서론

최근 국내에서는 ‘회전교차로 활성화 사업’을 통하여 2010년부터 전국적으로 회전교차로를 확대 설치하여 2015년까지 총 443개소를 설치했으며, 현재 국내의 회전교차로는 도입 및 정착 단계라고 할 수 있다. 국외에서는 기본 형태 외에 각 교차로 특성 및 목적에 따라 다양한 형태의 회전교차로 등이 이미 상용화되어 있지만 국내에서는 현재 2차로 이하의 도로와 차로당 교통량이 400대/시 이하의 도로 등에 기본 형태의 회전교차로 위주로 설치하고 있다. 국내 지침에서도 직결형 회전교차로^*1)의 설치기준에 관한 세부사항이 마련되어 있지 않으며 관련 연구도 미비한 실정이다.

국내 도심 대부분의 교차로에는 주도로와 부도로의 교통량 비율의 차이가 있으며, 그 차이가 확연히 다른 교차로 또한 다수 존재한다. 직결형 회전교차로는 교통량이 상대적으로 적은 부도로의 차량은 신호가 없이 양보에 의해 회전부를 돌아나가는 회전교차로의 형태를 띠며 교통량이 많은 주도로는 신호에 의해 운영되는 신호교차로의 형태를 가지는 회전교차로와 신호교차로의 장점을 결합한 복합 형태의 교차로이다. 이에 따라 주도로와 부도로 비율의 차이가 있으며 교통 혼잡이 있는 교차로에 직결형 회전교차로의 도입의 검토가 필요하다.

또한 국내에서는 용량 부족의 문제로 인한 교통 혼잡을 고가도로나 지하도로 등의 입체형 교차로를 도입하여 이를 해결해왔다. 하지만 고가도로 및 지하도로는 설치 시 많은 비용이 필요할 뿐 아니라 최근 도시미관 및 환경 훼손 문제, 노후화 및 유지보수 비용 문제, 한번 설치하면 철거하기 어려워 형태 변경 측면에서 융통성이 낮은 문제 등으로 인하여 신설은 지양하고 대부분 철거를 하고 있는 추세이다. 이에 따라 국내 교통 혼잡을 해결하기 위한 효율적인 교차로 운영방안에 관한 대안의 필요성이 존재한다.

따라서 본 연구의 목적은 직결형 회전교차로의 적용 가능성을 검토하고 효율적인 적용을 위한 도입기준을 마련하는데 있다.

2. 연구의 범위 및 방법

본 연구는 교차로의 소통을 개선하기 위한 방안으로 직결형 회전교차로의 적용 가능성을 평가하고, 도입 시 설치 적용 가능 범위를 분석하고자 한다. 이에 따라 연구의 범위는 교통소통 측면으로만 한정한다.

연구의 방법은 연구의 배경을 살펴보고 국내․외의 직결형 회전교차로 설계지침 및 관련 연구, 적용사례 등을 통하여 직결형 회전교차로에 대한 이론적 고찰을 한다. 그리고 진입 교통량 및 주․부도로 교통량 비율, 좌회전 교통량 비율 등에 따른 시나리오를 작성한다. 회전교차로의 특성 상 회전차로에서 차로변경 등에 의한 통행마찰이 많이 발생되게 되어 차로수를 1,2차로 정도의 소규모로 운영하는 것이 적합하며 국내 설계지침(2014)에서도 1,2차로형의 회전교차로 설치를 원칙으로 한다. 본 연구에서는 인접된 2개 신호교차로가 존재하는 직결형 회전교차로의 특성을 고려하여 1차로보다는 2차로 회전교차로가 적정할 것으로 판단되어 2차로 회전교차로를 연구 대상으로 선정하여 분석하였다. 신호교차로, 회전교차로, 직결형 회전교차로 등에 대하여 회전교차로 설계지침(2014)에서 제시하는 기준을 고려하고 교통시뮬레이션 프로그램인 VISSIM ver5.40을 이용하여 시뮬레이션을 수행한다. 평가 지표인 평균지체시간에 대한 비교 분석을 실시하고 그 결과를 토대로 직결형 회전교차로의 적용 가능성을 검토하고 도입기준을 도출한다.

