궤도·신호·통신 분야별 KR형 기술 총망라… ‘철도미래 선도’

2015년 KR 레일체결장치 국산화 성공, 기술자립 대표 사례

최근에는 2년 연구 끝 IP기반 입환신호기·진로표시기 개발

공단 신기술개발처 “R&D로 철도의 미래 방향성 제시할 것”

▲ 지난 18일 ‘2025 부산국제철도기술산업전’ 개막식에서 이성해 국가철도공단 이사장이 축사를 하고 있다.(사진 = 철도공단) © 매일건설신문

매일건설신문=류창기 기자｜국가철도공단은 2004년 1월 설립돼 2004년 경부고속철도 개통을 시작으로 호남과 수도권 고속철도 개통, 광역철도망을 구축하고 오늘날 GTX 개통에 이르기까지 국민 삶의 질을 향상시키고 지역균형발전 등 국가의 성장을 이끌었다. 이는 단지 철도건설에만 머무르지 않고 미래 철도에 대한 비전을 제시하기 위해 공단 신기술개발처는 '철도미래 선도라는 경영방침 속 실용화에 기반한 연구를 수행해왔다.

공단 신기술개발처는 도전적 R&D(연구개발) 투자 확대와 미래 철도 정책, 기술을 주도하는 컨트롤타워 역할 강화 등 글로벌 수준의 경쟁력 확보를 위한 철도혁신을 강조해왔다. 이에 발맞추어 공단 신기술개발처는 궤도와 전력, 신호, 통신 등 주요 분야별 철도 핵심 부품을 포함해 기술에 대한 R&D 등 연구를 적극 추진하고 있다.

더욱이 디지털트윈과 정보통신(IT), 인공지능(AI), 모빌리티 등 차세대 기술에 대한 철도 기술융합을 연구하고 있다. 이러한 끊임없는 기술혁신과 도전으로 과거 외국 철도기술 의존하던 시절을 벗어나 철도 핵심부품에 대한 기술자립을 이루게 됐고, 이제는 해외에 수출하는 수준의 철도 선진국으로 도약했다.

▲ 궤도분야 신기술인 PST 개요도(사진 = 국가철도공단)       © 매일건설신문

궤도분야 ‘KR형 레일체결장치’

우리나라를 철도강국으로 이끈 공단 신기술개발처의 신기술을 소개하자면, 궤도분야의 경우 기술개발과 실용화를 통해 현장에 적용중인 KR형 레일체결장치와 사전제작형 슬래브 궤도(PST, Precast Slab Track)다. 아울러 현재 연구 개발되고 있는 철도 진동 저감용 방진 체결장치도 있다.

우리나라는 세계 5번째로 고속철도기술을 개발했음에도 궤도핵심부품인 콘크리트 궤도용 레일체결장치는 외국제품에 의존해, 외화유출과 기술종속 등의 우려가 있었다. 여기에 레일체결장치는 레일과 침목을 고정하고, 열차하중으로부터 레일간격을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 궤도 구성품이다.

이러한 문제해결을 위해 공단은 2013년 철도기술연구원과 KR 레일체결장치 개발을 시작해, 2015년 국산화에 성공했다. 가혹한상황 속 실내시험과 호남고속철도 시험부설을 통해 기술의 안전성이 확인됐고, 유럽의 성능기준을 모두 만족하는 등 현재까지 기술자립의 대표적 사례로 회자되고 있다. 

2012년 공단이 국내 최초로 개발한 사전제작형 콘크리트 궤도(PST)는 공장에서 콘크리트 궤도 패널을 사전 제작해 현장으로 운반 이후 설치가 가능토록 개발됐다. 이는 균일한 품질확보가 가능할 뿐만 아니라 기존의 현장타설방식에 비해 공기가 약 22% 단축됐다.

KR형 레일체결장치와 사전제작형 슬래브 궤도(PST)의 경우 관심있는 기업을 대상으로 공개 기술설명회와 특허기술 실시권 개방을 통해 입찰을 희망하는 모든 업체에게 공정한 입찰참여 기회를 제공하는 등 공공기관 주도의 민간기술성장을 이끈 계기가 됐다.

지난해 연구개발을 시작한 철도 진동 저감용 방진체결장치 R&D는 기존 레일 체결장치의 진동발생 매커니즘을 개선 할 수 있는 방진체결장치를 개발해, 지상에 도달하는 진동과 소음이 획기적으로 저감됐다. 이는 저비용과 고효율의 방진시스템 구축, 국민편익 향상에 기여할 것으로 기대된다.

