철도 무선통신망 (LTE-R) 시공 시 고려사항 (감리 참견 시점)

LTE 기반의 철도 무선통신망 시공 시 고려해야 할 사항에 대하여 감리 참견 시점에서 살펴보도록 하겠습니다. 

 

 

서 론

철도 무선통신망(LTE-R)은 LTE-Railway를 기반으로 2018년부터 국토교통부 산하 한국철도시설공단에서 국가 소유의 전국 철도 노선에 철도통신 엘티이(LTE-R) 기술과 700MHz 통합 공공망용 주파수를 이용하여 새롭게 구축하고 있는 철도 통합 무선 통신망이다. 철도통합무선망은 코어 장비, 기지국 장비(DU와 RRU), 관제 장치, 차량 이동국 장치, 휴대용 무선장치등이 있으며 이 중에서 기지국 장비, 코어 장비, 서버 등은 안정성과 가용성을 위해 이중화로 구성한다. 향후 철도통신 서비스를 제공하는 애플리케이션 서버 및 열차 제어 서비스를 제공하는 한국형 열차 제어 시스템(KTCS: Korea Train Control System)도입을 준비중에 있다.

한국철도공사가 운영하는 이전의 철도 무선 통신망에서는 아날로그 무전통신 시스템, 아스트로(ASTRO) 주파수 공용 통신 시스템 및 테트라(TETRA) 시스템을 혼용하여 고속철도 승무원은 무전기 세 대를 구간별로 교체하여 써야 하는 불편함이 있었다.  LTE-R를 기반으로 하는 철도통합무선망에서는 전국의 철도 노선에서 휴대용 무선장치 한 대로도 이용할 수 있을 뿐 아니라 이전에는 불가능하던 열차 제어를 위한 데이터 전송, 영상 감시, 멀티미디어 서비스와 기능 어드레싱(functional addressing) 및 위치 기반 어드레싱 서비스(location-based addressing) 등이 가능하다.

철도무선망(LTE-R) 용어해설집, 출처:국가철도공단

 

 

LTE-R망은 휴대용 단말기-안테나-RRU-DU-EPC로 구성된다. 철도노선(본선)에는 일정거리마다 안테나 및 RRU(Remote radio Unit)가 배치돼 있다. 승무원•유지보수자 등이 휴대한 스마트폰형 혹은 무전기형 단말기의 무선신호를 안테나에서 수신받아 각 안테나별로 함께 설치된 RRU로 전송한다. RRU는 무선 구간에서의 Radio 신호를 처리하는 장비다.
 
RRU에서 처리된 신호는 선로변을 따라 매설된 광케이블을 통해 역 등에 설치된 DU로 전송된다. DU는 기지국의 디지털 신호처리 기능을 담당한다. 일반적으로 DU•RRU•안테나를 묶어 기지국이라고 부른다. 역사 내에도 소형 안테나 및 RRU가 설치돼 있기 때문에 역무원이 휴대한 단말의 무선신호도 구내 안테나를 통해 DU로 전송할 수 있다.
 
DU에서 처리된 디지털 신호는 유선(광케이블)망을 통해 주제어장치인 EPC(관제센터주제어장치)로 전송되고, 관제원은 최종적으로 EPC가 받은 테이터를 수신한다. 이와 반대로 관제센터에서 송신한 음성•영상 등 데이터는 DU에서 받아 RRU를 거쳐 안테나로 무선신호를 보내면 승무원•유지보수자•역무원 등이 휴대단말을 통해 최종적으로 수신받게 된다.

 

 

<애플리케이션 서버>
● 콜(Call) 서버: 전화 형태의 음성 통화 서버
● 피티티(PTT) 서버: 푸쉬투토크 무전 통화 서버
● 다자간 통화 서버: 가입자 3명 이상이 동시에 서로 통화할 수 있는 다자간 통화 서버
● 영상 서버: 영상통화, 승객의 안전 및 사고 등에 대한 영상 서비스 서버
● 관제 서버: Call 서버, PTT 서버, 다자간 통화 서버와 연동되어 차량 이동국 장치와 휴대용 무선 장치의 상태 정보를 각 서버의 DB를 통해 관리하고, 통신 교환 관리 및 통신 로그 등의 정보를 저장하는 서버
● 녹취 서버: 사고가 난 뒤 분석을 위해 음성•영상 통화 녹취 서버

 

철도 통합무선망(LTE-R) 설계, 감리 제한적 참견 시점

철도 통합무선망(LTE-R) 단계별 Processor

 

참견 1: 각 위치에서의 입장

 

발주자

- “발주자”란 법 제2조제11호에 따라 용역을 용역업자에게 도급하는 자를 말한다.

