I. 개요
LCC(Low Cost Carrier)로 인한 항공시장의 확장과 항공자유화의 영향으로 아태지역은 세계에서 가장 높은 수준으로 성장이 예상되고 있으며, 지역 내 인천공항과 경쟁중인 주요공항(창이, 홍콩, 두바이 공항 등)들은 미래 항공시장의 선점을 위해 대규모 공항개발을 추진 중(홍콩공항 [1.1억, ‘23], 창이공항[1.35억, ’25], 푸동공항 [1.6억, ‘25])에 있다.
인천공항 역시 지난 ’09년 이후 LCC가 연평균 62% 성장하면서 최근 5년간 여객 기준 연평균 9.8%, 운항 기준 7.2%로 증가 중이며, LCC의 점유율(‘18년 기준 23%)이 급속히 증가하고 있다.
이러한 성장을 배경으로 장래 수요를 감안한다면 여객 기준 연평균 4.5%, 운항 기준 4.6% (’18～‘30) 증가할 것으로 전망1)되고 있다.
이에 인천공항은 주변 경쟁공항의 공격적인 공항 확장에 대비하고, 항공운송 환경 변화 및 급격한 항공수요 증가에 따른 안정적인 시설능력 확보를 위해서 인천공항 4단계 건설 기본계획 변경고시(9차, ’17.11)를 통해 제4활주로를 추가 건설하는 것으로 계획하였다.
운영 중인 공항에서 활주로를 추가 건설하는 것은 막대한 비용과 기간이 소요되고 기존 시설과 간섭이 발생하는 만큼 항공수요 뿐만 아니라 안정적 공항운영 여건 등을 고려하여 다양한 측면에서 충분한 검토를 통해 타당한 건설시기를 결정하는 것이 필요하다.
활주로 건설시기는 일반적으로 항공수요와 활주로 수용능력을 고려하여 결정되므로 수용능력에 대한 정의와 수용능력 산출방법을 제시하고, 인천공항 4단계 건설사업 제4활주로 사례연구를 통해 적절한 건설시기 결정과 건설 타당성 확보를 위한 항공수요, 공항 운영성, 비상시 대응성, 해외공항 사례 등의 다양한 검토 요소들을 도출하고자 한다.
II. 인천공항의 현황
활주로 건설 타당성 연구대상으로 인천공항 제4활주로 사례를 선정하였으며 인천공항의 활주로 현황은 다음과 같다.
| 구 분 | 1단계 | 2단계 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 1활주로 | 2활주로 | 3활주로 | |||
| 제원 | 길이 | 3,750m | 3,750m | 4,000m | |
| 폭 | 60m | 60m | 60m | ||
| 활주로 배치 |
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| 활주로 용량 (시간/회) | 50 (근접평행) | 89* (2독립 1근접) | |||
인천공항의 제1,2,3활주로 건설기간 및 해당년도 항공수요는 다음과 같다.
| 구분 | 2001 | 2002 | 2008 | |
|---|---|---|---|---|
| 활주로 건설추이 | 1,2활주로 | 3활주로계획 / 3준공 | ||
| 건설기간(년) | ‘90.11~’00.12 (10.2년) | ‘02.2~’08.4 (6.2년) | ||
| 운영개시 년도 | 2001 | 2008 | ||
| 항공 수요 | 첨두시 (회) | 30 | 32 | 44 |
| 연간 (회) | 110,450 | 126,143 | 211,098 | |
제1,2활주로 건설 직후 제3활주로 건설을 계획하게 된 이유는 수요 증가와 함께 급변하는 해외항공시장의 변화 및 2008년 북경올림픽을 대비한 조기완공이 필요하였으며, 약 7년이 소요되는 건설기간을 고려시 2001년 1단계 완공과 동시에 제3활주로 추가 건설에 대한 계획이 추진되었다.
III. 활주로 수용능력 검토
미국 FAA는 수요, 용량 및 지연의 관계가 “Queuing System"과 매우 유사하다고 설명하면서 수요증가에 따른 평균 지연시간 증가가 기하급수적으로 변한다는 특성을 다음과 같이 설명하고 있다2).
