車両軽量化・ボルスタレス台車と尼崎事故
by 동노치바
- 출전: 『일간 동노치바(日刊 動労千葉)』
차량구조를 문제삼는 것은 금기인가?
국토교통성 사고조사위원회가 8월 중에 아마가사키 사고에 관한 중간보고를 한다고 한다.
허나 「사회적 규제는 필요최소한으로 한다」, 「시장원리에 맡겨야 할 것은 시장원리에 맡긴다」, 「철도사업자의 자주성, 주체적 판단을 존중할 수 있도록 한다」(운수기술심의회 답신)는 발상으로 철도수송의 안전확보에 관한 규제를 철저히 완화・해체한 것은 국토교통성 그 자신이다. 무슨 놈의 보고서가 나오겠는가. 본질적인 문제는 모두 어둠에 묻히고, 결국 운전사 개인의 책임으로 몽땅 뒤집어씌울 가능성이 높다. 그런 일을 절대 용납해서는 안 된다.
특히, 사고 당초부터 지적되어 왔던 경량화차량이나 볼스터리스대차 등 차량구조상의 문제점을 지적하는 목소리는, 아니나다를까 거의 들리지 않고 있다. 「대부분의 신차에 채용되어 신간선에도 사용되고 있는 볼스터리스대차가 급커브에 약하다고 말하는 것은 금기인 것 같다」(철도 애널리스트 카와시마 료조(川島令三)씨)고 말해졌던 그대로다.
저것은 탈선사고가 아니다
아마가사키 사고가 승객・승무원 다 합쳐 107명의 생명을 앗아간 대참사가 된 큰 요인이, 비용절감을 위해 차량의 극단적 경량화를 추구했음에 있다는 것은, 저 비참한 사고현장의 상황만 봐도 분명해진다. 맨션아파트에 격돌한 제2량이 마치 양철 장난감처럼 짜부되어 맨션아파트 모서리에 껌딱지처럼 들러붙은 상태가 되었던 것이다.
또한, 아마가사키 사고를 더러 일반적으로 「탈선사고」라고 하는데, 저것은 탈선사고가 아니다. 차량이 옆으로 굴러서 허공을 날아 맨션아파트 주차장으로 쇄도했던 것이다. 이런 일이 벌어진 것도 경량화나 볼스터리스대차 등, 차량구조상의 문제(즉 결함)을 빼놓고서는 해명될 일이 아님이 분명하다.
차량경량화의 현실
경량화와 비용절감이 자기목적화
JR동일본도 발족 당초부터 「지금까지의 차량의 설계사상으로부터 발상의 전환을 도모한다」, 「질량(중량) 절반, 가격 절반, 수명 절반」, 「경량화와 비용절감」을 구호로 외치며 신형차량 개발을 수행하여, 지금은 수도권 약 8000 량의 통근・근교형 전차의 대다수가 경량화스뎅차량으로 대체되고 있다.
지금은 그런 소리를 하지 않고 있지만, 당초에는 JR동일본 스스로가 「쓰다 버릴 차량」이라고 지칭했던 바, 여기에는 설계사상의 발본적(抜本的) 전환이 있었다.
특히 현재도 무턱대고 추구되고 있는 것이, 더욱더의 경량화와 비용절감이다. JR동일본이나 동급(동경급행전철)차량, 히타치제작소 등 차량설계사의 설계사상을 보면, 어디까지 경량화할 수 있는지, 어디까지 비용을 절감할 수 있는지가 자기목적화되어 버렸다.
차체를 말할작시면 경량화스뎅차량도 무겁다고 E257계나 700계 신간선처럼 더블스킨 구조(골판지처럼 이중으로 성형한 알루미늄재로 차체를 만들고 골재를 전혀 사용하지 않음) 알루미늄 차체가 「초경량화 차체」랍시고 도입되고, 대차로 말할작시면 「연접대차」(1량2대차가 아니고, 연결부분에만 대차를 배치함으로써, 예를 들면 10량 편성이 11대차로 끝) 차량이 도입되기 시작했다.
허나, 이렇게 맹목적인 코스트다운과 스피드업으로 치닫는 것이 안전에 어떠한 영향을 미치는지는, 토탈적 의미에서 전혀라고 말해도 좋을 정도로 검토가 되어 있지 않고, 검증도 된 바가 없다. 식겁할 일이다. 아마가사키 사고는 바로 그 공포를 생생하게 우리에게 들이댄 것이었다.
차량의 경량화
우선, 차량의 경량화가 얼마나 도모되고 있는지, JR동일본에서 현재의 표준타입으로 여겨지는 209계와 향후의 표준타입이 될 E231계를 대상으로 그 실상을 살펴보자(소부쾌속 E217계는 209계와 같은 콘셉트로 만들어진 근교형).
「구체질량(構体質量)(중량)」이라는 것이 차체 그 자체라고 생각하면 되는데, 103계에 비해 충량이 불과 57%밖에 되지 않는다. 편성중량에서도 66％～70％까지 경량화가 이루어지고 있다.
덧붙여 아마가사키 사고를 일으킨 207계는 동력차로 32 톤이다. 동일본에서는 그 이상으로 경량화가 진행되었다는 것을 알 수 있다.
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103계
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209계
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E231계
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구체질량
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9.5t (100)
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5.4t (57)
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5.5t (57)
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동력차 공차질량
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39.7t (100)
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27.7t (70)
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28.4t (72)
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부수차 공차질량
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28.8t (100)
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21.0t (73)
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22.2t (77)
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10량 편성중량
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359t (100)
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241t (66)
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254t (70)
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구성 M／T비
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6M 4T
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4M 6T
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4M 6T
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대차의 경량화
다음으로 대차의 중량 변화만 살펴보자면 다음과 같다.
