용도지역제에 기반한 도시확산과 차량에너지 소비의 관계 연구 = A Study on the Relationship between Zoning-based Urban Expansion and Vehicle Energy Consumption

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 용도지역제에 기반한 도시확산이 차량에너지 소비에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고, 용도지역 변화의 세 가지 공간적 경로가 차량에너지 소비에 미치는 차별적 영향을 실증적으로 규명하는 것을 목적으로 한다. 도시확산은 도시의 물리적 경계가 외부로 확장되는 현상으로, 도시의 공간구조 변화와 토지이용 패턴의 변화를 수반한다. 이러한 공간적 변화는 주민들의 이동 거리와 교통수단 선택에 직접적인 영향을 미쳐 차량에너지 소비 패턴을 형성하는 중요한 요인이 된다. 한국의 용도지역제는 도시계획의 근간이 되는 제도로서 토지의 합리적 이용과 도시 기능의 효율적 배치를 위한 핵심적 정책 수단으로 활용되어 왔으나, 경직적 운영과 무분별한 도시 외곽 개발 등의 문제점이 지속적으로 제기되어 왔다.
본 연구는 기존 연구에서 간과되어 온 용도지역 변화의 세 가지 공간적 변화 경로?비도시지역의 편입, 기존 용도지역 간 전환, 미세분지역의 용도 확정?가 차량 에너지 소비에 미치는 차별적 영향을 정량적으로 규명하고자 하였다. 또한 가구의 사회경제적 특성이 이러한 관계에 미치는 조절효과를 체계적으로 분석함으로써, 도시계획 정책이 교통 부문의 에너지 소비와 환경적 지속가능성에 미치는 영향을 종합적으로 이해하고, 소득이나 주거형태와 같은 사회경제적 요인을 고려한 정책 방향을 제시하고자 하였다.
연구의 공간적 범위는 한국의 17개 시·도 지역을 포괄하며, 시간적 범위는 용도지역 변화 분석의 경우 2017년부터 2022년까지, 차량에너지 소비 분석은 2018년부터 2022년까지로 설정하였다. 용도지역 변화가 도시공간 형성과 주민 이동패턴 변화를 통해 차량에너지 소비에 영향을 미치는 시점을 감안하여 실질적 영향을 확인하기 위해 1년 시간지연 효과를 핵심 설계로 채택하여 2019년부터 2022년까지의 실증분석을 수행하였다. 분석 자료로는 한국국토정보공사의 용도지역 변화 자료와 에너지경제연구원의 가구에너지패널조사 자료를 결합하여 가구-지역-시간의 3수준 위계적 패널데이터를 구축하였다.
방법론적 측면에서 본 연구는 패널데이터 기반 위계적 선형모형(Panel Hierarchical Linear Model)을 적용하여 다층적 공간구조와 시간적 변화를 통합적으로 분석하였다. 이 방법론은 가구(Level 1)-지역(Level 2)-시간(Level 3)의 3수준 위계적 구조를 반영함으로써, 개별 가구의 미시적 특성과 지역의 거시적 특성, 그리고 시간에 따른 변화 패턴을 동시에 고려할 수 있는 방법론적 우위를 갖는다. 특히 차량 에너지 소비가 가구-지역-시간의 다층적 구조에서 발생하는 복합적 현상임을 고려하여, 집단 내 상관성을 적절히 통제하면서 각 수준의 변수들이 미치는 영향을 체계적으로 분석할 수 있도록 모형을 설계하였다. 연구모형의 타당성은 급내상관계수(ICC) 분석을 통해 검증하였으며, 모든 모형에서 지역 수준의 분산이 통계적으로 유의미하게 나타나 위계적 모형 적용의 적합성이 확인되었다.
실증분석 결과, 용도지역 변화는 차량에너지 소비에 통계적으로 유의미한 영향을 미치는 것으로 확인되었으며, 그 영향의 방향과 크기는 용도지역 유형과 변화 경로에 따라 차별적으로 나타났다. 주상공지역 확산은 전반적으로 차량에너지 소비를 증가시키는 효과(β=0.017, p<0.05)가 있는 반면, 녹지지역 확산은 차량에너지 소비를 감소시키는 효과(β=-0.252, p<0.01)가 있는 것으로 분석되었다. 이는 주상공지역 확산이 도시 기능의 분산과 통행거리 증가를 통해 차량 의존도를 높이는 반면, 녹지지역 확산은 보행 환경 개선과 근거리 활동 증가를 통해 차량 이용을 감소시키는 효과가 있음을 실증적으로 확인하는 결과이다.