▲ 신호 분야 신기술인 KCTS-3 개요도(사진 = 국가철도공단)  © 매일건설신문

신호분야 신기술 ‘차세대 열차제어시스템 KTCS-3’와 ‘IP기반 입환신호기·진로표시기’

신호분야 신기술은 이동폐색(열차의 위치와 속도 정보를 이용해 선행 열차와 후속 열차의 간격을 조정)과 열차제어 기술을 적용시킨 차세대 열차제어시스템(KTCS-3)과 IP기반 입환신호기·진로표시기를 대표적인 예로 들 수 있다. 차세대 한국형 열차제어시스템(KTCS-3)는 지난 2021년 4월부터 약 4년간 연구를 거쳐 성능 검증이 완료됐다. KTCS-3는 기존 고속철도의 열차 위치 검지 방식인 궤도회로 대신 차량에서 실시간 열차위치정보를 역에 제공해, 기존 현장설비인 신호기와 궤도회로 등을 대폭 축소할 수 있어 건설·유지보수 비용이 절감된다.

공단 신기술개발처는 국내 최초로 국가철도망에 적용가능한 고속철도의 열차자동운전(ATO)을 개발해, 고속 주행시에도 정시성을 항샹시키고, 열차 간 여유 간격을 최소화한 고밀도 운행이 가능하게 된다. 열차자동운전(ATO)의 경우 기관사의 조작 화면 터치 한 번으로 열차가 출발되며, 선로 상태(속도 제한구역)에 따라 최적의 가감속 운행을 자동으로 반복해 정해진 위치에 정차된다. 이를 통해 휴먼에러를 예방하여 정위치 정차가 가능하고, 최적 운행을 통해 에너지가 절감될 수 있다.

IP기반 입환신호기·진로표시기는 2년간의 연구를 거쳐 2023년 9월 개발이 완료됐으며 2025년 3월 공단규격으로 제정해, 금년부터 현장에 본격 설치될 예정이다. 기존의 입환신호기·진로표시기 제어방식은 동케이블을 이용 실내와 현장설비간 1:1 연결로 케이블 소요가 많고 공사비가 많았으나 IP 방식은 광케이블을 이용 1:N의 네트워크 방식을 사용해, 케이블 수량으로 대폭 감소 예산을 절감할 수 있게 된다. 진로추가 발생시 기존 현장 작업 불가피로 안전사고의 우려가 있었으나 IP방식은 실내에서 모든 작업을 할 수 있어 유지보수자 안전을 확보할 수 있게 됐다.

▲ 통신분야 신기술인 스마트 안내 표시기(사진 = 국가철도공단)  © 매일건설신문

통신 분야 신기술 ‘스마트안내표시기’

스마트안내표시기는 지난 2023년 7월부터 2024년 11월까지 구매조건부신제품개발사업을 통해 개발한 제품으로 기존 광역철도 열차행선안내장치의 단순 열차운행 정보 전달 방식에 새로운 기술이 적용됐다. 이는 정보 전달 효율성을 증대시켜 이용객의 편의가 개선됐다.

정보표출방식의 다양화(문자, 그래픽, 동영상 등)로 이용객의 시선을 유도해 시인성을 확보하고, 다양한 정보 안내가 가능하며, 선로 접근 감시와 경고를 기능 개발을 통해 이용객의 안전성이 추가 확보됐다. 아울러 기존 제품 대비 무게는 약 78% 감소해, 슬림 경량화 됐으며, 조립식 LED 모듈의 전면 탈부착구조로 유지보수 편리성이 향상됐다. 현재 개발 제품과 관련해 공동 특허 출원이 완료됐으며, 향후 지침과 관련 규정을 제개정해 현장에 적용될 예정이다.

철도공단 신기술 개발처 관계자는 “이외에도 글로벌 경쟁력 제고와 기후변화, 재난 등 안전한 철도서비스 제공을 위한 선진화 기술을 포함해, 기준 연구도 함께 시행하고 있다”며 “고객만족을 최우선 과제로 기술 선도를 통해 철도산업의 지속가능한 성장을 견인할 것이다”고 강조했다. 이어 “끝으로 앞으로도 공단이 많은 고민과 심도있는 R&D로 철도의 미래 방향성을 제시하고 혁신적이 기술개발을 통해 앞으로의 철도산업이 퀀텀 점프할 수 있는 초석으로의 역할을 수행하겠다”고 덧붙였다.

/류창기 기자