이 표의 DT21 대차는 113계 등에 사용되고 있는 것이고, Dt61대차는 209계, E231계 등에 사용되고 있는 것이다. 동력대차는 1대차당 약 1.1 톤, 무동력대차는 약 1.6 톤의 경량화가 진행되어 M／T비가 6M 4T → 4M 6T로 역전된 경우도 있고, 10량 편성에서는 대차만 약 16 톤 가까이 경량화가 도모된 것이다.
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동력차 (Ｍ차)
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부수차 (Ｔ차)
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DT21 (요침식)
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DT61 (볼스터리스)
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DT21T (요침식)
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TR246 (볼스터리스)
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6,607㎏ (100)
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5,440㎏ (82)
▲1,167㎏ |
5,784㎏ (100)
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4,220㎏ (73)
▲1,564㎏ |
경량화와 비용절감
문제는 왜 이렇게 경량화만 맹목적으로 추구되었냐는 것이다. 그 목적은 단 하나, 비용절감과 스피드업을 동시에 도모하기 위함이었다.
동급차량의 설계자도, JR동일본의 차량설계자도 「경량스뎅차량의 경제효과」랍시고 ①직접적으로는 운전동력비를 절감, ②간접적・장기적으로는 궤도보수비용을 절감, ③스피드업 운전시간 단축, ④무도장(塗装)화에 의한 경비절감, ⑤메인터넌스프리화에 의한 차량보수비용 절감 등을 들먹이고 있다.
예컨대 소비전력량은, E231계는 103계에 비해 무려 47%의 소비전력량을 보여준다. 소비전력량을 줄이는 가장 빠른 방법은 한 편성에서의 동력차 비율을 줄이는 것이다. 그러기 위해서는 차량경량화가 필수조건이다. 그래서 악무한적(悪無限的)으로 경량화가 추구되게 된다.
「궤도보수비용의 절감」이란, 선로는 통과 톤수로 관리되기 때문에, 차량이 가벼울수록 레일 교체 등의 비용이 절감된다는 것이다. 그리고 스피드업을 위해서도 경량화가 요구된다. 그리하여 경량화의 추구는 거리낌없이 가속화된다.
「무도장화」에 대해서도, 도장공정에 드는 비용을 절감할 수 있을 뿐만이 아니고, 「보수면에서는 어느 기간마다 행해지는 도장도색 작업을 생략할 수 있으므로 공장소재일수를 단축할 수 있고, 아울러 예비차의 저감이 가능해지는 효과가 있다」고도 한다. 즉, 공장－검수구 전체의 합리화에 있어서 큰 효과를 가져온다는 것이다. 여기 더해서 내식성이 뛰어난 스뎅이나 알루미늄은 「구체(차체)의 보수가 거의 불필요하기 때문에 보수비용을 절감할 수 있다」 따위의, 「경량화차량의 경제효과」라는 것이 설계사상으로서 명면히 제기되고 있다.
세세한 것까지 거론해 보자면, 「창틀 유닛 전체 차원의 비용절감과 경량화」를 위해 열흡수유리를 채용하고 객석의 블라인드카텐을 없앤 것, 「공기배관을 없애고 컴프레셔 수를 줄이기」 위해 공기실린더로 도어를 개폐하지 않고 전기식 도어개폐장치를 도입한 것 등, 모든 것이 비용절감과 경량화라는 관점에서 생각되고 있다.
허나, 문제는 그뿐만이 아니다. 205계 이후로는 골조 구조까지 골재의 판상두께를 낮추는 짓이 자행되고 있다. 원래 두께 1.2 ㎜짜리를 골재로 사용했는데, 「경량화를 위해」 1 ㎜로 만든 것이다. 하중을 견딜 수 있도록 단면을 공부해서 만들었다고는 하지만, 아마가사키 사고에서의 옆에서의 충격 등과 같은 「상정 외(想定 外)」의 상황에 대한 강도가 어떠한지는 아무 것도 검증된 것이 없다.
이러한 결과가 앞의 표와 같은 경량화였던 것이다. 103계와 비교해서 203계의 제조비용은 20％ 내려갔고, E231계는 거기서 5％가 더 낮아졌다고 한다. 신계열 차량은 다양한 기기에 컴퓨터시스템이 내장되어 있음을 감안하면, 이는 그야말로 대폭의 비용절감이다.
이런 걸 써도 괜찮은 겁니까?
차량 경량화에 대해서는, 작은 지역신문에의 투고이지만, 철도공학을 연구하시는 분이 다음과 같은 지적을 한 바 있다.
나는, 대학에서 철도공학을 연구했고 국철 OB에게 배운 바가 있어 이번 사고를 분석해 보자면, 언론사들이 알려주는 것과 조금 다른 시각을 가지고 있다. 제한속도를 30 km/h 초과했다고 하지만, 철도라는 것은 안전률을 엄격하게 취하기 때문에, 겨우 30킬로 오버 정도로 커브에서 탈선하지 않는다. 역사를 더듬어 보면, 소화 33년경부터 국철이 신계열 차량을 개발했을 때, 그전까지의 목조차량에 철판을 붙인, 소위 짭퉁스틸(ニセスチール)이라는 차량들을 줄이고, 강도가 높은 차량의 속도 향상을 도모해 왔다. 그 차량들은 30년 이상의 내구성을 가지고 있다. JR이 되고 나서 차량은 10년만 쓰다 버리면 된다는 생각으로 부품의 간소화, 극단적인 경량화를 도모해 왔다. ……이번 사고차량은 JR이 되고 나서 설계된 것으로, 차량강도가 상당히 약할 것으로 생각된다. 보통, 열차 차체를 해체할 때는 가스절단기를 사용하지 않으면 해체할 수 없다. 그 사고현장에서는 건물해체할 때 쓰는 것과 같은 기계를 사용하고 있다. 이것은 목조차량을 해체할 때 쓰던 것이다. 즉 요즘의 차량은 목조차량과 같은 정도의 강도라고 말할 수 있겠다. JR이 현행 차량들을 제조할 당시에 하도급 회사들이 「이런 걸 써도 괜찮은 겁니까」라는 질문이 엄청나게 했던 것으로 알고 있다. ……경량화와 함께 동력차를 줄이고 있다. 출력을 떨어뜨리면서 같은 인원을 수송하는 것은 단순한 경량화로는 대응할 수 없다. 차량구조에도 사고 원인이 있었을 것 같다.5월 10일자 「이나게신문(稲毛新聞)」
경량화와 차량의 강도
차체의 강도에 관한 기준
그런데, 차체의 강도에 관한 기준은 ①상하방향의 하중과 ②「굽힘강성(曲げ剛性)」(일정한 힘을 가했을 때 차체가 어느 정도 변위・변형하느냐는 것)에 의해 관리되고 있다. 또한, 아마가사키 사고와 같이 열차가 전복된 경우나 충돌했을 경우의 강도는 「상정 외」인 것으로 되어 있다.