직결형 회전교차로 이론적 고찰

1. 직결형 회전교차로 개요

1) 기하구조 측면

Korea Roundabout Guideline(2014)(이하 국내 설계지침)에 의하면 주어진 교통 여건과 지역 특성에 따라 특수유형 회전교차로 설치를 고려할 수 있다. 특수유형은 설치 형태에 따라 평면형과 입체형으로 구분되는데 그 중 평면형 회전교차로는 직결형과 쌍구형, 터보형 등이 있으며 설치 가능한 경우는 비대칭 교차로, 4지 이상의 교차로, 특정 접근로 등에 용량이 과포화되어 분산처리가 바람직한 교차로, 좌회전 혹은 직진 교통량이 특히 많은 교차로, 두 개의 교차로가 매우 가까운 거리에 인접한 경우 등이다. 국내 설계지침에서는 직결형 회전교차로의 개념도를 Figure 1 같이 제시하고 있다.

직결형 회전교차로란 교통량이 많은 주도로의 직진교통류는 회전교차로 중앙을 직진으로 통과하고, 주도로의 회전교통류와 부도로의 교통류는 신호 없이 양보에 의해 회전차로에 진입하여 중앙교통섬을 회전하는 교차로 형태이다. 특히 주도로의 직진 교통류를 원활하게 하여 교차로 간 연동에도 용이한 회전교차로이다. 하지만 국내 설계지침에서 제시하는 직결형 회전교차로의 개념도에는 직진차로수가 적고 상대적으로 회전차로의 비중이 높게 나타나있다. 또한 Figure 1의 우측 하단의 현시를 나타내는 그림에서도 F1에서 부도로의 좌회전 교통량의 흐름이 생략되어 있고 F2에서는 부도로 좌회전 교통량이 신호없이 주도로에 진입하는 것과 달리 신호로 운영되는 것으로 표현되어 직결형 회전교차로의 신호 운영 방식이 명확하게 나타나 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 직결형 회전교차로의 특성을 보다 명확하게 나타내는 개념도로써 Figure 2를 제시한다.

2) 신호운영 측면

직결형 회전교차로는 기존 회전교차로와 다르게 주도로의 직진 교통류가 신호제어를 통해 회전교차로를 직진으로 통과한다. 신호운영은 Figure 3과 같은 2현시 형태로 운영되며 운영방식은 다음과 같다.

1현시는 Phase 1(a)과 같이 주도로의 직진 교통류는 직진신호에 따라 중앙교통섬을 통과한다. 주도로의 좌회전 교통류는 중앙교통섬을 회전하다가 회전부의 정지선에 멈춘 후 직진신호 이후에 회전부의 녹색신호에 따라 중앙교통섬을 회전한다. 주도로의 우회전 교통류는 신호제어에 상관없이 이동하나, 회전교차로 특성상 회전부 교통류가 우선시되기 때문에 양보한 후 교차로를 통과한다.

2현시는 Phase 2(b)와 같이 부도로의 직진․좌회전 교통류는 주도로 좌회전 교통류와 함께 회전부 녹색신호에 따라 중앙교통섬을 회전한다. 부도로의 우회전 교통류는 신호제어에 상관없이 이동하나, 회전교차로 특성상 회전부 교통류가 우선시되기 때문에 양보한 후 교차로를 통과한다.

2. 교차로 유형별 특성 비교

1) 용량 및 운영 측면

모든 교통량이 회전차로를 이용하는 회전교차로와 달리 직결형 회전교차로는 교통량이 많은 주도로의 직진교통량은 회전교차로를 관통하여 직진으로 통과하게 된다. 따라서 가장 교통량이 많은 주도로 직진 교통량이 회전차로를 이용하지 않게 되어 회전차로의 소통을 개선할 수 있다. 이에 따라 주도로와 부도로 교통량 차이가 클수록 주도로 직진교통량이 많을수록 효과가 커지게 된다. 특히 주도로를 연동으로 처리 할 수 있는 장점이 있다.

4현시로 운영되는 신호교차로와 달리 직결형 회전교차로는 2현시로 운영되어 신호주기는 크게 줄고 교차로 용량은 크게 증대시켜 지체시간과 대기차량을 크게 줄일 수 있다. 또한 인접한 주도로 교차로와의 연동 효과를 크게 증대시킬 수 있다.

