2014 년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집 KSR2014S111

사용자 중심의 철도차량 운전실 설계에 관한 연구

A Study of User Centered Rail-Cab Design

이성섭*, 조 희*†, 함규호*, 조성근**

Seongseob Lee, Hee Jo, Kyuho Ham, Seongkun Cho

Abstract Seoul Metro operates 1,954 cars in line 1 to line 4. But there are different kinds of rolling stocks even though in same line. Because of the difference in rail cab design, control desk, and arrangement of switches or equipment, crews are confusing in case of emergency. In this paper, a survey was carried out targeting crews working at Seoul Metro to make an investigation for preference of equipment allocation and shape. Most of those questioned preferred a grouped switches classified by colours. Based on the opinion, the principles of design are established. Then we choose 4 train breakdown situations that train service is impossible and suggest designing of rail-cab to reduce human error and train disorder. Keywords : User centered, Rail-cab design, human error, train disorder 초 록 열차운행 중 내외부적인 요인으로 인해 발생하는 운행장애의 대부분은 승무원의 조치로 정상운행이 가능하다. 현재 서울메트로에서 운영중인 차량은 동일호선의 각 차량들의 각종 조작기기와 스위치의 배치가 상이하여 이례상황발생시 승무원의 혼란을 야기한다. 본 논문에서는 현직 승무원들을 대상으로 설문법과 면접법을 실시하여 운전실의 문제점과 기기배치 및 형태의 선호도를 조사한다. 이를 바탕으로 4가지 운전실 설계원칙을 세운 후 전동차운행이 불가능한 4가지 고장상황을 선정한다. 주요취급기기를 색상별로 그룹화하여 인적오류와 운행장애를 최소화 할 수 있는 도시철도 운전실 설계를 제안한다.

주요어 : 사용자 중심, 운전실 설계, 인적오류, 운행장애

1. 서 론

열차의 안전운행 및 정시운행은 도시철도의 필수요건이다. 하지만 열차운행 중 시설고장,

차량고장, 신호장애, PSD 장애, 또는 인적 오류 등과 같은 내외부적 요인으로 인해 위험사

건 및 지연운행과 같은 운행장애가 발생한다. 고객의 안전과 신뢰를 위해, 열차는 이와 같

은 운행장애의 예방과 응급조치를 위한 설비를 갖추고 있으며, 승무원은 이에 대한 조치법

을 훈련 받고 있다.

국내외적으로 철도차량을 제작 시 인체공학을 적용한 연구들이 발표되고 있으며, 그 효과

를 입증하는 연구도 발표되고 있다[1-3]. 현재 국내에 철도차량 제작과 관련된 기본적인 규

격 및 사양은 규정되어 있으나, 운전실 설계에 관한 연구는 아직 활발히 이루어지고 있지

† 교신저자: 서울메트로 대림승무사업소(ossam@seoulmetro.co.kr)

* 서울메트로 대림승무사업소

** 서울메트로 운전처

않다[1,4-6]. 특히 운전실 기기배치 및 제어대의 기준이 정립되지 않아 각 차량마다 구조가

서로 다르다. 이로 인해 승무원들은 기기취급을 할 때 불편 및 불안감을 느낀다. 따라서 이

례상황발생시 신속한 조치 및 대처에 어려움과 혼란을 야기하여 오류(error) 및 착오

(mistake), 실수(slip)를 하기도 한다[2,7].

본 논문에서는 이러한 승무원의 특성을 바탕으로 열차고장 및 운행장애사례를 분석한다.

서울메트로 승무원들의 설문과 인터뷰를 통하여 문제점을 조사한 후 열차운전실 설계원칙을

도출하여 운행장애를 최소화할 수 있는 도시철도 운전실 설계를 제안한다.

2. 본 론

2.1 열차운행현황

현재 서울메트로의 전동차는 1호선 160량, 2호선 834량, 3호선 490량, 4호선은 470량으로

총 1954량을 보유하고 있다. 차종별로는 1000호대 저항제어, 1000호대 VVVF, 2000호대 저항

제어, 2000호대 MELCO, 2000호대 GEC, 2000호대 VVVF, 3000호대 쵸퍼, 3000호대 VVVF, 4000

호대 VVVF 전동차(401~426편성의 ADV와 451~471편성의 DCV)를 운영 중이다[8]. 전 구간 동

일호선에서 서로 다른 차량들을 운영하고 있으며 운전실의 구조 및 기기배치는 서로 상이하

다. Fig. 1은 서울메트로 2호선에서 운행중인 차종의 운전실의 모습이며, EBCOS스위치의 위

치를 나타내었다. 이렇듯 차량별로 운전실의 구조 및 기기배치가 상이하다.

