1.    소개

고속도로 인터체인지의 혁신적인 설계방식인 이중 교차 (엇갈림) 방식의 다이아몬드형 (Double Crossover Diamond: DCD) 인터체인지 방식은 건설기간을 단축시키며, 비용을 절감하고, 안전성을 증가시킬수 있게 한다. 이 분기형 다이아몬드 인터체인지(Diverging Diamond)라고도 불리는 이중 교차 (엇갈림) 다이아몬드형 (DCD) 인터체인지 방식은 30여년전 프랑스에서부터 시작되어 미국에서도 교통류의 다중교차지점에서 적용되어져오고 있다. 도심고속도로에서 많은 인터체인지가 심각한 교통정체와 높은 사고율을 보이고 있다. 미국의 고속도로 인터체인지의 62%는 전형적인 기존방식의 다이아몬드형 인터체인지로 건설되어 있다 (그림 1). 기존의 다이아몬드형 인터체인지는 고도(높이)로 교통류를 분리하는 교량구조물이 필수적이므로, 서비스 용량의 증가가 필요할 경우, 추가적인 차로의 건설 비용이 높다.

           이에 반하여 이중 교차형 다이아몬드 인터체인지 (DCD)는 교통정체, 사고율, 비용의 모든 측면에서 효율성을 높일수 있는 방식이다. 이러한 장점에도 불구하고 미국에서는 아직 적은 수의 엔지니어들이 인지하고 있는 정도이나, 최근 미국 연방도로관리국 (Federal Highway Administration)에서 DCD 인터체인지의 적용을 촉진하기 시작하였다. 2009년 미주리 교통부에서 미국의 첫번째 DCD 인터체인지를 건설하였다 (그림 2).

그림 1. 기존방식의 다이아모드형 인터체인지

그림 2. 미국 첫번째 이중 교차형 다이아몬드 (DCD) 인터체인지(미주리 주)

DCD 인터체인지의 기하구조는 교통류를 고도로 구분된 교차로에서의 교통류가 우측차로부터 좌측차로로 엇갈려 진행하다가 다시 우측차로로 교차하여 진행하게 하는 엇갈림 구조이다.

이 DCD 인터체인지 방식은 기존의 다이아몬드 인터체인지에 비하여 정체시간이나 멈춤시간, 정지횟수, 최대 대기행렬길이 모두 효과가 있으며 특히, 교통량이 많은 경우에 더욱 효과가 크게 나타난다 (표 1).

표 1. DCD 인터체인지와 기존 다이아몬드 인터체인지의 효과 비교

2.    이중 교차 다이아몬드형 (DCD) 인터체인지에서의 교통류

DCD인터체인지가 기존의 다이아몬드형 인터체인지와 가장 크게 차이나는 점은 좌회전 교통류와 직진 교통류를 결합한다는 것이다. DCD 인터체인지에서는 램프의 종점에서 좌회전 교통류와 직진 교통류가 반대방향에서의 좌회전/직진 교통류와 엇갈리게 한다. 이에 대한 결과로, 북방향 교통류는 두개의 램프종단부 중에서 왼쪽 차로를 이용하고, 남방향 교통류도 역시 램프종단부에서 왼쪽 차로를 이용하게 된다.

           DCD 인터체인지는 엇갈린 지점만 신호로 운영되기 때문에, 기존의 3신호 혹은 4신호에 비하여 이 방식은 2신호 (Phase)만으로 운영되어진다. 첫번째 램프의 종단부를 통과한 엇갈림 차량은 멈춤없이 좌회전 및 직진으로 진행할수 있다. DCD 인터체인지의 기하구조에서, 교통 엔지니어는 양방향 간선도로에서 양방향 고속도로로 진입하는 차량들과  양방향 고속도로에서 진출하여 양방향 간선도로로 합류하는 차량들이 한번의 신호에서만 멈추고 원하는 방향으로 진행할수 있도록 신호시스템을 설정한다 (그림3 참고).

그림 3. DCD 인터체인지의 교통류 흐름 개략도

3.    효과

운영상의 효과로는 좌회전 교통류와 직진교통류를 결합하기 때문에 기존 다이아몬드형 인터체인지에서 필요한 좌회전 전용 신호시간을 제거함으로 신호시간을 효율적으로 활용할수 있다는 것이다. 따라서, 교통량이 많은 인터체인지에서 용량증대효과가 크다.

