건물 용도에 따른 교통량 계산

업무용 및 상업용 빌딩 / 주거용 빌딩 / 호텔 / 병원

이재탁(Jae Tak Lee) General Manager, Vertical Transport Technology

업무용 및 상업용 빌딩
우리는 이미 업무용 빌딩의 교통계획을 위한 구성요소 및 교통수요 발생요인을 검토한 바 있다. 여기서는 구체적으로 업무용 빌딩에서 요구하는 승강기 교통계획을 살펴보면서 각 요소의 상관관계를 기술해 보기로 한다.
업무용 및 상업용 빌딩의 일반적인 특징은 출근시 첨두 교통부하가 발생함에 있다. 물론 중식시 또는 퇴근시에도 첨두부하가 발생하지만, 주간 근무시간대에서는 상주인구의 분산에 따라 아침 출근시와 같은 첨두부하의 발생은 거의 없다. 그러므로, 업무용 빌딩의 교통계획에서는 당연히 아침 출근시의 교통부하 요구를 기준으로 한 승강기 설계가 필요하다.

1. 업무용 빌딩의 교통 수요 형태

업무용 빌딩의 교통 수요는 크게 승강기 이용시간대별로 ▲첨두 부하(Heavy Traffic Demand) ▲평상 부하(Moderate Traffic Demand) ▲경부하(Light Traffic Demand)로 나눌 수 있다. 또한 건물의 용도 및 상주인구의 근무형태에 따라 빌딩전체의 승강기 이용면에서 보면 ▲최상의 이용 요구 조건(High Traffic Requirement) ▲보통의 이용 요구 조건(Average Traffic Requirement) ▲최소한의 이용 요구 조건(Moderate Traffic Requirement)로 크게 나눌 수 있다.

먼저 이용시간대별로 구분한 교통수요를 검토해보기로 한다.

