한국과 일본 도시철도운송업의 비용특성 분석 : Cost Characteristics of the Korean and Japanese Urban Rail Transit Industry: An Application of Stochastic Multi-Product Cost Frontier Models
확률적 다수산출물 비용변경 모형의 적용

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Issue Date
서울대학교 대학원
학위논문(박사)--서울대학교 대학원 :환경대학원 환경계획학과,2020. 2. 김성수.
This study estimated variable cost functions and analyzed cost characteristics of urban rail transit industries in Korea and Japan by using the stochastic frontier approach from the data of 2016 cross-sections of 64 urban rail transit operators in Korea and Japan. This study considered labor, power, and maintenance as variable factors of production, and considered track length, a semi-fixed element as a proxy variable of capital. It is assumed that the urban rail transit operator produces car-km output by inputting the above factors. The outputs of the urban rail transit operators were divided into two types such as the heavy rail output and the light rail and monorail output. In addition, the state and ownership structure of the urban rail transit operators was considered.
The variable cost function of the urban rail transit operator in the form of a translog function was constructed using the production factor variables, the output variables and the characteristic variables of the operator as independent variables and the variable cost as the dependent variable. For coefficient estimation of cost function, this study used the iterative seemingly unrelated regression which estimates the translog cost function and cost share equation as system of equations. This study also estimated the variable cost function using the stochastic frontier approach.
From the estimated cost function, this study analyzed the cost characteristics such as the partial substitution elasticity of production factor and price elasticity of production factor demand, and economies of density, economies of scale, and economies of scope of urban rail transit operators. The efficiency of the input of production factor was identified through the partial substitution elasticity and price elasticity of production factor, and the cross-partial substitution elasticity and the cross-price elasticity were analyzed to identify the complementary or substitutional relations between the factors of production. In addition, this study analyzed the existence of economies of scope in case of simultaneous operation of heavy rail and light rail or monorail type urban rail transit services. Also, the adequacy in terms of the operating frequency and the scale of the operator was analyzed by analyzing the economies of density and economies of scale of the urban rail transit operator. The analysis results are summarized as follows.
First, as a result of estimating the variable cost function, the coefficient was estimated reasonably, and in particular, as the significance of the quadratic coefficient estimate is estimated to be high, assumptions about homotheticity, homogeneity, and Cobb-Douglas production technology could all be rejected. The ownership structure and state-specific variables representing the characteristics of the urban rail transit operator were also estimated to be statistically significant.
Second, economies of density and economies of scale were found to exist throughout the urban rail transit industries in Korea and Japan. By type of output, in the case of producing heavy rail, light rail and monorail, and both outputs, as the economies of density indexes are estimated to be 1.067, 1.253, and 1.255, respectively, so there is an economy of density, and as the economies of scale indexes are 1.069, 1.195, and 1.272, respectively, so there is an economy of scale.
Third, it is found that there is a diseconomy of scope throughout the urban rail transit industries in Korea and Japan. The economies of scope indexes are proportional to the ratio of heavy rail output, and the economy of scope exists in the case of producing both outputs with the ratio of heavy rail output more than 96%. However, it is found that when the ratio of heavy railway output is low, there is a diseconomy of scope.
From the above estimation results, this study derives the following policy implications on the organizational form and privatization of the urban rail transit operator, the main issue of the urban rail transit industry in Korea.
First, if assumed that no changes in output, wages and working conditions will occur due to the consolidation of the two urban rail transit operators, the consolidation of Seoul's two urban rail transit operators is not justified in terms of cost. In the results of examining the feasibility of consolidating Seoul's two urban rail transit operators, it cannot be said that as the consolidated operators have diseconomies of density and scale and the scale is larger than the optimal scale, the mean variable cost is minimized.
Second, for Koreas three urban rail transit operators that produce both outputs, in the results of looking at the variable cost changes according to the separation of the two sectors, if operators are separated by output, the variable cost is estimated to decrease by 10.65% to 24.10%. As the economy of scope effects exist bigger than the economic of density and scale effects, rather than producing two outputs at the same time, it can be said that in terms of cost, it is reasonable to operate the institutions divided in two by output separately. But if the two urban rail transit operators are actually separated by output, because of the additional costs incurred, decisions will need to be carefully considered.