“경험에 따르면 항공기 평균지연은 교통량이 실용용량에 도달할 때까지 점진적으로 증가하며, 실용용량(Practical Capacity)은 항공기당 평균지연이 3분에서 5분 내의 포인트이다. 항공기 지연은 수요가 이 수준(즉, 실용용량)을 넘게 되면 급격하게 증가한다. 보통 항공기 지연이 평균 5분을 넘어서면 공항은 정체된다고 간주된다. 이 지점을 넘어설 경우, 교통량이 조금 증가하거나, 악기상, 또는 어떠한 다른 문제들에 의해 장시간의 지연으로 이어질 수 있다. 이는 비행스케줄을 혼란시키거나 항공교통 관제사의 과도한 업무부하를 초래할 수 있다.” 다음 그림은 운항수요 증가에 따라 평균지연시간이 기하급수적으로 변하는 특성을 보여주고 있다.
활주로의 시간당 수용능력은 절대용량과 실용용량으로 나눌 수 있으며 그 정의는 다음과 같다.
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- 절대용량(Ultimate Capacity): 1시간 동안 처리할 수 있는 최대항공기 운항횟수(지연 무관) 즉, 수요증가에 따른 항공기 처리량이 더 이상 증가하지 않을 때 활주로의 시간당 항공기처리량
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- 실용용량(Practical Hourly Capacity, PHCAP): 수용가능한 수준의 지연(4분 또는 5분으로 정의)이 발생할 때의 항공기 운항횟수. 즉, 수요증가에 따른 항공기당 평균지연시간이 4분 또는 5분일 때 활주로의 시간당 항공기 처리량
실용용량의 산정기준인 항공기당 평균 지연시간 4분/대는 1960년대 FAA에 의해 설정되었으나, 최근 항공수요의 증가로 대부분의 대형공항에서는 첨두시간대에 4분 이상의 지연운영이 빈번하며, 유럽은 5∼10(분/대)의 지연기준을 적용하여 실용용량을 산정하고 있다3).(<그림-2> 참조)
FAA의 가이드인 ACRP Report 79는 “공항의 평균 지연시간이 4분에서 6분에 가까워질 때, 실용용량(Practical Capacity)4)와 미국 교통국(1995)의 보고서 내용인 “허용 가능한 지연시간과 받아들일 수 없는 지연시간을 구분할 수 있는 기준은 없다”5)를 언급 하면서, 수용량을 정당화할 수 있는 한계 지연시간(Threshold of aircraft delay)에 대한 정의를 후속 보고서를 통해 발표하였다.
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- ACRP Report 79 후속 보고서 ACRP Project 104(2014)는 지연시간과 공항의 용량에 관한 연구를 수행하였으며, 다음 그림은 한계 지연시간(즉, 허용 가능한 지연시간)을 제시하고 있다6).
인천공항에서는 지연시간 상향추세와 ACRP Report를 근거로 제4활주로 분석 시 실용용량 산정의 기준을 항공기당 평균지연 5분으로 적용한다.
활주로 수용능력은 시간당 수용능력과 연간수용능력으로 구분되며, 인천공항 시간당 수용능력은 시뮬레이션(TAAM)을 통해 현 공역상황을 기준으로 산정하였다.
| 구분 | 항공기 당 5NM 분리 | RECAT 적용시 |
|---|---|---|
| 3개 활주로 | 79회/시 | 89회/시 |
| 4개 활주로 | 91회/시 | 107회/시 |
시뮬레이션 결과 현 체계(3개)에서는 RECAT 적용 시 시간당 89회를 처리가능하고, 제4활주로 건설 시 시간당 107회, 향후 첨단항공교통기술(출도착관리시스템 및 PBN절차 등) 도입 및 북한 공역 개선 시 116회까지 처리할 수 있는 것으로 분석되었다. 다음은 연간 수용능력을 산정하는 방법이며, 최근 공항별 운영 스케쥴 특성 반영이 가능한 연간 수용능력을 통해 활주로 건설시기를 결정하는 경우가 증가하고 있다.
