모노레일은 하나의 레일 위를 주행하는 철도 시스템으로, 19세기 초 영국에서 특허를 획득하며 처음 등장했다. 초기에는 짐의 균형 문제 등으로 인해 실용화에 어려움이 있었지만, 1901년 독일 부퍼탈에 현수식 모노레일이 건설되면서 상업적으로 성공했다. 이후 과좌식, 현수식 등 다양한 궤도 양식이 개발되었으며, 20세기 중반 이후 도시 교통 문제 해결을 위한 대안으로 연구가 활발히 진행되었다. 모노레일은 도로 점유율이 낮고 급곡선 운행이 가능하다는 장점이 있지만, 차량 기능의 복잡성, 높은 유지비, 전환기의 문제 등 단점도 존재한다. 현재는 알웨그 과좌식과 사페지 현수식이 주로 사용되며, 대한민국에서는 대구 도시철도 3호선이 대중교통으로 운영되고 있다. 모노레일은 여객 운송 외에도 산업용으로도 활용되며, 농업, 광산, 물류 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
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모노레일의 역사는 19세기 초로 거슬러 올라간다. 세계 최초의 모노레일은 1820년러시아에서 이반 엘마노프(Ivan Elmanov)가 제작한 것으로 알려져 있다.[15][16]1825년 런던 북방에 건설된 증기 동력 과좌식 화물용 모노레일이 시초이며, 이후 유럽 각지에서 소규모 모노레일이 건설되었으나, 본격적인 교통수단은 되지 못했다. 1888년아일랜드에서 개통된 밸리버니언과 리스트웰 사이의 노선은 36년간 운행되었다.
본격적인 모노레일은 1898년 오이겐 랑엔(Eugen Langen)이 고안하여 독일의 부퍼탈시에 건설된 13.3km의 현수식 모노레일로, 1901년 여객영업을 시작하면서 등장하였다. 이 모노레일은 뷔퍼탈 공중철도로 현재도 쓰이고 있다.[4]1910년에는 알래스카의 탄광에 브레넌 자이로스코픽 모노레일을 사용하는 것이 고려되었다.[22]
1950년대 이후 도시화와 자동차 증가로 인한 도시교통문제가 발생하면서 모노레일 연구가 활발해졌고, 알베그 과좌식, 록히드 과좌식, 사페지 현수식 등의 모노레일 궤도 양식이 나왔다. 1956년, 미국에서 처음으로 운영되는 모노레일이 텍사스주휴스턴에서 시험 운행을 시작했다.[26]1959년캘리포니아주애너하임의 디즈니랜드는 미국 최초의 매일 운행되는 모노레일 시스템을 개통했다.[27]
1980년대부터 대부분의 모노레일 대중교통 시스템은 일본에 있다. 도쿄 모노레일은 세계에서 가장 분주한 모노레일 중 하나이다.[28]2000년대 후반부터 중국은 모노레일 개발을 시작하여 세계에서 가장 크고 분주한 모노레일 시스템을 운영하고 있다. 2004년중국의 충칭 철도 교통은 중량 전철과 비슷한 수송력을 갖춘 독특한 ALWEG 기반 설계를 채택했다.
2. 1. 초기 발전 (19세기)
1821년 11월 22일, 영국의 헨리 로빈슨 파머(Henry Robinson Palmer)가 특허를 취득했는데, 이 무렵이 초기의 것으로 여겨진다.[83] 높은 위치에 하나의 레일을 설치하고, 거기에 양쪽 플랜지식 바퀴를 걸어, 좌우로 적재대를 나누어 연처럼 균형을 잡는 방식이었다.
퍼머식 모노레일의 개념도.
가 그린 팔머식 모노레일 도해
1876년 미국 필라델피아에서 개최된 세기 박람회(Centennial Exposition)에 센테니얼 모노레일(Centennial Monorail)이 전시되었다.
리로이 스톤의 센테니얼 모노레일
프랑스 엔지니어 샤를 라르티그(Charles Lartigue)가 건설한 시스템으로, 아일랜드 밸리버니언과 리스트웰 사이의 노선이 1888년에 개통되었다.
2. 2. 20세기 초의 발전
독일인 오이겐 라우겐(Eugen Laugen)이 1898년에 고안한 현수식 모노레일이 독일의 부퍼탈시에 건설되어 1901년 여객 영업을 시작하였다. 이 모노레일은 뷔퍼탈 공중철도로 현재도 사용되고 있다.[18] 1900년대 초에는 단일 레일 위에 자이로스코프적으로 균형을 이루는 차량을 가진 자이로 모노레일이 시험되었지만, 시제품 단계를 넘어서지 못했다.
2. 3. 현대의 모노레일 (20세기 중반 ~ 현재)
1950년대 이후 도시화와 자동차 증가로 인해 도시 교통 문제가 심각해지면서 모노레일 연구가 활발해졌다. 이에 따라 알베그 과좌식, 록히드 과좌식, 사페지 현수식 등 다양한 모노레일 궤도 양식이 개발되었다. 이러한 방식들은 현재까지도 사용되고 있다.
