1. 서 론
2. 보고르 지역 내 도로 제원 및 교통량 조사
2.1 도로 제원 조사 결과
2.2 교통량 조사 결과
3. 교통정체로 인한 이산화탄소 배출량 저감효과 분석
3.1 VISSIM 시뮬레이션 모델링
3.2 차종별 누적 이산화탄소 배출량 비교
4. 손실비용 분석
4.1 분석 개요
4.2 비용 산정 기준
4.3 손실비용 분석 결과
5. 결 론
1. 서 론
최근 지구 온난화 및 기후 변화 대응을 위한 탄소 중립(Carbon Neutrality)실현은 전 세계 도로 인프라 분야의 핵심 과제로 부상하고 있다. 특히 도로망 확충과 현대화가 급격히 진행 중인 개발도상국의 경우, 도로 포장 재료의 생산 및 시공 과정에서 발생하는 대규모 온실가스를 저감하기 위한 친환경 기술 도입 요구가 지속적으로 증대되고 있다. 대표적으로 인도네시아는 자카르타(Jakarta)에서 보르네오(Borneo)섬 누산타라(Nusantara)로 신수도 이전 계획을 갖추면서 국가적 차원의 탄소 배출 감축 목표를 달성하고자 건설분야에서도 지속 가능한 도로 인프라 구축을 위한 ‘그린 포장 공법(Green Pavement Technology)’ 적용을 정책적으로 적극 검토하고 있다. 다양한 공법 중에서도 기포 중온 아스팔트(Foamed Warm Mix Asphalt, 이하 FWMA) 공법은 일반 가열 아스팔트(Hot Mix Asphalt, 이하 HMA) 대비 생산 및 시공 온도를 약 20~30°C 낮춰 에너지 소비량과 탄소 배출을 획기적으로 줄이고 공기단축을 할 수 있다는 장점이 있다(D’Angelo et al., 2012; Hassan, 2013; Rubio et al., 2014; Blankendaal et al., 2016; Thives and Ghisi, 2019).
인도네시아 도로 건설 시장에 FWMA 공법을 성공적으로 도입하기 위해서는 바인더의 유변학적 거동 특성이나 혼합물의 역학적 성능을 규명하는 재료 중심의 실증 연구도 중요하지만, 해당 공법 시공으로 얻을 수 있는 사회･경제적 파급 효과를 규명하는 것도 중요하다. 즉, 도로 공사 중 발생하는 차로 차단 및 극심한 교통체증으로 인한 차량의 추가적인 이산화탄소(CO2) 발생량 저감 효과와 공사로 인한 교통 차단으로 유발되는 사회적 손실비용(Delay Cost)의 감축 효과 등 간접적 이익을 공학적･정량적으로 확인하는 연구가 병행되어야 한다. 특히 인도네시아의 주요 도심지 도로는 상시 교통 포화도가 높아 포장 공사로 인한 지체 손실이 막대하므로, 조기 교통 개방이 가능한 FWMA 공법의 교통 운영 측면의 간접 편익 산정은 기술 도입의 당위성을 확보하는 결정적 요인이 된다.