용도지역 변화의 세 가지 공간적 경로별 분석 결과, 미세분지역에서 주상공지역으로의 용도 확정은 차량에너지 소비 증가에 가장 큰 영향(β=6.212, p<0.01)을 미치는 것으로 나타났다. 이는 미세분지역의 용도 확정 과정에서 도로망 확충과 같은 교통 인프라와 토지이용 패턴이 차량 의존적으로 형성되기 때문으로 해석된다. 비도시지역에서 주상공지역으로의 전환 역시 차량에너지 소비 증가에 유의한 영향(β=0.056, p<0.1)을 보였으나, 그 효과는 상대적으로 작았다. 반면, 비도시지역에서 녹지지역으로의 전환은 차량에너지 소비 감소에 유의미하게 기여(β=-0.033, p<0.01)하는 것으로 분석되어, 체계적인 녹지지역 편입이 도시의 공간적 효율성을 증진시켜 차량연료 소비를 감소시킬 수 있음을 보여주었다.
특히 주목할 만한 결과는 가구소득과 주거형태(아파트 거주 여부)가 용도지역 변화와 차량에너지 소비 간의 관계를 유의미하게 조절한다는 점이다. 교차수준 상호작용 분석 결과, 소득이 차량연료 소비에 미치는 영향의 지역 간 이질성이 모든 모형에서 통계적으로 유의하게 나타났으며(임의기울기 분산 p<0.01), 이는 가구소득이 차량연료 소비에 미치는 영향력이 지역의 용도지역 변화 맥락에 따라 상당한 차이가 있음을 의미한다. 아파트 거주 가구와 비아파트 거주 가구 간에도 용도지역 변화의 영향에 차이가 관찰되었으며, 이는 주거형태와 도시 공간구조의 상호작용이 에너지 소비에 미치는 복합적 효과를 시사한다.
본 연구의 학술적 기여는 크게 세 가지 측면에서 평가할 수 있다. 첫째, 용도지역제의 제도적 작동 체계가 도시확산과 차량에너지 소비에 미치는 영향 경로를 체계적으로 규명함으로써, 도시계획 제도와 차량에너지 소비 간의 관계에 대한 이론적 이해를 심화하였다. 둘째, 용도지역 변화의 세 가지 공간적 경로별 기여도를 정량화하고 그 차별적 영향을 실증적으로 규명함으로써, 기존 연구에서 간과되어 온 용도지역 변화의 작용 과정에 대한 보다 정교한 이해를 가능하게 하였다. 셋째, 가구-지역-시간의 3수준 위계적 구조를 반영한 패널 HLM을 통해 가구 특성과 지역 특성 간의 교차수준 상호작용을 체계적으로 분석함으로써, 도시계획 정책의 효과가 사회경제적 요인과 주거환경에 따라 어떻게 차별화되는지를 규명하였다.
본 연구 결과는 다음과 같은 정책적 함의를 갖는다. 첫째, 도시계획 과정에서 주상공지역과 녹지지역의 전략적 배치와 균형적 발전이 차량에너지 소비 관리에 핵심적임을 시사한다. 둘째, 용도지역 변화의 차별적 영향을 고려한 맞춤형 도시계획 정책이 필요하다. 특히 미세분지역에서 주상공지역으로의 용도 확정이 가장 큰 차량에너지 소비 증가를 초래하므로, 이러한 과정에서 대중교통 인프라를 선제적으로 구축하는 등의 보완 정책이 필요하다. 셋째, 사회경제적 형평성을 고려한 통합적 도시·교통 정책의 수립이 요구된다. 소득과 주거형태에 따른 차별적 영향을 고려하여 저소득 가구의 교통 접근성과 이동성을 보장할 수 있는 보완 정책을 함께 마련해야 한다. 넷째, 용도지역 계획과 교통 정책의 통합적 접근이 강화되어야 한다. 용도지역 계획 수립 시 교통 영향을 체계적으로 평가하고, 용도지역 변경에 따른 교통 수요 변화에 선제적으로 대응할 수 있는 통합적 계획 체계가 구축되어야 한다.