- 과업의 진행과 예산 집행성 적정성 여부에 관심이 있다.

- 추가 설계변경으로 인한 비용 발생 및 기본 설계에 대한 오류에 민감하다.

 

설계자

-  “설계자“란 법 제2조제7호에 따른 용역업체에 소속되어 설계 업무를 수행하는 자를 말한다.

- “설계”란 법 제2조제8호에 따라 설계도서를 작성하는 행위를 말하며 . “설계도서”란 법 제2조제8호에 따라 공사에 관한 계획서, 설계도면, 설계설명서(시방서), 공사비명세서, 기술계산서 및 이와 관련된 서류를 말한다.

- “기본계획“이라 함은 공사내용에 관한 기본적인 개요(기본구상)를 마련하고 기본구상을 기초로 하여 결정된 개념을 도면화 하는 단계로서 발주자의 요구조건, 향후 기술변화 대응방안 및 설계도서 작성에 필요한 중요사항을 결정한다. 기본계획 단계에서 작성되는 도면(문서)의 목적은 설계자의 의도와 개념을 정립하고 발주자의 의견을 충분히 반영하여 재료, 구조, 설비 등 총체적인 설계 방침을 결정한다.

-  “기본설계“라 함은 예비타당성조사, 타당성조사 및 기본계획을 감안하여 시설물의 규모, 배치, 형태, 개량공사 방법 및 기간, 개략 공사비 등에 관한 조사, 분석, 비교•검토를 거쳐 최적안을 선정하고 이를 설계도서로 표현하여 제시하는 설계업무로서 각종사업의 인•허가를 위한 설계를 포함하며, 설계기준 및 조건 등 실시설계용역에 필요한 기술자료를 작성하는 것을 말한다.

-  “실시설계“라 함은 기본설계의 결과를 토대로 시설물의 규모, 배치, 형태, 공사방법과 기간, 공사비, 유지관리 등에 관하여 세부조사 및 분석, 비교•검토를 통하여 최적안을 발전시켜 시공 및 유지관리에 필요한 설계도서 등을 작성하는 것을 말한다.

- 이러한 기본계획을 바탕으로 기본 설계 및 실시설계를 작성 시공자가 과업을 수행함에 있어 시공품질을 보장하여  부실시공 방지에 노력한다.

 

설계/시공 감리자

- “감리”란 법 제2조제9호에 따른 공사에 대하여 발주자의 위탁을 받은 용역업체가 설계도서 및 그 밖의 관련 규정의 내용대로 시공되는지를 감독하고, 품질관리․시공관리 및 안전관리에 관한 기술 지도를 하며, 관계 법령에 따라 발주자의 권한을 대행하는 것을 말한다.

-  “감리원”이란 법 제2조제10호에 따라 감리에 관한 기술 또는 기능을 가진 사람으로서 법 제8조에 따라 과학기술정보통신부장관의 인정을 받은 사람을 말한다.

-  “상주감리원”이란 현장에 상주하면서 감리업무를 수행하는 감리원으로서 책임감리원과 보조감리원을 말한다.

-  “책임감리원”이란 용역업자를 대표하여 현장에 상주하면서 해당 공사 전반에 관하여 감리 등의 업무를 총괄하는 감리원을 말한다.

- . “보조감리원”이란 책임감리원을 보좌하는 감리원으로서 담당 감리업무를 책임감리원과 연대하여 책임지는 감리원을 말한다.

-  “기술지원감리원”이란 용역업체에 근무하면서 상주감리원의 업무를 기술적․행정적으로 지원하는 감리원을 말한다.