따라서 본 연구는 인도네시아 현지 건설교통 환경을 바탕으로 FWMA 공법 적용에 따른 간접적 이익 효과를 공학적으로 규명하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 인도네시아 보고르(Bogor) 지역의 실제 교통량 자료를 수집하고, 미시교통류 시뮬레이션 프로그램인 VISSIM을 활용하여 도로포장 공사 시 발생하는 정체 속도와 누적 차량 통과량을 도출하였다. 본 연구에 채택된 VISSIM 모델은 왕복 2차로 공사 구간의 병목 상황과 단일 차로 차단 시 발생하는 운전자의 미시적 행태 변화(급격한 차로 변경 및 가･감속)를 다차원적으로 재현할 수 있어, 통제 시간에 따른 대기 행렬 및 지체 민감도 분석에 탁월한 타당성을 지닌다(Chien and Schonfeld, 2001; Edara and Meyer, 2005; Fellendorf and Vortisch, 2010; Weng and Meng, 2011; Habtemichael and Picado-Santos, 2013; Du et al., 2015). 이처럼 미시적 교통 시뮬레이션을 활용하여 도로 운영 및 공사 조건 변화에 따른 환경적 영향과 경제적 외부 불편익(Disutility) 비용을 정량화하는 접근법은 해외 선행연구를 통해서도 그 유효성이 다각도로 입증되어 왔다. 구체적으로 Shokry et al.(2022)은 VISSIM 모의실험으로 차량의 가･감속 패턴을 반영한 CO2 배출량을 추출하여 통행시간가치(VOT) 및 환경 피해 비용 기반의 비용편익분석 프레임워크를 구축하였고, El Amrani et al.(2026)은 혼잡이 유발하는 차량 지체와 탄소 배출량을 바탕으로 사회적 후생 손실(Welfare Losses) 비용을 정량화하였다. 아울러 Ghadi et al.(2020)은 가･감속 프로파일 변화에 탄소 사회적 비용(SCC) 기준을 적용하여 환경적 불편익 감소분을 화폐가치로 환산해 대안의 경제성을 평가하였다. 특히, 시뮬레이션을 통해 출력되는 실시간 주행 속도 프로파일(Speed Profile)은 개별 차량의 가･감속 상태를 정밀하게 반영하므로, 도로 운영 단계에서의 이산화탄소(CO2) 배출 패턴을 오차 없이 정량화하는 데 매우 유효하다(Osorio and Nanduri, 2015; Quaassdorff et al., 2016). 최종적으로 VISSIM 모의실험을 통해 도출된 차종별 평균 속도와 공사 시간 내 누적 차량 통과 대수를 바탕으로, 공법별 누적 이산화탄소 배출량과 사회적 불편익 비용을 산정하여 비교･분석하였다. 자동차 온실가스 배출계수가 마련되어 있지 않은 인도네시아 현지 여건을 고려하여 국내 온실가스종합정보센터의 기준(2021년, Tier 3) 산정식을 연계 적용하였으며, 한국개발연구원(KDI)의 예비타당성조사 수행을 위한 세부지침을 준용하여 정체로 인한 손실 비용을 종합 평가하였다.
2. 보고르 지역 내 도로 제원 및 교통량 조사
2.1 도로 제원 조사 결과
VISSIM 시뮬레이션 모델의 공간적 네트워크를 정밀하게 구성하기 위해, 인도네시아 공공사업부(MPW)의 협조를 바탕으로 보고르(Bogor) 지역을 통과하는 대표 국도 4개 노선의 도로 제원을 파악하였다. Table 1 및 Table 2는 보고르 지역 내 주요 국도 노선의 도로 폭 기준별 연장과 차로 구성별 연장 분석 결과를 나타낸 것이다. 인도네시아의 일반적인 도로 차로 폭은 3.5 m 이상이며, 중앙분리대 및 길어깨 측대를 고려할 때 왕복 2차로 도로의 폭 범위는 대략 6~8 m 수준을 형성한다. 수집된 자료를 분석한 결과, 보고르 지역을 통과하는 국도의 대부분은 중앙분리대가 없는 왕복 2차로 양방향 도로(2/2UD, Two-lane Undivided) 형태인 것으로 파악되었으며 전체 노선 연장에서 압도적인 비중을 차지하고 있음을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 현지 도로 기하구조 특성의 대표성을 확보하기 위해 VISSIM 시뮬레이션 모델 구축 시 기본 도로 조건을 왕복 2차로로 표준화하여 설정하였다.
Table 1.
Road length by width criteria in Bogor (km)
Table 2.
Road length by lane configuration in Bogor (km)
2.2 교통량 조사 결과
Fig. 1은 인도네시아 공공사업부에서 규정하고 있는 표준 차종 등급 분류 체계이다(MPW, 2024). 인도네시아의 교통 흐름은 기본적으로 8개 등급으로 분류되며, 중차량(Heavy Vehicle)의 경우 차축(Axle) 구성 및 배열에 따라 타입 A, B, C로 세분화되어 집계된다.
