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From Linear Waste to Closed-Loop Value: A Digital Twin-Enabled Parametric Cost Architecture for Circular Construction in Peru

본 연구는 페루 건설 부문의 잠재적 폐기물 가치화 및 생애주기 비용 절감을 정량화하기 위해 순환 경제 원칙을 통합하는 디지털 트윈 기반의 파라메트릭 비용 아키텍처를 제안하며, 이 시뮬레이션된 투영치는 규제 또는 투자 적용 전 현장 검증이 필요함을 강조한다.

원저자: PAUL RICARDO PRUDENCIO GALVEZ

게시일 2026-06-30

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CC BY 4.0

원저자: PAUL RICARDO PRUDENCIO GALVEZ

원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. ✨ 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기

건설 산업을 거대한 일방통행형 컨베이어 벨트라고 상상해 보십시오. 대부분의 지역, 특히 페루와 같은 개발도상국에서 이 벨트는 다음과 같이 작동합니다. 땅에서 원자재를 꺼내 집을 짓고, 그 집이 낡거나 허물어야 할 때가 되면 잔해를 매립지에 던져버리는 방식입니다. 이는 "채취-제조-폐기"의 순환 구조입니다.

이 논문은 **디지털 트윈(Digital Twin)**이라는 첨단 도구와 새로운 경제적 계산법을 사용하여, 이 직선 형태의 구조를 원형으로 바꾸는 방법을 제안합니다.

논문의 핵심 내용을 쉬운 용어로 정리하면 다음과 같습니다.

1. 문제점: 폐기물의 "블랙박스"

페루에서는 국가 전체 쓰레기의 약 30%에서 40%가 건설 현장에서 발생합니다. 현재 이 폐기물의 대부분은 비공식적으로 처리되어, 허가되지 않은 장소에 버려지거나 그냥 쌓여 있는 상태입니다.

저자는 페루에 이미 "이 물건들을 재활용해야 한다"라고 명시된 법률(대통령령 제002-2022-VIVIENDA호)이 존재한다고 지적합니다. 하지만 연결 고리가 빠져 있습니다. 수치상으로 건설업자들에게 이득이 되지 않기 때문입니다. 계약업자들은 재활용이 실제로 돈을 아껴주거나 수익을 창출할 수 있다는 것을 입증할 명확하고 감사 가능한 방법이 없기 때문에 재활용을 하지 않습니다. 그들은 재활용이 노력을 들일 가치가 있는지 없는지 알지 못한 채 추측만 하며 움직이고 있습니다.

2. 해결책: "디지털 트윈" (기계 속의 유령)

디지털 트윈을 실제 건물을 똑같이 구현한, 살아있는 비디오 게임 복사본이라고 생각하십시오.

실제 건물: 물리적인 벽돌, 콘크리트, 강철.
디지털 트윈: 건물의 모든 부품이 무엇으로 만들어졌는지, 얼마나 오래되었는지, 그리고 그 가치가 얼마인지를 정확히 알고 있는 가상의 버전.

건물이 사용되는 동안 디지털 트윈은 실시간 데이터를 통해 스스로를 업데이트합니다. 건물을 철거할 때가 되면, 디지털 트윈은 단순히 "잔해"를 보는 것이 아니라, 회수하거나 재사용하거나 판매할 수 있는 자원들의 "보물 지도"를 보게 됩니다.

3. 새로운 돈 계산법: 수익을 위한 "레시피"

이 논문은 건설업자들이 재활용이 실제로 수익성이 있는지 계산할 수 있도록 돕는 세 가지 구체적인 "레시피(공식)"를 도입합니다. 이는 단순히 "친환경적이어야 한다"는 막연한 약속이 아니라, 확고한 숫자입니다.