경량스뎅차량 개발이 시작된 것은 70년대 중반이었지만, 역시 최대의 문제였던 것이 「강도」였다. 76년에 미국 보잉사제 입체해석프로그램을 이용해 강도해석을 하게 된 것이 개발의 직접적인 계기가 되었다고 한다.
처음 시작(試作)된 구체(차체) 중량은, 「아무튼 생각할 수 있는 가장 가볍고 단순한 구조의 구체」라는 발상으로 마들어져서 4130 ㎏이었다고 한다. 현재의 E231보다도 1.4 톤이나 가벼웠다는 것이다. 물론 실제로 사용할 수 있는 물건이 아니었고, 거기에 보강을 거듭해서 사용가능, 생산가능하게 만들어낸 것이 현재의 경량스뎅차량의 원형이 되었다. 즉, 애초부터 아슬아슬한 한계까지 경량화가 추구되었다는 것이다.
상하방향 하중에 대한 강도
JR의 경우, 상하방향 하중에 대해서는 「정원의 3배(300％)의 하중(승객 1인당 55 ㎏)을 부하해, 안전률을 1.5로 한다」는 기준으로 설계되었다. 차량 강도의 기준으로서 존재하는 것은 이것 뿐이며, 탈선이나 전복, 충돌에 대한 강도는 그야말로 「상정 외」인 것이다.
이 기준은 1961년 7월에 소부선 츠다누마(津田沼)역 구내에서 자위대원을 동원해서 최대 몇 ％ 승차가 가능한지 실험해서 얻어낸 것으로 알려져 있다. 즉, 말은 「강도의 기준」이라고 하지만, 이것은 사실 차량이 승객을 태우고 달리기에 족한지 아닌지의 여부에 불과한 것이다.
오늘날과 같이 과밀 다이어가 설정되어 스피드업이 이루어지는 것은 예상치 못했던 시대에 만들어진 기준이다. 자동차가 넘쳐나서 건널목에서 열차와의 충돌사고가 빈발하게 된다는 예상도 하지 못했을 것이다. 조건이 전혀 다른 오늘날의 현실에서, 차량의 강도에 관한 기준이 이따위 것 뿐이어도 좋다고 생각할 수는 없다.
그런데, 그 기준조차도 완화하자는 목소리가 나오고 있다. 「안전률을 1.5라고 하면, 4-5배(450％) 승차까지의 강도 요구가 되어 물리적인 승차 실태와 동떨어져 있다. 근년의 컴퓨터 해석의 정밀도 향상 및 신뢰도 향상을 생각하면, 안전률 수치에 관해서 재검토가 필요하다고 생각된다」(철도저널 2000년 9월호／JR동일본의 차량개발프로젝트 설계자)는 것이다.
차체의 「굽힘강성」 문제
그 이상으로 문제인 것이 「굽힘강성」에 대한 것이다. 이것은 「아직 기준이 없어서 경험치에 의존하고 있는 상황」이란다. 허나 그것조차도 실제로는 거짓말로, 「굽힘강성」은 아래 표와 같이 종래형 차체의 강도・강성을 무시하고 대폭 작아지고 있다. 즉, 걸리는 모멘트(힘)에 대하여 쉽게 변형되어 버리는 약한 차체가 되어가고 있다는 것이다.
「굽힘강성」의 크고 작음은, 차체의 강하고 약함과 거의 이퀄이라고 생각해도 좋다.
지난 호에서 차체의 골재 두께를 1.2 ㎜에서 1 ㎜로 얇게 만들었다고 밝혔는데, 그 후에 보게 된 자료에서는, E231계는 측판도 1.5 ㎜였던 것을 1.2 ㎜로 하고, 뿐만 아니라 차틀(台枠)(바닥판)도 경량화했다고 한다. 아마가사키 사고와 같이 심한 충격을 받으면 과연 어떻게 될 것인가, 라는 관점은 전혀 없이, 낭창낭창한 차체가 제조되고 있다. 아마가사키 사고는 그야말로 일어나서는 안 될 최악의 형태로 그것을 실증했던 것이다.
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103계
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209계
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E231계
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굽힘강성
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12.6
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6.4
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5.8
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위험한 줄 알고 있었다
차체 강도에 대해서는 국토교통성령(令)상에서도 「차량의 차체는, 견고하고 충분한 강도를 가지며, 운전에 견딜 수 있는 것이어야 한다」(성령), 「차량의 차체는 통상의 영업운전에서 상정되는 차체에의 하중 등에 대하여 운전에 견딜 수 있는 충분한 강도, 강성 및 내구성을 갖는 것이어야 한다」(해석기준)고밖에 정해져 있지 않다. 이와 같이 기준 구실을 하지 못하는 기준을 전제로 하여 그저 경량화와 비용절감만 추구했을 때 무슨 일이 일어날지는 명약관화하다고밖에 말하지 않을 수 없다.