단, 직결형 회전교차로에서 발생되는 인접된 두 교차로는 교차로 막힘 현상 등이 발생되지 않도록 해야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 주도로 직진차량은 동시 옵셋 연동신호로 운영하여 하류부 교차로에서 발생되는 대기차량이 상류부교차로에 영향이 미치지 않도록 한다. 그리고 줄어든 현시 수만큼 신호주기를 크게 줄여서 회전차로에서 대기하는 차량을 최소화하여 상류부 교차로에서 발생되는 주도로 좌회전교통량에 의한 회전차로 내 대기차량이 하류부 교차로에 영향을 미치지 않도록 한다.

2) 안전 측면

교차로 유형별로 교차로 통과에 따른 자동차 간 상충 횟수를 비교한 표는 Table 1과 같다. 상충횟수는 신호교차로 32회, 직결형 회전교차로 16회, 회전교차로 8회로 회전교차로가 가장 적다. 직결형 회전교차로가 신호교차로보다 상충지점이 적어 보다 안전하다고 볼 수 있다. 직결형 회전교차로가 회전교차로보다 상충지점이 많지만 직결형 회전교차로는 교통량이 많은 주도로의 직진교통량은 신호를 받아 회전차로를 이용하지 않고 직진으로 교통섬을 통과하기 때문에 회전차로를 이용하는 차량이 크게 줄어들어 회전차로에서 발생되는 통행마찰을 크게 줄일 수 있다.

3. 직결형 회전교차로 관련 연구 및 사례

1) 기존 연구 고찰

Jang and Lee(2014)는 다양한 회전교차로 형태를 개발하여 설치 적용하고 있는 해외에 비하여 국내에서는 회전교차로 형태별에 따른 운영효과 등에 관한 연구가 없는 것을 언급하며 일반적인 2차로형 회전교차로와 해외에서 회전교차로의 새로운 형태로 제시된 Turbo형, Flower형 회전교차로에 대해 VISSIM과 SSAM을 이용하여 회전교차로 형태별 운영 효과 및 안전성에 대해 분석한 결과를 제시하였다.

Lim and Park(2016)은 Turbo형, Flower형, Hamburger형 회전교차로 등 다양한 특수유형 회전교차로를 소개하고 VISSIM과 SSAM을 이용하여 국내 대형로터리에 도입가능한 특수유형 회전교차로 운영방안을 연구했다. 특수유형 회전교차로의 종류로 Hamburger형 회전교차로를 언급하였으나 Turbo형과 Flower형, 신호운영 회전교차로를 중심으로 분석하였으며 본 연구에서 다루고자 하는 직결형 회전교차로에 대해서는 상세하게 연구하지 않았다. 이 외의 국내 회전교차로 관련 논문을 고찰한 결과 직결형 회전교차로에 관한 연구는 없었으며 기본형태의 회전교차로를 다룬 Lee and Kim(2011), Lee and Yoo(2013), Park and Kim(2012)의 연구는 회전교차로의 운영 효과를 검증하기 위한 분석도구로 VISSIM을 사용하였다.

Tollazzi and Rencelj(2014)는 회전교차로의 여러 가지 형태를 소개하였다. 이 중 직결형 회전교차로의 개념을 설명하고 설치 사례를 간략히 언급하였다.

Tollazzi(2015)는 여러 가지 유형의 회전교차로에 대한 이론적, 기하구조적인 내용을 설명하고 운영방식 및 여러 나라에서의 운영 사례를 제시하였다.

FHWA(2010)에서는 다양한 교차로 형태를 소개하고 운영 사례를 제시하였다. 직결형 회전교차로의 형태와 특성 등을 소개하고 운영 사례를 제시하였다.

기존 연구 고찰 결과 회전교차로의 여러 가지 형태 중 하나로 직결형 회전교차로에 대한 언급이 있지만 이론적이고 기하구조적인 내용으로만 간략하게 설명하였으며 직결형 회전교차로만을 중점적으로 다룬 연구는 없었다. 특히 국내 연구에서는 국내 설계지침에 직결형 회전교차로가 제시되어 있음에도 불구하고 직결형 회전교차로를 다룬 연구가 없었으며 해외의 경우에도 기본형태의 회전교차로 설치 기준 등은 존재했으나 직결형 회전교차로에 대해서는 운영사례들만 제시되어 있을 뿐 구체적인 설치기준은 존재하지 않았다. 따라서 직결형 회전교차로의 적용가능성 및 적용 가능 범위 등에 대한 연구의 필요성이 있는 것으로 판단된다. 또한 기존 연구에서는 회전교차로의 운영효과를 검증하기 위한 분석도구로 VISSIM을 많이 사용한 것으로 나타났다.