1.1 유입승객의 시간대별 이동 패턴
첨두부하 시간대역 : 먼저 출근시간대의 승강기는 수요(승강기 호출)의 연속이라고 말할 수 있다.
건물의 대부분의 상주인구가 특정한 시간대에 집중적으로 승강기 로비로 유입되고 승강기는 유입승객의 연속된 승강기 호출에 반복적으로 응답하는 시간대이다. 이미 검토한 바와 같이 건물의 교통계획시 가장 중요한 기준이 된다. 승강기 운행은 출근시 집중하는 승객을 최대한 빨리 목적층으로 수송하도록 승강기를 계획하게 되는데 바로 출근시 상주인구의 집중률에 근거를 두고 계산하게 된다.
[표1]은 서울 시내의 전형적인 업무용 빌딩(K빌딩)을 기준으로 출근시간대의 유입승객을 측정한 것이다.
이와 관련해서 [그림1]을 참고해 보면 K빌딩은 업무개시전 20분∼10분 사이에 전체 상주근무자의 약 54%가 승강장 로비에 도착하는 집중현상을 보이고 있다.
당해 빌딩의 엘리베이터 교통처리 상황을 분석해 보자. 우선 기준층 출발 승강기에 매번 80%이상의 탑승객을 수송한다고 가정하면, ▲5분간의 수송능력 : 약 11.5% ▲기준층 배차간격 : 약 34초의 결과를 얻게 된다.
국내의 승강기 이용관행을 감안하여 탑승용량의 90%이상이 탑승한다고 하더라도▲5분간의 수송능력 : 약 12.2% ▲기준층 배차간격 : 약 36.5초의 결과를 얻게 된다. 즉 매 5분간 수송할 수 있는 승객수는 전체 상주인구의 11.5%인 1백38명을 수송할 수 있다. 최대가능한 수송능력인 12.2%를 가정하더라도 1백46명을 수송하게 되어 승객이 집중하는 업무개시전 20분에서 10분 사이에는 많은 승객이 기준층 로비에서 긴 줄서기를 해야한다.
이 시간대의 15분간 승강기 수송능력과 유입승객을 비교해보면 ▲유입승객수 : 6백47명/15분 ▲15분간 수송능력 : 4백38명/15분으로 나타났다. 혼잡시간대의 15분간의 수송능력을 초과한 2백9명의 유입승객은 추가 5분간 이상의 대기시간을 유발시키고, 이로 인하여 다음 도착한 유입승객에게 영향을 미치게 되어 실제 혼잡시간은 10분이상 연장하게된다.
특히 당해 빌딩은 단일회사가 입주하여 사용하고 있으므로, 일정한 출근시간을 가지고 있어 5분간 수송능력은 16%∼20%이상은 확보되어야 한다. 20%의 수송능력에 맞게 승강기 설계가 되었을 경우, 5분간 수송 인원은 2백40명이 되어 출근시 집중된 승객을 원할히 소화할 수 있다.
16%의 경우 1백92명의 인원을 5분간 수송할 수 있어 첨두시간대에 다소 지연인원은 초래하게 되나 긴 줄서기는 피할 수 있을 것이다.
[그림3]에서 출근시간을 기준으로 하여 각각의 수송능력별로 비교를 해보면 현재의 승강기 교통상황이 상당히 열악함을 알게 된다. 특히 이 출근 시간대의 승강기 운행제어는 정상운행(Normal operation)과는 상당한 차이를 보이게 된다.
정상운행에서는 모든 승강기는 승객운행을 완료한 직후 군관리 제어시스템의 판단에 따라, 건물 전체층에 골고루 배치(Splitted spacing)되어 승강기 호출에 신속히 응답할 수 있도록 되어 있으나, 출근시 첨두부하운전(Up-peak Operation)에서는 분산배치(Splitted spacing)는 무시되고 운행종료와 함께 기준층으로 복귀하도록 프로그램 되어 있다. 또한, 아침 출근시 중간층에서 하강탑승(Down calls)요구가 있을 경우, 극히 일부의 승강기만 서비스하도록 한다. 즉, 수송력 극대화를 위한 운전제어모드로 변환하게 되고, 컴퓨터에 의해 임의로 또는사전 프로그램에 의해 자유롭게 출근시 운전모드 전환과 종료시간을 설정할 수 있다. 일부 초고층 빌딩의 경우에 있어서는 출근시 서비스층을 설정하여 고층존(High Zone)과 저층존(Low Zone)으로 분할하여 운전하는 경우도 있다. 그러나 특별한 경우를 제외하고는 수송효율이 저하되어 잘 적용하지 않는다.
평상부하 및 경부하 시간대 : 아침 출근시간 이외의 시간대에서는 모든 승강기는 정상적인 응답과 분산배치에 들어가 최적의 승강기 서비스가 가능해 지므로, 실제적인 상세 운전과정은 여기서는 생략한다. 다만, 이 시간대에는 높은 수송능력이 우선되지 않고 승강기 호출과 동시에 가장 신속한 응답이 이루어질 수 있도록 제어되며, 그 수송능력과 승객의 대기시간을 참고로 검토해 보면 [표2]와 같다.
평상부하의 경우에는 아침 출근시와는 달리 각층에서의 무작위성의 층부름(Landing calls)이 발생하게 되고, 탑승자의 행선버튼의 등록과 함께 전체 서비스 부름(Service calls)으로 계산해야 한다. 여기서 승강기 탑승자의 행선층 등록에 의한 승강기의 정지횟수는 해당 승강기에 국한되나 층부름(Landing call)의 경우에는 인접 승강기, 대기 승강기, 동일행선 승강기 등의 여러가지 운행정보를 군관리 제어반의 계산 및 판단에 따라 군관리내의 모든 승강기에 배치된다.
이러한 경우의 수송능력은 크게 중요하지 않으며, 승객의 대기시간(Waiting time)이 매우 중요한 서비스 요소가 된다. [표2]에서 계산되는 배차간격은 탑승인원에 대한 배차간격을 표시한 것으로서 실제 정상운행의 경우와는 다소 차이가 발생하게 되며, 승강기 제조사마다 결과치가 다르다. 또한 승객의 대기시간은 도표의 배차간격의 약 60% 이상으로 계산한다. 다음으로 승강기 이용측면에서 검토해 봤을 때 업무용 빌딩의 경우, 최상의 이용요구(Heavy Traffic Requirement)에 필요한 승강기 요건은 ▲5분간 수송능력(5-minHC) : 상주인구의 16%∼25% ▲배차간격(D.I.) : 20초∼25초이다.
이와 함께 보통의 이용요구(Aver-age Traffic Requirement)에 필요한 승강기 요건은 ▲5분간 수송능력(5-minHC) : 상주인구의 12%∼16% ▲배차간격(D.I.) : 25초∼32초이며, 최소한의 이용요구(Moderate Traffic Require-ment)에 필요한 승강기 요건은 ▲5분간 수송능력(5-minHC) : 상주인구의 10%∼12% ▲배차간격(D.I.) : 32초∼40초로 설정하여 교통계획을 세우고 있다. 각각의 교통 요구를 대비해 보면 [그림5]와 [그림6]과 같음을 알 수 있다.