레시 Recipe A: "재활용 할인" (매개변수적 비용 추정)
보통은 새 자재에 대해 정가를 지불합니다. 이 공식은 디지털 트윈에 저장된 "재활용 계수"를 바탕으로 재활용 자재를 사용하는 비용을 계산합니다. 이는 오래된 건물에서 얼마나 좋은 자재를 뽑아낼 수 있는지에 따라 가격을 자동으로 조정하는 쿠폰과 같습니다.
Recipe B: "미래 가치" 계산기 (생애주기 비용 분석)
보통 건물을 지을 때는 건물을 허물 때 가치가 0원이 될 것이라고 가정합니다. 이 공식은 이를 바꿉니다. 디지털 트윈을 사용하여 남겨진 자재들이 미래에 얼마만큼의 가치를 가질지 예측합니다. 이는 당신의 오래된 자동차가 단순한 고철이 아니라, 팔 수 있는 가치 있는 부품들의 집합체라는 사실을 깨닫는 것과 같습니다.
Recipe C: "쓰레기를 보물로" 점수 (폐기물 가치화 경제 지수)
이것은 저자가 발명한 새로운 성적표입니다. 재활용 부품을 팔아서 얻는 수익과 쓰레기를 버리는 데 드는 비용을 절감하는 금액을 비교합니다.
- 점수가 100 초과: 재활용이 쓰레기를 버리는 것보다 저렴하고 수익성이 높음.
- 점수가 100 미만: 여전히 버리는 것이 더 저렴한 옵션임.

4. 실험: 리마에서의 건물 시뮬레이션

저자는 아직 이 방식을 물리적으로 테스트하기 위해 실제 건설 현장에 가지 않았습니다. 대신, 리마의 실제 건설 현장 265곳의 데이터와 전 세계의 검증된 연구 자료를 사용하여 대규모 컴퓨터 시뮬레이션("몬테카를로" 시뮬레이션)을 실행했습니다.

시뮬레이션 결과:

보물 점수: 시뮬레이션 결과, "쓰레기를 보물로" 점수는 145로 나타났습니다. 이는 100보다 높으므로, 리마의 일반적인 중층 건물의 경우 재활용이 쓰레기를 버리는 것보다 경제적으로 유리함을 시사합니다.
절감액: 디지털 트윈을 사용하여 자재의 미래 가치를 예측함으로써, 건물의 전체 생애주기 비용이 8%에서 15% 감소했습니다.
"재활용 임계점": 시뮬레이션은 재활용이 직선적인 관계가 아님을 보여주었습니다. 만약 폐기물의 50%만 재활용한다면 오히려 손해를 볼 수 있습니다. 하지만 95%를 재활용한다면 엄청난 이익을 얻을 수 있습니다. 디지털 트윈은 당신이 그 높은 95% 목표에 도달하도록 도와줍니다.

5. 주의사항 (논문의 실제 내용)

저자는 이 연구가 무엇이 아닌지 매우 신중하게 밝히고 있습니다:

이것은 보장이 아닙니다: 이 수치들은 실제 건물을 짓고 이 시스템을 사용하여 철거해 본 측정값이 아니라, 시뮬레이션 결과입니다.
이것은 마법 지팡이가 아닙니다: 이 시스템을 사용하려면 먼저 디지털 트윈이 존재해야 합니다. 페루의 소규모 건설 회사들은 아직 디지털 트윈을 구축할 자금이나 기술이 없을 수 있습니다.
이것은 "타당성 신호"입니다: 이 연구는 이 아이디어가 수학적으로 작동함을 증명합니다. 즉, "이 시스템을 구축한다면, 수학적으로 당신은 돈을 아낄 것이다"라고 말하는 것입니다. "우리가 이미 돈을 아꼈다"라고 말하는 것이 아닙니다.

요약 비유

이사하는 상황을 상상해 보십시오.

기존 방식: 필요 없는 물건을 모두 쓰레기통에 던져 넣고 수수료를 냅니다. 당신은 당신의 오래된 가구들이 가치가 있는지 알지 못합니다.
새로운 방식 (이 논문): 당신은 "스마트 인벤토리 앱"(디지털 트윈)을 가지고 있습니다. 이 앱은 집을 스캔하여 이렇게 알려줍니다. "그 오래된 소파는 200달러의 가치가 있고, 오크 바닥재는 500달러의 가치가 있습니다." 그런 다음 이 앱은 가구를 팔고 바닥재를 재사용한다면, 단순히 버리는 것보다 1,000달러를 아낄 수 있다는 계산기를 보여줍니다.