 

 

참견  2 : 운영자 관점

13.1 기본원칙 (1) 정보통신설비는 전기적인 피해나 물리적인 위험(낙뢰, 천재지변, 화재 등)의 저감 또는 방지를 고려하여 설계한다. (2) 정보통신 설비는 철도운영, 유지보수와 승객 서비스 제공에 적합하여야 한다. (3) 기존 설비와의 연계를 고려하여 합리적이고 안정된 정보통신시스템이 구축되도록 설계 한다. (4) 철도교통관제센터(철도교통예비관제실 포함) 및 기 설치된 정보통신설비와 인터페이스 가 가능하도록 설계한다. (5) 정보화사업 수행 시 보안성 검토 및 도입되는 정보보호제품, 정보통신제품(네트워크장비 등)은 공단 정보보안 업무지침에 따라 보안적합성 검증 수행으로 안전성을 확인하여야 한다.

 

철도설계 편람의 정보통신 설계일반에 명시된 기본 원칙 2항에는 “정보통신 설비는 철도운영, 유지보수 와 승객 서비스 제공에 적합하여야 한다.” 로 명시, 모든 설비는 운영자 및 유비보수자의 편의성이 제공되게 설계되어야함. 결국 설계 결과물은  시공자의 시공 매뉴얼이 되기도 하지만 최종적으로는 운용자의 사용 메뉴얼이 된다.

 

1. 유지보수자 관점의 설계 필요성
  a. 철도 설비시공후 운영자 측면에서 합동점검 및 사전점검등을 통해 시설물점검을 하게된다.
  b. 합동점검시 예산 집행 측과 운영 주최측간의 요구사항 및 시공관점 차이가 발생할수 있다.
  c. 이러한 관점 차이는 추가비용문제, 설비 개선안 등 향후 설계 반영 요소가 도출된다.

 

2. 시사점
도출된 문제점 및 지적사항을 정기적으로 피드백 받아 DB 화 필요하고, 신설 및 개량 공사의 표준 공사 시방서 필요(동일 운영주체에 동일서비스 제공 용이) 그리고 각 현장 감리단에 합동 및 사전점검 후 지적사항 회신 요청 자료 수집 등이다.

 

참견 3 : 안전 관점

제13조(안전난간의 구조 및 설치요건) 사업주는 근로자의 추락 등의 위험을 방지하기 위하여 안전난간을 설치하는 경우 다음 각 호의 기준에 맞는 구조로 설치하여야 한다. <개정 2015.12.31.> 1. 상부 난간대, 중간 난간대, 발끝막이판 및 난간기둥으로 구성할 것. 다만, 중간 난간대, 발끝막이판 및 난간기둥은 이와비슷한 구조와 성능을 가진 것으로 대체할 수 있다. 2. 상부 난간대는 바닥면·발판 또는 경사로의 표면(이하 “바닥면등”이라 한다)으로부터 90센티미터 이상 지점에 설치하고, 상부 난간대를 120센티미터 이하에 설치하는 경우에 는 중간 난간대는 상부 난간대와 바닥면등의 중간에 설치하여야 하며, 120센티미터 이상 지점에 설치하는 경우에는 중간 난간대를 2단 이상으로 균등하게 설치하고 난간의 상하 간격은 60센티미터 이하가 되도록 할 것. 다만 계단의 개방된 측면에 설치된 난간기둥 간의 간격이 25센티미터이하인 경우에는 중간 난간대를 설치하지 아니할 수 있다.

 

 

1. 안전난간 설치건

  a. 산업안전보건기준에 관한 규칙 제 13조 (안전난간의 구조 및 설치요건)의 제2항의 난간대 (상 ,중 ,하)의 기준 미 준수로 안전 감사 시 지적

  b. 도면상 상부, 하부 난간대만 설치하도록 명시된 도면을 중심으로 시공

  c. 관련 규정에는 90센티이상의 상부 난간대 설치시 반드시 중간난간대 설치를 명시

 

2. 토공구간 안전 작업대 설치건 
  a. 기본설계상 토공부분에 설치된 기지국 기초대는 철도 지반 돋기 구간으로 설계 
  b. 기초대에서 법사면이 발생, 작업자의 유지보수용 안전 난간이 필요한 사항임
  c. 설계 시 미반영 됨에 따라 추가 실정보고, 계약 변경, 추가시공등 별도의 절차필요

 

3. 시사점

  a. 기본설계 및 실시설계시 현장실사 및 노반측 인테페이스를 통해 돋기 구간의 법사면 각도 및 기초대 위치등을 고려, 사전 안전난간 유무 결정 필요

  b. 기본 도면 의 BIM 도입으로 입체적 도면 구성을 통한 사전 예측 가능성 향상

  c. 시공시점에 감리단의 설계변경 의견 개입 필요(FCR 처리등)

