1. 서 론

보도(歩道, sidewalk)로 진입하는 차량으로부터 보행자의 안전을 확보하고자 설치하는 보도안전시설로 방호말뚝(일명 볼라드(bollard))에 대한 관심과 수요가 증가하고 있다. 특히 지난 2024년 7월 1일 서울시청역 인근에서 발생한 차량 돌진 사고로 보도에 있던 보행자 9명이 사망하는 대형 사고가 발생하여, 보도안전시설에 대한 사회적 관심이 높아졌다. 인구 밀집 지역이나 학교 주변, 주요 보행로 등에서 차량의 보도 돌진 사고 위험성이 대두되면서, 보행자의 통행 제한을 최소화하면서도 효과적인 물리 방호 수단인 방호말뚝의 필요성이 강조되고 있다. 국제적으로 방호말뚝은 보행자 보호와 도시 방재 측면에서 폭넓게 설치되고 있으나(Fig. 1(a) 참조), 아직 국내에는 방호말뚝 관련 방호성능 기준이 없어 현재 설치된 방호말뚝의 차량 억제 성능을 기대하기 어렵다(Fig. 1(b) 참조). 이에 따라 국내 실정에 적합한 방호말뚝의 성능 기준 및 설치 규정 마련이 시급한 실정이다.

국제적으로 방호말뚝의 방호성능을 정량적으로 평가할 수 있는 다양한 충돌시험 기준이 있다. 대표적으로 미국 ASTM F2656(ASTM, 2023)과 ASTM F3016(ASTM, 2019), 그리고 국제표준화기구 ISO 22343-1(ISO, 2023)이다. 이들은 차량의 질량과 속도에 따른 충격량을 기준으로 성능 등급을 구분하고, 성능 등급별 침투 거리, 비산물의 비산거리 등 다양한 성능 평가 지표를 갖고 있다. 그러나 국내는 방호말뚝 관련 시험 기준이 부재하여, 설계 및 설치 단계에서 방호말뚝의 성능을 고려하는 데에 한계가 있다.

본 연구 목적은 국제 방호말뚝 성능 기준을 고려하여, 국내 방호말뚝 성능 기준 수립을 위한 기초자료를 제공하는 것이다. 이를 위해 관련 국제 기준을 비교 분석하고 국내 도심 교통 환경을 고려하여 도심 방호말뚝에 대한 성능기준(안)을 제시하였다. 본 연구는 운전자의 부주의나 사고로 인하여 보도로 진입하는 차량을 대상으로 하였으며, 의도적으로 보도로 진입하는 차량 테러에 대해서는 고려하지 않았다.

Fig. 1.

Current Status of Domestic and International Urban Bollards

2. 국제 볼라드 성능 기준 분석

2.1 미국 ASTM F2656: Standard Test Method for Crash Testing of Vehicle Security Barriers (ASTM, 2023)

미국 ASTM F2656/F2656M-23은 차량을 이용한 위협으로부터 특정 시설을 보호하기 위해 설치되는 차량 보안 시설(Vehicle Security Barriers)의 충돌 저항 성능을 시험하고 평가하는 표준적이고 종합적인 방법을 규정한다. 이 표준은 다양한 위협 시나리오에 대응할 수 있도록 차량의 종류, 중량, 충돌 속도에 따른 시험 조건을 표준화하여, 이를 통해 방호 시설물이 일관된 기준의 성능 등급을 부여받도록 하는 것을 목적으로 한다. 여기서 차량 보안 시설은 방호말뚝(Bollard) 뿐만 아니라 로드 브로커(Road Blocker), 차단기(Gate), 펜스 및 벽(Fence and Wall) 등 다양한 유형의 차량 보안 시설이 이 표준에 따라 성능을 인증받고 있다.

시험 차량은 위협 수준을 대표할 수 있도록 소형 승용차부터 대형 화물차까지 다양하게 정의되며, 각 차량은 지정된 약어와 시험 관성 질량(Test Inertial, Vehicle Mass)을 가진다. 차량 종류는 1,100 ± 25 kg의 소형 승용차(SC, Small Passenger car), 2,100 ± 50 kg의 대형 세단(FS, Full-size Sedan), 2,270 ± 50 kg의 픽업트럭(PU, Pickup truck), 6,800 ± 140 kg의 표준 시험 트럭(M, Standard Test Truck), 7,200 ± 150 kg의 캡오버 트럭(C7, Class 7 Cab over), 그리고 29,500 ± 590 kg의 대형 화물차(H, Heavy goods vehicle)로 구성된다. 충돌 시험 속도는 다양한 위협을 모사하기 위해 50 km/h(약 30 mph), 65 km/h(약 40 mph), 80 km/h(약 50 mph), 100 km/h(약 60 mph)의 네 가지 속도로 구분한다.