보고르 관할 국도 및 시가지 도로의 차종별 연평균 일교통량(AADT)을 정리한 결과를 Table 3에 정리하였다. 모든 조사 대상 노선에서 오토바이, 승용차, SUV 등을 포함한 소형 차량의 통행량이 절대다수를 차지하는 지배적인 교통 패턴이 관찰되었다. 이러한 현지 혼합 교통류(Mixed Traffic) 특성을 시뮬레이션 모델에 효과적으로 반영하기 위해, 수집된 8개 등급의 차종을 소형(승용차 및 이륜차 계열), 중형(승합차 및 버스류), 대형(화물 및 특수차량)의 3대 대표 차종 군으로 단순화하였다. 가중 분석된 통계적 데이터 결과에 의거하여, VISSIM 모델 내 최종 차종 구성비(Traffic Composition)는 7:2:1의 비율로 최적화하여 입력하였다.
Table 3.
AADT in Bogor Region
3. 교통정체로 인한 이산화탄소 배출량 저감효과 분석
3.1 VISSIM 시뮬레이션 모델링
기포 중온 아스팔트 도입에 따른 간접 편익을 평가하고자 Table 4 및 Fig. 2와 같이 VISSIM 미시적 교통류 모델을 구축하였다. 기포 중온 아스팔트 공법의 낮은 생산･시공 온도에 따른 조기 교통 개방 효과를 모의하기 위해, 일반 가열 아스팔트의 공사 시간(8시간) 대비 중온 공법의 공사 시간을 1시간 단축한 7시간으로 설정하였다. 대상 왕복 2차로 구간은 공사 중 1개 차로가 차단되어 잔여 1개 차로로 교대 통행하는 병목 상황을 재현하였다. 분석구간 1 km에 대한 교통량을 여유상태 및 포화상태를 묘사하기 위해 650대/일과 1,300대/일로 구분하였다. 본 모델링을 통해 공사 전･후의 평균 차량 속도와 통과 교통량을 도출하였으며, 데이터의 일관성 및 객관성 확보를 위해 조건별로 5회씩 반복 시뮬레이션을 수행하였다. 차량 평균 속도는 공사 전 대조 기간 45분과 공사 지속 기간 495분을 합산한 총 540분의 시뮬레이션 수행 결과를 바탕으로 평균값을 산정하였다.
Table 4.
VISSIM model
Table 5는 VISSIM 시뮬레이션을 통해 도출한 차종별 공사 전･후 평균 시속을 비교한 것이다. 시뮬레이션 결과, 공사 전 평균 시속 60.2 km/h였던 차량 속도가 공사로 인해 평균 시속 15.5 km/h까지 감소하였다. 일반 가열 아스팔트 포장의 경우, 공사시간에 따라 차량 속도가 최대 시속 10.4 km/h까지 감소하는 것으로 확인되었다. 기포 중온 아스팔트를 적용하였을 경우, 1시간 조기교통개방이 가능하여 평균 속도가 일반 가열 아스팔트 공사 대비 증가한 것을 확인할 수 있다.
Table 5.
Changes in Vehicle Speed by Type under HMA and FWMA
3.2 차종별 누적 이산화탄소 배출량 비교
VISSIM 시뮬레이션으로 도출한 차종별 평균속도를 기후에너지환경부 온실가스종합정보센터에 공시된 2021년도 자동차 탄소배출 산정식을 적용하여 차종별 이산화탄소 배출량을 계산하였다. 이산화탄소 배출계수는 Tier 3수준을 고려하였으며, 차종별 이산화탄소 배출량 공식은 Table 6에 정리하였다. Fig. 3은 HMA 및 FWMA 공법으로 연장 1 km의 포장공사동안 교통정체로 인해 발생하는 누적 이산화탄소 배출량을 비교한 것이다. FWMA를 적용할 경우 조기교통개방으로 인하여 HMA 공법 포장 공사 대비 최대 14.4% 저감할 수 있는 것으로 나타났다.
Table 6.