JR동일본의 차량설계자들 자신들도 「경량화와 전복・들뜸방지는 모순되는 요소기술」이라고 쓴 바, 위험을 수반하게 된다는 인식을 가지고 있었다. 하지만 경량화・비용절감・스피드업, 그리고 겉보기상의 승객서비스만이 차량설계에 있어서의 최우선 사상으로 여겨진 결과, 결국 안전은 전혀 고려되지 못하여 아마가사키 사고에 이르렀고, 지금도 또한 JR은 제2 제3의 아마가사키 사고를 향해 폭주하고 있는 것이다.
정말로 「상정 외」였는가
한편, 아마가사키 사고와 같은 대참사가 정말로 「상정 외」였을까. 그동안 일어난 여러 사고들을 「안전」이라는 관점에서 검증하고 교훈화해 본다면, 아마가사키 사고는 결코 상정 외의 사태였다고 할 수 없다.
예컨대 2000년 발생한 히비야선 탈선충돌사고에 대하여, 철도총연(鉄道総研)은 「경량스뎅강제 중간차량의 차단(車端)끼리의 측면충돌에서는 충격력이 차단 모퉁이부에 한정되어 집중적으로 작용한다. 이 때문에 비교적 낮은 속도에서도 차체가 손괴되고 파손된 구성부재가 차내로 파고들 우려가 있다」고 보고했고, 「측면충돌시의 충격파괴거동」의 평가가 필요하다고 했다.
1997년의 오오츠키(大月)역 사고도, 본선을 가로질러 입환작업을 하던 열차가 본선을 통과하는 열차의 측면을 들이받은 사고였다. 아마루베(余部)철교에서의 열차낙하사고도 차량의 가벼움이 최후의 방아쇠가 된 것이었다(무거운 DD51 기관차는 철교 위에 남았으나, 가벼운 14계 객차들은 모조리 뒤집혀 추락했다).
게다가, 뒤에 상세히 설명하겠지만, 볼스터리스대차의 곡선에서의 안정성은 예전부터 의문과 경종의 목소리가 나왔었다. 그러나 이러한 문제가 진지하게 검토된 흔적은 없다. 오히려 이러한 사고를 겪으면서도 경량화와 비용절감, 스피드업만이 무턱대고 추구되어 왔던 것이다.
「무게중심 높이」 문제
그러면, 스스로도 알고 있던 「경량화와 전복・들뜸방지는 모순되는 요소기술」이라는 문제를 어떻게 「해결」하려고 했는가. 바로 「무게중심 높이의 관리」를 통해서였다.
무게중심 높이에 대해서는 현장에서는 전혀 밝혀진 것이 없기 때문에, 확실한 것은 알 수 없다. 하지만 공표된 수치는 다음과 같다.
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103계
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209계
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E231계
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무게중심 높이
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1,544 ㎜
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1,614 ㎜
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1,556 ㎜
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이것은 「대차를 제외한 완성차체에서의 수치」라고 한다.
또한, 차체＋대차로 209계 선두차의 무게중심 높이가 1436 ㎜라는 수치가 기재된 자료도 있다.
게다가 「대차의 현가장치의 변위로 무게중심은 외관상 15～25％ 높아진다」고 하는 바, 후자의 수치를 25％ 증가로 계산하면 1615 ㎜가 된다. 이렇게만 보면, 무게중심이 대폭 올라가는 설계는 하지 않은 것처럼 생각된다. 하지만 대차를 경량화함으로써, 특히 무게가 1 톤 정도 되는 바닥 아래의 볼스터(베개받침)를 빼 버림으로써, 차량의 무게중심은 확실히 높아지고 있다.
대차를 가볍게 하면서 무게중심 높이는 유지하려면, 무조건 차체는 더 가볍게 해야 한다는 벡터가 작용한다. 여기서도 차량의 안전성을 무시한 경량화의 쳇바퀴가 돌고 있는 것이 아닌가 생각되는 것이다.
게다가, 여기에는 커다란 허방다리, 눈속임이 있다. 무게중심 높이가 1600 ㎜라면 무게중심의 위치는 승객이 탔을 경우 무릎 아래 정도의 위치가 된다. 승객이 탄 만큼 무게중심의 위치는 올라가게 된다. 게다가 차체가 대폭 경량화된 점을 감안하면, 승객이 승차했을 경우의 무게중심 상승률은 기존 차량과 비교해 훨씬 커질 것이다. 게다가 인간은 머리가 무겁다.
이것은 모두 당연한 상식에 불과하다. 그러나 이런 문제가 지적되고 검토된 흔적은 없으니, 의도적으로 무시・묵살한 것으로밖에 생각할 수 없다. 실제로 JR서일본은 아마가사키 사고 이후 「차량에 모래주머니를 놓고 커브주행실험을 한다」고 하는데, 무게중심 높이라는 문제를 생각할 경우, 이것은 실제 조건과는 전혀 다른 것이 된다. 「안전상 문제 없다」는 데이터를 얻겠다는 결론이 먼저 있고, 이를 위해 짜고친 실험일 수밖에 없다.
또한, 곡선의 캔트(cant)설정・속도설정 등은 차량의 무게중심 높이 1600 ㎜를 전제로 계산된 것이라고 한다. 여기서도 실태와는 동떨어진 짓을 태연히 하고 있다. 러시아워 등의 경우에 무게중심은 분명히 1600 ㎜를 크게 넘어설 것이다.
「경량화와 전복・들뜸방지는 모순되는 요소기술」이라는 안전상의 문제의 유일한 해결책이 「무게중심 높이의 관리」였는데, 그것도 이따위 것일 수밖에 없는 것이다. 이래서야 사고가 나지 않는 것이 오히려 신기하다고 말할 수밖에 없다.
기술적 파탄점?
게다가, 209계 이후로는 차체폭을 2800 ㎜에서 2950 ㎜로 넓힌 「폭광차량(幅広車両)」이 표준화되어 있다. 러시아워 때의 혼잡 완화를 위해 도입된 것인데, 이것은 말할 것도 없이 곡선 등에서의 차량안정성을 훼손하는 것이다. JR의 궤간은 협궤(1067 ㎜)이기 때문에, 차체가 바퀴보다 1 m 가까이 좌우로 튀어나오게 된다. 미미한 확장에 불과해서 문제가 없다고 할지도 모르겠으나, 애초부터 곡선에서의 안정성이 문제시되었던 볼스터리스대차, 그리고 극단적 경량화라는 문제가 겹쳤을 때, 정말 문제가 없다고 말할 수 있는가.