Third, In the case of deriving cost changes using the stochastic frontier approach, it is found that the overall average variable cost of the urban rail transit transport industry was reduced by 15.62%, suggesting that there is a need to improve the production efficiency of urban rail transit operators. In the case of Korean urban rail transit operators, labor productivity was found to be very low compared to that of Japan. There is a need to reduce manpower to improve production efficiency. In particular, labor productivity should be improved through restructuring in station service and maintenance. In case of station service, despite the 100% station automation service facility of urban rail transit in Korea, labor productivity is found to be low, so the necessity of manpower reduction is very high.
Lastly, from the results of analyzing variable cost changes by assuming privatization of Seoul Metro and Gwangju Metropolitan Rapid Transit Corporation, if the two operators operate privately, it is found that they can save about 21% of the current variable cost. However, when the urban rail transit is operated by the private sector, the financial transparency is low, and if subsidies exist under the contract, rather, the privatization will need to be carefully reviewed as production efficiency may be lower than that of public administration. In addition, as there is a possibility that additional costs will be incurred due to additional governance costs such as hedging costs and transaction costs, privatization would be considered only if the savings are greater than this.
This study is significant in that it analyzes the economies of scope by estimating the multi-product variable cost function in urban rail transit industry unlike the previously performed studies. It is also significant that the ownership structure is divided into public, semi-public and private sectors. For several years recently, as the urban rail transit industry market has diversified in terms of vehicle systems and ownership structure, this study is meaningful in that it can provide implications for coping with these changes.
본 연구에서는 한국과 일본 도시철도 운영기관 64개의 2016년 횡단면 자료를 대상으로 확률적 프론티어 방법을 이용하여 한국과 일본 도시철도 운송업의 가변비용함수를 추정하고 비용특성을 분석하였다. 노동, 동력 그리고 유지보수를 가변생산요소로 고려하였고, 자본의 대리변수로 준 고정요소인 궤도연장을 고려하였다. 도시철도 운영기관은 상기 요소를 투입하여 전동차-km의 산출물을 생산하는 것으로 가정하였다. 도시철도 운영기관의 산출물은 중량전철 산출물과 경량전철 및 모노레일 산출물 두 가지로 구분하였다. 이에 더하여 도시철도 운영기관의 국가, 소유구조 특성을 고려하였다.
생산요소 변수, 산출물 변수와 운영기관의 특성변수를 독립변수로 하고 가변비용을 종속변수로 하여 트랜스로그 함수 형태의 도시철도 운영기관의 가변비용함수를 구축하였다. 비용함수의 계수추정은 트랜스로그 비용함수와 비용비중식을 연립방정식 형태로 추정하는 결합일반화최소자승법을 사용하였다. 또한 비용변경접근법인 확률적 프론티어 방법으로 가변비용함수를 추정하였다.
추정된 비용함수로부터 생산요소의 편대체탄력성과 생산요소 수요의 가격탄력성 그리고 도시철도 운영기관의 밀도의 경제성, 규모의 경제성, 범위의 경제성 등 비용특성을 분석하였다. 생산요소의 자기 편대체탄력성과 자기 가격탄력성을 통해 생산요소 투입의 효율성을 파악하였고, 교차 편대체탄력성과 교차 가격탄력성을 분석하여 생산요소 간 보완 또는 대체관계를 파악하였다. 그리고 중량전철과 경량전철 또는 모노레일 형식의 도시철도 노선을 동시에 운영하는 경우 범위의 경제가 존재하는지 분석하였다. 또한 도시철도 운영기관의 밀도의 경제성과 규모의 경제성을 분석하여 운행빈도와 운영기관의 규모 등의 적정성을 분석하였다. 분석결과를 요약하면 다음과 같다.
첫 번째로 가변비용함수 추정결과 계수추정치는 합리적으로 추정되었으며 특히 2차항 계수추정치의 유의도가 높게 추정되어 동조성, 동차성, 콥-더글라스 생산기술에 대한 가정을 모두 기각할 수 있었다. 도시철도 운영기관의 특성을 나타내는 소유구조특성변수와 국가별특성변수도 통계적으로 유의하게 추정되었다.
두 번째로 한국과 일본의 도시철도 운송업 전체에는 밀도의 경제와 규모의 경제가 존재하는 것으로 나타났다. 산출형태별로는 중량전철 운송업과 경량전철 및 모노레일 운송업 그리고 두 산출물을 모두 생산하는 경우 밀도의 경제성 지수는 각각 1.067, 1.253, 1.255으로 추정되어 모두 밀도의 경제가 존재하고, 규모의 경제성 지수는 각각 1.069, 1.195, 1.272로 규모의 경제도 모두 존재한다.