1956년, 미국 텍사스주 휴스턴에서 처음으로 모노레일 시험 운행이 시작되었다.[26] 1959년에는 캘리포니아주 애너하임의 디즈니랜드에서 미국 최초로 매일 운행되는 모노레일 시스템이 개통되었다.[27] 이후 플로리다주의 월트디즈니월드, 시애틀, 그리고 일본 등지에 모노레일이 설치되었다. 이러한 모노레일들은 전시회 설치 및 놀이공원 구매를 통해 미래 기술로 홍보되었으며, 오늘날 사용 중인 레거시 시스템에서도 그 영향을 확인할 수 있다.
추가 차량이 장착되어 Mark II가 된 최초의 레드 Mark I 디즈니랜드 모노레일의 모습 (1963년 8월 디즈니랜드 호텔 역에서 촬영)
1980년대부터 대부분의 모노레일 대중교통 시스템은 일본에 집중되었다. 도쿄 모노레일은 세계에서 가장 붐비는 모노레일 중 하나로, 하루 평균 12만 7천 명의 승객을 수송하며 1964년 이후 15억 명 이상의 승객을 수송했다.[28]
2000년대 이후 중국은 모노레일 개발을 시작하여 세계에서 가장 크고 붐비는 모노레일 시스템을 운영하고 있으며, 여러 도시에서 대규모 대중교통 모노레일 건설을 진행하고 있다. 우후에는 봄바디어 이노비아 모노레일 기반 시스템이 건설 중이며, BYD가 개발한 여러 "클라우드레일" 시스템은 광안, 류저우, 벙부, 구이린 등 여러 도시에서 건설 중이다.
2004년 중국의 충칭 철도 교통은 중량 전철과 비슷한 수송력을 갖춘 독특한 ALWEG 기반 설계를 채택했다. 이는 충칭의 지리적 특성상 터널링이 어려운 환경 때문이었다. 현재 충칭 철도 교통은 세계에서 가장 크고 붐비는 모노레일 시스템이다.
현대 대중교통 모노레일 시스템은 주로 ALWEG 빔 및 타이어 방식을 사용하며, 대규모로 사용되는 현수식은 두 가지 유형뿐이다. 모노레일 구성은 자기부상열차에도 채택되었다. 2000년대 이후 교통 혼잡과 도시화 증가로 인해 말타[29][30], 이스탄불[31][32][33] 등 여러 도시에서 대중교통을 위한 모노레일 기술에 대한 관심이 다시 높아지고 있다.[34]
독일 루스트에 있는 유로파파크의 모노레일 3대 중 하나
3. 모노레일 궤도의 양식 (종류)
모노레일은 궤도의 형태에 따라 크게 현수식과 과좌식으로 나뉜다.
현수식: 열차가 궤도 아래에 매달려 운행하는 방식이다. 프랑스 사페지(SAFEGE)사가 고안한 사페지 현수식과 일본도쿄도 교통국이 개발한 우에노식이 대표적이다.[92]
과좌식: 차량 아래쪽에 레일이 있고, 레일 위에 차량이 걸쳐 있는 형태이다. '걸쳐진 형식'이라고도 한다. 독일 알웨그(ALWEG)사가 고안한 알웨그 과좌식과 미국록히드(Lockheed)사가 고안한 록히드 과좌식이 있다.
대부분의 경우 레일은 고가에 설치되지만, 모노레일은 지상, 지하, 또는 지하철 터널에서도 운행될 수 있다.[5] 현대식 모노레일은 차량의 주행면으로 큰 고체 빔을 사용하며, 스트래들 빔(straddle-beam)식과 현수식(suspended) 모노레일의 두 가지 주요 유형이 있다.[5]
세계 최초의 전기식 현수식 모노레일인 뷔르퍼탈 슈베베반
일반적으로 알웨그 과좌식과 사페지 현수식이 주로 사용되며, 록히드 과좌식은 거의 사용되지 않는다.
3. 1. 과좌식
과좌식(跨座式)은 차량 아래쪽에 레일이 있고, 레일 위에 차량이 걸쳐 있는 형태의 모노레일이다. '걸쳐진 형식'이라고도 한다. 궤도 상부를 열차가 달리는 방식으로, 현수식(열차가 궤도 하부에 매달려서 운행하는 방식)과 함께 모노레일을 구성하는 주요 방식이다.
과좌식은 대부분 궤도 교량 위에 있는 주행로를 주행륜이 접하여 차량 중량을 지탱하고 차량을 주행시키며, 궤도 교량 좌우에 접하는 안내륜과 안정륜으로 차량을 안내하는 방식을 취한다. 이 방식에서는 차량 차체 아래와 궤도 교량 상부 사이에 차륜이 있으며, 그 아래에 안내 차륜이 존재하기 때문에 차량 높이가 일반적인 철도 차량보다 훨씬 높아지는 단점이 있다.