 

 

참견 4: 경제성 관점

1.1 타당성 조사시 고려사항 (1) 경제성 철도통신설비 구축 또는 해당 철도건설공사 중 정보통신분야의 투입비용에 대한 구 축효과 및 이익의 평가   -설계의 경제성 등 검토(설계VE)란 건설기술관리법시행령 제38조의13의 규정에 따라 최소의 생애주기비용으로 시설물의 필요한 기능을 확보하기 위하여 설계내용에 대한 경제성 및 현장 적용의 타당성을 기능별, 대안별로 검토하는 것을 의미합니다

 

실정보고 및 계약변경 절차

 

1. 실정보고
 a. 계약변경건이 발생되면 사전에 변경 내역에 대한 보고서 형식의 자료 사전 승인 요청한다.
 b. 실정보고 승인을 얻게 되면 후속과정인 금액변동에 따른 계약변경실시한다.
 c. 추가비용 반영 및 변경시공 실시한다.

 

2. 시사점
 a. 철도무선의 경우 설계시 미반영 되거나 오류에 의한 설계결과는 없으나 규모이 경제를 중시한 설계 시 물량의 과함 또는 부족함이 나타난다.
 b. 특히 인빌딩 설계시 MIMO안테나의 수량 과 설계 반영은 향후 유지보수자들의 점검 포인트 증가를 초래한다.
 c. 경제성 강조에 따른 타 인터페이스 및 향후 증가 설비에 대한 고려가 미흡하게 되므로 운영자 입장에서의 요구 증가 포인트 등을 반영 필요하다.

 

추가 공사

1. 합동 및 사전점검 지적사항에 따른 시공
 a. 합동 및 사전점검 시 운영사측의 지적에 따른 추가 공사가 자주 발생한다.
 b. 이에 대한 비용은 사실상 자재비정도로 미비하나 시공사 입장에서는 인건비 발생이 주요한 경제성검토 대상이 된다.

 

2. 시사점
 a. 시공사에 대한 무리한 시공비 증가 요소를 최소화 할 필요가 있다.
 b. 각종 점검이 끝나면 일괄적으로 추가요구사항을 정리, 전체 공사비 증가분을 반영 각종 자재 및 인건비 요소를 충분히 반영토록 유도 필요하다.
 c. 즉 단일건 처리보다는 일괄 처리형태로 반영토록 유도한다.

 

 

참견 5 : 최적화 관점

S-2. 검사 및 시험 일반사항 검사 및 시험은 각 설비별 구성 각 장치에 대한 기술적 요구조건의 만족 여부를 단계별로 확인하는 과정으로 계약상대자는 본 절에 정한 바에 따라 검사 및 시험단계별 시행방안을 제출하여야 한다. 계약된 장비 및 설비가 기술요건을 만족하지 못할 경우에는 계약상대자는 이에 대한 원인분석과 공단이 승인하는 방법으로 시정하고 재시험을 하여야 한다.   검사 및 시험내용 계약상대자는 공급하는 설비별 검사 및 시험 단계별 각 장치(H/W, 연동포함)의 기능, 성능, 특성 및 외관 등을 검사 및 시험하기 위한 시험계획서를 제출하여야 한다. 시험은 계약상대자가 공급하는 모든 설비 상호간 및 공단 공급시스템간의 인터페이스 적합성이 확인되어야 한다.   검사 및 시험규격 계약상대자는 공급설비별로 구성되는 각 개별장치의 공장시험, 현장 설치검사에 대하여 다음 사항을 준수하여야 한다.    검사 및 시험계획서(ITP) 작성 계약상대자는 설비(공종)별 검사 및 시험계획서를 해당 검사 및 시험 착수전 공단(감리단)에 제출하여 승인을 받아야 한다.    검사 및 시험 점검표(ITC) 작성 계약상대자는 설비(공종)별 검사 및 시험점검표를 해당 검사 및 시험 착수전 공단(감리단)에 제출하여 승인을 받아야 한다.    시험성적서 양식 검사 및 시험 등 품질기록에 사용할 각종 양식은 검사 및 시험절차서의 일부로 제출되어야 한다. 이 양식의 수정보완 또는 추가가 필요할 경우에는 해당 검사 및 시험착수 전에 공단(감리단)의 승인을 받아야 한다.  검사 및 시험 보고서 검사 및 시험의 실시결과는 검사보고서 서식에 따라 시험 종료 즉시 기록 및 확인되어야 한다. 이 보고서는 다음 중 해당 사항을 포함한다.

