선로용량은 커진다. 선로용량 문제는 열차 수를 늘리는 문제가 아니라 점유시간을 줄이고 간격을 좁히는 문제로 보아야 한다.

열차가 구간을 점유하는 시간은 구간 길이를 운행속도로 나눈 주행시간에 역 정차시간과 여유시간을 더한 값이다. 이 시간에는 열차의 가속과 감속, 신호가 바뀌는 시간도 포함된다. 점유시간이 길어지면 같은 시간 안에 들어갈 수 있는 열차가 줄어들므로, 운행속도 향상과 정차시간 단축이 선로용량 증대의 기본 수단이 된다.

열차 최소 시격은 선행 열차가 구간을 떠난 뒤 후속 열차가 같은 구간에 안전하게 진입할 수 있을 때까지 필요한 최소 간격이다. 복선 구간에서 같은 속도의 열차만 운행하면 이 간격이 일정하므로 계산이 단순하다. 반면 급행열차와 완행열차가 섞이면 추월과 대피가 얽혀 시격이 여러 종류로 나뉘므로, 시격을 구간별로 따로 산정해야 한다.

복선 구간의 기본 관계는 다음과 같다. 1일 운행 가능 시간에 선로이용률을 곱한 값을 열차 최소 시격으로 나눈 값이 선로용량이다. 1일은 24시간이므로 분 단위로 쓰면 1,440분이다. 식으로 쓰면 N = 1440 f / t이다. 여기서 N은 편도 기준 열차횟수, f는 선로이용률, t는 열차 최소 시격(분)이다. 예를 들어 t가 3분, f가 0.7이면 N = 1440 × 0.7 ÷ 3 = 336회이다. 하루 편도 336회는 혼잡한 간선에서 나올 수 있는 상식적인 값이다.

단선 구간은 상행과 하행이 같은 선로를 번갈아 사용한다. 대향 열차가 통과한 뒤 분기기를 전환해야 다음 열차를 출발시킬 수 있으므로, 이 열차취급시간이 추가된다. 이 때문에 단선의 선로용량은 같은 조건의 복선보다 낮아지며, 열차취급시간을 줄이는 것이 단선 용량 증대의 핵심이다.

핵심 용어는 다음과 같이 정리한다.

• 점유시간: 열차 한 편이 구간을 독점적으로 사용하는 시간이다. 주행시간, 정차시간, 여유시간의 합으로 구성된다.
• 열차 최소 시격: 선행 열차와 후속 열차 사이의 최소 간격이다. 이 값이 줄면 단위시간당 열차횟수가 늘어난다.
• 선로이용률: 1일 중 열차를 운행시키는 시간대의 비율이다. 여유를 두고 실제 열차를 운행시키는 비율로 이해하면 된다.

3. 등장 배경과 필요성

철도 수송수요가 늘고 고속철도와 도시철도가 확충되면서 한정된 선로에 더 많은 열차를 넣어야 하는 요구가 커졌다. 선로는 용지와 건설비용의 제약이 커서 신설에는 긴 기간과 큰 비용이 든다. 그래서 기존 선로의 용량을 정확히 산정하고 배분하는 체계가 필요해졌다.

선로용량을 관리해야 하는 이유는 선로사용자 간 경합에서 나온다. 여객열차와 화물열차, 철도운영자와 선로작업시행자가 같은 시간대와 구간을 원하면 선로용량이 부족해지고 경합이 발생한다. 경합을 방치하면 열차 지연이 연쇄적으로 퍼지므로, 용량을 기준으로 배분 순서를 정하는 제도가 요구된다.