성능 평가는 충돌 시 차량의 최대 동적 침투 거리(Dynamic Penetration Distance)로 평가한다. 침투 거리는 사전에 정의된 ‘방호시설 기준점(Barrier Reference Point)’과 ‘차량 기준점(Vehicle Reference Point)’ 사이의 최대 수평 거리로 측정한다. 차량 기준점은 폭발물의 잠재적 탑재 위치를 고려하여 소형차(SC, FS, PU)의 경우 ‘A’ 필러의 하단 전면부로, 대형 트럭(M, C7, H)의 경우 화물칸의 전면 하단부 수직 모서리로 정의한다. 최대 동적 침투 거리에 따라 성능은 세 개의 등급으로 분류하는데, 침투 거리가 1.0 m 이하일 경우 P1 등급, 1.01 m에서 7.0 m 사이일 경우 P2 등급, 7.01 m에서 30.0 m 사이는 P3 등급으로 분류한다. 최종적으로 부여되는 등급은 ‘표준명-연도, 차량&속도, 침투 등급’을 조합하여 표준트럭이 50 km/h 충돌하였을 때, 침투거리가 1 m 이하인 방호시설은 ‘ASTM F2656/F2656M-20 M50 P1’과 같이 표기한다. Table 1은 미국 ASTM F2656의 최대 동적 침투거리에 대한 성능평가 등급 기준이다.

2.2 미국 ASTM F3016: Standard Test Method for Surrogate Testing of Vehicle Impact Protective Devices at Low Speeds (ASTM, 2019)

미국 ASTM F3016/F3016M은 저속차량 충돌 위협 환경에서 보행자 공간이나 건물 전면부 등으로 돌진 하는 차량 침범 사고를 예방하기 위해 설치하는 방호시설에 대한 성능 평가 기준이다. 이 시험에 사용하는 차량은 공칭 하중 22,250 ± 490 N(5,000 ± 110 lb)의 표준 시험 차량으로, 이는 승용 픽업트럭을 모사하기 위한 대표 차량이다. 충돌 속도는 세 가지 공칭 속도로 표준화되며, 실제 충돌 속도는 허용 범위 내에 있어야 적합한 시험으로 인정한다. 공칭 속도(ASTM F3016, Classification)는 20 km/h(약 10 mph), 35 km/h(약 20 mph), 50 km/h(약 30 mph) 세 가지 속도로 구분한다.

성능 평가는 최대 동적 침투 거리를 기준으로 부여하며, 최대 동적 침투 거리는 ①대리 시험 차량의 전면부가 보호 구역으로 침투한 최대 거리 또는 ②방호 장치 자체가 충격으로 인해 보호 구역으로 밀려난 최대 거리 중 더 큰 값으로 측정한다. 평가 등급은 P1, P2 두 가지로 구분한다. P1은 동적 침투 거리 0.30 m 이하 경우, P2는 0.31–1.22 m인 경우, 침투 거리가 1.23 m 이상은 부적합(Failure)으로 분류한다. Table 2는 미국 ASTM F3016의 최대 동적 침투거리에 대한 성능평가 등급 기준이다.

2.3 ISO 22343-1: Security and resilience — Vehicle security barriers (ISO, 2023)

국제 표준화 기구 ISO 22343-1:2023은 개정본 IWA 14-1:2013(ISO, 2013)을 취소하고 대체하는 표준으로 테러나 고의적인 차량 돌진 사고로부터 사람과 시설을 보호하기 위한 차량 방호시설(VSB, Vehicle security barrier)의 요구 성능과 차량 충돌 테스트 방법 등을 Part 1: Performance requirement, vehicle impact test method and performance rating에서 제시한다.