2) 직결형 회전교차로 설치 사례

해외에는 기본 형태의 회전교차로 뿐만 아니라 각 교차로마다 특성을 고려하여 다양한 형태의 회전교차로를 설치하여 회전교차로의 설치 효과를 높이고 있다.

그 대표적인 사례로 Figure 4-6과 같이 미국의 버지니아, 스페인의 바르셀로나와 마드리드 지역에는 직결형 회전교차로가 도로 네트워크에 적절히 설치되어 있어 운영효과를 극대화 하고 있으며, 해외에서는 국내처럼 편도 2차로 이하의 교통량이 적은 교차로가 아닌 편도3차로 이상의 교통량이 많은 교차로에 직결형 회전교차로를 설치하고 있다. 또한, 회전교차로와 연계하여 설치하거나, 직결형 회전교차로를 연속으로 설치하여 직결형 회전교차로의 설치 효과를 높이고 있다.

국내에서는 전형적인 직결형 회전교차로로 운영되는 사례는 없다. 단 Figure 7과 같이 혜화동로타리의 경우 기하구조는 직결형 회전교차로의 형태로 되어 있으나 운영형태가 본 연구에서 제시하는 방법과 다르다.

직결형 회전교차로 분석방법

1. 분석 방법 개요

직결형 회전교차로와 회전교차로, 신호교차로의 비교를 통해 직결형 회전교차로 도입 시 적용가능 범위를 분석하기 위한 평가지표로 평균지체시간을 사용한다. VISSIM에서는 총 지체시간을 통과 및 도착 교통량의 합으로 나눠서 평균지체시간을 산정한다.

세 가지 교차로를 객관적으로 비교․분석하기 위해 도로용량편람 및 국내 설계지침의 기준을 참고하여 각 교차로마다 동일한 기하구조 값을 설정하고, 운전자 행태 기반의 미시적 교통시뮬레이션 프로그램인 VISSIM ver.5.40을 사용하여 시뮬레이션 네트워크를 구축한다.

직결형 회전교차로와 신호교차로의 현시 및 신호시간은 지체 최소화를 통해 신호시간을 최적화 하는 TRANSYT-7F 프로그램을 이용하여 산정된 신호시간을 사용하였으며 Table 2-3과 같다. 다음으로 진입 교통량(TV)과 좌회전 교통량 비율(LT)을 달리하고 주․부도로 교통량 비율(TR)을 달리해 다양한 시나리오를 설정한다. 이에 따라 세 가지 교차로를 비교․분석하여 평균지체시간을 도출하고 분석결과를 토대로 직결형 회전교차로의 적용가능 범위를 도출한다. 합리적인 결과값 도출과 비교 분석을 위하여 평균지체시간은 VISSIM의 랜덤 분석 번호인 Seed Number를 multirun으로 실행하여 도출된 3개의 결과값 들의 평균값을 통해 분석하였다.

2. 분석 방법

1) 분석 시나리오 설정

분석 시나리오 설정 값은 Table 4와 같다. 국내 설계지침(2014)에서 회전교차로 전환기준은 차로당 교통량이 400대/시 이하일 경우 회전교차로를 권장하며, 400-500대/시일 경우에는 교통류 특성, 교차로 주변 여건 등에 따라 교차로 운영방식을 결정한다고 명시되어 있으며, 그 이상의 교통량은 신호교차로를 권장한다. 또한 좌회전 교통량 비율은 교통량 250대/시 이하에서는 좌회전 교통량 비율 40% 이하, 250-400대/시에서는 좌회전 교통량 비율 30% 이하인 구간에 회전교차로를 설치할 것을 권장한다.

이를 참고하여 본 연구에서는 진입 교통량은 차로당 200대/시에서 700대/시까지 100대/시 간격으로 설정하였으며, 좌회전 교통량 비율은 10%에서 30%까지 10%간격으로 설정한다. 우회전 비율은 10%로 고정한다. 또한 주․부도로 교통량 비율에 따른 도입효과를 분석하기 위해 6:4, 7:3, 8:2의 세 가지로 나누어 설정한다. 주․부도로 비율이 5:5일 경우 직결형 회전교차로의 도입이 불합리하므로 분석 시나리오에서 제외하였다.