일본에서는 히타치 제작소가 독일에서 도입한 콘크리트제 궤도 위를 고무 타이어로 주행하는 알베그 방식 또는 이를 기반으로 규격을 통일한 '일본 과좌식'이 주류이다. 과거 가와사키 중공업이 도입한 콘크리트 궤도 위에 설치된 철제 레일 위를 철제 차륜으로 주행하는 록히드 방식이나 도시바가 알베그 방식을 참고하여 독자적으로 개발한 '도시바 방식'도 있었다. 전차선은 궤도 교량 양측면에 2개 설치되어 있으며(직류의 플러스와 마이너스 선), 차량측 집전 장치로 전력이 공급된다.
알웨그(ALWEG)사가 고안했다.[96] 굵고 속이 빈 I형의 PS콘크리트제 궤도를 사용하며, 긴 경간(지주와 지주 사이의 길이)이 필요한 곳에서는 강제를 궤도로 사용한다. 궤도 위를 주행 구동용 고무 타이어가 주행하며, 열차의 안내 차륜이 궤도의 양 옆면을 주행한다.[96] 주행로는 에폭시 수지 혼합물로 바닥 위를 칠하고 다시 덧칠한 것과 강판을 깐 것 등이 있다.[96] 지주 간격은 보통 15~22m이다.[96]
알베그식 도쿄 모노레일
알베그식은 스웨덴의 사업가인 악셀 렌나르트 베너-그렌(Axel Lennart Wenner-Gren)이 특허를 취득하고 사업화한 방식이다. 알베그식이라는 명칭은 베너-그렌의 머리글자 Axel Lennart Wenner-Gren의 두문자어이다. 일본에서는 히타치 제작소가 사업을 전개하고 있기 때문에 히타치 알베그식이라고도 불린다.
미국의 항공기 제조업체 록히드사가 개발한 방식이다. 콘크리트 궤도 위에 철제 레일(주레일)을 설치하고, 그 위를 철제 차륜으로 주행한다. 철제 차륜을 사용하므로 작은 지름의 차륜으로도 차량 중량을 지탱할 수 있어 실내 바닥은 평면으로 할 수 있다. 차체를 안정시키기 위해 주레일 상부 측면을 좌우에서 상부 안정륜으로 지지하며, 콘크리트 교각 좌우 하부에도 철제 레일(사이드 레일)을 설치하여 좌우에서 하부 안정륜으로 지지한다.[97]
오다큐 무카이가오카 유엔 모노레일선(小田急向ヶ丘遊園モノレール線) 선로 위에 설치된 철제 레일
일본에서는 록히드사로부터 기술을 도입하기 위해 가와사키 항공기 공업, 가와사키 차량, 일본전기, 니시마쓰 건설, 홋카이도 탄광기선(北海道炭礦汽船), 마루베니 이이다(丸紅飯田) 등이 출자하여 일본 로키드식 모노레일(日本ロッキード・モノレール)을 1961년 5월에 설립하였다.[97] 초기에는 시속 160km/h의 고속 운행과 좋은 승차감을 강조했으며, 히메지(姫路) - 토토리(鳥取) 간 고속 로키드식 모노레일 연결 계획도 있었다.[98] 그러나 철도와 마찬가지로 소음이 심하고 유지보수가 복잡하며, 시간이 지남에 따라 진동도 심해지는 단점이 있었다(당시 영상 기록에서도 차내 진동이 심한 것을 확인할 수 있다). 일본 외에는 도입 사례가 없으며, 록히드사도 이 모노레일 사업에서 조기에 철수했다.
이 방식은 히메지시영 모노레일(1966년 개통 - 1974년 운행 중단・1979년 폐지)과 오다큐 전철(小田急電鉄)의 무카이가오카 유엔 모노레일선(1966년 개통 - 2000년 운행 중단・2001년 폐지) 2개 노선에 채용되었으나, 모두 폐지되어 현재 운행 중인 노선은 없다.
3. 2. 현수식
현수식은 열차가 궤도 하부에 매달려서 운행하는 방식이다. 프랑스의 사페지(SAFEGE)사가 고안한 사페지식과 일본도쿄도 교통국이 개발한 우에노식이 대표적이다. 사페지식은 강판으로 만들어진 상자형 궤도 거더 안에 차륜을 지지하는 대칭형 주행로가 설치되어 있으며, 차량을 지지하기 위해 중앙부는 뚫려 있고, 이 뚫린 부분의 양 옆에 주행로가 있는 형태이다. 우에노식은 궤도가 레일이 아닌 궤도교이며, 주행륜이 강철제 바퀴에서 고무 타이어 방식으로 변경되었다.
1930년에는 조지 베니(George Bennie)가 개량형 시험선인 베니 레일플레인(Railplane)을 글래스고(Glasgow) 근교 밀른개비(Milngavie)에 건설했다. 최고 시속 120마일을 목표로 계획되었던 이 시험선은 안정성을 확보하기 위해 하부에 또 하나의 안전 레일을 추가하고 있어 엄밀히 말하면 모노레일은 아니었다. 제2차 세계 대전의 금속 징발로 인해 1941년에 철거되었다.[112]
3. 2. 1. 사페지 현수식
프랑스의 사페지(SAFEGE)사가 고안한 방식이다. 강판으로 만들어진 상자형 궤도 거더 안에 차륜을 지지하는 대칭형 주행로가 설치되어 있다. 차량을 지지하기 위해 중앙부는 뚫려 있고, 이 뚫린 부분의 양 옆에 주행로가 있다. 지주 간격은 30~40m로, 과좌식보다 길며, 지주는 철로 만들어져 있다.[92]일본쇼난 모노레일에서 이 방식을 사용하고 있다.
