작성일 : 16-10-21 13:35
분기형 다이아몬드 교차로의 지형적 설계기준 연구 (제108호)
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서론
 
최근 미국에서는 도로설계 부문에서 새로운 대체 교차로/인터체인지(Alternative intersections/interchanges)의 대표적 예인 분기형 다이아몬드 인터체인지(Diverging Diamond Interchange, 이하 DDI)가 크게 주목받고 있다. 이는 신호에 의해 통제되는 입체 인터체인지에 해당되며 도로의 기하 구조를 변형시켜 이동성과 안전성 모두 효과를 높이는 방법이기 때문이다. 그러나 기존의 연구들은 어떤 요인들이 어떻게 효과를 증대시키는지에 대한 구체적 검증이 미흡하였다. 본고에서는 안전과 운영성 증대를 위한 분기형 다이아몬드 인터체인지의 지형적 설계기준에 대해 자세히 살펴보고 이를 위한 시뮬레이션 활용 전략도 함께 소개하고자 한다.
 
 
분기형 다이아몬드 인터체인지(DDI)
 
DDI는 일반 다이아몬드형 인터체인지가 변형된 한 유형으로서, 두 진출입로 인터체인지 사이에서 양방향 교통류를 교차시켜 좌측으로 주행토록 설계된 교차로를 뜻한다. 1970년에 프랑스에서 처음으로 DDI 설계가 고안되었지만 시기 적절성에 있어서 당시 기능을 다하지 못했고 2000년대에 이르러 미 연방도로청(Federal Highway Administration, 이하 FHWA)과 오하이오 교통국(ODOT)에 의해서 이 디자인이 재검토되기 시작하였다(Staff, 2013). 그리고 2009년, 미주리 교통국(MODOT)에서는 미국 최초로 I-44와 미주리 국도 13번이 만나는 스프링필드 지역에 기존 다이아몬드 인터체인지를 변환하여, 6개월의 공사 기간을 거쳐 DDI를 완성했다. 현재 미국에는 총 69개의 DDI가 미주리, 노스캐롤라이나 등 23개 주에서 설치 및 운영되고 있다.
 
 
DDI의 특성과 한계점

DDI는 도로운영의 효율성과 안전성을 모두 향상시키는 특징을 가지고 있다. 우선 상충지점이 기존 교차로가 32개인 것에 비하여 DDI는 14개로 현저히 감소하여 안전성이 증대된다. 게다가 줄어든 수평곡률은 차선을 이탈하는 충돌 위험을 현저하게 감소시킨다. 신호주기가 감소하며 신호현시의 갯수가 명확히 두 개여서 전반적인 인터체인지의 효율을 향상시킨다. 전반적으로 램프 구간의 용량이 증가하고 시공시에 연장 감소를 통해 건설비용을 절감시켜 더 경제적이다.
 
 
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하지만 이와 같은 효과성에도 불구하고 익숙하지 않은 설계와 운영에 따른 역방향 좌측 주행 등의 혼란이 일부 운전자들을 통해 야기되었다. 그러므로 더 적합하고 상세한 설계 표준 및 지침이 있어야 하며 지역적 특정 조건에 많은 영향을 받기 때문에 다양한 요소와 변수를 고려해야 한다.
 
 
안전성 검토를 위한 지형적 설계기준 및 고려사항
 
노스캐롤라이나주 교통연구센터(Institute for Transportation Research and Education at North Carolina State University, 이하 ITRE)는 DDI의 안전성 평가 및 지형적 설계 지침에 관한 연구를 선도하고 있다. 한 연구로 미 연방협력 도로연구 프로그램에서 발주된 ‘An Assessment of Safety and Geometric Design Criteria for Diverging Diamond Interchanges’를 진행 중이다(NCHRP 03-113b). 이 연구는 익숙치 않은 운전자들을 위해 필수적인 설계 기준 및 특징이 무엇으며, DDI 운영에 따른 안전과 운영적 측면에서의 이익을 분석한다. 아울러, 연구를 통해 도출된 결과들을 어떻게 운영자 및 설계자에게 제공해야 하는지에 대한 가이드라인 제시에 대한 연구도 진행 중이다. 이는 동시에 FHWA에서 제공하는 DDI 지침서(FHWA DDI information guide)의 안전과 지형설계 파트(chapter 4 and 7)에서 최근 구축된 데이터베이스와 함께 더 발전된 결과로 최신화하기 위함이다. ITRE 연구진은 현재 운영되고 있는 약 70여개의 DDI를 토대로 이를 설계한 공학자들의 경험과 자료를 조사 및 요약하고, 이전에 완료된 회전교차로 연구에서의 설계변수들을 종합했다. 그 결과 아래와 같이 안전과 지형적 요소에 영향을 미치는 20여개의 구체적인 변수와 고려사항이 도출됐다.
 