종합하면, 본 연구는 용도지역제에 기반한 도시확산과 차량에너지 소비의 관계를 다층적 관점에서 분석함으로써, 기존 연구의 공백을 메우고 학술적·정책적 논의를 진전시키는 데 기여할 것으로 기대한다. 아울러 이러한 연구 결과는 기후변화 대응과 지속가능한 도시 발전을 위한 용도지역 계획의 효율적 접근법을 모색하는 데 중요한 시사점을 제공할 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aims to systematically analyze the impact of urban expansion based on zoning systems on vehicle energy consumption and to empirically identify the differential effects of three spatial pathways of zoning changes on vehicle energy consumption. Urban expansion refers to the outward extension of a city's physical boundaries, accompanied by changes in urban spatial structure and land use patterns. These spatial changes directly influence residents' travel distances and transportation mode choices, ultimately becoming significant factors in shaping vehicle energy consumption patterns. Korea's zoning system has served as the foundation of urban planning and a key policy instrument for rational land use and efficient arrangement of urban functions. However, issues such as rigid operation and indiscriminate suburban development have been continuously raised.
This study sought to quantitatively identify the differential impacts of three spatial pathways of zoning changes-incorporation of non-urban areas, conversion between existing zones, and finalization of unspecified zones-that have been overlooked in existing research, on vehicle energy consumption. Additionally, by systematically analyzing the moderating effects of household socioeconomic characteristics on these relationships, the study aimed to comprehensively understand the impacts of urban planning policies on energy consumption in the transportation sector and environmental sustainability, and to suggest policy directions that consider socioeconomic equity.
The spatial scope of the study encompasses 17 metropolitan cities and provinces in Korea, while the temporal scope is set from 2017 to 2022 for zoning change analysis and from 2018 to 2022 for vehicle energy consumption analysis. To identify the medium to long-term impacts of zoning changes on vehicle energy consumption through urban space formation and changes in residents' movement patterns, a one-year time-lag effect was adopted as a key design, conducting
empirical analysis from 2019 to 2022. For analytical data, a three-level hierarchical panel dataset of household-region-time was constructed by combining zoning change data from the Korea Land Information Corporation and household energy survey data from the Korea Energy Economics Institute.
Methodologically, this study applied a panel-based Hierarchical Linear Model to comprehensively analyze multilevel spatial structures and temporal changes. This methodology offers methodological advantages by reflecting a three-level hierarchical structure of household (Level 1)-region (Level 2)-time (Level 3), simultaneously considering microscopic characteristics of individual households, macroscopic regional characteristics, and temporal change patterns. Particularly considering that vehicle energy consumption is a complex phenomenon occurring within the multilevel structure of household-region-time, the model was designed to systematically analyze the impacts of variables at each level while appropriately controlling for intra-group correlations. The validity of the research model was verified through Intraclass Correlation Coefficient (ICC) analysis, and the appropriateness of applying the hierarchical model was confirmed as regional-level variance was statistically significant in all models.
The empirical analysis results confirmed that zoning changes have statistically significant impacts on vehicle energy consumption, with the direction and magnitude of impact varying by zoning type and change pathway. Residential/commercial/industrial area expansion generally increased vehicle energy consumption (β=0.017, p<0.05), while green β area expansion decreased it (β=-0.252, p<0.01). This empirically β demonstrates that residential/commercial/industrial area expansion increases vehicle dependency through dispersal of urban functions and increased travel distances, while green area expansion decreases vehicle
use through improved pedestrian environments and increased short-distance activities.
Analysis by three spatial pathways of zoning changes revealed that finalization of unspecified areas to residential/commercial/industrial areas had the greatest impact on increasing vehicle energy consumption (β=6.212, p<0.01). This is interpreted as the formation of vehicle-dependent transportation infrastructure and land use patterns during the process of finalizing unspecified areas. Conversion from non-urban areas to residential/commercial/industrial areas also showed
significant effects on increasing vehicle energy consumption (β=0.056, p<0.1), although the effect was relatively smaller. In contrast, conversion from non-urban areas to green areas significantly contributed to reducing vehicle energy consumption (β =-0.033, p<0.01), demonstrating that systematic incorporation of green areas can enhance urban spatial efficiency and reduce vehicle fuel consumption.
A particularly noteworthy finding is that household income and housing type (apartment residence) significantly moderate the relationship between zoning changes and vehicle energy consumption. Cross-level interaction analysis showed that regional heterogeneity in the impact of income on vehicle fuel consumption was statistically significant across all models (random slope variance p<0.01), indicating substantial differences in how household income affects vehicle fuel consumption depending on the regional context of zoning changes. Differences in the impact of zoning changes were also observed between apartment-dwelling households and non-apartment-dwelling households, suggesting complex effects of the interaction between housing types and urban spatial structures on energy consumption.