따라서 작성된 시나리오는 교차로 유형 3가지, 차로당 교통량 6가지, 좌회전 비율 3가지, 주․부도로 교통량 비율 3가지로 구성되어 총 162개(3×6×3×3)이다.

2) 시뮬레이션 네트워크 구축

본 연구에서는 편도 2차로의 4지 교차로를 전제로 국내 설계지침에서 제시한 기하구조 값을 준용하여 Table 5와 같이 시뮬레이션 네트워크를 구축하였다. 국내 설계지침(2014)에서는 2차로형 회전교차로는 회전부의 30km/h 제한속도와 대형자동차+세미트레일러 조건을 기준으로 내접원 지름을 61-65m, 중앙교통섬 지름을 38-42m로 제시한다. 이를 고려해 차로폭은 3.5m, 내접원 지름은 61m, 중앙교통섬 지름은 41m로 설정한다. 링크길이는 충분한 교통량 처리를 통한 원활한 분석 값을 도출하기 위해 300m로 설정하였으며 신호교차로의 경우 좌회전 전용차로를 구축하고 길이는 링크 길이 값과 같도록 하여 좌회전 전용차로의 길이로 인한 영향을 최소화하였다. 또한 세 가지 교차로를 객관적으로 비교하기 위해 세 가지 교차로의 가로축과 세로축 길이를 같게 하여 Figure 8, Figure 9, Figure 10과 같이 전체 네트워크 길이를 동일하게 한다(a=a’=a’‘, b=b’=b’‘).

시뮬레이션 분석을 위한 입력 변수로 세 가지 교차로의 직선부 설계속도는 70km/h, 직결형 회전교차로와 회전교차로의 회전부 설계속도는 30km/h로 설정한다. 또한 차종구성비는 승용차 90%, 버스 8%, 화물차 2%로 설정하고 유턴 및 보행자 통행은 없는 것으로 가정한다.

직결형 회전교차로 적용 가능성 분석

1. 분석 개요

직결형 회전교차로에는 회전부 내 신호운영으로 인한 인접된 두 개 교차로가 존재하여 하류부 교차로에 교차로 막힘 등이 발생될 수 있다. 이에 따라 직결형 회전교차로의 효과 분석에 앞서 교차로 스필백 등의 운영상 문제 발생 여부를 확인하여 직결형 회전교차로의 적용 가능성 여부를 검증하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 따라서 직결형 회전교차로 적용시 교차로 막힘 현상 발생 여부를 모든 시나리오에 걸쳐 검증하고자 한다. 이를 위해 스필백이 발생할 수 있는 상황을 1현시 시작 직전, 1현시 진행 중, 2현시 시작 직전, 2현시 진행 중의 네 부분의 과정으로 나누어 분석한다.

2. 분석 결과

1) 1현시 시작 직전

1현시 시작 직전(1현시는 적색, 2현시는 황색 상황)의 시뮬레이션 모습은 Figure 11과 같으며 주도로의 직진교통량은 정지선에서 대기하고, 주도로의 좌회전교통량과 부도로 교통량은 황색신호에 따라 정지하고 이들 차량에 의한 교차로 스필백(Spillback)이 발생하지 않는다.

2) 1현시 진행 중

1현시 진행 중(1현시는 녹색, 2현시는 적색 상황)의 시뮬레이션 모습은 Figure 12와 같으며 주도로의 직진교통량은 통행하고, 주도로의 좌회전교통량과 부도로의 직진 및 좌회전 교통량은 정지선에서 대기하고 있다.

3) 2현시 시작 직전

2현시 시작 직전(1현시는 황색, 2현시는 적색 상황)의 시뮬레이션 모습은 Figure 13과 같으며 주도로의 직진교통량은 황색 신호에 따라 정지하고, 교차로 스필백 현상은 발생되지 않는다. 주도로의 회전교통량과 부도로의 교통량은 정지선에서 대기하고 있다.

4) 2현시 진행 중

2현시 진행 중(1현시는 적색, 2현시는 녹색 상황)의 시뮬레이션 모습은 Figure 14와 같으며 주도로의 직진교통량은 정지선에서 대기하고, 주도로의 좌회전교통량과 부도로의 직진 및 좌회전 교통량은 통행하고 있다.