 
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시뮬레이션을 통한 DDI 시나리오 구성 및 평가
 
언급한 여러 변수들을 재분류 및 범주화 시켜서 가능성있는 모든 지형적 설계 및 시나리오를 구성했다. 예를 들어, 회전반경에 따른 안전성 검토를 위해서 직선거리(Tangent Length) 및 회전반경(Radius Curve)을 각각 100 피트와 300 피트로 고정한 이후에 교차각도(25°, 35°, 45°) 및 합류부 각도(10°, 30°, 50°)를 변화시켜 AutoCAD를 이용해 실측모델로 나타낸다. 이러한 자료들을 기반으로 가상현실 시뮬레이 프로그램인 FORUM 8에 변환 후 각각의 시나리오를 구현했는데 언급한 노면표시 및 도로표지판의 위치, 갓길과 중앙분리대의 높이 등의 자세한 묘사, 신호 제어 및 교통량 조절 등 여러 변수와 조건이 요구되는 DDI 설계 연구에 유용한 도구이다. ITRE 연구진은 이 소프트웨어와 방법론을 통해서 보다 적합한 DDI 설계 지침을 위한 다양한 시나리오를 설계하고 평가하는 단계에 있다.
 
 
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시사점
 
획기적으로 도로의 기하구조를 변형시켜 교차로의 용량을 증대시키고 안전성을 제고시키는 DDI는 앞으로도 미국에서 활발하게 도입되고 운영될 예정이다. 현재, DDI 설계 및 운영 후에 안전성을 평가한 미국의 몇몇 주들의 보고서에서는 안전, 운영, 경제적 측면 모두 더 나은 결과가 나왔다고 했지만 구체적으로 어떠한 설계적 요인에 따른 것인지는 아직 명확하지 않다(Chilukuri, 2011). 따라서 기구축되어있는 실제 DDI의 자료와 이에 대한 시뮬레이션 결과를 통해 더 구체적으로 검증된 연구결과가 필요하다. 현재 건설 및 운영되고 있는 70여개의 DDI 데이터베이스와 앞서 도출된 20여개의 요소들을 통해서 안전성을 향상시키기 위한 보다 정확하고 적절한 설계기준 및 결과가 FHWA에서 새로 발간될 예정인 분기형 다이아몬드 인터체인지 가이드(Diverging Diamond Interchange: Informational Guide)를 통해 제안될 예정이다.
 
우리나라도 회전교차로가 도입된 이후 여러 긍정적 효과를 가져온 것처럼 다양한 대체 교차로를 지속적으로 검토함으로써 효과적인 교통운영 및 안전성 향상에 기여할 수 있기를 기대한다. 지역적 특정 조건에 영향을 받는 DDI를 면밀하게 조사하고 분석하여 우리나라에 적합한 DDI 혹은 응용 및 발전된 제2의 DDI가 설계되고 적용되길 희망하는 바이다. ▣
 
 
 

 
참고문헌
 
1. Schroeder, Bastian, et al. Diverging Diamond Interchange: Informational Guide, No. FHWA-SA-14-067, 2014
2. Staff(June 13, 2013), “I-64 Interchange at Route 15, Zion Crossroads”, Virginia Department of Transportation, Retrieved December 11, 2013
3. NCHRP Project 03-113b Research Work Plan “An Assessment of Safety and Geometric Design Criteria for Diverging Diamond Interchanges”
4. Chilukuri, Venkat, et al. Diverging Diamond Interchange: Performance Evaluation(I-44 and Route 13), No. OR11-012, 2011
 
 

 
   
 

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