사페지식은 눈이나 비와 같은 기상 조건의 영향을 거의 받지 않고, 차량 상부의 현수 링크에 의해 커브를 통과할 때 속도에 맞는 원심력이 차량에 발생하여 자연스럽게 진자처럼 기울어지므로 속도를 낮추지 않고 통과할 수 있으며, 주행음과 같은 소음을 상자 안에 가둘 수 있다는 장점이 있다. 한편, 철을 대량으로 사용하기 때문에 건설 비용은 일반적으로 궤도식 모노레일보다 낮다고 여겨진다.[92]
우에노식은 랑겐식과 유사하지만, 궤도가 레일이 아닌 궤도교이며, 주행륜이 강철제 바퀴에서 고무 타이어 방식으로 변경되었다. 랑겐식과 반대로 궤도교 상부 홈에 고무 타이어가 들어가고, 궤도교 양측면을 안내용 타이어가 대차에서 끼워 차량을 안내한다. 우에노 현수선은 설치 목적상 매우 짧은 구간을 왕복 운행했기 때문에 선로에 분기기나 교환 설비가 없었다. 비대칭형 현수식 모노레일에 고무 타이어를 도입한 것은 전년도 미국 휴스턴의 스카이웨이가 처음이며, 우에노식이 최초는 아니다.
우에노식은 도덴이나 노선 버스를 대체하지 못하고 우에노 현수선이 유일한 도입 사례로 남았다. 경년 열화에 따른 갱신 비용 문제로 2019년 11월 1일부터 운행이 중지되었고,[90] 2023년 12월 27일 폐지되었다.[91]
3. 3. 모노레일 궤도 양식 현황
현재 주로 사용되는 모노레일 궤도 양식은 알웨그 과좌식과 사페지 현수식이다.
'''알웨그 과좌식'''은 굵고 속이 빈 I형 PS콘크리트 궤도를 사용하며, 긴 구간에는 강철 궤도를 사용한다. 고무 타이어로 된 주행 구동용 바퀴가 차량을 지지하고, 안내 차륜이 궤도 양 옆면을 주행한다. 주행로는 에폭시 수지 혼합물이나 강판으로 마감된다. 지주 간격은 보통 15~22m이다.
'''사페지 현수식'''은 강판으로 된 상자형 궤도 안에 차륜 지지용 대칭형 주행로가 설치되어 있으며, 그 위를 열차 차륜이 운행한다. 차량 현수를 위해 중앙부는 뚫려 있고, 양 옆에 주행로가 있다. 지주 간격은 30~40m로 과좌식보다 길며, 지주는 철로 만들어진다.
트랜스래피드(Transrapid) 자기부상열차의 모노레일 선로
독일의 트랜스래피드(Transrapid)와 같은 자기부상열차(Maglev train) 시스템은 스트래들형(straddle-type) 모노레일로 건설되었다. 상하이 자기부상열차는 430km/h의 상업 운행 속도로 운행되고 있으며, 일본(리니모(Linimo)), 한국(인천공항 자기부상철도), 중국(베이징 지하철 S1호선 및 창사 자기부상열차) 등 도시 교통을 위한 더 느린 속도의 자기부상 모노레일도 있다.
1900년에 그려진 뷔퍼탈 공중철도의 시험 운전 모습을 담은 잡지 삽화
랑겐식 모노레일은 독일 민간 기술자인 카를 오이겐 랑겐(Carl Eugen Langen)이 개발하였다. 그는 1880년대부터 현수식 모노레일 시스템에 대한 연구 개발을 진행하였다. 1898년에 뷔퍼탈에서 건설 계획이 착공되었고, 뷔퍼탈 공중철도가 1901년에 개통되었다. 이후 100년 이상 이 노선은 실용적인 교통 수단으로 운행되어 왔으며, 따라서 랑겐식은 세계 최초로 실용화된 모노레일 시스템으로 여겨진다.
'''가장자리식'''(跨座式, こざしき)은 차량의 아래쪽에 레일이 있고, 레일 위에 차량이 걸쳐 있는 형태의 모노레일이다.
알베그(ALWEG)식은 스웨덴의 사업가인 악셀 렌나르트 베너-그렌(Axel Lennart Wenner-Gren)이 특허를 취득하고 사업화한 방식이다. 알베그식이라는 명칭은 베너-그렌의 머리글자 Axel Lennart Wenner-Gren의 두문자어이다.
1967년도에 일본 국토교통성(당시 운수성)이 교통 혼잡이 심화된 환경에서 보다 우수한 교통 수단으로 모노레일을 대상으로 하는 「도시 교통에 적합한 모노레일의 개발 연구」를 일본 모노레일 협회에 위탁했다. 연구 결과로 현수식과 함께 정리된 것이 일본 횡좌식이다. 일본 횡좌식은 알베그식을 기반으로 한다.