주거용 빌딩
주거용 빌딩인 아파트 또는 주상 복합빌딩의 경우에는 업무용 빌딩과는 달리 아침 출근시의 승강기 교통요구는 하강운전이 요구(Down Traffic Demands)된다.
또한 저녁 퇴근 시간대에는 업무용 빌딩의 아침 출근시간과 유사한 승강기 교통수요가 발생하지만, 일정한 시간대의 출퇴근 시간이 거의 없으므로 다음과 같은 건물의 승강기 교통패턴을 적용할 수 있다. 아침 출근시간에는 기준층으로 집중하는 각층의 승강기호출이 발생하고 있으며 이 호출에 응답하는 승강기의 정지횟수는 전체서비스층에 단위시간에 대한 서비스 승강기로 나누게 되면 아침 출근시(Down Traffic) 교통능력과 배차간격을 계산할 수 있다.
실제적인 계산에서는 퇴근시 집중되는 교통수요를 계산하여 동일한 결과로 유추해석하는 것이 보통이다. 통상 업무용 빌딩에서 발생할 수 있는 하강운전 첨두수요(Down Peak Traffic Demands)의 경우를 주거용 빌딩에 적용하는 것은 무리이므로 여기서는 그 검토를 배제키로한다. 참고로 업무용 빌딩의 경우 Down Peak 제어모드로 전환될 경우 일부층의 대기승객의 대기시간은 매우 길어진다.
그 이유는 Peak time 운전시에는 많은 승객이(80%이상) 탑승하게 되므로 중간층의 승강기 부름은(Landing Calls) 통과하기 때문이다. 일반 주택용 빌딩에서 승강기가 통과(By-pass)되는 것을 기대하는 입주민은 없을 것이다. 대부분의 아파트에서는 계단식으로 건축되어 층당 2세대가 1대의 승강기를 공유하는 것이 대부분이므로, 서비스 층수를 감안하여 승강기의 탑승용량의 대소에 따라 교통능력이 확정될 수 있다. 일부 복도식 아파트의 경우 여러대의 승강기를 배치할 수 있으므로, 이러한 경우 다음에 표시되는 형식에 따라 승강기 대수 및 용량을 산정해야 한다.
다음에 표시되는 수송능력과 배차간격은 통상적으로 권장되는 수치이며, 건물의 위치, 건물의 층수 및 도심이나 교외 등 출근과 퇴근에 영향을 받는 많은 요소가 있으므로 일반적인 교통계획을 기준으로 가감하여 사용하는 것이 바람직하다.

