▲ 철도연이 개발한 트램-트레인이 트램선에서 일반 철도선로로 주행하기 위해 중계레일을 지나고 있다. [출처=한국철도기술연구원]
한국철도기술연구원(이하 철도연, 원장 사공명)에 따르면 트램-트레인의 국내 도입을 위한 핵심기술을 성공적으로 개발했다. 또한 트램과 기존 철도노선 모두 안전하게 운행가능한 기술 및 제도를 마련했다.

트램-트레인은 도시 내 트램 노선과 기존 철도 노선을 자유롭게 오가며 환승 없이 도심과 교외를 연결하는 차세대 친환경 교통수단이다.

도시와 교외를 잇는 무환승 이동이 가능해져 자동차 사용 감소 및 지역 균형 발전을 유도할 수 있게 되었다.

특히 기존 철도 인프라를 활용한 트램운영이 가능해져 건설비 및 운영비 저감이 기대된다. 승객에게도 무환승으로 통합요금제 적용이 가능해져 이용 편의성과 효율성을 높일 수 있게 되었다.

트램-트레인은 1992년 독일 칼스루에(Karlsruhe)를 기점으로 프랑스 파리, 영국 세필드 등 여러 도시에서 도입되어 이동성을 향상시키고 경제·문화적 통합을 촉진하는 등 다양한 효과가 입증되었다.

하지만 국가별․도시별 상이한 트램 레일과 휠 및 이종 전력공급 등으로 확장에 어려움이 있었다.

▲ 트램 전용선과 기존철도 노선 간의 원활한 전환을 위한 중계레일(Transition Rail) 모습 [출처=한국철도기술연구원]

국내에서는 서울 위례, 화성 동탄, 대전 2호선, 울산 등 약 10여 지자체에서 트램도입이 진행되고 있다. 향후 이 기술을 적용하는 경우 동탄신도시 집 앞에서 탄 트램을 타고 병점역에서 환승 없이 기존 경부 철도노선을 활용해 서울역까지 갈 수 있다. 위례트램도 위례-신사선과 연계해 위례에서 신사까지 한 번에 갈 수 있게 된다.

배터리 탑재형 무가선트램은 해외보다도 이종 전력(트램 750볼트(V) 직류(DC), 전철 1500V DC 등)의 장벽 없이 운행이 가능한 장점을 가진다. 국내 배터리 기술로 약 100킬로미터(km) 광역범위까지 운행가능하다.

철도연에서는 트램과 철도의 다른 운행 환경을 조화롭게 연결하기 위해 트램-트레인 직결운행 핵심기술 개발과 함께 국내 표준도 제정했다.

이번 연구를 통해 국내에서 사용되거나 도입될 모든 종류의 궤도(트램 전용 홈붙이 레일과 돌출형 일반철도 레일)에서 원활한 주행이 가능한 최적의 휠 프로파일을 개발했다.

※ 홈붙이레일 한국철도표준규격 제정(KRS TR 0016), 중계레일 및 탄성차륜 등 KRS 개정 심사 중

▲ 세계 최초로 구축된 충북 오송의 트램-트레인 전용 테스트베드에서 트램-트레인이 일반철도 구간 주행을 시험하고 있다. [출처=한국철도기술연구원]

철도 노선에서 트램의 안정적인 주행을 위해 탈선 방지를 위한 안전 림 설계, 표준화된 중계레일, 급속선 주행 안정성 확보 기술 등을 확보하며 트램-트레인의 안전성과 신뢰성을 크게 향상시켰다.

트램 전용선과 기존철도 노선 간의 원활한 전환을 위한 중계레일(Transition Rail) 및 전환 구간 설계를 개발해 선로 간 충격을 최소화하고 탈선을 방지할 수 있도록 했다.

트램-트레인이 도심 내 급곡선에서도 안정적으로 주행할 수 있도록 인공지능 기반 휠-레일 모니터링 시스템을 구축하여 실시간 주행 안전성을 분석하고 피드백하는 체계도 마련했다.

철도연은 이러한 핵심기술의 실험 및 검증을 위해 세계 최초로 트램-트레인 전용 테스트베드 14.8km(트램 1.8km / 트레인 13km)를 철도연 오송 철도클러스터 내 철도종합시험선에 구축했다.

▲ 철도연. 국내 모든 철도 노선에서 주행할 수 있는 휠을 적용해 트램-트레인의 일반철도 노선 시험 주행 [출처=한국철도기술연구원]

테스트베드는 트램-트레인 시스템의 안전성과 신뢰성을 확보하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대되며 향후 차량 및 궤도 기술 검증을 위한 실험 환경으로 활용될 예정이다.

철도연은 국토교통부 대도시권 광역교통위원회 국가연구개발사업으로 국토교통과학기술진흥원을 통해 2022년부터 이 연구를 수행하고 있으며 ㈜수성이엔지, 동양대학교, 아주대학교 등의 산학연이 함께 협력해 왔다.

※ 관련 연구과제

- 과제명 : 트램 일반철도 노선 직결주행기술 개발(국가연구개발사업, 과제책임자: 곽재호 박사)

- 연구기간 및 연구비 : 2022. 04. 01 - 2025. 3. 31 (3년) / 연구비 63억6400만 원

▲ 철도연, 세계 최초 트램-트레인 전용 테스트베드 충북 오송에 구축하고 트램-트레인 직결운행 시험 진행 [출처=한국철도기술연구원]

연구책임자인 곽재호 박사는 ”이번 연구로 이종궤도용 하이브리드 휠 개발, 급곡선 주행안전성 확보, 중계레일 설계 등 트램과 기존 철도 노선 간의 직결운행을 실현할 수 있는 핵심기술을 확보했다”며 “향후 지자체 및 관련 기관과 협력하여 실증 사업을 추진하고 실용화를 앞당길 계획이다”고 밝혔다.

사공명 철도연 원장은 국내 트램도입 및 활성화에 철도연이 앞장섰듯이 “트램-트레인이 친환경 교통수단으로 자리잡고 국민이 환승없이 더 편안하게 이용할 수 있으며 지역 균형 발전에도 큰 기여를 할 수 있도록 연구개발을 지속할 것이다”고 전했다.

▲ 철도연이 개발한 트램-트레인 직결운행 전용 휠 [출처=한국철도기술연구원]