일본 외에도 수출되어, 중화인민공화국의 중경궤도교통 2호선, 3호선, 대한민국의 대구도시철도공사 3호선은 일본 횡좌식이 채용되고 있다. 일본 국내의 모노레일에는 휴폐지된 노선도 여럿 있는 가운데, 본 방식을 채용한 노선은 2020년 시점에서도 오사카 엑스포의 모노레일을 제외한 모든 노선이 운행을 계속하고 있다.
4. 모노레일의 장단점
모노레일은 장점과 단점을 모두 가지고 있어 도시 교통 계획 시 신중하게 고려해야 한다.
모노레일은 콘크리트나 철제 빔으로 이루어진 한 개의 궤도 위를 고무 타이어나 철륜이 달린 열차가 운행하는 방식이다. 차량 지지 방식에 따라 궤도 상부를 열차가 달리는 과좌식과 열차가 궤도 하부에 매달려 운행하는 현수식으로 나뉜다. 도시 철도와 버스의 중간 정도 수송 규모를 가지므로 중규모 수송에 적합하며, 대부분 도시 교통 계획에서 경전철로 분류된다. 대한민국에서 운행 중인 모노레일은 대구 도시철도 3호선이 있다.
일반적으로 고무 타이어식 모노레일은 6%의 경사를 오를 수 있도록 설계된다.[43] 로잔 지하철은 최대 12%, 몬트리올 지하철은 최대 6.5%의 경사를 오를 수 있다.[44]
4. 1. 장점
도로 교통에 지장을 주지 않는다. 지주는 가늘게 할 수 있어 도로 중앙분리대에 설치할 수 있다.[81]
점유 면적이 작아 하천이나 도로 등의 공간에도 설치할 수 있다. 이 때문에 중전철보다 공사가 쉽고 건설 기간이 짧으며, 토지비가 적게 들어 중전철의 40% 비용으로 건설할 수 있다.
폭이 좁은 차륜으로 운행하여 철도보다 반경이 작은 급곡선 운행이 가능하다. 특히 현수식은 더 작은 반경으로 운행할 수 있다.
안정성이 높다. 다른 교통 수단과 입체 교차하므로 충돌 우려가 없고 탈선 위험도 적다.
정시성이 높다. 노면 교통 수단과 입체 교차하여 운행 시각표대로 운행할 수 있다.
전기로 운행하고 고무 타이어를 사용하므로 환경오염과 소음, 진동 공해가 적다. 급경사와 급곡선에서도 운전이 가능하다.
궤도는 하나지만 주행 장치가 복잡하여 차량의 기능이 복잡하고 가격이 비싸다.[43] 주행 장치인 대차에는 주행 차륜 외에 안내 차륜과 안정 차륜이 필요하며, 하나의 대차에 고무 타이어를 10개 정도 장착하여 차량의 구조가 다소 복잡하다.
건설물에 약간의 고도가 요구된다. 특히 현수식이 그렇다.
최고 속도가 80km/h이므로 일반 철도보다 고속 성능이 떨어지고, 보통 고무 타이어를 사용하기 때문에 구름 저항이 커서 동력비가 높다.[43]
일반 철도와 궤도 방식이 달라 상호 진입이 불가능하다.
고무 타이어의 부담 하중이 철제 차륜보다 작기 때문에 일반 철도보다 수송력이 작다.[43]
고무 타이어는 철차륜식보다 단위 주행 거리당 마모가 빨라 교체 간격이 짧고, 교체 비용이 많이 들며, 가동률이 낮아져 유지비를 높이는 요인이 된다.
분기기가 복잡하다. 분기기의 변경, 증설이 쉽지 않으며, 궤도가 무겁기 때문에 분기에 시간이 요구된다.[43] 그러므로 철도와 같은 다양한 분기는 불가능하다.
열차가 분기기로 돌진하면 큰 사고가 발생한다. 복구 역시 쉽지 않다.[43]
차량 사고 등의 긴급 상황 시 피난에 시간이 걸리며, 피난이 쉽지 않다. 대피로 건설이 어려워 비상시 승객 대피가 매우 불리하다.[43]
건널목을 설치할 수 없다. 고가식인 경우에는 단점이 되지 않지만, 초기 지표면 근처에 설치되는 궤도형 모노레일에는 중대한 결점이 된다.
다수의 방식이 난립하여 상호 호환성이 없다. 약간의 개조로 차량 양도가 가능한 경우가 많은 2선식 철도와 달리, 설비류의 재사용 가능성이 거의 없다.
5. 현수식과 과좌식의 비교
모노레일은 차량의 지지 방식에 따라 과좌식(궤도 상부를 열차가 달리는 방식)과 현수식(열차가 궤도 하부에 매달려서 운행하는 방식)으로 나뉜다.[62]대한민국에서 운행 중인 모노레일은 대구 도시철도 3호선이 있다.
현수식과 과좌식은 각각 장단점이 뚜렷하여 어느 한 쪽이 절대적으로 우수하다고 단정하기는 어렵다. 도시의 여건에 따라 특정 방식이 더 유리할 수 있다.