주거용빌딩의 교통계획 기준
주거용 빌딩의 교통계획을 세우는 데 있어서 그 기준은 ▲최상의 이용 요구 조건(High Traffic Require-ment) : 5분간 수송능력(5minHC) = 12%,   배차간격(D.I.) = 50 sec ▲보통의 이용 요구 조건(Average Traffic Requirement) : 5분간 수송능력(5minHC) = 9.5%, 배차간격(D.I.) = 70 sec ▲최소한의 이용 요구 조건(Moderate Traffic Requirement) : 5분간 수송능력(5minHC) = 7%, 배차간격(D.I.) = 90 sec로 살펴볼 수 있다.
최상의 이용 요구 조건(High Traffic Requirement)에 해당하는 주거용 빌딩은 도심에 있는 주거용 빌딩에 해당하며, 대부분 도심에 직장과 학교가 위치하여 일정한 시간에 교통수요를 유발할 경우에 적용할 수 있다.
최근, 국내에서는 초고층의 많은 주상 복합빌딩이 건축되고 있는데 이러한 교통계획을 면밀히 검토하여 가장 경제적인 승강기 설치가 이루어져야 할 것이다.
주거용 빌딩의 경우에는 실제로 첨두부하 운전이 어렵다. 첨두부하 운전시 정상운행의 일부 서비스 기능이 제한을 받을 수 있으므로 정상적인 운전모드로 계산한다. 보통의 이용 요구 조건(Average Traffic Requirement)의 경우에는 도심은 아니지만 도시내의 반주택단지에 위치한 경우에 해당되며, 출퇴근 거리가 상당한 경우에 적용될 수 있으며, 일반적인 경우 5분간 수송능력이 8%∼12% 이내이면 무난하다.
최소 이용요구조건(Moderate Traffic Requirement)의 경우에는 주거용 빌딩이 교외에 위치한 경우에 해당되며, 출퇴근 거리가 비교적 먼 경우에 하는 경우이다.
이 경우 5분간 수송능력이 6%∼8% 이내이면 최소한의 요건을 갖추고 있다고 본다. 여기서 표시되는 수치는 건물의 층수, 지하층수, 위치 등을 감안하여 검토해야 한다.

1.호텔 : 건물용도가 호텔인 경우 승강기 수요는 최적의 서비스가 승강기 전체시스템 효율보다 우위에 대부분 놓여있고, 호텔 투숙개의 일반적인 특성상 바쁜 출근특성이 없으므로 배차간격보다는 수송능력에 우선을 두고 승강기 교통계획을 검토한다.
또한 호텔의 경우 일시에 많은 투숙객이 승강기 로비에 집중될 수 있으나, 대부분 체크인 카운터에서 완충역할을 하여 일반 업무용 빌딩과 같은 집중은 피할 수 있다. 따라서 대부분의 투숙객은 승강기 탑승을 위한 긴 줄서기 보다는 업무용 빌딩보다 넓고 훌륭한 로비에서 편안한 상태로 대기하기를 더욱 편안해 한다.그러므로, 호텔로비에서의 출발간격은 업무용빌딩보다는 여유가 있게 설계된다.
다음에는 승강기 이용측면에서 검토해 보면, 호텔인 경우에 필요한 ▲최상의 이용요구(Heavy Traffic Requirement)에 필요한 승강기 요건은 5분간 수송능력(5-minHC) : 직원 및 투숙객의 16%∼25%, 배차간격(D.I.) : 25초∼32초 ▲보통의 이용요구(Average Traffic Requirement)에 필요한 승강기 요건은 5분간 수송능력(5-minHC) : 직원 및 투숙객의 12%∼16%, 배차간격(D.I.) : 30초∼37초 ▲최소한의 이용요구(Moderate Traffic Requirement)에 필요한 승강기 요건은 5분간 수송능력(5-minHC) : 직원 및 투숙객의 10%∼12%, 배차간격(D.I.) 35초∼45초로 직원 및 투숙객을 상주인구로 계산한다.
호텔의 경우 일반적으로 여러 편의시설인 식당, 까페, 볼룸 등이 기준층 또는 기반층(Podium Level)에 위치하게 되어 넓은 공간이 확보되어 있으므로 업무용 빌딩과 같이 긴 줄서기(Long queue)가 발생하지 않도록 설계된다. 그리고 각층의 객실은 충분한 면적이 제공되므로(30m<SUPERSCRIPT>2<NORMAL> 이상) 층당 계산되는 인원은업무용 빌딩보다 상대적으로 적다.그러나 위에서 표시한 호텔의 권장 교통량 요구사항은 호텔의 제반 편의시설의 위치및 객실의 크기 등에 따라 선택되어야한다. 즉 식당층 위치, 식당 규모(좌석수), 대규모 회의실 수용 규모 등을 사전에 파악하여승강기 교통량 계획에 반영하여야 한다.
호텔에서의 투숙객 계산은 1개 객실당 추가 요소를 곱해서 계산하는데 통상 최대가능 범위인 180%를 계산한다.예를 들어 객실수가 5백개일 경우에는 9백명으로 전체 수용인원으로 계산한다. 여기서 추가 계수는 복수 투숙객, 서비스 인원 및 관리인원을 포함한다.