이 논문은 이렇게 말합니다: "우리는 앱과 계산기를 만들었습니다. 수치를 돌려보니 결과가 아주 좋습니다. 하지만 이 방식이 실제 현실에서 작동하는지 증명하기 위해 아직 실제로 이사를 해보지는 않았습니다."

기술 요약: 선형적 폐기물에서 폐쇄 루프 가치 창출로

문제 제기
글로벌 건설 부문은 전체 고형 폐기물의 약 1/3을 생성하며, 주로 "추출-건설-철거-폐기"라는 선형 모델에 따라 운영됩니다. 이는 페루와 같은 신흥 경제국에서 특히 심각한데, 건설 및 철거 폐기물(CDW)이 국가 고형 폐기물 흐름의 30~40%를 차지하기 때문입니다. 리마 대도시권의 건설 현장 265곳을 대상으로 한 현장 조사 결과, 이 폐기물의 대부분이 비공식적으로 처리되고 있으며 체계적인 가치 제고(valorization)가 결여되어 있음이 드러났습니다.

관련 규정(예: Supreme Decree No. 002-2022-VIVIENDA)이 존재하고 디지털 트윈(DT) 기술이 순환 경제(CE) 적용을 위해 연구되어 왔으나, 결정적인 격차가 존재합니다. 즉, 디지털 트윈의 역량을 경제적 의사결정과 연결하는 검증 가능하고 감사 가능한 비용 공학 모델이 라틴 아메리카 맥락에서는 부재하다는 점입니다. 기존 문헌들은 표준화된 비용 공식 없이 환경 지표만을 보고하는 경우가 많고, 고소득 국가의 데이터에 과도하게 의존하며, 불확실성에 대한 명시적 처리가 부족하여 계약자가 견고한 추정치와 예시적 주장을 구분하기 어렵게 만듭니다.

연구 방법론
본 연구는 엄격한 검증 프로토콜을 준수하며 IMRAD 형식을 따르는 혼합 방법론 설계를 채택하였습니다:

체계적 문헌 합성: 허위 또는 환각된 참조를 배제하기 위해 해결 가능한 디지털 객체 식별자(DOI)를 가진 피어 리뷰 소스만을 사용하여 비교 매트릭스를 구축했습니다. 12개의 검증된 출처를 분석하여 DT-CE 통합에 관한 구체적인 정량적 결과물을 추출했습니다.
비용 공학적 적응: DT 환경에 적합하도록 세 가지 유형의 비용 공식을 다음과 같이 적응시켰습니다:
- 매개변수 비용 추정(Parametric Cost Estimation): 단가 기반 추정을 DT의 재료 여권(material passport)에서 도출된 재활용/재사용 계수( $F_{rec}$ )를 포함하는 역사적 비용과 프로젝트 매개변수 간의 통계적 관계로 대체합니다.
- 생애주기 비용 분석(LCCA): 정적인 잔존 가치 가정을 실시간 상태 및 시장 데이터에 기반하여 디지털 트윈이 예측하는 동적 잔존 가치( $RV_{dt}$ )로 대체함으로써 표준 LCCA를 확장합니다.
- 폐기물 가치 제고 경제 지수(WVEI): 회수 가치(재활용/재사용 수익에서 처리 비용을 뺀 값)를 회피된 폐기 비용에 대한 비율로 계산하는 제안된 지표입니다.
통계적 견고성: 불확실성을 다루기 위해 페루 특화 적용 사례에 몬테카를로 민감도 절차(삼각 분포 입력을 사용한 10,000회 반복 실행)를 적용했습니다. 결과는 결정론적 점 추정치가 아닌 중앙값과 10~90 백분위수(P10–P90) 구간으로 보고됩니다.
범위: 본 연구는 인간 대상자, 동물 실험 또는 현장 실험을 포함하지 않습니다. 이는 2차 데이터와 수학적 시뮬레이션에 기반한 계산 모델링 작업입니다.