5. 1. 현수식의 특징
현수식 모노레일은 과좌식 모노레일에 비해 더 급한 곡선(과좌식의 2배)과 구배를 사용할 수 있다. 지지주는 철을 사용할 수 있어 점유 면적이 과좌식보다 작고, 건설 기간 역시 짧아 도로의 점유 면적을 최소화해야 하거나, 건설로 인한 교통 체증을 빨리 해소해야 할 때 유리하다. 또한, 차체 내에서 바라보는 전망도 현수식 쪽이 좋다.[62]
그러나 현수식은 과좌식과 동일한 차량 운행 고도를 유지하려면 최소한 차량 높이만큼 지지주를 더 높이 건설해야 하므로 자재비가 더 비싸다. 또한, 곡선부 주행 시 진자 작용이 발생하며, 강한 돌풍에 영향을 받는 단점이 있다.
5. 2. 과좌식의 특징
과좌식 모노레일은 현수식에 비해 다음과 같은 특징을 갖는다.
고속 운행과 대규모 수송에 유리하다.
곡선부에 캔트[123] 설치가 가능하여 안정적인 운행을 돕는다.
분기 장치가 비교적 간단하다.
눈이나 비와 같은 기상 조건에 영향을 받는다.[123]
5. 3. 현수식과 과좌식 비교표
점유 면적
유리 (1200mm)
불리 (1500mm)
현수식은 철제 기둥을 사용할 수 있으므로 점유 면적이 작음.
기둥의 높이
불리
유리
현수식은 차량의 높이만큼 기둥을 높게 건설할 필요가 있으나 과좌식은 무관.
수송력
불리
유리
현수식은 안정성과 제약 때문에 차체에 제한이 있으며, 과좌식은 비교적 안정적이며 제약이 없어 차체를 비교적 크게 할 수 있음.
고속 주행 성능
불리
유리
급곡선 사용 범위
유리
불리
과좌식은 눈의 영향을 고려해야 하므로 곡선 반경을 넓게 쓸 수밖에 없음.
공기 (건설 기간)
유리
불리
안정성
불리
유리
현수식은 차량 동요가 발생할 수 있으므로 이에 대한 대책을 세울 필요가 있으나, 과좌식은 비교적 안정적임.
곡선부 특징
진자 작용이 강하게 작용
캔트 사용 가능
구배율
유리
불리
현수식은 74퍼밀도 사용 가능.
분기기
불리
유리
현수식은 분기기가 복잡하나 과좌식은 비교적 간단.
6. 비상시 승객 대피 방안
모노레일의 가장 큰 단점은 비상시 안전 대책이다. 대피로 설치가 용이하지 않으므로 모노레일 열차는 화재에 대비해 완벽한 불연재를 사용해야 한다. 현재까지 나온 모노레일 운영 중 고장 시 대피 방안은 다음과 같다.
열차 간 통행을 자유롭게 하기 위해 열차를 개방형으로 제작.
고장 차량을 추진 운전, 견인 운전하는 방안.
고장 차량으로 접근한 동일 선로의 구난 차량으로 옮겨 타는 방안.
타선로로 접근한 구난 차량으로 옮겨 타는 방안.
구난용 특수 전동차를 이용, 승객을 지상으로 내리는 방안.
로프를 이용하여 승객을 지상으로 내리는 방안.[83]
7. 대한민국의 모노레일
대한민국에서 모노레일은 버스나 중전철 위주의 교통 정책과 경전철 관련 예산 낭비 사례 때문에 대중교통으로 인정받지 못했다. 그러나 2015년4월 23일대구 도시철도 3호선이 개통하면서 대중교통으로서의 모노레일 운송이 시작되었다. 대전 도시철도 2호선을 모노레일로 건설하려는 움직임도 있었다. 한국의 모노레일은 모두 과좌식이다. 대구 도시철도 3호선은 일본 횡좌식이 채용되었다.
8. 다른 교통 시스템과의 비교
모노레일은 하나의 궤도 위를 달리는 열차로, 도시 철도와 버스의 중간 정도 수송 능력을 가지고 있어 중규모 수송에 적합하며, 주로 경전철로 분류된다. 대도시의 보조 교통 수단이나 중소 도시의 주요 교통 수단으로 사용되며, 대한민국에서는 대구 도시철도 3호선이 모노레일로 운행되고 있다.
모노레일은 공항 환승이나 중용량 지하철 시스템에 주로 활용된다. 모노레일 협회는 모노레일을 "단일 레일"로 정의하여 다른 교통 시스템과 구분한다. 대부분 고가로 설치되지만, 지상이나 지하에서도 운행될 수 있다. 차량은 좁은 가이드웨이에 매달리거나 걸쳐 있으며, 차량 폭이 가이드웨이보다 넓다.[5]
도클랜즈 경전철, 밴쿠버 스카이트레인 등 다른 고가 시스템이나 케이블 라이너와 혼동되기도 한다. 모노레일 차량은 경전철 차량과 유사하며, 운전 기사가 있을 수도 있고 없을 수도 있다. 차량은 단일 차량, 연결된 단일 유닛, 또는 여러 유닛이 연결된 열차 형태일 수 있다. 선형 유도 전동기로 구동될 수 있으며, 바퀴대를 통해 빔에 연결되어 곡선 주행이 가능하다.
