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요약 현대 산업사회에서 철도를 이용해 사람이나 짐을 한 장소에서 다른 지점으로 옮기는 데 사용하는 도구나 장치의 발달.
개요
20세기는 철도교통의 성숙기라고 말할 수 있다.
선진국의 경우 철도노선이 신설된 예는 많지 않았지만, 고속운행이 실현되고 특수화물차가 개발되었으며 정교한 교통관리체계가 발달된 것을 비롯해 차량의 안락함이나 안전성이 증진되는 등 기술적인 측면에서 커다란 비약이 이루어졌다. 그러나 한편으로 철도는 차츰 다른 교통수단들과의 경쟁에서 밀려나, 20세기 중반 무렵에는 미국과 영국을 비롯한 서구 여러나라가 경제성이 떨어지는 보조노선이나 지선들은 포기해야 하는 상황에 처했다. 그러나 세계의 다른 지역, 특히 소련·중국·일본·오스트레일리아·캐나다 등지에서는 주요 철도노선의 건설작업이 계속 진행되었다.
소련에서는 시베리아횡단철도가 복선화되고 1970년까지 대부분의 철도 구간이 전철화되었을 뿐 아니라 많은 노선이 신설되어 세계에서 가장 긴 철도망을 보유하게 되었고, 중국에서는 지닝[濟寧]에서 몽골의 울란바토르까지 철도가 부설되었으며, 일본에서는 도쿄[東京]에서 오사카[大阪]까지 고속전철노선이 개통되었다.
오스트레일리아에서는 원래 각 주(州)마다 철로 궤도의 폭이 달라 어려움이 많았기 때문에 이를 해결하기 위해 표준궤도의 노선을 신설하기 시작했고, 캐나다에서도 앨버타·퀘벡·브리티시컬럼비아 주와 노스웨스트 준주 등지의 신개척지를 중심으로 철도건설이 활발하게 이루어졌다.
1900~30년 사이에는 전반적으로 많은 기술진보가 이루어지지는 않았지만, 디젤기관차가 실용화되고 중앙교통관제기술이 완벽한 수준으로 개선된 것을 비롯해, 철로의 이음새에 용접을 이용해서 철도유지비를 절감하고 승차감을 높인 점 등은 20세기 전반의 주요한 기술 혁신으로 평가받는다.
제2차 세계대전 이후 10여 년 만에 증기기관차는 모두 디젤기관차로 대체되었으며, 1950~60년대에는 여러 나라에서 간선철도에 대한 전철화사업이 시작되었다. 현재 전세계 철도노선의 60% 정도는 그 궤도가 표준형으로서 1.435m 폭으로 제작되어 있다.
표준궤도에 비해 폭이 좁은 협궤는 건설비용이 절감되고 또 그 위를 달리는 차량 역시 작기 때문에 운행비용도 적게 드는 이점이 있으나, 속도를 높이면 안정성이 떨어진다는 약점을 가지고 있다. 최근에는 단면이 T자를 거꾸로 놓은 것과 같은 형태의 궤도를 많이 사용하는데, 이 T자형 궤도를 고안한 것은 1830년대 영국의 비뇰스와 미국의 스티븐슨이었다.
표준형 궤도 1개의 길이는 30m이지만, 지금은 레일과 레일을 용접으로 연결하기 때문에 기차가 연결부위를 지나갈 때 진동이 없고 차량정비 비용도 절감된다.
기관차와 차량
기관차는 사용하는 연료에 따라 증기·디젤·전기기관차로 구분할 수 있다.증기기관차는 20세기 전반까지 널리 사용되었지만, 열효율이 6%에도 못 미치는 구조적인 취약점 때문에 1970년대부터 선진국에서는 거의 사라지고, 일부 개발도상국에 남아 있을 뿐이다.
증기기관차는 차내에 연료와 물을 싣고 다니는 자급체제를 갖추고 있으며 디젤기관차도 연료탱크를 달고 다니지만, 전기기관차는 전선이나 별개의 레일을 통해 외부로부터 동력을 공급받는다. 전기기관차들 가운데 축전지를 쓰는 경우도 있으나 이들은 소형이고 특수용도에 국한되어 있다.
전기를 기차의 동력원으로 이용하고자 하는 시도가 행해진 것은 1835년부터였으나 상용화된 것은 1895년 미국동부에서였다.
초기에는 단지 증기기관차가 굴속에서 내뿜는 매연과 소음문제를 해결하기 위한 방안으로 도시근교노선에 전기기관차가 도입되었으나, 1902년 이탈리아에서는 간선철도에도 전기기관차를 운행하기 시작했다. 전철화사업은 제1차세계대전 이후 스웨덴·스위스·노르웨이·독일·오스트리아 등지에서 본격적으로 추진되었고, 1920년대말에는 정도의 차이는 있었지만 유럽의 거의 모든 나라에 어느 정도의 전철화사업이 진척된 상태였다.
