한국철도기술연구원(원장 한석윤)은 철도 레일의 안전 상태를 과학적, 합리적으로 평가해 장대레일의 교체와 유지보수 기준을 재정립하기 위한 ‘머신러닝 기법을 활용한 장대레일 수명평가’ 기술개발에 나섰다고 20일 밝혔다.
장대레일은 중간 이음매가 없어 승차감이 부드럽고 덜컹거리는 소음을 줄일 수 있는 장점을 갖고 있어 지난 1990년대부터 열차의 안전한 주행과 승차감 향상을 위해 본격적인 부설이 이뤄지고 있다.
현재 전체 철도레일 중 약 80%에 장대레일이 적용돼 있으며, 지속적으로 장대레일로 전환되고 있는 상황이다.
하지만, 장대레일은 안전성 여부 판단 시 일반 구조물과 동일한 방법을 적용할 수 없어 그동안 수명 진단에 어려움이 따르고 있는 것으로 알려지고 있다.
온도나 기타 하중에 의한 길이 방향의 변형이 발생하지 않아 변형률 계측을 통한 내부응력 추정이 불가능하기 때문이다.
특히, 통행한 열차의 누적 중량이 6억 톤에 도달할 경우 레일의 상태와 관계없이 새로운 레일로 교체되고 있어 더 사용할 수 있는 레일도 교체할 우려가 있는 만큼 정확한 상태 진단이 필요하다는 의견이 대두되고 있다.
또한, 최근 기후변화로 인해 혹한 또는 혹서기 시 열차를 서행하며, 안전을 확보하고 있는 가운데 자칫 레일이 변형되거나 끊어질 위험이 존재해 안전 상태를 확실하게 파악해야 한다는 의견에도 힘이 실리고 있다.
이에 철도연에서는 그동안 관행적으로 진행하던 기존의 유지관리를 과학적 데이터에 근거한 성능기반의 유지관리 체계로 전환하는 기술 개발에 나섰다.
철도연을 중심으로 진행 중인 이 연구는 ‘철도 레일 상시 진단을 통한 수명연장 기술개발’ 연구로 오는 2023년 말까지 진행된다.
이 연구는 레일의 현재 상태를 비롯해 열차의 운행 현황, 레일마모 상태를 상시 모니터링하고, 지속적으로 축적되는 데이터를 머신러닝 기법으로 분석, 기대수명을 합리적으로 평가하는 기술 개발을 목표로 진행되고 있다.
이를 위해 연구팀은 장대레일 응력 상시 모니터링 시스템 개발을 위해 형광분광법, 초음파 전달기법에 의한 장대레일의 응력 계측방법을 개발하고 있다.
또한, 개발 중인 장대레일 응력 측정방법 검증을 위한 세계 최초의 궤도와 레일 현장 환경 재현 시스템, 레일 고주기 피로수명 평가시스템 개발 연구도 병행하고 있다.
이 같은 연구를 기반으로 연구팀은 기존의 현장 데이터를 포함, 시험을 통해 확보한 장대레일 데이터를 활용하고, 통계 기법을 적용한 신뢰도 기반 유지관리 기법을 개발해 장대레일의 수명을 정량적으로 평가할 예정이다.
한편, 이 기술은 고속철도와 일반철도는 물론, 각 지자체의 도시철도 장대레일 구간에도 활용할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
이를 위해 연구팀은 코레일의 운영 데이터와 도시철도 구간의 데이터도 함께 활용, 분석하는 등 다양한 환경에서 레일의 수명을 예측할 수 있는 평가기법 개발에 나설 예정이다.
여인호 수석연구원은 “세계 최초로 개발 중인 머신러닝을 활용한 장대레일 응력 측정과 수명평가 기술을 실용화하는 한편, 이를 검증하는 궤도시스템 시험시스템을 구축해 철도시설 유지보수 분야의 기술을 선도하도록 노력하겠다”고 밝혔다.
한석윤 원장은 “이 기술은 철도시설의 유지관리 시간과 비용을 절감하는 첨단 기술”이라며, “철도시설 유지관리 기준의 국제화를 통한 해외철도 시장 진출과 4차 산업혁명 기술과의 융합으로 더욱 안전한 철도교통을 이룰 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했다.
