대중교통 빅데이터를 활용한 버스전용차로 포장 설계 개선 연구

국문 초록 (Abstract)

도심부 중앙버스전용차로는 반복적인 중하중과 정차·가감속이 집중되는 교통 환경으로 인해 일반 도로보다 조기파손이 빈번하게 발생하고 있다. 최근 버스 유형의 다양화와 시간대별 수요 증가로 인해 실하중이 증가하고 있으나, 현행 포장 설계에서는 이러한 하중 변동성이 반영되지 못하고 있다. 이에 본 연구에서는 대중교통 빅데이터를 활용하여 서울시 중앙버스전용차로의 실제 교통하중 특성을 정량화하고, 이를 기반으로 포장 구조 거동 및 공용성을 분석하였다. 버스 운행 데이터와 교통카드 데이터를 활용하여 버스 유형 및 시간대별 재차인원을 반영한 축하중을 산정하고, 이를 누적 ESAL로 환산하였다. 또한 서울시 기상 자료를 기반으로 포장체 온도를 예측하고, 온도 및 하중 주파수를 고려한 동탄성계수를 적용하여 다층탄성해석 및 공용성 분석을 수행하였다. 분석 결과, 버스유형과 재차인원을 반영한 누적 ESAL은 2015년 서울형 아스팔트 포장 설계법에서 가정한 교통하중보다 크게 나타났으며, 서울시의 교통하중은 재차인원 영향이 큰 것으로 분석되었다. 공용성 분석 결과, 대부분의 단면에서 설계 공용기간 20년을 만족하지 못하였으며, 특히 영구변형 수명은 평균 약 6.7년 수준으로 평가되어, 카달로그 단면을 적용하더라도 장기 공용성 확보에 한계가 있음을 확인하였다. 반면, 고온 변형 저항성이 우수한 SMA 혼합물을 적용한 일부 단면에서는 최대 교통하중 조건에서도 공용성을 만족하여, 재료 특성이 포장 성능에 중요한 영향을 미침을 확인하였다. 이 결과는 향후 새로운 도심부 버스전용차로의 합리적 설계 및 장기공용성 확보를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

entral exclusive bus lanes in urban areas are prone to premature deterioration due to repetitive medium-to-heavy traffic loads and frequent stopping, acceleration,
and deceleration of buses. Although actual traffic loads have increased because of diversified bus types and time-dependent passenger demand, such load variability is not adequately reflected in current pavement design practices. This study utilizes public transportation big data to quantify the traffic loading
characteristics of central exclusive bus lanes in Seoul and to evaluate pavement structural behavior and performance. Axle loads were estimated by incorporating bus types and passenger occupancy using bus operation and smart card data and were converted into cumulative equivalent single axle loads (ESALs). Pavement
temperatures and dynamic modulus considering temperature and loading frequency were applied to multilayer elastic analysis. The results show that cumulative
ESALs are significantly higher than those assumed in the existing design method, and most pavement sections fail to satisfy the 20-year design life, particularly in terms of rutting. However, pavement sections incorporating stone mastic asphalt (SMA) mixtures demonstrate improved performance under high traffic loading conditions, highlighting the importance of reflecting realistic traffic loads and material properties in pavement design.

목차 (Table of Contents)

• 그림목차 ⅲ
• 표목차 ⅳ
• 국문초록 ⅴ
• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 연구의 배경 및 목적 1
• 제 2 절 연구의 범위 및 방법 4
• 제 2 장 선행연구 고찰 6
• 제 1 절 역학적-경험적 설계 프로세스 6
• 제 2 절 버스전용차로 포장의 하중 설계 16
• 제 3 절 연구의 차별성 20
• 제 3 장 연구방법 21
• 제 1 절 연구 방법론 절차 21
• 제 2 절 교통하중 산정 방법 22
• 제 3 절 환경하중 산정 방법 38
• 제 4 절 구조해석 및 공용성 분석 49
• 제 4 장 연구결과 50
• 제 1 절 교통하중 산정 결과 50
• 제 2 절 환경하중 산정 결과 53
• 제 3 절 구조해석 및 공용성 분석 결과 55
• 제 5 장 결론 61
• 제 1 절 결론 및 시사점 61
• 제 2 절 한계점 및 향후 연구계획 63
• 참고문헌 64
• Abstract 66