전문가의 기록

미래로 가는 가장 오래된 길,
철도의 다음 100년

철도의 역사는 인류가 더 많은 사람과 물자를 더 빠르고 안전하게 이동시키기 위해 노력해 온 과정이다. 광산에서 광물을 운반하기 위해 나무로 만든 길 위에 수레를 달리게 했던 초기 철도는 19세기 증기기관의 등장과 함께 본격적인 교통수단으로 발전했다. 1825년 영국의 스톡턴–달링턴 철도 개통을 시작으로 철도는 불과 200년 만에 도시와 국가를 연결하는 핵심 교통수단으로 성장했다. 그렇다면 앞으로 100년의 철도는 어떤 모습일까? 미래 철도의 변화는 단순히 ‘더 빠르게’라는 말만으로 설명하기 어렵다. 고속화와 함께 기후변화에 대응하고, AI와 로봇을 활용하며, 더 오래 사용하면서 환경 부담은 줄이는 철도 인프라로 진화해야 한다. 철도의 다음 100년은 이미 시작되고 있다.

글. 최일윤 한국철도기술연구원 궤도토목본부장

더 빠른 철도

철도 발전을 이끌어 온 가장 강력한 동력 가운데 하나는 ‘속도’였다. 초기 증기기관차가 수십 km/h 수준으로 달렸다면 오늘날 고속철도는 300km/h를 넘어 350km/h급 운행이 가능한 시대에 도달했다. 2007년 프랑스 TGV는 시험운전에서 574.8km/h를 기록했고, 우리나라도 2013년 차세대 고속열차 HEMU-430X가 421.4km/h를 기록하며 세계적인 수준의 고속철도 기술력을 보여주었다.

흥미로운 것은 열차의 속도가 비약적으로 높아지는 동안에도 열차가 달리는 ‘길’의 기본적인 모습은 크게 달라지지 않았다는 점이다. 레일 위를 바퀴가 달리고, 레일은 체결장치와 침목으로 지지되며, 그 아래에는 자갈도상이나 콘크리트 구조가 놓인다. 레일·체결장치·침목·도상이라는 기본적인 궤도 구성은 앞으로도 상당 기간 유지될 가능성이 높다. 다만 400km/h급 고속철도 시대에는 작은 궤도 변형이나 오차도 주행안전성과 승차감에 큰 영향을 줄 수 있기 때문에 더욱 높은 정밀도와 안정성, 내구성이 요구된다.

한편 기존 바퀴식 철도의 물리적 한계를 뛰어넘기 위한 새로운 기술도 개발되고 있다. 대표적인 사례가 하이퍼튜브다. 저압 또는 아진공 튜브 안에서 차량을 부상시키고 비접촉 방식으로 추진해 공기저항과 주행저항을 크게 줄이는 개념이다. 이러한 기술이 실용화된다면 지난 200년 동안 이어져 온 레일과 침목 중심의 철길 개념 자체가 근본적으로 달라질 수도 있다.

따라서 미래 철도의 고속화는 두 방향으로 진행될 것이다. 하나는 기존 철길을 더욱 정밀하고 안전하게 발전시켜 400km/h급 고속철도 시대를 여는 것이고, 다른 하나는 장기적으로 기존 철도의 물리적 한계를 넘어서는 새로운 초고속 교통시스템에 도전하는 것이다.

기후변화에 강한 철도

미래 철도가 직면할 또 하나의 큰 도전은 기후변화다. 과거에는 이례적인 현상으로 여겨졌던 폭염과 극한 강우가 반복되면서 철도시설을 설계하고 유지관리하는 방식도 달라져야 한다.

철도에서 폭염의 영향을 직접적으로 받는 대표적인 시설이 레일이다. 현재 고속철도와 대부분의 일반철도에서는 레일을 연속 용접한 장대레일을 사용하고 있다. 장대레일은 승차감과 소음·진동 측면에서 유리하지만 온도 변화에 따른 응력 관리가 중요하다. 여름철 레일 온도가 상승하면 압축응력이 증가해 선로가 옆으로 휘어지는 좌굴 위험이 커지고, 겨울철에는 인장응력이 증가해 레일절손 가능성이 높아진다.

앞으로 폭염이 더욱 빈번해진다면 레일온도와 궤도 상태를 보다 정밀하게 관리하는 동시에 궤도의 구조적인 안정성을 높여야 한다. 자갈궤도의 횡저항력을 높일 수 있는 광폭침목 등 새로운 기술을 적용하고, 장기적으로는 레일 좌굴에 대한 구조적 안정성을 높일 수 있는 콘크리트궤도의 확대도 검토할 필요가 있다.

폭염 못지않게 중요한 것이 극한 강우다. 최근에는 좁은 지역에 짧은 시간 동안 많은 비가 집중되는 현상이 빈번해지고 있다. 이러한 집중호우는 철도 노반 유실과 비탈면 붕괴, 선로 내 토사 유입, 배수시설 용량 초과 등으로 이어져 열차 운행의 안전을 위협할 수 있다.

극한 강우에 대비해 철도교량에도 새로운 검토가 요구된다. 기후변화로 설계홍수량과 계획홍수위가 변화하면 과거 기준으로 건설된 일부 교량은 충분한 여유고나 통수능력을 확보하지 못할 수 있다. 필요한 경우 교량 인상, 경간 확대, 교각·기초 보강 등 적극적인 개량도 검토해야 한다. 기존 교량의 안전한 해체기술, 모듈러공법 등을 활용한 신속하고 안전한 교량 건설기술도 요구된다.