뭄바이 모노레일은 뭄바이 지하철과 함께 운영되며,[6][7] 방콕의 MRT 네트워크에서도 모노레일 노선이 기존 철도 시스템과 통합되어 있는 것 처럼, 모노레일은 때때로 기존의 지하철 시스템과 함께 도시 지역에 사용되기도 한다.
현대식 모노레일은 레일 구조 덕분에 다른 교통 수단이나 보행자와 항상 분리된다.[8] 다른 유도 시스템과 달리, 단일 빔과의 상호 작용을 통해 유도되고 지지되며, 집전장치를 사용할 수도 있다.[9][10]
고가 대중교통 시스템으로서 모노레일은 신호등, 교차로, 교통 체증을 피할 수 있다.[11][12] 디젤 버스나 열차보다 조용할 수 있으며, 선로 구조물에서 전기를 얻는다. 고가철도 시스템과 비교했을 때 모노레일 빔웨이는 좁은 그림자를 드리운다.[14]
하지만, 모노레일은 터널이 포함되지 않은 경전철 시스템보다 비쌀 수 있다.[12] 또한, 지상에 있거나 기존 철도 시스템보다 더 큰 터널을 사용해야 하며, 복잡한 선로 전환 장비가 필요하다.[8]
트랜스래피드(Transrapid), 리니모(Linimo)와 같은 일부 마그레브 시스템은 모노레일로 간주되지만, 모든 마그레브 시스템이 그런 것은 아니다.[5] 마그레브는 다른 모노레일과 달리 주행 중 빔과 물리적으로 접촉하지 않는다.
8. 1. 유사점
모노레일은 종종 고가로 설치되어 도클랜즈 경전철, 밴쿠버 스카이트레인, 에어트레인 JFK와 같은 다른 고가 시스템이나, 두 개의 레일 위를 달리는 케이블 라이너 인원 수송 시스템과 같은 케이블로 추진되는 시스템과 혼동될 수 있다.
모노레일 차량은 경전철 차량과 비슷하게 보일 수 있으며, 운전 기사가 있거나 없을 수 있다. 차량은 단단한 개별 차량, 연결된 단일 유닛 또는 여러 유닛이 연결된 열차일 수 있다. 다른 첨단 급행 시스템과 마찬가지로, 모노레일은 선형 유도 전동기로 구동될 수 있으며, 기존 철도와 마찬가지로 차량 차체는 바퀴대를 통해 빔에 연결되어 곡선 주행이 가능하다.
모노레일은 때때로 기존의 평행 이중 레일 지하철 시스템과 함께 도시 지역에 사용된다. 뭄바이 모노레일은 뭄바이 지하철과 함께 운영되며,[6][7] 방콕의 MRT 네트워크에서는 모노레일 노선이 기존 철도 급행 시스템과 통합되어 있다.
8. 2. 차이점
현대식 모노레일은 레일 구조 때문에 다른 교통수단 및 보행자와 항상 분리된다.[8] 다른 유도 시스템과 달리, 모노레일은 동일한 단일 빔과의 상호 작용을 통해 유도되고 지지된다. 또한 집전장치를 사용할 수 있다.[9][10]
고가 대중교통 시스템으로서 모노레일은 신호등, 교차로 회전 및 교통 체증을 피할 수 있다.[11][12] 디젤 버스 및 열차보다 조용할 수 있다. 모노레일은 선로 구조물에서 전기를 얻는 반면, 다른 대중교통 수단은 제3궤조 또는 상부 전력선과 기둥을 사용할 수 있다. 고가철도 시스템과 비교하여 모노레일 빔웨이는 좁은 그림자를 드리운다.[14]
반면, 모노레일은 터널이 포함되지 않은 경전철 시스템보다 더 비쌀 수 있다.[12] 또한, 모노레일은 지상에 있거나 기존 철도 시스템보다 더 큰 터널을 사용해야 하며, 복잡한 선로 전환 장비가 필요하다.[8]
8. 3. 자기부상열차 (Maglev)
트랜스래피드(Transrapid), 리니모(Linimo)와 같은 일부 마그레브 시스템은 모노레일로 간주되지만, 모든 마그레브 시스템이 그런 것은 아니다.[5] 마그레브는 다른 모노레일과 달리 주행 중 빔과 물리적으로 접촉하지 않는다.
9. 전환 (선로 변경)
초기 모노레일은 노선 전환이 어려웠는데, 특히 독일 뷔르퍼탈의 현수식 모노레일이 대표적이다. 다른 일부 모노레일은 시애틀 센터 모노레일처럼 연속적인 루프나 두 역 사이를 운행하여 전환을 최소화했다.