세 번째로 한국과 일본의 도시철도 운송업 전체에는 범위의 불경제가 존재하는 것으로 나타났다. 범위의 경제성 지수는 중량전철 산출물 비율과 비례하며, 두 가지 산출물을 모두 생산하면서 중량전철 산출물의 비율이 96%이상인 경우 범위의 경제가 존재하지만, 중량전철 산출물의 비율이 낮은 경우 범위의 불경제가 존재하는 것으로 나타났다.
위와같은 추정결과로부터 우리나라 도시철도 운송업의 주요 이슈인 도시철도 운영기관의 조직형태와 민영화에 대한 다음과 같은 정책적 시사점을 도출하였다.
첫 번째로 두 도시철도 운영기관의 통합에 따른 산출량, 임금, 근로조건 등의 변화가 발생하지 않는 것으로 가정하는 경우 서울 두 도시철도 운영기관의 통합은 비용관점에서 타당하지 않다. 서울 두 도시철도 운영기관의 통합의 타당성을 살펴본 결과 통합된 운영기관은 밀도와 규모의 불경제가 존재하고, 규모가 최적규모보다 크기 때문에 평균가변비용이 극소화된다고 할 수 없다.
두 번째로 두 산출물을 동시에 생산하는 우리나라 도시철도 운영기관 세 곳을 대상으로 두 부문의 분리에 따른 가변비용변화를 살펴본 결과 산출물별로 운영기관을 분리한다면 가변비용이 10.65%~24.10% 감소하는 것으로 추정되었다. 밀도와 규모의 경제 효과보다 범위의 불경제 효과가 더 크게 존재하기 때문에 두 산출물을 한 운영기관에서 동시에 생산하는 것보다 산출물별로 운영기관을 나누어 운영하는 것이 비용관점에서 타당하다고 할 수 있다. 그러나 실제로 두 도시철도 운영기관을 산출물별로 분리하는 경우 추가적으로 발생하는 비용이 존재하기 때문에 이를 면밀히 고려한 의사결정이 필요할 것이다.
세 번째로 확률적 프론티어 방법을 이용하여 비용변경을 도출하는 경우 도시철도운송업 전반의 평균가변비용이 15.62%감소하는 것으로 나타났다. 이는 도시철도 운영기관의 생산효율성을 개선해야 할 필요성이 있음을 시사한다. 한국 도시철도 운영기관의 경우 노동생산성이 일본에 비하여 매우 낮은 것으로 나타났기 때문에 생산효율성을 개선하기 위해서는 인력을 감축할 필요성이 있다. 특히 역무와 유지보수부문의 구조조정을 통해 노동생산성을 제고해야 할 것이다. 역무의 경우 우리나라도시철도의 역무자동화시설이 100% 설치되어있음에도 불구하고 노동생산성이 낮게 나타났기 때문에 인력감축의 필요성이 매우 높다.
마지막으로 서울메트로와 광주교통공사의 민영화를 가정하여 가변비용 변화를 분석한 결과 두 운영기관을 민간에서 운영하면 현재 가변비용의 약 21%를 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 민간부문에서 도시철도 노선을 운영하는 경우 재정투명성이 낮고, 계약방식에 따라 보조금이 존재하는 경우 오히려 생산효율성이 공영운영기관보다도 낮아질 수 있기 때문에 민영화에 대한 신중한 검토가 필요할 것이다. 이뿐만 아니라 위험회피비용, 거래비용 등의 거버넌스비용이 추가적으로 발생하여 오히려 더 많인 비용이 소요될 가능성도 존재하기 때문에 절감되는 비용이 이보다 큰 경우에만 민영화를 검토해야 할 것이다.
본 연구는 앞서 수행된 연구와 다르게 도시철도 운송업의 다수산출물 가변비용함수를 추정하여 범위의 경제를 분석하였다는 점에서 큰 의의가 있다. 또한 소유구조를 세분화하여 공영, 준공영, 민영으로 구분하였다는 점도 의미가 있다. 최근 몇 년간 도시철도 운송업 시장은 차량시스템과 소유구조 측면에서 다양화 되고 있기 때문에 본 연구는 이러한 여건변화에 대응할 수 있는 시사점을 제공할 수있다는 점에서 의미를 가진다.
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Graduate School of Environmental Studies (환경대학원)Dept. of Environmental Planning (환경계획학과)Theses (Ph.D. / Sc.D._환경계획학과)
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