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- ASV(Annual Service Volume) = 시간당 용량 (Cw) x D (운영일) x H (운영시간)7)
- 운영일은 1년 365일을 첨두일 운항회수를 기준으로 산출된 값으로 개념은 다음과 같다.
이를 기준으로 한 인천공항의 활주로 체계의 연간 수용능력은 다음과 같다.
| 구분 | 시간당 용량 | D | H | ASV |
|---|---|---|---|---|
| 활주로 3개 | 89 | 351 | 16.0 | 499,824 |
| 활주로 4개 | 116 | 351 | 16.0 | 651,500 |
다만, 운영시간(H)의 경우 비첨두시간 활성화를 통해 두바이 공항과 같이 효율적으로 운영하는 경우 4개 활주로의 연간수용능력이 65만회에서 75만회(H 18.5 적용)로 약 18% 증가 가능한 것으로 나타났다. 두바이 공항은 지리적으로 유럽과 아시아의 중간에 위치하고, 야간시간대 환승할 경우 유럽과 극동아시아지역 간 이동시간 고려시 비첨두시간 및 Curfew시간을 피해 운영이 가능한 지리적 이점이 있으나, 인천공항은 극동지역에 위치하여 야간시간대 활용에 제한이 있다. 또한, 비첨두시간에는 심야시간 접근 대중교통, 24시간 체크인카운터 및 상업시설의 운영, CIQ 인력확대 등이 필요하며, 심야시간 활성화를 위한 공항당국의 비첨두시간대의 공항이용료에 대한 가격조정 등 다양한 노력이 필요하므로 인천공항이 두바이공항과 비슷한 수준으로 운영하는 조건은 현시점에서 반영하기 어렵다.
IV. 인천공항 제4활주로 건설 타당성
인천공항 제4활주로 사례를 통하여 향후 국내외 대형공항 활주로 건설 시 타당성확보를 위해 검토가 필요한 다양한 요소들을 제시하고자 한다.
인천공항 4단계 건설기본계획(9차, 2017.11)의 수요예측에 따르면 3개 활주로용량은 시간 용량(89회)기준 2024년경, 연간용량(499,824회)기준 2025년경 포화하는 것으로 나타나고 있다.
| 년 도 | 2023 | 2024 | 2025 | 2026 | 2027 | 2028 | 2029 | 2030 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 연간운항(천회) | 467 | 487 | 507 | 529 | 551 | 574 | 597 | 620 |
| 첨두시(회/시) | 89 | 92 | 96 | 99 | 102 | 106 | 109 | 113 |
인천공항 2017년 항공수요 실적(36.0만회)은 2017년 예측치(34.5만회)보다 높고 2018년 예측치 (36.7만회)에 육박하고 있어 활주로 포화 시기는 당초보다 앞당겨질 가능성이 높다.
또한 FAA지침 역시 연간수용능력의 60∼75% 수준에서 활주로 개발계획을 수립하고, 80% 수준 에서 활주로 개발 진행이 필요한 것으로 권고8) 하고 있어 최근 수요증가추세와 현 활주로 수용능력 고려 시 2024년 4개 활주로 운영이 필수적이며, 2019년 활주로 개발이 진행되어야 하는 것으로 분석되었다.
| 년 도 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 | 2022 | 2023 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 연간운항(천회) | 360 | 367 | 390 | 414 | 431 | 449 | 468 |
| 용량(500천회) 대비 비율(%) | 72.0 | 73.4 | 78.0 | 82.8 | 86.2 | 89.8 | 93.6 |
2017년 운항실적이 활주로 수용능력의 70%를 초과하면서 제3활주로 폐쇄가 발생하는 경우 활주로 용량의 급격한 감소로 항공기 지연이 발생하고 항공기 지연에 따른 안전성 저하가 예상되므로 제3활주로를 대체할 수 있는 제4활주로 건설이 필수적이다. 다음은 활주로 폐쇄 시 지연시간 분석 결과와 폐쇄 발생요인을 설명한다.