2. 병원 : 병원용 빌딩인 경우의 승강기 교통계획은 앞에서 검토한 빌딩과는 매우 다른 요소와 승강기 교통요구가 제기된다. 무엇보다도 병원용 엘리베이터 교통계획에서는 가장먼저 ‘환자 우선의 법칙’을 적용해야 한다. 바로 환자가 주체이고 의사, 간호사, 진료설비 및 기타 환자 서비스는 모두 환자를 위한 지원요소로(Service provider) 검토해야 한다는 것이다.
병원용 승강기는 환자의 모든 상태를 수용할 수 있는 구조로 제작된다. 환자 이송용 침대, 진료기구, 휠체어 등 환자의 상태에 따라 수시로 이동하는 설비들을 운송해야 한다. 또한, 이 승강기는 모든 진료 종사자인 의사, 간호사 및 지원관리자 그리고 일반 방문자를 모두 수용해야 하는 복합적인 구조다. 환자의 상태에 따라 촌각을 다투는 병원의 특성에 따라 비록 업무용 빌딩과 같이 아침 출근시 첨두부하 수요가 높지 않더라도, 여유있는 승강기 설계가 꼭 필요하다. 환자와 진료장비 특히 응급상황을 위한 승강기 배려는 필수요소가 된다.
그리고 병원의 특성상 의사 및 간호사의 교대시, 면회시간의 개시 및 종료시 또는 화학적 장애, 화재, 연기 등의 비상사태 발생시 등에 대한 추가요소가 있다. 그러므로, 병원용 승강기의 교통계획은 일반 업무용 빌딩의 기준과 유사하게 검토하는 것이 일반적이다.
병원용 빌딩의 경우에 있어서 ▲최상의 이용요구(Heavy Traffic Requirement)에 필요한 승강기 요건은 5분간 수송능력(5-minHC) : 상주인구의 16%∼25%, 배차간격(D.I.) : 20초∼25초 ▲보통의 이용요구(Average Traffic Requirement)에 필요한 승강기 요건은 5분간 수송능력(5-minHC) : 상주인구의 12%∼16%, 배차간격(D.I.) : 25초∼32초 ▲최소한의 이용요구(Moderate Traffic Requirement)에 필요한 승강기 요건은 5분간 수송능력(5-minHC) : 상주인구의 10%∼12%, 배차간격(D.I.) : 32초∼40초로 설정하여 승강기 교통계획을 세우고 있다. 병원의 상주인구의 계산은 다소 복잡하다. 국립병원, 대학병원 및 개인병원 등이 진료인원이 모두 다르기 때문이다. 그러나, 외국의 일반적인 계산을 기준으로 볼 때, 병상수에 따라 상주인원을 간편하게 계산한다. 병상수의 2백50%∼3백50%를 상주인원으로 가정한다. 즉, 병상수가 2백개일 경우 상주인구를 약 2백개 × 3 = 6백명으로 계산한다. 국내의 경우에는 환자 면회시간이 일정할 경우, 업무용 빌딩의 첨두부하가 발생할 수 있으므로, 비록 방문객이 짧은 대기시간을 요구하지 않더라도 환자 및 진료를 위한 추가적인 승강기 배려를 위해 충분한 승강기를 확보해야 한다. [그림13]은 현대적인 종합병원의 승강기 배치의 한 예이다.
이 병원의 경우 승객용 승강기 8대가 배치되어 병원의료진과 외래 방문객의 수송능력에 잘 대응토록 설계되었으나, 이면에 배치된 침대용 승강기 4대로는 환자의 수송에 문제가 발생할 수 있는 경우이다. 승객용 승강기 8대중 최소한 4대를 침대용 및 일반승객겸용으로의 설계가 바람직하다. 다음의 그림들은 각 유형별로 대표적 빌딩을 소개한다.