 

각종 시험 데이터 확보(개별시험, 종합시험 , 연동시험 등)

 

1. 개별/종합/연동 시험
 a. 각종 시험은 과업수행 60일전에 계획서를 제출후 개별, 연동, 종합 시험등을 단계별로 수행하게된다.
 b. 특히 개별 설비별 시험결과는 향후 종합시험 및 연동 시험결과물에 영향을 미친다.

 

2. 시사점
 a. 개별시험결과물 확보등이 전체 공정상 별도건으로 처리하기가 어려울때는 병행 진행도 필요하다.
 b. 과업 준공시 수행결과물로 제출 될 다양한 데이터등의 진도관리로 중요한 참견시점으로 시공상태 및 연동 작업 등의 시기를 파악 자료 준비 팔로우 필요하다.
 c. 시공사 입장은 항상 마지막에 인력을 투입 일괄 처리하고자 하나 감리 입장에서는 결과물 확보가 가능한 시점마다 자료를 요청 확보해야 시공상태 유지 및 관리점등이 지속적으로 관리가 가능해진다.
 d. 각종 ITP/ ITC 등의 절차서 내용의 오류 및 항목등이 발생하면 발주처의 검사 기준 변경 요청을 통해 수정하여 추후 동일 건의 검사 절차의 반복적 오류를 제거할 필요가 있다.
 e. 시험 수행에 있어 시공사 단독이 아닌 제품 납품업자의 지원이 필요, 이에 대한 공정일정 조정등 역시 감리단의  참견 시점이다.

 

 

참견 6 : 인터페이스 관점

2. 인터페이스 업무분계 (1) 열차무선설비 ① 역구내에 시설되는 열차무선용 폴(Pole)이나 철탑 시설(접지포함) ② 장비간 및 장비에서 안테나간 배관․배선 시설 ③ 역사에서 터널중계기간 광케이블은 열차무선설비에서 시설(재난방송수신설비 광 코어 포함) ④ 복선터널의 케이블안테나는 열차무선방호중계장치와 공용(Mixer포함) ⑤ 설계단계에서 기간통신사업자와 중계기 부하용량 및 설치위치 협의 반영 ⑥ 이동통신 중계기 설치위치는 대한 철도운영기관과 협의하여 반영 (2) 건축통신설비 ① 신축 건축물에 시설되는 열차무선 폴(Pole) 및 접지 ② 기설 건축물에 시설되는 열차무선 폴(Pole)은 열차무선설비에서 시설

 

1. 구내 설치 규정 위반

 a. 역구내란 역 정거장의 일정 범위내에 구역으로 신호전환기, 신호기, 전철전력 지지 크레스트등 아양한 역구내용 설비등이 설치된다.

 b. 무선통신망 설계시 핸드오버 및 전계강도 확보등의 이유로 1Km마다 기지국 설치 기준을 적용, 기지국 설계를 하다보니 각 Km 에 적용되는 역구내에 LTE-R용 기지국이 들어서게 되고 결국 이러한 설비가 역구내 지장설비로 지적되어 철거 이동하는 경우가 발생한다.

 

● 시사점

 최초 기본설계에서는 역 구내 범위가 지정되지않아 기지국  설계위치를 몰랐다하더라도 최소 실시설계 당시에는 구체적인 역사 계획이 나온 상태로 조정 가능하다. 향후 역 구내 무선통신 설비는 역사내 설비로 구성후 안테나 등은 유지보수가 용이한 건물 옥상이나 건출물 측면 부착으로 고려가 필요하다.

 

 

2. 교량설치시 장비 위치

 신설구간에는 철도 교량이 전체의 40% 이상을 차지한다. 교량설계시 거더식 교량을 설치, 열차 궤도를  구성하는데 각 거더의 접속 이음매 부분은 진동 및 교량의 수축 이완을 위해 고정물 설치가  불가하다. 따라서 고정물설치시 교량 정보 수집이 불가 교량관리에 어려움이 있다.