유럽 이외의 지역 가운데에는 1919년 오스트레일리아, 1923년 뉴질랜드, 1925년 인도와 인도네시아, 1926년 남아프리카 등지에서 차례로 전기기관차가 도입되었으며, 미국의 경우 1900~30년 사이 여러 대도시 및 근교에서 전철이 운행되었다. 제2차 세계대전 이후 유럽에서는 전철화 작업이 더욱 활발해져 스위스에서는 전체 철도노선의 99%가 전철화되었으며, 1970년대초까지 스웨덴 62%, 노르웨이 57%, 이탈리아 59%, 프랑스 26%, 서독 33%, 소련 22%, 일본 45%, 영국 19% 등 각국의 여러 노선이 전철화되었다.
그러나 미국은 전노선의 1%에도 못 미치는 극히 일부분의 노선만 전기를 사용하고 있다.
전기기관차는 전기를 값싸게 공급받을 수 있고 교통수요가 최소한 시설투자비용을 감당할 수 있을 만큼 유지되어야 한다는 2가지 조건만 충족된다면, 다른 어떤 기관차보다도 경제성이 높다. 증기기관차나 디젤기관차는 차내에서 직접 동력을 생산해야 하지만, 전기기관차는 동력을 외부에서 그대로 공급받기만 하면 되기 때문에 구조적으로 훨씬 우수하다.
또한 열차가 출발할 때나 가파른 경사면을 오를 때 충분한 힘을 낼 수 있고 소음이 적을 뿐 아니라 매연을 배출하지 않으며 차량의 구조도 단순해 정비하는 데 드는 시간과 비용도 절감할 수 있다. 그러나 전철에는 전기배선로 등과 같은 고정시설의 건설과 유지·관리에 드는 비용부담이 크다는 약점이 있다.
1960년말 이래로 디젤기관차는 기존의 증기기관차를 거의 대체해, 세계적인 기관차의 표준이라는 위치를 점하게 되었다(→ 디젤 기관). 디젤기관차는 증기기관차에 비해 열효율이 4배로 크기 때문에 연료 소모가 적고 속도를 높이기 쉬우며 중간정비를 받지 않고도 3,000km 이상의 장거리를 주행할 수 있을 뿐 아니라 증기기관차보다 깨끗하고 운행 도중 물을 공급받을 필요도 없어 편리하다.
디젤기관차는 차체내에 발전장치를 갖추고 디젤연료를 사용해서 전기를 생산해 움직이기 때문에 엄밀하게 말하면 디젤-전기기관차라 불러야 옳다. 디젤기관차는 전기기관차에 비해 전기 공급을 위한 전선 등과 같은 고정설비 비용 부담이 적지만, 그대신 출력이 약하고 기관차의 구조가 복잡해 가격이 비싼 것이 단점이다.
화차는 무개차(open-top car), 유개차(boxcar), 무개무측의 평대차(flatcar) 등 3가지 유형으로 크게 구분되며, 용도에 따라 각각 다양한 변형으로 제작된 차량들이 사용된다.
특수화차로서는 자동차운반용 2단차, 탱크차, 화차내부를 칸막이한 차, 지붕을 여닫을 수 있는 화차 등이 있다.객차는 크게 유럽형과 미국형으로 나누는데, 유럽형은 6~8인승 객실이 있고 차의 한편으로 통로가 나 있는 것이 많고, 미국에서는 2인용좌석이 통로를 사이에 두고 좌우로 배열된 것이 많다.
1980년대에 들어서면서 유럽에서도 미국형 객차가 점차 늘어나고 있다. 특수객차로는 2층객차, 침대차, 전망차, 식당차 등이 있다.
교통관제와 경영
철도교통은 한 국가나 지역 또는 대륙 규모의 방대한 범위에 걸쳐 이루어지므로, 이 거대한 교통조직을 효율적으로 관리·운영하기 위해서는 통신 및 제어 체계가 잘 갖추어져야 한다.
통신체계에는 통상적으로 쓰이는 전보와 전화 외에도 무선전화 및 컴퓨터통신체계가 사용된다. 교통관제를 위한 신호체계의 역사를 보면, 초기에는 낮에는 깃발을 밤에는 등을 사용했으나 차츰 자동화체제가 개발되어 이를 대체해왔다. 지금도 교통량이 적은 철도노선에서는 기차운행표와 전화를 이용한 수동식 교통관제 방식이 쓰이지만, 교통량이 많은 지역이나 고속철도가 운행되는 지역에서는 거의 완벽하게 자동관제체계를 갖추고있다.