협궤니까 무조건 위험하다 그런 것은 아니지만, 표준궤(1435 ㎜)와 비교해서 곡선에서의 안정성이 크게 떨어지는 것은 말할 필요도 없다. 예컨대 협궤에서는 한계속도 130 km/h인 곡선은 표준궤라면 145 km/h가 된다. 규정상 정해진 최대 캔트는 협궤에서는 105 ㎜이고, 이 때 좌우 레일의 경사는 5.6 도. 표준궤에서는 200 ㎜, 경사각도 7.4 도다.
일본에 처음 철도가 부설되던 당시의 강요된 조건 속에서 채용된 협궤. 그 당초에는 인식되었을 한계성이 잊혀진 채, 스피드업, 경량화, 볼스터리스대차 채용, 폭광차량 도입, ……등등의 불안전요소가 차례차례 추가되었을 때, 언젠가 기술적 파탄점에 도달하는 것은 피할 수 없다.
특히 민영화 이후로 영리우선주의에 기반해 제대로 검증도 하지 않은 채 맹렬한 속도로 진행되어온 이 차량설계 변경이 그야말로 파탄점에 다다랐다는 것을 보여준 것이 아마가사키 사고 아니었을까.
안전무시의 기술사상
롭폰기힐즈 사고 이후, 회전문의 위험성이 사회적 문제가 되어 다양한 검토들이 이루어지고 있는데(JR동일본도 그 검토회에 참가하고 있다), 그 결과로 다음과 같은 문제점들이 부상했다고 한다.
회전문의 안전성에 관한 설계상의 기본사상은, 회전부분은 가능한 한 가벼워야 한다는 것이었다. 무언가 끼어서 센서가 작동했을 때 순식간에 멈춰야 하기 때문에, 혹은 끼어도 인체 대신 문 쪽이 변형되어 인체의 안전을 지키기 위해서다.
그런데, 유럽에서 회전문을 수입해온 메이커들은 호화로움을 요구하는 유저 요구에 따라, 경량화를 위해 알루미늄으로 되어 있던 문틀을 스뎅으로 만들어 점점 대형화했고, 그 결과로 무게로 인해 회전부분에 왜곡이 생기자 더욱 골재를 짜넣었고, 그러자 구동모터에 부하가 많이 걸리게 되어 모터가 여러 대 부설되었고, 게다가 그것을 회전부 자체에 올려놓는 형태로 설계하여……. 결국 회전부분만 수 톤에 달하는 문이 만들어지게 되었다는 것이다. 그리고, 센서가 작동해도 곧바로 멈추지 않는 문이 되어버려, 어린이의 머리를 짓눌러 생명을 앗아갔다.
「회전부분은 가벼워야 한다」는 것이 유럽에서는 설계상의 상식이었는데, 그것은 일본에서는 잊혀져서 계승되지 않았고, 차례차례 안전을 무시한 부가설계가 이루어졌고, 그리하여 회전문은 살인머신으로 변모했던 것이다.
더구나, 사망사고가 일어난 뒤, 사실 동종사고가 수백 건이나 일어났던 것이 비로소 처음으로 밝혀졌다.
JR에서도 차량설계에 있어서 이와 같은 일이 일어나는 것이 아닌지 생각하지 않을 수 없다. 게다가 JR은 아마가사키 사고가 일어났는데도 무엇 하나 반성하려 하지 않고 있는 것이다.
JR동일본의 차량설계자는 일반인 대상으로 작성된 차량설계의 사고방식에 대한 글을 다음과 같이 맺고 있다. 「전차를 기다리고 있으면……, 어김없이 내가 설계를 담당한 부분에 눈이 가고, 그것을 눈이 쫓게 된다. ……그러나, 잘 된 설계만은 아니다. ……그리고 가슴이 욱씬하고 하프다. ……(차량설계는) 실로 미스터리하고 두근거린다」고. 차량의 안전성에 관한 설계사상의 기본이 어디에 위치해 있느냐는 이야기는 전혀 없다.
열차 이용자는 JR동일본에서만 매일 1600만 명에 이른다. 1600만 명이 날마다 미스터리 열차에 실려 인체실험을 당하는 것이 아니냐는 의구심을 품지 않을 수 없다.
횡전의 원인은 볼스터리스대차?
볼스터리스(bolsterless)대차란, 그 이름 그대로 경량화를 위해 「볼스터(베개받침)」(그림 1 참조)를 빼 버리고, 차체와 대차를 좌우 두 개의 공기현가장치로 직접 연결하는 구조로 만든 대차의 총칭이다. 국철ーJR에서는 국철시대 말기에 처음 도입되어, 지난 10여년간 급속히 보급되었다. 무게가 1 톤 정도나 되는 볼스터를 없앰으로써 일거에 경량화를 도모할 수 있고, 부품 가짓수가 크게 줄어 메인터넌스 코스트를 낮출 수 있다는 것이 채용 이유였다. 그리고 대차는 「(구조의 간소화, 부품 가짓수의 감소라는 점에 있어서는) 이 이상 구조적으로 어쩔 수 없는 정도까지 와 있다」는 말까지 나오게 된 것이다.
또한 그것은 차량의 무게중심이 올라가는 것도 의미한다. 앞서 설명했듯이, 무게중심 높이를 맞추기 위해서 차체 쪽도 가볍게 할 수밖에 없고, 대차가 경량화될수록 차체의 경량화도 끊임없이 추구되게 되는 것이다. 볼스터리스대차의 채용이 차량경량화에 박차를 가한 하나의 요인이 된 것은 틀림이 없다.