시험 차량은 다양한 돌진 사고를 고려할 수 있도록 1.5 tonf 소형 승용차부터 30 tonf 대형 화물차까지 다양하게 정의하고, 각각의 시험 차량은 지정된 약어와 시험 관성 질량(Test Inertial, Vehicle Mass)을 가진다. 1,500 ± 75 kg의 승용차(car)는 M1, 2,500 ± 75 kg의 픽업트럭(pick-up)은 N1G, 2,600 ± 100 kg의 소형트럭(Flat bed)은 N1, 7,200 ± 150 kg 2축 트럭은 N2A 또는 N2C, 6,800 ± 150 kg 대형트럭은 N2B, 12,000 ± 250 kg 2축 대형트럭은 N3D, 29,500 ± 590 kg, 3축 대형트럭은 N3E, 24,000 ± 400 kg 3축 대형트럭은 N3F, 30,000 ± 400 kg 4축 대형트럭은 N3G로 총 10개 차종으로 구분한다. 또한 충돌 속도(Impact speed)는 10 mile/hour(mph)부터 70 mph까지 10 mph 단위로 16 km/h(10 mph), 32 km/h(20 mph), 48 km/h(30 mph), 64 km/h(40 mph), 80 km/h(50 mph), 96 km/h(60 mph), 112 km/h(70 mph) 총 7개 단계로 구분된다. 성능 기준은 시험차량이 멈추어 섰는지를 확인하고, 차량의 기준점(vehicle datum point)이 차량 방호시설 기준선(VSB datum line)을 지나간 관통 거리와 질량이 2 kg 이상인 주요 파편의 비산 거리를 측정하고 기록한다. 이 표준의 큰 특징은 방호성능을 A, B, C와 같이 등급화하지 않고, 시험의 모든 핵심 정보를 하나의 분류 코드(Classification Code)로 표기하는 데 있다. 예를 들어, V/2500[N1G]/48/90:1.5/3.0 라는 코드는 2,500 kg의 N1G 차량([2500[N1G])이 48 km/h의 속도(/48)와 90도 각도로(/90) 충돌했을 때, 차량의 최대 동적 침투 거리가 1.5 m(:1.5)였고, 주요 파편이 3.0 m(/3.0)까지 비산했음을 의미한다.

2.4 영국 PAS 170-1: Vehicle security barriers. Low speed impact testing - Trolley impact test method for bollards (BSI, 2017)

영국 표준 협회(British Standards Institution)가 2017년에 발표한 PAS(Publicly Available Specification) 170-1은 주차장, 학교, 소매점과 같은 장소에서 저속차량의 우발적 충격으로부터 보행자를 보호하도록 설계된 방호말뚝을 테스트하기 위한 표준이다. 16 km/h 또는 32 km/h의 속도로 2,500 kg의 충격 트롤리를 사용하여 방호말뚝의 성능을 테스트한다. 성능 평가의 일관성을 유지하고, 빠르고 저렴하게 시험하기 위해 실제 차량 대신 트롤리를 사용한다. PAS 170-1은 차단기(Blocker), 화분(Planter) 또는 가로 시설물(Street Furniture)의 성능시험은 다루지 않는다.

2.5 일본 방호울타리 설치기준·동해설(防護柵の設置基準•同解説)- 볼라드 설치 편람(ボラードの設置便覧) (JRA, 2021)

일본 볼라드 설치 편람에 따르면, 차량의 보도 진입을 억제하는 내충격성 방호말뚝(H형)은 미국이나 ISO처럼 단일 방호말뚝의 성능은 평가하지 않고, Fig. 2와 같이 1.5 m 순 간격을 두고 직선으로 설치된 방호말뚝 시스템에 15° 각도로 승용차를 충돌시켜 방호성능을 평가한다. 1,800 kg 중량의 차량을 사용하며, 충돌 속도는 도로 설계속도가 50 km/h 이하이면 35 km/h(H_C)이고, 60 km/h 이상이면 45 km/h(H_B)이다. 방호성능은 차량의 진입 거리와 구성 부재의 비산 거리를 측정해서 기록하는 것으로 한다. 시험 성적서에는 충돌 후 차량의 자력 주행 여부나 내부 공간 확보 등 차량의 피해 상황이나 공시체(볼라드)의 변형 정도도 함께 기록된다.

Fig. 2.

Crash Test Concept Diagram (JRA, 2021)

Table 3은 미국(ASTM F2656, ASTM F3016), 유럽(ISO 22343-1), 영국(PAS 170-1), 일본의 방호말뚝 성능시험 기준을 정리한 표이다.

3. 국내 도심 보도 환경

3.1 도심 제한 속도

도심 차량 주행 속도는 일반적으로 50 km/h이고 어린이보호구역이나 이면도로 등 일부 구간은 30 km/h로 제한하고 있다(KBS, 2021). 간선도로의 경우 60 km/h, 자동차전용도로는 80 km/h까지 허용하고 있지만, 보도 방호를 위한 방호말뚝이 설치되는 구간은 대부분 교차로 주변으로 차량 속도는 대부분 50 km/h나 30 km/h이다. 30 km/h는 보행자 치사율이 급감하는 임계 구간, 50 km/h는 교차로·횡단부 등에서 그 이하 유지가 권고되는 상한으로 제시된다(Namgung, 2022).