자동화체계가 더 진전되면 승무원 없이도 기차를 운행할 수 있게 된다. 일본의 신칸센[新幹線]과 같은 고속철도가 그 예로서, 승무원이 하는 일이란 기차를 출발·정지시키고 문을 여닫는 일 정도에 불과하다.
이와 비슷한 무인기차가 영국의 런던, 미국의 샌프란시스코 등지에서도 운행되고 있다. 차량통제는 또한 적환장과 차량기지에서 차량의 분류 및 배치작업에 사용되는데, 여기서도 컴퓨터, 무선전화, 폐쇄회로 텔레비전 등을 이용한 자동관제가 급속히 보급되는 추세에 있다. 자동화는 작업능률을 크게 향상시키기 때문에, 여러 개의 소규모 적환장이나 차량기지에서 일을 분담하는 것보다는 하나의 대규모 차량기지에서 통합하여 작업하는 것이 더 효율적이므로, 소규모 기지가 많이 폐쇄되는 등 철도시설의 입지에도 큰 변화가 일고 있다.
철도교통이 시작된 초기에는 대부분의 철도가 개인에 의해 운영되고 있었다.
그러나 철도가 지역사회와 국가전체에 미치는 영향이 워낙 크고 광범위하기 때문에 오래 지나지 않아서 거의 대부분의 나라가 철도건설 및 노선의 위치결정 등에 규제를 가하면서 철도관련법안을 제정해 철도운영 전반에 대한 규범을 설정하고 운임구조 등에도 간섭하기 시작했다. 이와 같이 정부의 간섭이 증가되는 과정을 거쳐 1970년대 초에 이르면 거의 모든 나라의 철도가 국유화 혹은 준국유화되었다.
정부통제의 증가는 철도가 봉착한 재정난에도 연유한다.
제2차 세계대전 이후 철도는 다른 교통수단들로부터 심한 도전을 받게 되었는데, 철도는 고정자산이 많기 때문에 급변하는 경제환경에 맞추어 쉽게 변신할 수가 없을 뿐 아니라, 어떤 노선이 적자노선이라 하여 공공성을 무시하고 운행을 함부로 중지할 수는 없어 철도회사의 경제적 어려움은 매우 심하여졌다. 이런 문제의 해결책으로 제시된 것이 철도의 국유화이며, 프랑스는 1938년에 영국은 1948년에 국유화하였다. 지금까지 사유철도체제를 유지하고 있는 북아메리카에서도 캐나다 국립철도는 정부가 운영하고 있다.
미국의 철도는 고속도로 및 항공교통에 밀려 1960년대에는 도시간 장거리 승객수송서비스를 사실상 포기하게 되었고, 일부 대도시의 통근열차로 명맥을 유지하는 수준이 되었다(승객수송). 이러한 위기에 대처하기 위하여 준관영철도회사로 도시간 승객교통을 담당할 미국철도여객공사(Amtrak)와 화물수송을 담당한 통합화물철도공사(Conrail)를 1970년과 1973년에 각각 설립하였다.
철도가 여러 교통수단들로부터 심한 경쟁에 시달리고 있는 것은 사실이지만, 철도는 나름의 중요한 장점도 가지고 있다.
첫째, 곡물, 광석, 석탄과 같은 대량화물의 장거리수송, 도시간 컨테이너 대량수송, 대도시와 주변지역간의 통근자수송 등에서 타교통수단보다 유리하며, 둘째 환경을 교란하는 정도가 자동차나 비행기에 비해 훨씬 적고, 셋째 연료효율도 경쟁수단들보다 훨씬 우월하다. 따라서 철도교통의 미래는 이러한 장점들을 얼마나 유지하느냐에 달려 있다고 할 수 있다.
현재 승객수송을 위해 개발된 고속열차로는 일본의 신칸센이 가장 성공한 사례로 꼽힌다.
1964년 개통된 이 급행노선은 도쿄에서 오사카까지 일본의 인구와 산업이 가장 밀집한 핵심지대를 통과하고 있기 때문에 대단한 수익을 올릴 수 있었고, 노선도 계속 연장되어갔다. 이와 비슷한 고속열차로는 영국의 런던-맨체스터-리버풀, 프랑스의 파리-니스와 파리-리옹, 미국의 뉴욕-워싱턴 노선 등도 매우 성공적인 것으로 평가되고 있다. 화물운송분야에서도 화물의 특성에 알맞게 장비와 요금구조를 맞추어 석탄·광석·석유·곡물 등 대량화물수송을 전문화하였으며, 컨테이너화물을 트럭수송과 연계하는 방안 등으로 경쟁에 대처하고 있다.
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