위험하다고 지적하는 목소리
허나, 위험하다고 지적하는 목소리는 처음부터 다음과 같이 나오고 있었다.
전도탈선(転倒脱線)이 계산치보다 훨씬 낮은 속도에서 일어났다는 것은, 틀림없이 볼스터리스대차가 요원이라는 것과 같은 말이다. 허나, ……볼스터리스대차 그 자체에 문제가 있다고는, 철도업계를 …… 거론하고 싶지 않은 것이다. 대차메이커, 철도회사, 더 나아가 국토교통성도 볼스터리스대차를 개발・개량해서 도입을 추진해 왔으니, 자기 새끼와 같은 볼스터리스대차에 결점이 있다는 것을 인정하고 싶지 않은 것이다. 그러나, 철도업계에서도 일부 사람들은 볼스터리스대차를 위험시하고 있으며, 또 철도회사들 가운데서도 볼스터리스대차를 채용하지 않으려는 데가 있다.（카와시마 료조 『왜 후쿠치야마선 탈선사고는 일어났는가(なぜ福知山線脱線事故は起こったのか)』）
여기서 말하는 「볼스터리스대차를 채용하지 않은 철도회사」란, 한큐, 케이한, 케이힌급행 등이다. 특히 한큐는 한 차례 시험적으로 채용했으나, 「대차는 레일에 딱 달라붙는 구조로 만들어야 한다. 어떤 조건에서도 탈선하지 않는 대차가 좋은 대차」라는 이유로, 그 후의 신차는 모두 볼스터 있는 대차로 하고 있다고 한다.
이만큼의 문제가 일어나고 있다
실제로, 초기의 볼스터리스대차는 저속으로 달리는 급커브에서 여러 차례 탈선했다. 원인은 대차의 구조상 결함에 의한 「윤중누락(輪重抜け)」이었다. 1량 2대차, 합계 8개 차륜에 곡선에서도 얼마나 균등하게 윤중이 걸리도록 설계하느냐, 그것이 안전하게 주행하는 차량의 기본인 것인데, 직선～완화곡선～본곡선～완화곡선～직선으로 이행하는 과정에서의 캔트변화, 레일 비틀림 때문에 윤중이 언밸런스해져서 윤중누락이 일어나 바퀴가 들떠서 탈선이 일어나는 케이스다. 저속에서 사고가 일어난 것은, 「윤중이 언밸런스해지는 시간이 고속에서보다 길기 때문」이라고 한다.
최근에는 01년의 히비야선 탈선사고에서 볼스터리스대차와의 관련성이 지적된 바 있었는데, 「최종적으로 사고와의 관련성은 보고되지 않았고, 메이커나 철도사업자에 대한 지도나 통고는 시행하고 있지 않다」(국토교통성)며, 인과관계가 어둠에 파묻혔다.
허나, 영단지하철은 그 후 사고와 동영인 대차의 공기현가장치나 축현가장치 등을 윤중누락을 억제하는 방향으로 개량하는 바, 실제로는 대차에 결함이 있었다는 것을 사실상 시인하고 있다.
허나, 최종적으로는 사고와의 관계성을 부정하는 보고서가 나올 가능성이 높지 않을까 싶다. 어째서인가. 차체경량화 문제도 그렇지만, 이 문제를 건드리는 것은 코스트 우선으로 돌진해온 현재의 일본 철도기술 전체의 근본적 결함을 건드리는 것이기 때문이다. 그것은 국철분할민영화 이후 20년간의 철도정책 그 자체, 더 크게 말하자면 시장원리주의, 민영화・규제완화라는 기본정책과도 관련된 문제다.
반복옆뛰기를 하는 듯한 요동
또한 볼스터리스대차에 대해서 다음과 같은 지적도 있었다.
볼스터리스대차 특유의 문제로, 반복옆뛰기를 하는 듯한 요동을 지적하는 목소리도 있다. 포인트 통과나 롱레일이 아닌 곡선에서 파장이 긴 요동이 발생하고, 게다가 증폭되는 것처럼 느껴진다는 의견이다. 일부 요동에 대해서는 JR동일본에서도 검토의 도마 위에 올리고 있다고 하는데, 지상의 노반이나 레일의 문제인지, 차량 쪽의 문제인지 명확하지 않은 부분이 있어, 그때그때 조사하고 있다고.（철도저널／2000년 9월호）
이것은 우리 자신이 날마다 경험하고 있는 것이다. 「운전하다가 쿵 하고 강하게 옆으로 휩쓸린다」는 목소리가 조합원들로부터 계속 터져나오고 있다. 노조에는 「승객이 도미노처럼 쓰러질 정도로 크게 요동친다」, 「세차게 난간봉에 부딪었다」는 목소리까지 나오고 있다. 이와 같은 차량의 요동에 대해서는 여러 차례 탄원이 있었지만, 회사에서는 매번 「조사 결과 문제는 없다」는 답변만 내놓고 있다.
볼스터리스대차의 특성
즉, 몰랑한 고무풍선 위에 차체가 올려져 있다고 생각하면 된다. 역에서 승객이 승하차하는 것만으로 차체가 크게 요동치게 되는 것은 누구나 아는 바와 같다. 덧붙여 말하자면, 볼스터가 있는 대차의 경우에는 공기현가장치 자체의 구조가 다를 뿐만 아니라, 견고한 볼스터앵커가 그 변위를 억제하는 구조가 되어 있다.
허나, 그러한 대가로서 볼스터리스대차는 사행동(蛇行動, 요잉[yawing])이 일어나기 쉬워졌다. 사행동이란, 대차가 흔들려서 차륜의 플랜지가 좌우 레일에 닿으면서 달리는 상태를 말한다.
사행동은 극히 저속에서는 일어나지 않으나, 어느 일정한 스피드에서 제1의 불안정역에 들어가 발생하고, 이를 지나면 다시 안정역에 들어서 가라앉는다. 거기서 고속이 되면 제2의 불안정역에 들어서 격렬하게 진동하고, 다시 안정되는 일은 없다는 특성을 가지고 있다.