제3활주로 폐쇄 시 제1, 2활주로만으로 운영하는 경우 활주로 용량은 89회에서 50회로 감소하며, TAAM시뮬레이션 결과 2023년 운항스케쥴을 처리시 전체 운항횟수 중 70%만 처리가능하여 대당 평균 42분 지연이 발생하는 것으로 분석되었다. 이는 3활주로 폐쇄가 발생한다면 증가하는 항공수요를 처리할 수 없어 공항운영이 마비될 수 있는 심각한 상황임을 알 수 있다.
인천공항은 동계에 강설이 발생하거나 예정된 경우 활주로표면에 제빙액 포설 및 제설작업을 위해 눈이 멈출 때 까지 1→3→2활주로 순으로 활주로 폐쇄(40분 간격)가 발생한다.
2010년과 2012년에는 30cm 이상의 강설이 발생하여 장시간 1개 활주로를 폐쇄해도 첨두시 운항횟수 50회 정도를 남은 2개 활주로로 처리가 가능하였으나, 장래 항공수요 증가 시 제3활주로 운영제한이 2시간 이상 지속된다면, 매우 높은 지연 발생이 예상된다. 제4활주로 운영시 2독립(80회)을 유지하며 동절기 제설작업(1→2/3→4활주로 순)을 진행할 수 있어 활주로 폐쇄에 대한 영향을 최소화하며 공항 운영이 가능하다.
인천공항은 해외 주요공항들과는 달리 4계절이 뚜렷하고 계절별 기온 차가 커서 활주로 및 유도로 포장품질 확보가 쉽지 않고, 전면폐쇄없이 야간에 일상적 유지보수를 하는 경우 생애주기비용(Life Cycle Cost, LCC)에서도 불리하므로 폐쇄를 통한 전면유지보수를 시행하고 있다.
인천공항의 기온 차는 40도 수준이며, 동절기에는 온도가 0℃ 이하로 떨어지므로 포장유지관리 조건이 불리한 반면, 주요경쟁공항의 경우 기상조건이 상대적으로 양호하며 야간부분보수 위주로 시행하거나 전면보수 시 활주로를 전면 폐쇄하고 대체공항(두바이→알막툼)을 활용중인 것으로 조사되었다.
해외공항처럼 야간작업으로 가능하지만 폐쇄를 통한 주간 전면유지보수가 포장품질을 고려한 생애주기비용(LCC) 산정결과, 54억원의 절감효과가 있는 것으로 분석되었다.
따라서 인천공항이 선순환적(4→3→1→2) 전면개보수를 하는 경우 10년 주기 6년 단위로 1개 활주로 폐쇄가 불가피하며, 활주로 운영 중 3활주로 전면보수에 따른 용량감소 방지, 항공기 안전성 향상 등을 위해서 제4활주로 건설이 필요한 것으로 검토되었다.
인천공항은 개항 후 총 370만회 중 2건의 활주로 폐쇄가 발생하였다. 해외 사고 조사결과 최근 10년간 항공기 사고 중 활주로 이탈사고는 전체의 약 35% 차지하는 것으로 조사되었다.
이처럼 활주로 이탈에 의해 제3활주로가 폐쇄될 경우, 급격한 용량저하에 따른 지연으로 안정적 공항운영이 불가하여 비상시 대응성 확보를 위해 제4활주로 건설이 필요한 것으로 판단된다.
2개 활주로로 독립운영 중인 홍콩 첵렙콕공항, 창이공항, 히드로공항은 그동안 효율적으로 활주로를 운영해 왔으나 시설한계에 도달하면서 운항증가율이 정체상태를 보이며 공항 경쟁력이 약화되고 있다. 이에 따라 공항용량을 극대화하기 위해 활주로를 추가건설을 추진하고 있다.
해외공항과 경쟁하기 위해서는 인천공항 역시 현재 증가하고 있는 항공수요를 수용하고 제한된 부지에서 공항의 수용능력을 최대화하기 위해 제4활주로 건설이 필요하다.