The academic contributions of this study can be evaluated in three main aspects. First, it deepened theoretical understanding of the relationship between urban planning systems and energy consumption by systematically identifying the pathways through which the institutional mechanisms of the zoning system affect urban expansion and vehicle energy consumption. Second, it enabled a more sophisticated understanding of zoning change mechanisms by quantifying the
contributions of three spatial pathways of zoning changes and empirically identifying their differential impacts, addressing gaps overlooked in existing research. Third, it identified how the effects of urban planning policies differ by socioeconomic class and residential environment through systematic analysis of cross-level interactions between household characteristics and regional characteristics using a three-level hierarchical structure of household-region-time with panel HLM.
The findings of this study have the following policy implications. First, strategic placement and balanced development of residential/commercial/industrial areas and green areas in the urban planning process are crucial for managing vehicle energy consumption. Second, customized urban planning policies considering the differential impacts of zoning changes are necessary. In particular, finalization of unspecified areas to residential/commercial/industrial areas causes the largest increase in vehicle energy consumption, so complementary policies such as preemptive construction of public transportation infrastructure should be implemented during such processes. Third, the development of integrated urban and transportation policies considering socioeconomic equity is required. Considering the differential impacts based on income and housing types, complementary policies should be established to ensure transportation accessibility and mobility for low-income households. Fourth, an integrated approach to zoning planning and transportation policy should be strengthened. A comprehensive planning system should be established to systematically evaluate transportation impacts when formulating zoning plans and to proactively respond to changes in transportation demands resulting from zoning changes.
In conclusion, this study contributed to filling gaps in existing research and advancing academic and policy discussions by analyzing the relationship between urban expansion based on zoning systems and vehicle energy consumption from multilevel and dynamic perspectives. These research findings are expected to provide important implications for exploring innovative approaches to zoning planning for climate change response and sustainable urban development.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구의 배경 및 필요성 1
• 제2절 연구목적 및 연구질문 6
• 1. 연구목적 6
• 2. 연구질문 8
• 제3절 연구의 범위 및 구성 9
• 1. 분석 대상 및 시간적 범위 9
• 2. 주요 변수 및 분석 방법 10
• 3. 논문의 구성 11
• 제2장 선행연구 검토 13
• 제1절 도시확산 개념과 용도지역제의 역할 13
• 제2절 도시공간구조와 교통행태의 관계 17
• 1. 도시공간구조와 교통행태 연구 동향 17
• 2. 도시공간구조와 교통행태 주요 연구 21
• 3. 용도지역제와 차량에너지 소비: 가설 도출의 배경 25
• 제3절 한국 도시화 과정과 용도지역제 35
• 제4절 한국 용도지역제와 차량에너지 소비 연구 동향 42
• 제5절 기존 연구의 한계와 연구의 필요성 43
• 제3장 연구방법 47
• 제1절 분석전략 47
• 제2절 용도지역 변화 지표의 산출 방식 50
• 1. 용도지역의 변화 경로 50
• 2. 용도지역 변화 원인별 기여분 산출 방법 52
• 3. 용도지역 면적과 기여도 지표의 표준화 방법 57
• 제3절 차량에너지 소비 분석 모형 62
• 1. 패널데이터 기반 위계적 선형모형 방법론 적용 배경 66
• 2. 데이터 구조 및 분석 범위 67
• 3. 위계적 선형모형 모형 설정 68
• 4. 변수 변환 및 중심화 전략 75
• 제4절 단계적 모형 구축 전략 77
• 1. 급내상관계수 분석을 통한 다층구조의 타당성 검증 78
• 2. 연구모형별 수식 79
• 3. 패널데이터 기반 위계적 선형모형 추정 과정 93
• 제4장 분석 1: 한국 용도지역제의 주요 특징과 현황 95
• 제1절 지역별 주상공지역 및 녹지지역 확산의 원인 구조 분석 95
• 제2절 표준화된 기여도 지표의 분석 99
• 제3절 용도지역 확산 패턴의 종합적 함의 104
• 제5장 분석 2: 도시지역 확산과 차량에너지 소비 관계 분석 108
• 제1절 기술통계 108
• 제2절 도시확산이 차량에너지 소비에 미치는 직접효과 111
• 제3절 도시확산과 가구소득 및 주거형태 간의 상호작용 분석 119
• 제4절 도시확산과 차량에너지 소비의 관계에 대한 종합적 해석 124
• 1. 가설 검증 124
• 2. 분석결과에 대한 종합적 해석 127
• 제5절 강건성 검증 130
• 제6장 결론 134
• 참고문헌 139
• ABSTRACT 155
• 감사의 글 161