결국 미래의 철도는 단순히 ‘튼튼한 철도’가 아니라 변화하는 자연환경에 적응하고 재난이 발생하더라도 빠르게 회복할 수 있는 철도여야 한다.

AI와 함께하는 철도

앞으로 철도 현장에서 가장 큰 변화를 불러올 기술 가운데 하나는 AI다. 특히 철도시설의 유지관리 방식이 크게 달라질 것으로 예상된다.

지금까지는 사람이 현장을 순회하거나 검측차량을 운행해 시설 상태를 확인하고 숙련된 기술자가 데이터를 분석해 보수 여부를 판단하는 방식이 중심이었다. 앞으로는 궤도검측차량과 선로변 센서, CCTV, 드론, 위성 등에서 수집되는 방대한 데이터를 AI가 통합적으로 분석하게 될 것이다.

이를 통해 시설이 고장 난 뒤 복구하는 방식에서 벗어나 문제가 발생하기 전에 이상징후를 찾아 필요한 시점에 보수하는 예측·예방 중심의 유지관리가 가능해진다. 시설의 상태 변화를 지속적으로 분석해 고장 가능성이 높은 위치와 시점을 예측한다면 안전성을 높이는 동시에 불필요한 점검과 교체를 줄여 유지관리 비용도 절감할 수 있다.

설계 분야에서도 AI의 활용은 확대될 것이다. 선형, 구조물, 궤도 등에 필요한 설계조건과 기준을 디지털화하고 AI와 연계하면 반복적인 설계 작업을 자동화할 수 있다. 여러 설계안을 동시에 검토해 안전성, 공사비, 탄소배출량, 시공성, 유지관리성 등을 비교하고 최적의 대안을 제시하는 것도 가능해질 것이다. 이에 따라 기술자의 역할 역시 모든 계산을 직접 수행하는 사람에서 AI가 제시한 대안을 검증하고 최종적인 기술적 판단을 내리는 전문가로 변화할 것이다.

여기에 AI가 실제 장비와 결합하는 피지컬 AI(Physical AI)가 더해진다. 숙련 기술자의 고령화와 전문인력 감소가 예상되는 상황에서 로봇이 선로를 이동하며 레일과 체결장치를 점검하고, 드론이 비탈면과 교량을 조사하며, 자동화 장비가 침목 교환이나 중량물 취급과 같은 위험하고 반복적인 작업을 수행할 수 있다.

미래의 철도 유지관리는 결국 ‘센서와 위성이 감지하고, AI가 판단하며, 로봇이 작업하고, 사람이 최종적으로 관리하는 체계’로 발전할 가능성이 높다. 이는 사람을 대체하기 위한 것이 아니라 작업자를 위험한 현장과 반복적인 업무에서 보호하고 사람이 더 높은 수준의 판단과 관리에 집중하도록 하기 위한 변화다.

그러나 AI에 지나치게 의존하면 기술자가 직접 계산하고 현장을 관찰하며 판단하는 기회가 줄어 전문역량이 오히려 약화될 수 있다. 특히 철도와 같은 안전 분야에서는 AI가 판단하기 어려운 새로운 고장이나 재난상황에서 결국 전문가의 경험과 판단이 최후의 안전장치가 된다. 따라서 미래 철도에서 필요한 것은 AI가 사람을 대신하는 체계가 아니라 AI는 계산하고 예측하되, 사람은 원리를 이해하고 결과를 의심하며 최종적으로 판단하는 협업체계이다. AI 시대의 진정한 경쟁력은 AI를 얼마나 많이 사용하는가가 아니라, AI의 답이 틀렸을 때 그것을 알아볼 수 있는 전문가를 얼마나 잘 키우고 유지하는가에 달려 있다. 특히, 신입 전문가 육성을 위한 교육체계 및 업무체계를 강화하는 것이 중요할 것으로 판단된다.

미래로 가는 철도

200년 전 철도는 광산에서 물자를 운반하던 단순한 길에서 출발했다. 이후 철제 레일과 증기기관차, 전기철도와 고속철도를 거쳐 이제 우리는 400km/h급 고속철도와 하이퍼튜브, AI와 로봇이 관리하는 철도를 바라보고 있다.

앞으로 100년의 철도는 단순히 더 빠른 철도만을 의미하지 않는다. 폭염과 극한 강우에도 안전한 철도, 오래 사용하면서 유지관리 부담과 탄소배출을 줄이는 철도, 센서와 AI가 시설의 이상을 미리 찾아내는 철도, 로봇이 위험한 현장작업을 대신하는 철도로 발전해야 한다. 이를 위해서는 새로운 철도를 잘 건설하는 것뿐 아니라 이미 구축된 철도 인프라를 더 오래, 더 안전하고 효율적으로 사용하는 기술 역시 중요하다.

지난 200년 동안 철도는 시대가 요구하는 속도와 안전에 맞춰 끊임없이 변화해 왔다. 앞으로의 100년도 마찬가지다. 다만 이제 철길이 가야 할 방향은 ‘더 빠르게’라는 하나의 목표만으로 설명할 수 없다. 더 빠르게, 더 안전하게, 기후변화에 더 강하게, 더 지속가능하게, 그리고 더 지능적으로. 이것이 미래 철도가 가야 할 길이다.

철도는 인류가 만든 가장 오래된 근대 교통수단 가운데 하나이지만 끊임없이 새로운 기술을 받아들이며 진화해 왔다. 그래서 철길은 오래되었지만 낡은 길이 아니다. 철도는 미래로 가는 가장 오래된 길이다. 그리고 그 길의 다음 100년은 지금 우리가 어떤 철도를 준비하느냐에서 시작된다.