[정보통신신문=김연균기자]

한국철도기술연구원이 철도 레일의 안전상태를 과학적으로 평가해 장대레일의 교체 및 유지보수 기준을 재정립하기 위한 ‘머신러닝 기법을 활용한 장대레일 수명평가’ 기술개발을 시작했다.

장대레일은 레일 한 개의 길이가 200m 이상인 철도 레일로, 통행한 열차의 누적 중량이 6억 톤에 도달했을 때 레일의 상태와 관계없이 새로운 레일로 교체된다.

레일 교체 비용은 전체 궤도유지보수 비용의 50% 이상을 차지하고 있는 만큼 정확한 분석과 예측으로 레일의 수명을 판단할 필요가 있다.

철도연은 관행으로 해오던 기존의 유지관리를 과학적 데이터에 근거한 성능기반 유지관리 체계로 전환하는 이 기술이 완성되면 연간 226억원의 철도 레일 유지관리 비용이 절감될 것으로 기대한다고 밝혔다. 기술개발은 2023년 12월까지 추진되며 총 87억원이 투입된다.

중간 이음매가 없어 승차감이 부드럽고 덜컹거리는 소음을 줄일 수 있는 장대레일은 1990년대부터 열차의 안전한 주행과 승차감 향상을 위해 부설이 본격화됐다. 현재 철도의 약 80%가 장대레일이며, 지속적으로 장대레일로 전환되고 있다.

이에 반해 장대레일은 안전성 여부를 일반 구조물과 같은 방법을 사용할 수 없어 수명을 진단하기가 어려웠다. 온도나 기타 하중에 의한 길이 방향의 변형이 발생하지 않아 변형률 계측을 통한 내부응력 추정이 불가능하기 때문이다.

또한 통과 톤수를 기준으로 하는 레일 교체는 더 사용할 수 있는 레일도 교체할 우려가 있기 때문에 정확한 상태 진단이 필요했다.

최근에는 기후변화로 인해 혹한 또는 혹서기에는 열차를 서행해 안전을 확보하고 있는데, 자칫 레일이 변형되거나 끊어질 위험이 있기 때문에 안전상태를 확실하게 파악할 필요성이 제기됐다.

철도연이 개발 중인 장대레일의 정량적 수명평가 기술은 레일의 현재 상태, 열차의 운행 현황, 레일마모 상태를 상시 모니터링하고 계속 축적되는 데이터를 머신러닝 기법으로 분석해 기대수명을 합리적으로 평가하는 것이다.

장대레일 응력 상시 모니터링 시스템 개발을 위해 형광분광법, 초음파 전달기법에 의한 장대레일의 응력 계측방법을 연구하고 있다.

이와 함께 개발 중인 장대레일 응력 측정방법 검증을 위한 세계 최초로 궤도 및 레일 현장 환경 재현 시스템, 레일 고주기 피로수명 평가시스템을 연구 중이다.

아울러 기존의 현장 데이터를 포함해 시험을 통해 확보한 장대레일 데이터를 활용하고, 통계 기법을 적용한 신뢰도 기반 유지관리 기법을 개발해 장대레일의 수명을 정량적으로 평가할 예정이다.

개발 중인 장대레일의 수명평가 기술은 고속철도와 일반철도는 물론이고, 각 지자체의 도시철도 장대레일 구간에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

이를 위해 코레일의 운영 데이터와 도시철도 구간의 데이터도 함께 활용하여 분석하는 등 다양한 환경에서 레일의 수명을 예측할 수 있는 평가기법을 개발할 예정이다.

여인호 철도연 수석연구원은 “세계 최초로 개발 중인 머신러닝을 활용한 장대레일 응력 측정 및 수명평가 기술을 실용화하고, 이를 검증하는 궤도시스템 시험 시스템을 구축하여 철도시설 유지보수 분야의 기술을 선도하도록 노력하겠다”고 말했다.

한석윤 철도연 원장은 “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 전했다.

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