위에서 교통량이 가장 많은 경우인 시나리오 주․부도로 비율 7:3의 차로당 교통량 700대/시, 좌회전 교통량 비율 10%에 대하여 신호운영 상황을 현시에 따라 네 가지 과정으로 나누어 분석한 결과 동시 옵셋 연동신호로 운영될 경우 직결형 회전교차로의 적은 현시와 짧은 신호주기에 따라 회전차로에 존재하는 두 개의 교차로에 스필백의 발생 없이 원활하게 진행된 것으로 나타났다. 이에 따라 직결형 회전교차로 도입 시 적용 가능성이 검증되었다.

직결형 회전교차로 효과 분석

직결형 회전교차로는 특성상 주․부도로 교통량 비율의 차이가 크고 주도로 직진교통량이 많은 교차로에서 효과가 있을 것으로 판단되며 이에 따라 운영 효율 판단 시 주요변수 및 시나리오를 크게 주․부도로 교통량 비율, 교통량, 회전교통량 비율의 세 부분으로 나누어 다양한 시나리오를 구축하여 분석하였다. 이에 따라 각 시나리오별로 다른 패턴을 분석한다.

1. 교통량 변화에 따른 분석

1) 주·부도로 교통량 비율이 6:4인 경우

주․부도로 비율이 6:4인 경우의 교통량에 따른 분석결과는 Figure 15-17와 같다. 그림에서 CT는 직결형 회전교차로, RA는 회전교차로, SI는 신호교차로를 의미한다. Figure 15의 좌회전 비율 10%의 경우에는 차로당 교통량 200대/시에서 300대/시까지는 회전교차로, 400대/시에서 600대/시까지는 직결형 회전교차로, 700대/시에서는 신호교차로가 평균지체시간이 가장 작은 것으로 나타났다. Figure 16의 좌회전 비율 20%의 경우에는 차로당 교통량 200대/시에서 300대/시까지는 회전교차로, 400대/시에서 500대/시까지는 직결형 회전교차로, 600대/시에서 700대/시까지는 신호교차로가 평균지체시간이 가장 작은 것으로 나타났다. Figure 17의 좌회전 비율 30%의 경우에는 차로당 교통량 200대/시에서 300대/시까지는 회전교차로, 400대/시에서는 직결형 회전교차로, 500대/시에서 700대/시까지는 신호교차로가 평균지체시간이 가장 작은 것으로 나타났다. 종합하면 좌회전 비율이 낮을수록 직결형 회전교차로의 교통소통 효율이 높게 나타났다.

2) 주·부도로 교통량 비율이 7:3인 경우

주․부도로 비율 7:3인 경우의 교통량에 따른 분석결과는 Figure 18-20과 같다. 먼저 Figure 18의 좌회전 비율 10%의 경우에는 차로당 교통량 200대/시에서 300대/시까지는 회전교차로, 400대/시에서 700대/시까지는 직결형 회전교차로가 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. Figure 19의 좌회전 비율 20%의 경우에는 차로당 교통량 200대/시에서 300대/시까지는 회전교차로, 400대/시에서 500대/시까지는 직결형 회전교차로, 600대/시에서 700대/시까지는 신호교차로가 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. Figure 20의 좌회전 비율 30%의 경우에는 차로당 교통량 200대/시에서는 회전교차로, 300대/시에서 400대/시까지는 직결형 회전교차로, 500대/시에서 700대/시까지는 신호교차로가 평균지체시간이 가장 작게 나타났다.

마찬가지로 좌회전 비율이 낮을수록 직결형 회전교차로의 교통소통 효율이 높게 나타났다. 주․부도로 비율 6:4에 비해 7:3의 경우 좌회전 비율 10%의 700대/시/차로와 30%의 300대/시/차로에서도 직결형 회전교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다.

3) 주·부도로 교통량 비율이 8:2인 경우

주․부도로 비율 8:2인 경우의 교통량에 따른 분석결과는 Figure 21-23과 같다. 먼저 Figure 21의 좌회전 비율 10%의 경우에는 차로당 교통량 200대/시에서는 회전교차로, 300대/시에서 700대/시까지는 직결형 회전교차로가 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. Figure 22의 좌회전 비율 20%의 경우에는 차로당 교통량 200대/시에서는 회전교차로, 300대/시에서 600대/시까지는 직결형 회전교차로, 700대/시에서는 신호교차로가 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. Figure 23의 좌회전 비율 30%의 경우에는 차로당 교통량 200대/시에서는 회전교차로, 300대/시에서 400대/시까지는 직결형 회전교차로, 500대/시에서 700대/시까지는 신호교차로가 평균지체시간이 가장 작게 나타났다.