Fig. 1 서울메트로 2호선에서 운행중인 차종의 운전실 및 EBCOS의 위치

2.2 사고 및 장애

ATO 201~205

개조 전동차

GEC 전동차

ATO 215 ~

EBCOS

EBCOS

EBCOS

EBCOS

2.2.1 사고 및 장애의 분류

Table 1에 철도사고등의 분류기준을 나타내었다[9-11]. 운행장애는 철도사고 및 철도재난에

속하지 않는 것으로 철도사고로 발전될 잠재적 가능성이 높은 상태인 위험사건과 10분이상

열차운행에 지장을 초래한 지연운행을 말한다. 경미장애는 서울메트로 내부적으로 관리하는

장애기준으로 철도사고나 운행장애에 속하지 않는 10분미만의 장애를 말한다.

Table 1 철도사고등의 분류기준

분류 종류 및 설명

철도사고

철도교통사고 열차사고

열차사고

열차충동사고

열차탈선사고

기타열차사고

건널목사고

철도교통사상사고

여객

공중

직원

철도안전사고

철도화재사고

철도안전사상사고

여객

공중

직원

철도시설파손사고

기타철도안전사고

운행장애

위험사건 : 철도사고로 발전될 잠재적 가능성이 높은 사태

지연운행 : 열차운행에 일시적인 지장을 초래한 것으로서 전동열차의 경우 본선에서 10분 이상

지연 운행한 것

철도재난

※경미장애 : 열차 등의 운전으로 인하여 당해 열차나 차량의 운전에 지장을 준 것 중 철도사고나 운행장애에

속하지 않는 것으로 열차지장 10분미만 장애.

2.2.2 장애 분석

2003~2013년 서울메트로의 운전분야 운전장애를 분석하여 Table 2에 나타내었다[10].

기타장애는 운행장애, 경미장애 이외의 운행서비스 차질 사례이며, 2008년 이전에는 집계하지

않았다. 철도사고는 2006년에 1건이 있었으며, 운행장애는 점차 줄어 안정화되는 추세이다.

분석결과 운행장애는 휴먼에러와 기술, 기능적 원인으로 분류되며 특히 휴먼에러가 약 70%를

차지하고 있다.

Table 2 최근 10년간 운행장애 현황

구분 ’03 ’04 ’05 ’06 ’07 ’08 ’09 ’10 ’11 ’12 ’13

철도사고 - - - 1 - - - - - - -

운행장애 11 11 6 12 8 5 3 2 3 2 2

기타장애 - - - - - 3 8 10 13 14 14

계 11 11 6 12 8 5 3 2 3 2 2

2.3 선행연구 분석

전진형[12]은 국내 운전자의 신체 특성을 분석하여 UIC 651과 비교하였다. 국내 성인의

신체치수와 차이가 있음을 확인하여 국내 사용자의 신체특성을 반영할 수 있는 기준정립의

필요성을 언급하였다. 임재은[13]은 180km/h급 전기동차의 운전실설계기준을 마련하기 위해

기관사의 설문조사를 통해 기기들의 형식과 위치의 선호도를 조사하였다. 안성숙[14]은

서울메트로 1~4호선 기관사를 대상으로 설문조사를 하여 운전실내 주요기기의 배치 및 형태에

대한 선호도를 조사하여 그 대안을 제시하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이 기존연구는 대부분 인체공학적 설계에 대한 연구와, 설문을

통해 운전실 기기의 위치와 형태의 선호도 조사에 대한 연구이며, 색상을 통일하여 표시등과

기기를 배치 및 추가하고 그룹화한 사례는 찾기 어렵다.

2.4 개선 대안 제시

2.4.1 조사방법 및 분석

조사분석을 위해 서울메트로에 재직중인 승무원을 대상으로 실시한 선행연구의 설문결과

[14]와 현직 승무원과의 직접면담을 실시하여 자료를 확보하였다. 면담에 응한 300명을

대상으로 운전실 주요기기들의 배치 방식 및 형식을 조사하였다. 열차운행 중 기기 오취급

경험, 기기배치 그룹화 방식, 기기의 명칭 및 스위치 취급위치 표현의 선호도에 관한 질문을

하였다.

설문조사 결과는 차량별 기기배치 및 취급방법이 상이하여 오취급하거나 당황한 경우가

있는 응답자는 91%였다. 또한 50%이상의 응답자가 기기의 ‘위치’부분에서 오취급 관련

혼동이 많았다고 응답하였다. 취급방법의 표준화에 대한 질문은 응답자 중 98%가 필요하다고

응답하였다. 직접면담을 실시한 결과는 대상 승무원들은 고장표시등 구분이 가장 헷갈린다고

대답하였으며, 기기의 그룹화의 방법으로는 색상별 분류를 가장 선호하는 것으로 나타났다.

2.5 운전실 설계 제안

2.5.1 제안원칙

조사내용을 바탕으로 사용자 중심의 운전실 설계에 대한 원칙을 세울 수 있다.

대응(mapping), 가시성(visibility), 개념모형(conceptual model), 피드백(feedback)의

4가지를 설계 원칙으로 정하였으며[7], 4가지 설계원칙에 대한 각각의 적용방법을 2.4절의

조사분석을 통하여 도출하였다. 설계원칙의 설명과 적용방법을 Table 3에 나타내었다.

