건물을 복제한다? 건설산업에서의 디지털 트윈
1. 복제본
혹시 항공모함에 대해 잘 아시나요? 한국에서는 보기 힘든 고가치 군함이죠. 항공모함에는 약 75대 정도의 함재기가 탑재됩니다. 일반적인 활주로 보다 훨씬 좁은 갑판에서 빠르게 이함과 착함을 반복하죠. 75대나 되는 함재기를 모두 제어하기 위해서 지휘관 및 참모들은 탁자에 항공모함과 똑같이 생긴 모형을 두고 최적의 방안을 고민을 합니다. 직접 모형을 만지고 옮겨가면서 제어를 하면 훨씬 직관적이며 원활한 의사소통이 가능해지기 때문입니다.
출처: https://www.dvidshub.net/image/292036/carrier-flight-deck-control-room2. 건설산업에서의 디지털 트윈
최근 건설산업계에서도 이와 비슷한 형태의 개념이 등장하기 시작했는데요. 바로 디지털 트윈(Digital Twin)입니다. 건축구조물을 가상현실로 재현하고 수집, 운영, 유지, 관리, 예측을 하는 일련의 과정입니다. 요즘 건축분야에서는 BIM(Buidling Information Modeling)과 연관 지어 자주 등장하곤 합니다. 재현과정에는 4차 산업혁명과 관련된 그럴듯한 키워드들을 총망라 합니다. 물론 이런 복잡한 과정을 실현시킬 수 있는 각 분야의 전문가도 필요하겠지요.
IoT 센싱기술로 건물과 관련된 대량의 로그데이터를 수집 및 가공하고 클라우드 저장소에 저장 > 적재된 빅데이터는 BIM 도구와 연계 > 데이터 기반으로 최적 설계에 이용되거나 인공지능 모델 생성에 활용 > 의사결정에 도움이 되는 미래 예측
출처: ETRI (문제시 삭제)이렇게 듣기만 해도 돈이 많이 들어갈 것 같은 디지털 트윈에는 명확한 장점이 존재합니다. 항상 더 나은 의사결정을 지원할 수 있다는 것이죠.
단기적으로 봤을 때는 비즈니스적인 관점에서 투자대비효율(ROI)을 극대화할 수 있는 지원을 하게 됩니다. 예를 들어 건물의 냉난방공조(HVAC) 시스템을 빅데이터로 예측하여 효율은 높게, 비용은 낮게 유지할 수 있는 체계도 디지털 트윈의 한축에 속하게 됩니다. 또한, 설계단계에서 데이터 드리븐으로 설계된 수많은 대안들을 이용해 비용을 획기적으로 낮추는 행위도 ROI에 영향을 줄 것입니다.
디지털 트윈을 장기적으로 봤을 때는 모든 것을 데이터화하여 BIM의 가치를 최대한으로 끌어올릴 수 있습니다. 추후 새로운 건물을 계획, 건축할 때도 과거에 쌓인 빅데이터를 기반으로 시스템을 통합하고 시행착오를 최소화할 수 있는 프로세스를 구축할 수 있게 됩니다.
2020년에 Automation in Construction이라는 저널에 게재되어 많은 인용수를 기록하고 있는 Towards a semantic Construction Digital Twin: Directions for future research 논문에는 디지털 트윈을 계층화해서 설명하고 있습니다. (다른 논문들에서도 등장)
Virtual-Data-Physical paradigm
1. Physical - 인적자원(HR), 물적자원(Material Resource), 현장, 도구 등과 같이 물리적으로 존재하는 자원들에 대한 관리. 센싱을 통해 빅데이터를 축적하고 모니터링하는 계층
2. Data - 축적된 데이터를 BIM, IoT, Data linking 등 적재적소에 활용하는 계층
3. Virtual - 빅데이터에 기반해 예측(prediction), 최적화(optimization), 재현(simulation)하는 계층
이렇게 복잡하고 구현이 어려울 것 같은 대형 프로젝트들이 간혹 생겨나고 있는데요. 바로 지멘스와 IBM이 함께 디지털 트윈을 구축한 사례입니다. 제품에 대한 생애주기 관리(Life Cycle Management)를 효율화시키기 위해 진행된 프로젝트 같습니다.
3. 개인적으로 생각하는 디지털 트윈의 미래
사실 디지털 트윈 적용 사례가 많이 없기 때문에 본 글을 쓰는 와중에도 너무 추상적인 개념이 아닌가 싶기도 합니다...
디지털 트윈 기술은 건축(건설) 산업 기술을 비롯해 IT와 관련된 첨단 기술들이 결합되어 있는 고차원 개념입니다. 따라서 하나의 도구 및 프로그램 형태가 아닌, 여러 도구들을 적절하게 결합하여 디지털 트윈 생태계를 구축해 나가지 않을까 예상합니다.
예) AWS 클라우드 기반의 서버 & 데이터 엔지니어링 인프라 구축 + BIM에 특화된 Revit + 건물에 알맞은 A.I 알고리즘을 커스터마이징 하기 위한 프레임워크(Pytorch) + 건물 및 빅데이터 시각화를 위한 시각화 도구
결국 모든 산업이 디지털 트랜스포메이션 되는 형국에 디지털 트윈 기술은 앞으로도 그 규모가 엄청나게 커질 것입니다. 세계 몇몇 리서치기관들은 디지털 트윈 기술의 미래를 매우 낙관적으로 보고 있습니다. 2026년에는 시장규모가 37억 달러까지 성장할 것으로 에측하고 있습니다.
IBM, Autodesk 등 글로벌 기업들도 디지털 트윈에 대한 관심을 표출하고 있으며, 앞서 말씀드린 구축 사례까지 나타나고 있습니다. 아쉽게도 한국에서는 아직 사례들이 많지 않기 때문에 미래 기술로만 각광받고 있습니다. 다만, 디지털 트윈 환경을 구성하는 비용대비 장기적인 관점에서 이득 취할 수 있는 요소들이 많기 때문에 계속해서 미래 핵심기술로 회자되지 않을까 싶습니다.