안전상의 효과로는 기존 다이아몬드형 인터체인지에서의 교통류 상충지점수가 26개인 것에 반하여 DCD 인터체인지에서는 교통류 상충지점수가 14개이므로, 충돌사고의 위험이 크게 감소한다 (그림 4). 또한, 기하구조상에서 엇갈림 구간이 곡선구간이 되기 때문에 인터체인지에서의 교통류 속도를 감소시켜 사고횟수를 감소할 뿐만 아니라 사고시 심각성도 경미하게 하는 효과가 있다.

경제적 측면에서의 효과로는 미주리 주의 인터체인지 DCD 인터체인지 건설비용의 경우, 기존 인터체인지의 비용보다 6백80만달러의 건설비용 절감효과를 가져왔다.

그림 4. 기존 다이아몬트형 인터체인지와 DCD 인터체인지의 교통류 상충지점수 비교

4.    미국에서의 적용

이러한 여러 측면에서의 효과를 고려할 때에, 미국의 많은 엔지니어들이 DCD 다이아몬드형 인터체인지의 적용을 고려하고 있다. 현재 미국에서 적용시 문제점은 미국의 도로가 우측통행 시스템이므로 운전자들이 도로를 엇갈려 일부구간을 좌측통행으로 주행하는 것에 얼마나 잘 적응할수 있느냐는 것이다. 초보운전자나 고령운전자의 경우 엇갈림 주행 차로를 혼동할 우려가 있다. 따라서, 엔지니어들은 운전자들이 편안하고 익숙하게 엇갈림 구간에서 주행차로를 따라 주행할수 있게 하기 위한 설계를 구상하고 있다.

5.    미시교통모형에서의 시뮬레이션

미국 연방도로관리국은 VISSIM이라는 미시교통모형을 이용하여 여러가지 다른 교통상황으로 된 시나리오들로DCD 인터체인지의 경우와 기존 다이아몬드형 인터체인지의 경우를 시뮬레이션하여 결과를 비교분석하였다.  시뮬레이션 결과 DCD 인터체인지가 30퍼센트 정도의 용량증대 효과를 가져오는 것으로 나타났다.

6.    가상운전 모의실험을 통한 분석

미국 연방도로관리국은 또한, 가상운전모의실험 (Virtual Driving Simulator)을 통하여 DCD의 기하구조가 안정적이며, 대부분의 운전자들이 이탈없이 DCD 인터체인지의 엇갈림 구간을 잘 운전하는 것으로 분석하였다. 기하구조의 설계를 조금씩 변경함으로 운전자들이 가장 안전하고 편안하게 운전하는 기하구조 설계를 찾아내는 분석도 시행하였다. 또한, 엇갈림 구간의 곡선부의 주행속도 감소가 용량감소를 초래하지 않는다는 사실을 확인하였다.

7.    미주리 주의 적용 사례

2009년에 미국에서 처음으로 DCD 인터체인지를 적용한 미주리 교통부는 통상 기존 인터체인지에서 차로확장 공사의 경우, 12개월에서 18개월 걸리는 인터체인지 건설기간 대신에, 6개월만에 DCD 인터체인지를 건설하였다. 또한, 기존의 교량부를 활용하였기 때문에 3백20만불로 DCD 인터체인지를 건설할수 있었다. 기존방식의 다이아몬드 인터체인지에서 차로확장을 공사하였다면 천만불가량이 소요되었을 것이다. 더불어 6개월 동안의 운영기간을 분석하였을때, 교통사고가 50퍼센트 감소한 것으로 분석되었다.

▣ 원문제목 : The Double Crossover Diamond

▣ 원문의 주요목차********************************************************************

1. 소개

2. 이중 교차 다이아몬드형 인터체인지의 교통흐름

3. 이중 교차 다이아몬드형 인테체인지의 효과

4. 미국에서의 적용

5. 미시교통모형을 통한 시뮬레이션

6. 가상운전 모의실험을 통한 분석

7. 미주리주의 사례