‘대응’과 ‘가시성’의 적용방법은 고장표시등과 취급기기의 색을 통일하여, 승무원이

고장표시등을 색으로 확인한 후, 같은 색의 취급스위치를 취급하여 고장조치를 하는 것이다.

승무원이 명확한 개념모형을 가지기 위해 열차제작자의 정확한 ‘개념모형’을 제공해야 하며,

승무원들은 교육, 훈련, 지시를 통해 이를 숙지하여야 한다. 또한 취급한 스위치 및 기기는

점등, TCMI화면 현시, 알람 등의 방법으로 취급자에게 계속적으로 시각 및 청각적

‘피드백’을 주어야 한다.

Table 3 설계원칙

설계원칙 설명 적용방법

Mapping

행위의 결과, 조작과 그 효과, 그리고 시스템

상태가 눈에 보이도록 대응관계를 확정할 수

있어야 한다.

고장표시등과 취급기기의

색을 통일, 취급기기의

그룹화

Visibility 눈으로 보기만 해도 사용자가 장치의 상태와

가능한 여러 행위들을 파악할 수 있어야 한다.

고장표시등과 취급기기의 색을

통일, 취급기기의 그룹화

Conceptual model

설계자는 좋은 개념모형을 제공해야 한다. 즉,

조작과 그 결과가 일관성 있고 조리가 서는

일관된 시스템 이미지를 주어야 한다.

정확한 개념 모형 제공, 교육,

훈련, 지시

Feedback 사용자는 행위의 결과에 관한 충분한 피드백을

지속적으로 받을 수 있어야 한다.

취급 기기/스위치 및 표시등의

점등, TCMI현시, 알람(청각)

2.5.2 제시안

운행장애와 조사결과를 분석하여 전동차 고장으로 운행을 하지 못하는 4가지 상황을

선정하였다. 각각의 고장내용에 대해 고장표시등을 4가지 색으로 결정하였으며, 서울메트로

2호선 ATO전동차를 기준으로 역행불능과 신호기 고장표시등을 추가하였다. 각 고장과 관련된

차단기는 같은 색으로 그룹화하여 고장표시등이 점등되었을 때 관련차단기를 손쉽게 찾을 수

있도록 하였다. Fig. 2에 4가지 고장상황, 대응색상, 취급스위치를 나타내었다. Table 4에

4가지 전동차 고장내용과 이와 관련된 고장표시등, 취급스위치 및 관련 차단기를 나타내었다.

Fig. 2 4가지 고장상황에 대한 색깔과 취급 스위치

Fig. 3은 고장표시등과 취급 스위치를 배치한 제시안이며, Fig. 4는 관계차단기를 그룹화한

제시안이다. 역행차단등과 ATP고장등을 추가한 4가지의 고장표시등을 서로 다른 색으로

구분하였으며, 같은 색의 취급스위치를 바로 옆에 위치시켜 그룹화하였다. 구분되어 있지

않아 혼동된다는 의견이 많았던 관련 차단기도 색상으로 그룹화하여 배치하였다.

Table 4 전동차 고장내용 및 고장표시등과 관련된 색깔, 취급스위치, 관련차단기

고장내용 고장표시등 색깔 취급스위치 관련 차단기

비상제동 체결 빨강 EBCOS TCN, BSN, BCN, HCRN

역행 불능 파랑(신설) EROS-E0 ENCN, PECN

도어등 불능 노랑 DIRS DILN, DRN, DICLN, DICRN, DCULN, DCURN

신호기 고장 녹색(신설) ATOCOS(ASF) ATCN1, ATCN2, ATCN3, ATCN4, HMIN

Fig. 3 고장표시등과 취급스위치 제시안 Fig. 4 분전함 제시안

3. 결론 및 향후과제

본 논문에서는 승무원을 대상으로 조사를 하여 상이한 운전실 기기배치로 인한 기기취급의

문제점을 파악하였고, 색상을 이용한 기기배치의 그룹화를 선호한다는 것을 확인하였다.

개선방안 마련을 위해 운행장애분석을 통해 4가지 주요고장을 선정하였으며, 설계원칙을

적용하여 차량고장 시 고장표시등과 취급기기의 통일화와 관련 차단기를 색상별로 그룹화하는

방안을 제안하였다. 개선방안 적용사례는 서울메트로 2호선 ATO전동차에 가상으로 적용된

모습을 나타내었다.

열차운행 중 차량고장 발생 시에는 신속하게 응급 및 비상조치를 하여 우선 본선을

개통하는 것이 가장 중요하다. 본 연구에서 제시한 운전실 기기배치, 색상의 통일화 및

그룹화를 통해, 차량고장 발생시 승무원의 혼란 소지를 제거하는 등으로 인적오류를 감소시킬

수 있으며, 고장조치 시간을 단축시킬 수 있다고 판단된다.

향후 연구에서는 본 논문에서 다루지 않은 운전실기기와 스위치 류의 용어의 선호도 및

통일, 기관사 및 승무원의 활동 범위에 따른 운전설비 등의 배치위치 표준화에 대한 후속연구

등이 필요한 것으로 사료된다.

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