3.2 도심 차량 중량

국내 도심 도로 환경에서 운행하는 차량의 종류와 특징을 분석하였다. 도심은 주로 승용차와 SUV, 승합차와 소형트럭이 운행한다. 국내에서 판매된 주요 차량의 3년간 판매량과 중량을 정리하여 Table 4에 나타내었다. 승용차의 경우 약 1톤 경차에서 약 2톤 대형 세단까지 중량 편차가 크고, 선택사항에 따라 차량별로도 100 kg 내외 중량 차이가 있어, 차종별 대푯값은 산술평균값으로 하였다. 승용차는 공차중량이 약 1.5 톤, SUV는 공차중량이 약 1.8 톤, 승합차는 공차중량이 약 2.3 톤, 그리고 소형트럭은 약 2.1 톤으로 나타났다. 여기에 탑승자(65 kg/명)와 화물을 고려할 경우, 승용차는 2명, SUV는 4명, 승합차는 6명, 소형트럭은 0.8 톤 화물과 탑승자를 고려하면, 승용차는 약 1.6 톤, SUV는 약 2.1 톤, 승합차는 약 2.7 톤, 소형트럭은 약 3.0 톤으로 대표 중량으로 추정할 수 있다.

3.3 도심 보도폭

도심 보도의 유효폭은 보행자가 실제로 이용하는 순수 보행 공간으로 정의되며, 노상시설 등 장애물이 차지하는 폭을 제외하여 산정한다(MOLIT, 2021). 보도의 유효폭은 원칙적으로 2.0 m 이상을 확보하고, 기존 도로의 여건으로 불가피한 경우에 한해 1.5 m까지 축소할 수 있으며, 유효폭 산정 시 가로수·전신주·방호책·건물주차장 출입로 등 보행 방해 요소의 방해폭을 공제해야 한다(MOLIT, 2021).

차량의 무단 보도 침입 방지를 위한 방호말뚝은 보행자 통행 관점에서 잠재적 장애물이므로 꼭 필요한 장소에만 선택적으로 설치해야 하며, 시각장애인이 충돌하지 않도록 방호말뚝 0.3 m 전방에 점형블록을 설치해야 한다(MOLIT, 2021).

보행 안전 공간 확보 개념은 ‘정상시 유효폭’과 함께 ‘사고시 잔여 유효폭’을 고려하여 차량의 최대 허용 침투거리를 방호말뚝 성능 평가에 반영하는 것이 필요하다. 침투 거리는 충돌 시험에서 장벽의 기준면(Barrier reference point) 대비 차량 선단이 도달하는 최대 동적 거리로 정의되며, 소형승용차는 A필러 기점, 픽업·중형·중량 화물차는 적재함 전단 하연을 기준으로 계측한다(ASTM, 2023).

4. 국내 볼라드 성능 기준 제안

국제 방호말뚝 성능 평가 기준과 국내 도심 도로 환경을 고려하여 다음과 같이 국내 방호말뚝 성능 평가 기준안을 제시한다. 방호말뚝 성능 평가 기준은 크게 차량 충돌 조건과 방호성능 기준으로 구분되며, 충돌 조건은 대표 차량의 종류와 충돌 속도이며, 방호성능 기준은 차량의 정지 여부와 허용하는 최대 침투 거리이다.

4.1 충돌 속도

국내 도심 제한 속도는 대부분 30 km/h와 50 km/h로 설정되어 있어, 도심 방호말뚝 성능 평가를 위한 충돌 속도는 30 km/h(20 mph)와 50 km/h(30 mph) 두 가지로 제안한다. 60 km/h 이상의 충돌 조건은 간선도로나 테러 방지를 위한 특별한 방호시설에 적용되는 것이 타당하다고 판단하였다. 국제 표준 ISO 22343-1는 16 km/h(10 mph)부터, 미국 ASTM F3016/F3016M은 20 km/h(10 mph)부터 방호성능을 측정하지만, 국내 최저 도심 제한 속도를 적용하였다.