주요 기여
본 논문은 건설 경제 및 순환성에 대해 세 가지 주요 기여를 합니다:

검증된 비교 매트릭스: 일반적인 주장이 아닌, 구체적인 정량적 결과(예: 재료 회수율 25–45%, 폐기물 감소율 27–38.7%)를 보고하는 문서화된 DT-CE 연구들을 합성하였습니다.
감사 가능한 비용 구조: 디지털 트윈 내에 삽입되도록 설계된 세 가지 공식 기반 모델(매개변수 비용, 동적 LCCA, WVEI)을 개발하여, 순환 전략에 대한 추적 가능한 경제적 감사를 가능하게 합니다.
맥락화된 시뮬레이션: 문헌 유래 범위 내에서 "시뮬레이션된 투영치"로 명시적으로 라벨링된 페루 특화 적용 사례를 통해, 미검증 데이터를 현장 측정 결과로 오인하지 않으면서도 기술적으로 근거 있는 국가 정책의 보완책을 제공합니다.

결과

문헌 합성: 비교 분석 결과, DT 기반의 철거 시뮬레이션은 재활용률이 증가함에 따라 프로젝트를 순 손실 상태에서 상당한 이익 상태로 전환할 수 있음을 확인했습니다. 예를 들어, 한 인용된 시뮬레이션에서는 재활용률 50%일 때 -£10,627.62의 순 손실에서 재활용률 95%일 때 £110,941.57의 순 이익으로 전환되는 것을 보여주었습니다.
시뮬레이션 적용 (페루): 제안된 구조를 리마의 전형적인 중층 주거 프로젝트에 적용한 결과는 다음과 같습니다:
- 폐기물 가치 제고 경제 지수 (WVEI): 중앙값 145 (P10–P90: 118–172). 100보다 큰 값은 모델링된 조건 하에서 가치 제고가 폐기보다 경제적으로 유리함을 나타냅니다.
- 생애주기 비용 절감: DT 기반 잔존 가치를 반영함으로써 정적 가정 기준선 대비 시뮬레이션된 생애주기 비용을 8–15% 절감했습니다.
검증 상태: 저자들은 이 수치들이 현장에서 측정된 결과가 아님을 명시적으로 밝힙니다. 이는 내부적으로 일관되고 경제적으로 타당한 투영치이며, 향후 계측된 건설 현장을 통한 검증이 필요합니다.

의의 및 주장
본 논문은 디지털 트윈이 질적인 지속 가능성 주장이 아닌, 감사 가능한 공식 기반의 비용 공학과 결합될 때만 건설 분야의 순환 경제 원칙을 실행할 수 있다고 주장합니다.

정책적 관련성: 페루의 경우, 본 프레임워크는 Supreme Decree No. 002-2022-VIVIENDA 및 국가 순환 경제 로드맵 2030을 뒷받침하는 경제적 근거를 이행하기 위한 기술적 메커니즘을 제공합니다. 이는 리마 조사에서 확인된 "구속 요인", 즉 폐기물 가치 제고를 계약자에게 합리적인 선택으로 만드는 검증 가능한 경제적 도구의 부재 문제를 해결합니다.
주장의 겸허함: 본 연구는 현장 검증의 부재를 최소화해야 할 한계가 아니라 핵심적인 발견으로 취급합니다. 제안된 구조는 "타당성 신호"이자 "기술적으로 근거 있는 보완책"이라고 상정합니다. 저자들은 특정 수치(예: WVEI 145)가 계측된 페루 프로젝트의 현장 데이터에 의해 검증되기 전까지는 규제나 투자 결정에 사용되어서는 안 된다고 경고합니다.
향 향후 방향: 본 논문은 리마에서의 계측된 파일럿 프로젝트, 시립 등록부와 디지털 트윈 간의 표준화된 데이터 교환 프로토콜, 그리고 중소기업(SME)의 초기 기술 장벽을 낮추기 위한 금융 도구를 향후 과제로 식별합니다.