Changes in vehicle speed by type under HMA and FWMA
4. 손실비용 분석
4.1 분석 개요
FWMA 공법의 조기 교통 개방 특성이 도로 운영 효율성에 미치는 사회･경제적 파급 효과를 규명하기 위해, 도로 포장 공사 시 발생하는 정체 손실을 정량화하여 손실비용(Delay Cost, DC)을 산정하였다. 본 분석은 VISSIM을 통해 도출된 공사 전･후 및 공사 중의 차종별 평균 주행 속도, 통과 교통량, 그리고 차종 구성비(7:2:1) 기초 입력 변수로 활용하였다. 정체로 인한 지체 손실 비용의 정량적 신뢰성을 확보하고자, 한국개발연구원(KDI)의 ‘예비타당성조사 수행을 위한 세부지침 도로･철도부문 연구’의 표준 지침을 준용하였다(KDI, 2021). 지침에 명시된 도로 부문 공통 편익 항목 중 본 연구의 도로 차단 공사 환경에 직접적인 영향을 미치는 1) 차량운행비용, 2) 통행시간비용, 3) 환경비용(이산화탄소 배출 비용)의 세 가지 핵심 항목을 선정하여 공법별 손실비용을 산정하고 비교･분석을 수행하였다.
4.2 비용 산정 기준
차량운행비용(Vehicle Operating Cost, VOC)은 도로 혼잡에 따른 주행속도 변화를 기반으로 산정되며, 지침에 따라 고정비(감가상각비, 제세공과금)와 변동비(유류비, 유지관리비 등)로 구분된다. 이는 VISSIM 시뮬레이션으로 도출된 속도별 단위 원단위에 차종별 누적 교통량을 곱하여 산출하였다. 통행시간비용(Travel Time Cost, TTC)은 공사 통제로 유발된 차량 지체에 따른 시간적 기회비용 손실을 정량화한 것이다. 지침상 제시된 차종별 시간가치 원단위에 시뮬레이션을 통해 확보한 시나리오별 총 지체 시간과 누적 교통량을 승하여 최종 사회적 손실 가치를 반영하였다. 환경비용(Environmental Cost, EC)은 정체 시 발생하는 차량의 가･감속 및 공회전 거동에 따른 이산화탄소(CO2) 온실가스 비용에 한정하여 고려하였다. 이를 위해 VISSIM의 실시간 속도 변동 프로파일 데이터를 자동차 탄소배출 산정식과 연계하여 누적 배출량을 정량화한 후 지침상의 이산화탄소 경제적 가치 원단위를 적용하여 최종 산정하였다.
4.3 손실비용 분석 결과
Fig. 4와 Fig. 5는 교통량과 시공 공법 차이에 따른 사회적 손실비용 산정 결과를 나타낸 것이다. VISSIM 시뮬레이션 결과 공사 정체 구간 내 차종별 평균 주행 속도의 편차가 크게 두드러지지 않았기 때문에 속도 변동에 연동되는 차량운행비용의 절대적인 차이는 미미한 수준에 그친 것으로 확인되었다. 반면, 총 공사 통제 시간과 해당 시간 내 정체 구간에 유입되는 누적 교통량이 직접적으로 반영되는 통행시간비용 항목에서는 공법별로 현저한 편차가 발생하였다. 환경비용의 경우, 선행 절에서 도출된 이산화탄소(CO2) 누적 배출량에 경제적 가치 원단위를 적용하여 산출되었기 때문에, 탄소 배출량 변동 추이를 시각화한 Fig. 3과 수렴하는 유사한 경향성을 나타냈다. 양방향 교통량이 650대/일인 조건에서는 FWMA 공법 도입에 따른 1시간의 공기 단축 효과로 인하여 총 사회적 손실비용이 533천원에서 405천원으로 약 24.1%의 손실비용 감소효과가 발생하는 것으로 집계되었다. 양방향 교통량이 1,300대/일의 포화 조건에서는 대기 행렬의 누적 지체 현상으로 인해 손실액이 심화되나, FWMA 공법을 적용하여 교통 차단 시간을 7시간으로 제한할 경우 총 손실비용이 2,268.24천원에서 1,600.06천원으로 크게 억제되어 최대 29.5%의 감소효과를 확보할 수 있음을 공학적으로 검증하였다. 이러한 분석 결과는 향후 포장 시공 연장이 확장되거나 FWMA의 공법 기술 고도화로 공사 단축 시간이 추가 확보될 경우, 사회적 손실비용의 손실 보전 효율성과 간접 경제적 편익 규모가 더욱 증가할 것임을 시사한다.