 

● 시사점

전체 관구도내의 Km정 위치로 기지국 설치 도면이 정해졌다 하더라도 시공시 교량 접합부인 이음매 부분에는 설치불가로 이전 설치토록 감독하고, 초기에 감독이 부실한 경우 총 40% 길이에 대한 전구간 장비 이설이 불가피하게된다.

 

3. 횡단관로

- 교량 상 하선을 교행하는 횡단관로는 발주자 제공설비로 기본 노반 공사시 교량 하부에 관로를 매설 통신설비롤 이용토록 사전 구성한다.

- 관로의 구성상 궤도의 구배를 미 고려, 하부측에 있는 관로로 물이 유입, 겨울철 통과된 광케이블등이 동파되는 우려  발생할수 있다.

 

● 시사점
- 횡단관로 작업시 기존 관로내의 물 유입여부를 확인후 유입확인시 배수작업을 통해 관로내 물을 제거한후 별도의 케이블 보호용 후렉시블전선관을 매입, 입 출입구에 마감처리로 물 유입을 차단 조치한다. 광 케이블 이중화등을 고려한 Pie방식의 케이블 연결로 전송선로 차단 개소 최소화 필요하다.

 

4. 안전통로 확보

- 철도 궤도상 건축한계선 기준밖으로 70cm이상의 승객 안전 통로 확보가 필수적이다.

- 기지국 장치등의 크기등이 고려된 설계 및 장비제조로 상기 조건 충족이 필요하다.

- 철도교통안전 설비 기준 강화로 70cm 미 확보 개소는 재시공 요청한다.

 

● 시사점
- 도면에 70cm 확보 필요 표시 및 설치될 장비별 규격을 사전 확인, 설치 예상도 확보 필요하다.
- 향후 철도 설비의 경우 제조사와 합동으로 규격 축소 및 경량화 설계 고려한다.

 

5. 비절연 보호선 인접 문제

- 전철주 5m부분에 부착되는 전철용 비절연 보호선 높이가 LTE-R용 장비 기초봉 높이인 5m와 동일하여 일부 개소에서는 기초봉과 비절연 보호선 근접문제발생한다.

- 운영자 측면에서는 비절연 보호선 횡단이 유지보수에 방해요소로 심리적 불안 및 동선 제약 발생한다.

- 시공초기부터 다방면의 인터페이스회의를 통해 상기 문제를 해소하려하였으나 시공주체별 기준유지를 고수하기에 100Km정도의 구간상 정리가 어려움도 있을 수 있다.

 

● 시사점
- 발주청에서 강력한 기술기준 제시로 장애 및 지장요소는 사전제거가 필요하다.

- 다만 기 시공 개소등은 비 절연보호선의 특성을 이해, 기존 기초봉과 부착을 통해 접지 효율을 높이고 작업동선을 확보하는 차원으로 수정 필요하다.

- 유지보수자의 심리적 불안해소를 위해서는 애자를 이용, 비절연보호선과 기초봉 사이에 체결, 비절연보호선을 고정하는것도 고려할수 있다.

 

결론

철도 통합무선망(LTE-R) 시공 감리 경험을 바탕으로 몇가지 참견시점 측면에서 개선사항을 제시하고자 시작한 메모가 보고서 형태인 블로그 자료로 확장되면서 두서없이 다루게 된 듯 하다. 다만  철도 현장에서 통합무선망을 시공, 검사, 준공 단계에 이르기 까지 곁에서 감리단의 시점으로 지켜보면서 향후 시공품질 최적화에 필요한 요소들을 찾으려 노력하였지만 시간적 제약으로 다 다루지는 못해 못내 아쉬운 감은 있다.  혹시 이글을 읽고 동일한 근무지등에서 경험있으신분들의 기타 의견들을 수용, 보다 나은 블로그 리포트로 재 구성할 수 있도록 도움 주시기를 요청드리며 이 글을 마감한다.

참고문헌 정보통신공사 감리업무 수행기준 정보통신공사 설계업무 수행기준 철도 건설 기술기준 OO 철도 통합 무선망(LTE-R) 구매설치 계약서 TTA 정보통신 용어사전

 

 

정보통신기술사 이원영