이것도 평소 현장에서 흘러나오는 목소리와 맞아떨어진다. 「같은 장소에서도 심한 요동을 느꼈다는 운전사와, 그런 요동을 느낀 적이 없다는 운전사가 있다. 운전방식에도 저마다의 개성이 있기 때문에, 같은 장소라도 운전사에 따라 달리는 속도가 달라진다. 그래서 그런가?」라는 목소리다.
아마가사키 사고에서 「커브에 들어가기 전에 직선에서 평소와 다른 격한 요동을 느꼈다」는 승객의 증언도, 격심한 사행동이 일어났기 때문인 것 같다. 그리고 사행동과 원심력에 의해 공기현가장치가 큰 진폭을 일으켜 전복된 것이 아니겠는가.
그러나, 볼스터리스대차가 이런 불안정한 특성을 가지고 있다는 것 등은, 현장에는 운전사에게도 검수직에게도 전혀 알려진 바가 없다.
지극히 불안정한 구조
그것을 억제하기 위해 붙이는 것이 「요댐퍼」로, 양 사이드에서 대차를 잡아당겨 좌우로 흔들리지 않게 하는 것이다. 그러나, 그것은 곡선에서의 주행성을 그만큼 희생하는 것이다. 사행동 방지와 곡선에서의 주행성능 향상은 반비례 관계를 갖는다.
그러나, 그 요댐퍼도, 얘를 들자면 소부쾌속선을 달리는 E217계의 경우에, 초기 제조차량은 붙어 있지만 어째서인지 이후에는 떼어져 있다. 반대로 아마가사키 사고를 일으킨 207계는, 처음에는 붙어 있지 않았다가, 스피드업을 하기 위해 이후에는 장착되어 있다.
게다가, 공기현가장치를 제어하기 위해 자동높이조절판이라던가, 차압판(좌우 조절), 상하동댐퍼, 좌우동스토퍼, 이상상승스토퍼 등을 부착하여 이상진폭을 억제하고 있는 것이 현실이다. 이와 같이 뭘 자꾸 더하고 붙이는 일이 반복되고 있다는 것 자체가, 볼스터리스대차가 얼마나 불안정한 구조를 가지고 있는지를 보여준다고 말하지 않을 수 없다.
또한, 좌우의 공기현가장치로 지탱되는 구조로 인하여, 대차의 전후진동도 일어나게 되고, 그 진동의 해소는 견인장치(차체를 견인하기 위한 대차－차체간의 연결기. 볼스터식 대차에서는 볼스터앵커가 견인장치가 된다)를 대차의 중심과 거의 같은 위치에 두는 것으로써 도모하고 있다. 여기서 보이는 것도, 역시 볼스터리스대차의 불안정한 특성이다.
한편, 볼스터리스대차는 안전하다고 우기는 인간들은 「신간선에서도 사용하고 있고, 그렇게 고속으로 달려도 문제가 일어나지 않는다」고 이유를 댄다. 하지만 그것은 이유가 되지 않는다.
신간선의 경우는, 국토교통성령(해석기준)에서 본선의 최소곡선반경을 R2500으로 하고 있으며, 산요신간선 이후로는 실질적으로 4000 m 이상을 확보하도록 선형이 설계되어 있다. 즉, 처음부터 매우 큰 회전반경의 곡선밖에 없는 조건에서 사용되고 있는 것이다. 그래서 대차도 「신간선의 요댐퍼는 볼스터앵커보다도 튼튼하게 되어 있어서, 볼스터 장착식이라고 봐도 좋을 정도」라는 말이 나오도록 설계되어 있는 것이다.
역시 볼스터리스대차가 원인인가
「(윤중누락에 의해서) 커브에서 일어나기 쉬운 승강탈선은 아니었다. …… 침현가장치의 변위도가 높은 것이 볼스터리스대차다. 이 때문에 원심력에 의해 커브 외측의 침현가장치가 오그라들고 내측은 부풀어오른 결과, 차체를 외측으로 기울여서 전도탈선하기에 이른 것이다」라고 결론짓고 있는데, 지금까지 봐 온 볼스터리스대차의 특성이나, 아마가사키에서 일어난 가공한 현실을 볼작시면, 이 지적이 정곡을 찌르고 있다고 생각된다.
사고현장의 완화곡선이 60 m로 규정에 아슬아슬한 연장밖에 없었던 것도 공기현가장치(침현가장치)에 큰 변위를 일으키는 요인이 되었을 것이다. 허나 문제는, 아마가사키 사고와 같은 대참사에 이르지 않더라도, 많든 적든 모든 열차가 이런 조건 속에서 달리고 있다는 것이다.
볼스터리스대차와 레일
이와 같이, 불안정한 공기현가장치 위에 차체가 올라타서 사행동이 일어나고, 곡선에서도 원심력에 의해 차체가 크게 흔들리며, 운전사가 일상적으로 체감하는 것처럼 포인트 등에서도 강한 횡압을 받아 열차가 달리고 있는 상태에서 레일과 차륜・플랜지 사이에서도 격심한 횡압이 발생하고 있음이 틀림없다.
쇼난신주쿠라이너가 개통되면서, 플랜지의 이상마모가 다발하고 있다는 목소리가 코야마(小山)차량센터와 코우즈(国府津)차량센터에서 나오고 있는데, 이러한 현실도 이를 증명하는 것이다. 덧붙여 쇼난신주쿠라인은 후쿠지야마선과 마찬가지로, 오다급행 등의 사철과 치열하게 승객을 다투고 있는 노선이다.
또한, 치바에서도 그렇지만, 차량검수구에서 매일 아침부터 밤까지 차륜을 계속 돌려깎아야 하는 따위의 일도, 국철시대에는 없었던 일이다.