5. 결 론
본 연구는 인도네시아 현지 건설교통 환경을 바탕으로 FWMA 공법 적용에 따른 교통 환경적･경제적 간접 편익을 공학적으로 규명하기 위한 목적으로 보고르(Bogor) 지역의 실제 도로 제원 및 교통량 자료를 수집하여 미시교통류 시뮬레이션 프로그램인 VISSIM 모델을 통해 공사 시나리오별 교통흐름과 이산화탄소 배출량 및 사회적 불편익 비용을 산정･비교한 결과 아래와 같이 결론을 도출하였다.
1. 보고르(Bogor) 지역을 통과하는 주요 국도는 대부분 중앙분리대가 없는 왕복 2차로 양방향 도로(2/2UD) 형태인 것으로 파악되어 이를 표준 공간 네트워크 모델로 구축하였다. 또한 오토바이와 승용차 등 소형 차량의 통행량이 절대다수를 차지하는 현지 혼합 교통류 특성을 분석하여 VISSIM 모델 내 최종 차종 구성비를 소형 70%, 중형 20%, 대형 10%의 비율로 최적화하여 적용하였다.
2. VISSIM 시뮬레이션 분석 결과, 공사 전 평균 시속 60.2 km/h였던 차량 주행 속도는 공사 중 단일 차로 차단으로 인해 평균 시속 15.5 km/h까지 급감하는 심각한 병목 현상이 발생하였다. HMA를 이용한 도로 공사 시 차량 속도는 최소 시속 10.4 km/h까지 떨어지며 극심한 마비 현상을 보였으나, 1시간의 조기 교통 개방이 가능한 FWMA 공법을 적용할 경우 누적 지체 현상이 완화되었으며, 특히 1,300대/일의 포화 조건에서 주행 속도가 미소하게 개선되는 것을 확인하였다.
3. VISSIM 시뮬레이션에서 도출된 차종별 차속과 자동차 탄소배출 산정식(Tier 3)을 연계하여 도로 운영 단계에서의 이산화탄소 배출량을 정량화한 결과, FWMA 공법 도입을 통한 조기교통개방은 명확한 이산화탄소 발생을 저감시키는 것을 확인하였다. 양방향 교통량 650대/일 조건에서는 FWMA 공법 적용 시 14.4%의 탄소 배출 저감률을 기록하였으며, 교통 수요가 높은 1,300대/일의 포화 조건에서는 8.6%의 이산화탄소 배출 저감 효과를 달성하여 FWMA공법의 친환경적 타당성을 확보하였다.
4. KDI의 세부지침을 준용하여 교통정체로 인한 손실 비용을 평가한 결과, 통행시간비용이 사회적 손실액의 절대다수를 차지하여 공기 단축이 경제성 확보의 핵심 인자임을 규명하였다. FWMA 공법을 현장에 도입하여 공사 시간을 제한한 결과, 총 손실비용은 교통량 650대/일 조건에서 533천원에서 405천원으로 24.1% 절감되었고, 1,300대/일 조건에서는 2,268.24천원에서 1,600.06천원으로 감소하여 도로의 교통량 포화상태가 클수록 최대 29.5%에 달하는 손실비용 발생저감 효과를 거둘 수 있음을 공학적으로 검증하였다.
5. 본 연구는 인도네시아 현지 고유의 자동차 온실가스 배출계수 부재로 인해 국내의 Tier 3 산정 기준을 준용하였고, 시뮬레이션의 공간적 범위를 왕복 2차로 및 1 km 구간으로 한정하였다는 한계점을 지닌다. 향후 인도네시아 현지 차량의 노후도 및 실제 주행 특성이 반영된 고유 배출계수를 매칭하여 분석의 정밀도를 고도화할 필요가 있다. 아울러 플랜트 현장 실증 시험(Mock-up Test)을 통해 생산단계에서의 FWMA 공법의 생산 연료 절약효과와 생산시 이산화탄소 저감효과를 추가하여 FWMA 공법 적용으로 인한 거시적 비용-편익(Cost-Benefit) 분석을 추가 수행할 계획이다.