주․부도로 비율 7:3에 비해 8:2의 경우 좌회전 비율 10%의 300대/시/차로, 20%의 300대/시/차로와 600대/시/차로에서 직결형 회전교차로의 소통이 보다 높게 나타났다.

2. 좌회전 교통량 변화에 따른 분석

1) 주·부도로 교통량 비율이 6:4인 경우

주․부도로의 비율이 6:4인 경우의 좌회전 비율에 따른 분석결과는 Figure 24-27과 같다. Figure 24의 차로당 교통량 400대/시의 경우에는 좌회전 비율 10%에서 30%까지 모두 직결형 회전교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. Figure 25의 차로당 교통량 500대/시의 경우에는 좌회전 비율 10%에서 20%까지는 직결형 회전교차로, 30%에서는 신호교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다.Figure 26의 차로당 교통량 600대/시의 경우에는 좌회전 비율 10%에서는 직결형 회전교차로, 20%에서 30%까지는 신호교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. Figure 27의 차로당 교통량 700대/시의 경우에는 좌회전 비율 10%에서 30%까지 모두 신호교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. 종합해보면 차로당 교통량 비율이 작을수록 직결형 회전교차로의 교통소통 효율이 높게 나타났다.

2) 주·부도로 교통량 비율이 7:3인 경우

주․부도로의 비율이 7:3인 경우의 좌회전 비율에 따른 분석결과는 Figure 28-31과 같다. Figure 28의 차로당 교통량 400대/시의 경우에는 좌회전 비율 10%에서 30%까지 모두 직결형 회전교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. Figure 29의 차로당 교통량 500대/시의 경우에는 좌회전 비율 10%에서 20%까지는 직결형 회전교차로, 30%에서는 신호교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. Figure 30, Figure 31의 차로당 교통량 600대/시, 700대/시의 경우에는 좌회전 비율 10%에서는 직결형 회전교차로, 20%에서 30%까지는 신호교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. 종합해보면 주․부도로 비율 6:4에 비해 7:3의 경우 교통량 700대/시/차로의 좌회전 비율 10%에서 직결형 회전교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다.

3) 주·부도로 교통량 비율이 8:2인 경우

주․부도로의 비율이 8:2인 경우의 좌회전 비율에 따른 분석결과는 Figure 32-35와 같다. Figure 32의 차로당 교통량 400대/시의 경우에는 좌회전 비율 10%에서 30%까지 모두 직결형 회전교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. Figure 33, Figure 34의 차로당 교통량 500대/시, 600대/시의 경우에는 좌회전 비율 10%에서 20%까지는 직결형 회전교차로, 30%에서는 신호교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. Figure 35의 차로당 교통량 800대/시의 경우에는 좌회전 비율 10%에서는 직결형 회전교차로, 20%에서 30%까지는 신호교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다. 종합해보면 주․부도로 비율 7:3에 비해 8:2의 경우 교통량 600대/시/차로의 좌회전 비율 20%에서 직결형 회전교차로의 평균지체시간이 가장 작게 나타났다.

3. 분석결과

1) 분석결과 정산

분석 후 처리교통량의 정산 결과는 Table 6의 값과 같다. 회전교차로는 권장 교통량범위인 400대/시/차로 이하에서는 다른 교차로들과 비슷하게 교통량을 처리했으나 교통량이 커질수록 교통 처리 능력이 낮아져 처리교통량이 급격히 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 직결형 교차로도 소통 능력이 신호교차로에 비해 낮아지는 범위인 600대/시 이상에서는 지체시간이 크게 발생되어 처리교통량이 신호교차로에 비해 낮은 것을 확인할 수 있다. 따라서 시뮬레이션이 합리적으로 이루어졌음을 확인할 수 있다.

2) 분석결과 종합

주․부도로 교통량 비율, 차로당 교통량, 좌회전 교통량 비율 등에 따른 모든 시나리오에 대한 분석 종합 결과는 Table 7과 같다. 빗금 친 부분은 회전교차로의 지체시간이 가장 짧고, 회색 부분은 직결형 회전교차로, 흰색 부분은 신호교차로가 지체시간이 가장 짧은 것을 나타낸다. 회전교차로는 200-300대/시/차로 정도의 낮은 교통량 범위에서 세 교차로 중 가장 유리하고 주․부도로 비율과 좌회전 교통량 비율이 커질수록 지체가 높아지게 분석되었다.