레일 파단이 빈발하는 지난해 이래의 비상사태, 그리고 국철시대에는 생각지도 못했던 레일 측면의 격심한 마모, 답면 셸링, 케이지코너 셸링이 무수히 발생하고 있는 현실. 이것은 검사(순회) 주기의 대폭적 연장, 통째 위임식 외주화 등에 의한 보수체제의 과도한 합리화, 스피드업이나 그에 따른 급가속, 급감속의 영향이라는 것들이 원인으로 생각되고 있는데, 그 뿐만 아니라 볼스터리스대차 그 자체의 결함에 기인하는 것이라고 볼 필요도 있는 것은 아닌가.
왜 이렇게 레일이 파괴되는 것인가
사실, 차량의 경량화는 궤도나 차륜에 미치는 영향력을 작게 할 것이며, 특히 현가장치 하중량(레일에 가장 가까운 축현가장치에서 아래의 중량으로, 차축・축상 등의 중량)을 가볍게 함으로써 궤도파괴에 미치는 영향력을 줄인다고 알려져 있다(실제로 볼스터리스대차는 현가장치 하중량도 상당히 가볍게 설계되었다).
그럼에도 불구하고 왜 이렇게 레일이 파괴되는지는, 볼스터리스대차와의 관계를 빼놓고는 이해할 수 없는 것이다. 사행동이나 공기현가장치의 진폭에 의한 강한 횡압의 발생이, 지금까지의 경험치나 상정의 범위를 넘어서 레일을 손상시키고 있는 것은 아닌가.
게다가 레일에 상처 따위가 있으면, 거기에 지대한 윤중이 발생한다. 한 번 아프면 가속도적으로 악화될 가능성이 있다는 것이다. 실제로 우리가 지적해서 레일을 교환시킨 마쿠하리(幕張)차량센터 옆의 쾌속선이라던가, 이치카와(市川)역 상행선 쾌속선이라던가, 순식간에 레일 상태가 악화되어가고 있다.
일본의 고속철도의 레일 손상 가운데 특히 문제가 되고 있는 것은 셸링 상처다. 그 발생이나 성장 과정에 대해서는 지금까지 많은 조사・연구가 이루어져 상당한 지견을 얻을 수 있었다. 셸링은 차륜에서 입게 되는 굴림접촉피로에 의해 발생하며, 수평균열이나 빗물의 영향을 받아 성장하고, 그 중 극히 일부에서 나뭇가지처럼 균열분기가 일어나고 횡균열이 일어나서 레일 파단에 이르는 것으로 알려져 있다. 또한 수평균열의 크기나 횡균열의 크기에 상관이 없고, 균열 성장의 메커니즘도 다르다. 하지만 상처의 성장 속도에 대해서는 거의 알려진 것이 없다.
라고 하는데(그림 4), 대차의 특성에 의해 차륜이 레일에 어떠한 충격력을 주는가 하는 문제나, 레일이 손상되었을 때 그것이 가속도적으로 진행될 가능성이 있음 등도 무시할 수 없을 것이다.
차륜답면, 슬랙의 문제
더욱이 또 한 가지, 볼스터리스대차ー원호답면 채용과 관련하여, 「슬랙(Slack)」이 횡압이나 레일에 어떤 영향을 주고 있느냐는 문제가 있다.
슬랙이란, 곡선의 궤간을 약간 넓혀서, 과도한 횡압이 가해지지 않고 스무스하게 구부러지도록 하는 것을 말한다. 곡선에서는 원심력에 의해 차륜이 외측으로 밀려나게 되는데, 차륜의 답면은 비스듬하게 되어 있으므로, 궤간에 약간의 여유를 두어 외측의 차륜은 반경이 커지고, 내측은 작아져서, 그 내륜차로 스무스하게 구부러지게 하는 것이다.
운수성령상, 슬랙은 다음과 같이 규정되어 있다. 「원곡선에는 곡선반경, 차량의 고정축거 등을 고려하여, 궤도에 과도한 횡압을 방지할 수 있는 슬랙을 붙여야 한다. 단, 곡선반경이 큰 경우, 차량의 고정축거가 짧은 경우, 그 밖에 궤도로의 과도한 횡압이 발생할 우려가 없는 경우에는 그렇지 아니하다」. 즉, 슬랙이란 곡선에서의 횡압방지대책, 탈선방지대책으로서 설치되는 것이다.
허나, JR이 되고 나서 그 슬랙을 없애 버렸다는 것이다. 우리에게 아무 것도 밝혀주지 않았으니 상세한 것은 알 수가 없는데, 단체교섭에서 질의했을 때도 치바지사는 「지금은 그러한 것은 설치하고 있지 않다」고 회답한 바 있다. 왜 없어진 것일까. 상정 범위를 벗어나지 않지만, 역시나 지금까지 서술해 온 것과 같은, 볼스터리스대차의 불안정한 구조상의 특징이나 원호답면의 채용과 얽혀 있다고 생각된다. 볼스터리스대차나 원호답면의 특성이, 슬랙에 의해 과도한 횡압을 방지하는 구조에 적합하지 않았기 때문은 아닌가. 그리고 적합하게 하기 위해 「횡압 방지」라는 문제를 잘라 버리고 무시한 것은 아닌가.
이상과 같이 볼스터리스대차는 그 자체의 결함 뿐 아니라, 레일 쪽과의 관계에 있어서도 심각한 악영향을 낳고 있다고 생각된다. 그러나 지금까지 말한 것과 같은 문제들이 상승적으로 겹쳤을 때, 어떤 위험한 사태가 초래될지는 무엇 하나 검토된 흔적도 없다.
그 뿐만이 아니고, 이런 문제를 단체교섭에서 논의해 보아도, 안전을 진지하게 추구하려는 자세는 전혀 없고, 레일 측면이 플랜지 접촉에 의해 11 ㎜나 깎여나갔는데 「그것은 레일과 플랜지가 잘 길들었다는 것으로 별 문제가 아니다」 따위의 답변이나 돌아오는 것이다.
대실업과 전쟁의 시대에 통용되는 새로운 세대의 동노치바를 만들어내자!