4.2 충돌 차량

도심 운행 차량의 특성은 국가마다 다르다. 미국은 대형 SUV와 Pick-up 트럭 비중이 높고, 유럽은 소형 차량이 주를 이루고, 일본은 경차나 하이브리드 차량 비중이 높고, 우리나라는 중소형 SUV가 빠르게 증가하고 있다. 이에 국가마다 대표 차량의 중량을 다르게 설정하고 있으며, 우리나라 차량 중량 분포 역시 국제 기준의 대표 차량 중량과 다소 차이가 있다. 그리고 국가별 차량 중량 분포는 기술 발전과 사회적 수요에 따라 지속적으로 변화되며, 한번 정해진 시험 기준은 변경이 어려워, 가급적 국제 표준의 차량 분류 기준을 따르는 것이 합리적이라 판단하였다. 본 연구에서는 국내 도심에서 운행되는 차량 비중이 높은 승용차와 SUV를 시험차량으로 정하고, 국제 표준인 ISO 22343-1 분류에 따라 승용차 1.5 tonf, SUV 2.5 tonf를 도심 방호말뚝 시험 차량으로 제안한다. SUV의 경우 국내 SUV 중량 분포보다 다소 크지만, 승합차와 소형트럭의 영향을 고려한 대푯값으로 적정하다고 판단하였다.

4.3 방호 성능

방호말뚝의 성능 기준은 말뚝의 변형 거리(D1)와 차량의 침투 거리(D2)를 고려하여 2단계로 구분하였다. 방호성능 A는 충돌 차량을 멈춰 세우고 말뚝의 변형 거리가 0.3 m 이하인 경우로, 이러한 경우는 차량의 침투 거리는 고려하지 않는다. 방호성능 B는 말뚝의 변형 거리가 0.3 m를 초과한 경우로, 차량은 멈추었지만 차량 일부분이 말뚝을 넘어선 경우로 차량의 침투 거리를 최대 1.2 m까지 허용하였다.

도로의 구조·시설 기준에 관한 규칙(MOLIT, 2020)에 따르면 보도의 유효 폭은 2 m 이상으로 하며, 불가피하다고 인정되는 경우 1.5 m까지 완화할 수 있다. 보도 유효 폭이 최소 1.5 m이므로 차량의 침투거리가 1.5 m 이상이면 차량을 멈추어 세웠더라도 보도에 있는 보행자를 보호할 수 없다. 따라서 차량의 최대 침투 거리 1.2 m는 보도에서 보행자의 안전을 위한 최대 침투 허용 거리이며, 일반적인 보도의 유효 폭 2.0 m 환경에서는 휠체어 사용자도 보호할 수 있다. 일반적인 전동 휠체어 폭은 0.7 m 내외이다. 보행자 공간과 건물 전면부 등 저속차량 충돌 위협 환경을 다루는 미국 ASTM 3016의 성능 등급도 P1은 동적 침투거리 0.30 m 이하인 경우, P2는 0.31–1.22 m인 경우, 침투거리가 1.23 m 이상은 Failure로 분류하고 있다.

5. 결 론

방호말뚝(Bollard) 관련 국제 성능평가 기준을 분석하고, 국내 도심 도로 환경을 고려하여 Table 5와 Table 6 같이 국내 방호말뚝 성능 평가 기준안을 도출하였다. 도심 통행 제한 속도를 고려하여 충돌 속도를 30 km/h와 50 km/h로 설정하고, 실물 충돌 시험 차량을 승용차와 SUV 2종류로 구분하여, Table 5와 같이 PS31부터 PS52까지 총 4개의 방호 등급을 설정하였다. 충격량(Impact Severity) 기준으로 PS31의 경우, 차량방호울타리 SB1과 유사한 59 kJ이며, PS52의 경우, 고속도로 위험구간에 설치하는 차량방호울타리 SB5와 유사한 222 kJ이다. 제안된 방호말뚝의 성능 기준은 차량방호울타리와 비교할 때 작지 않은 수준이다. 국내 차량방호울타리 강도성능 기준은 Table 7과 같다. 방호말뚝 등급별 성능 등급은 Table 6과 같이 말뚝의 변형량이 0.3 m 이하로 방호성능이 우수한 A등급과 침투거리가 1.2 m 이하인 B등급 2단계로 설정하였다.

본 연구 결과가 우리나라 방호말뚝 성능평가 기준을 마련하는데 이바지할 수 있기를 기대하며, 소정의 방호성능을 갖춘 방호말뚝이 보도에 설치되면 보행자와 교통약자가 안심하고 보도를 이용할 수 있는 환경이 마련될 수 있을 것으로 기대한다. 복잡한 도심 도로 환경에 적합한 방호말뚝을 특정하기는 매우 어려운 일이다. 특히 횡단보도 입구는 보행자가 차도에 가까이 위치하는 경우가 많아 방호말뚝 설치에 주의를 기울여야 한다. 따라서 추가적인 연구를 통해 방호말뚝 설치 기준을 지속적으로 정비할 필요가 있다.