종합해보면 주도로 부도로의 교통량 비율 차이가 커지고 좌회전 교통량 비율과 차로당 교통량이 적을수록 직결형 회전교차로의 교통처리 능력이 높게 나타났다. 이는 직결형 회전교차로가 주도로 직진 교통량은 회전차로를 지나지 않고 교차로를 직진으로 통과해 회전차로 이용교통량이 감소하기 때문이다. 그러나 교통량이 증가하고 좌회전 교통량 비율이 큰 경우에는 회전교차로의 특성 및 직결형 회전교차로의 교차로 내 한정된 대기공간으로 인하여 신호교차로보다 교통처리 능력이 떨어지는 것으로 분석되었다. 따라서 세 가지 교차로의 비교․분석 결과 직결형 회전교차로는 회전교차로 적용 기준 교통량보다 크고 신호교차로보다 교통처리 능력이 우수한 교통량 구간에서 적용이 권장된다.

결론 및 제언

본 연구는 교통소통 측면에서 직결형 회전교차로 도입 가능성과 적용 가능 범위를 분석하고자 직결형 회전교차로, 신호교차로, 회전교차로 등의 세 가지 교차로를 동일한 조건하에서 주․부도로 비율과 차로당 교통량, 좌회전 교통량 비율에 따른 시나리오를 작성하여 평균지체시간을 분석지표로 사용하여 비교 분석 하였다.

분석 결과 주․부도로 비율 6:4인 경우에는 차로당 교통량이 400대/시에서는 좌회전 비율 10%에서 30%까지, 500대/시에서는 10%에서 20%까지, 600대/시에서는 10%까지 직결형 회전교차로의 교통 처리 능력이 가장 좋게 나타났다. 종합해보면 주도로 부도로의 교통량 비율 차이가 커질수록 좌회전 교통량 비율과 차로당 교통량이 적을수록 직결형 회전교차로의 교통 처리 능력이 높게 나타났다.

분석결과를 토대로 회전교차로 설치기준 교통량을 초과하는 교통량이 이용하며 교통혼잡이 발생되는 신호교차로를 대상으로 주․부도로 교통량 비율, 좌회전교통량 비율 등을 감안하여 직결형 회전교차로를 도입할 경우 교통소통 제고에 기여가 예상된다. 특히 같은 교통량에서는 주․부도로 교통량 비율이 클수록, 좌회전 비율이 작을수록 직결형 회전교차로 도입 효과가 커지게 된다. 따라서 국내에서 주도로의 직진교통량은 많지만 부도로의 교통량이 적어 주․부도로 비율의 차이가 있으며 교통 혼잡이 있는 교차로에 직결형 회전교차로의 도입 시 효과가 있을 것으로 기대되며 도입 기준은 Table 7을 제시한다.

이에 따라 향후 비용이 많이 들며 설치 후 다른 형태의 교차로로의 전환이 힘든 입체형 교차로의 설치 전 직결형 회전교차로의 도입을 고려할 필요성이 있다. 또한 입체형 교차로 설치 후에도 혼잡 문제가 해결되지 않는 주도로 부도로 교통량 비율의 차이가 확연히 나타나는 교차로에 직결형 회전교차로를 도입할 경우 효과를 기대 할 수 있다.

본 연구에서는 세 가지 유형의 독립교차로를 비교․분석하였다. 하지만 실제 상황에서는 연동신호로 운영되는 교차로가 다수 존재하며 직결형 회전교차로의 특성 상 직진 연동효과를 기대할 수 있다. 따라서 향후에는 다수의 교차로를 연동하는 네트워크를 구축하여 비교해보는 연구가 필요하다. 또한 2차로 회전교차로만을 분석 대상으로 하였으나 직결형 회전교차로는 회전차로가 두 개로 나누어지고 주도로 직진 교통량이 회전차로를 통과하지 않기 때문에 회전차로의 통행마찰이 크게 줄게 되어 향후에는 3,4차로 등의 보다 많은 차로 수에 대한 연구도 필요하다. 그리고 교통 시뮬레이션으로만 분석한 것을 확장하여 실제 사례지를 선정하고 직결형 회전교차로 도입 전후의 효과를 비교해보는 연구도 필요할 것으로 판단된다.