현대 모노레일은 과거보다 효율적인 전환이 가능하다. 현수식 모노레일은 빔웨이 내부 플랜지를 이동시켜 열차를 전환한다. 과좌식 모노레일은 빔을 움직여 전환하는데, ALWEG 설계는 12초 만에 전환을 완료할 수 있다.[39]
상파울루 15호선에서 운행 방향을 전환하는 전환기
차량 회전대를 사용하여 여러 선로로 재배향할 수도 있다.[41][42]시드니 모노레일은 차량 기지에 트래버서가 있어 본선 열차를 교환했다.
10. 산업용 모노레일
모노레일은 여객 운송뿐만 아니라 산업 현장에서도 다양한 용도로 사용되어 왔다. 소형 현수식 모노레일은 이동식 조립 라인의 일부로 공장에서 널리 사용되기도 한다.
1876년 센테니얼 모노레일의 영향을 받아, 1877년 브래드퍼드 앤 포스터 브룩 철도는 펜실베이니아주브래드퍼드와 펜실베이니아주 맥키언 카운티 포스터 타운십을 연결하는 약 약 8.05km 길이의 노선을 건설했다. 이 노선은 1878년부터 1879년까지 기계와 석유류를 운반했다. 초기 기관차는 문제가 많았고, 세 번째 기관차는 시험 운행 중 보일러 폭발로 6명이 사망하는 사고가 발생하여 철도는 폐쇄되었다.
푸르워다디 북쪽 그로보간 지역의 모노레일
자바 중부의 모노레일은 산악 지대의 숲에서 강으로 목재를 운반하는 데 사용되었다. 1908년과 1909년에 수동식 모노레일이 건설되었고, 이후 1919년/1920년에 산림 이용 방식의 변화로 증기 기관차가 있는 협궤 철도로 대체되었다.[63][64][65][66]
1920년대 함부르크 항은 해상 선박에서 여객 터미널까지 수하물과 화물을 운반하기 위해 가솔린 엔진을 사용하는 현수식 모노레일을 사용했다.[67]
1924년 북부 모하비 사막에서는 엡섬솔트 모노레일이 건설되었다. 이 모노레일은 황산마그네슘 광상을 채굴했으나, 1926년 운영이 중단되었고 1930년대 후반에 해체되었다.[68]
소비에트 연방에서는 1934년 리스코프스키 모노레일이 건설되어 목재를 운반했다. 이를 본보기로 보르 마을에 화물 및 여객 모노레일이 건설되었으나, 리스코프스키 모노레일은 1949년 운영이 중단되었다.
영국 회사인 ''Road Machines (Drayton) Ltd''는 모듈식 모노레일 시스템을 개발하여 1949년에 판매를 시작했으며, 전 세계의 산업, 건설 및 농업 분야에서 사용되었다. 이 회사는 1967년에 거래를 중단했다.[70] 이 시스템은 1967년 제임스 본드 영화 ''007 두 번 산다''에 사용되었다.
산업용 간이 수송 시설로 모노레일을 사용한다는 발상은 오래전부터 있었으며, 농업용 모노레일이 대표적이다. 이후 인원 수송용, 공사 현장 자재 운반용, 나가사키시의 사면이동시스템과 같은 생활용, 고령자 복지 간호용, 송전탑 보수용, 전망 관광지 관객 수송용 등으로 용도가 넓어지고 있다. 일본 국외에서도 농업용[102], 파이프라인 설치[103] 등 산업용 모노레일로서 사용 실적이 있다.
요코하마 병원의 「곤탄」(요코하마시 보토케야구)
놀이공원의 어트랙션이나 박람회장 내 이동용으로 간이 모노레일이 사용되기도 한다. 요코하마 병원의 모노레일 「곤탄」은 국도 1호선과 고지대에 있는 병원을 연결하며, 병원 이사장의 발안으로 설치되었다.
10. 1. 농업용 모노레일
일본에서는 1966년에 닛카리와 요네야마 공업 주식회사에 의해 농업용 모노레일이 개발되었다.[100] 이는 귤을 비롯한 과수 재배의 급경사지에서 노동 경감을 목적으로 한 것이었다.[100] 이 모노레일은 랙 앤 피니언 방식으로 차량을 구동하여, 최대 45도 경사까지 허용할 수 있었다.[100]
농업용 모노레일은 본래 물자 수송용으로 설계되었으나, 실제로는 사람들이 무리하게 탑승하는 경우가 많아 사고가 빈번했다. 이에 농림수산성, 후생노동성, 경제산업성 등이 참여하여 안전 기준을 마련하고, 인원 수송용으로도 안전하게 사용할 수 있는 시스템을 개발하는 방향으로 발전하였다.[100]
10. 2. 광산용 모노레일
광산 산업에서는 랙 앤 피니언 구동 방식을 사용하여 가파른 터널을 오르내릴 수 있는 현수식 모노레일이 사용된다. 이는 도로 차량이나 기존 철도에 적합한 완만한 경사로를 건설해야 하는 터널의 비용과 길이를 최대 60%까지 줄일 수 있다.[76][77]
10. 3. 물류용 모노레일
2020년부터 칭다오항에 20피트와 40피트 컨테이너를 가득 채운 상태로 운반할 수 있는 현수식 모노레일이 건설 중이며, 1단계는 2021년에 가동되었다.[78][79]
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