Optimizing Digital Twin for Net-Zero Retrofitting for UK Existing Building Stock

우리가 살고 일하는 건물들은 기후 문제의 거대한 부분을 차지하고 있습니다. 영국에서 건축 환경은 국가 탄소 배출량의 거의 4분의 1을 차지합니다. 문제는 2050년까지 서 있을 것으로 예상되는 대부분의 건물이 이미 건설되어 있다는 점입니다. 이는 더 깨끗한 미래로 가는 길이 새로운 완벽한 구조물을 짓는 것에 달려 있는 것이 아니라, 기존의 것들을 고치는 것에 달려 있음을 의미합니다. 이러한 건물들을 업그레이드하는 전통적인 방식인 '리트로핏(retrofitting, 개보수)'은 대개 정적인 계획에 따라 단열재를 추가하거나 난방 시스템을 교체하는 작업을 포함합니다. 그러나 이러한 방법들은 사람들이 실제로 그 건물에 거주할 때 건물이 실제로 어떻게 작동할지를 예측하는 데 실패하는 경우가 많으며, 이로 인해 서류상으로 약속된 에너지 절감 효과와 실제 현장에서의 결과 사이에 격차가 발생합니다. 이 격차를 메우기 위해 연구자들은 '디지털 트윈(digital twin)'이라 불리는 도구에 주목하고 있습니다. 디지털 트윈을 물리적 건물의 살아 움직이는 가상 복사본이라고 생각해보십시오. 단순한 설계도와 달리, 이 디지털 버전은 실시간 데이터와 연결되어 있어 날씨에 건물이 어떻게 반응하는지, 사람들이 건물을 어떻게 사용하는지, 그리고 에너지 시스템이 시간이 지남에 따라 어떻게 작동하는지를 시뮬레이션할 수 있습니다. 이는 비용을 들여 물리적인 변화를 일으키기 전에 가상 공간에서 다양한 업그레이드를 테스트할 수 있는 방법을 제공하며, 넷제로(net-zero) 배출을 향한 더 스마트하고 효율적인 경로를 약속합니다.

린컨 대학교와 웨스트민스터 대학교의 연구팀은 이 기술이 실제로 영국의 리트로핏 위기를 해결할 수 있는지 확인하고자 했습니다. 그들은 단순히 디지털 트윈의 이론에만 관심이 있었던 것이 아니라, 이를 전국에 존재하는 수천 채의 기존 건물에 적용하는 실질적인 현실에 주목했습니다. 이를 위해 연구진은 건축가, 엔지니어, 계약업체, 정책 담당자를 포함하여 이 분야에서 활동하는 383명의 전문가를 대상으로 설문 조사를 실시했습니다. 이들은 건물을 설계, 건설 및 관리하는 책임자들입니다. 연구진은 그들에게 현재의 방식, 디지털 트윈 기술에 대한 친숙도, 그리고 기술 사용을 가로막는 장애물이 무엇인지 물었습니다. 목표는 단순한 홍보 문구를 넘어, 이 강력한 도구가 국가의 주거 자산을 탈탄소화하는 데 사용되지 못하게 만드는 실제 장벽이 무엇인지 이해하는 것이었습니다.

결과는 기술의 잠재력은 이해하고 있지만 첫 발을 내딛는 데 어려움을 겪고 있는 산업의 모습을 보여주었습니다. 조사 대상 전문가들은 일반적으로 디지털 트윈이 매우 유용할 것이라는 점에 동의했습니다. 그들은 실시간 데이터와 리노베이션 후의 성능을 추적하는 능력이 예상되는 에너지 절감 효과와 실제 효과 사이의 격차를 줄이는 데 필수적이라는 점을 인식하고 있었습니다. 실제로 응답자들은 실시간 데이터 통합의 중요성을 매우 높게 평가했습니다. 그러나 자신의 기술 경험에 대해 물었을 때, 양상은 달라졌습니다. 대부분의 응답자는 자신을 디지털 트윈에 대해 약간 또는 중간 정도만 익숙한 상태라고 설명했습니다. 개념에 대해서는 이야기할 수 있었지만, 실제 프로젝트에서 이를 직접 사용해 본 사람은 매우 적었습니다. 연구는 현재 리트로핏 분야에서 이 기술이 초기 단계에 있으며, 일상적인 관행보다는 주로 파일럿 프로젝트나 이론적인 논의에 국한되어 사용되고 있음을 보여주었습니다.

가장 놀라운 발견 중 하나는 단순히 기술에 대해 아는 것만으로는 누군가가 그것을 사용할 것이라고 보장할 수 없다는 점이었습니다. 연구진은 개인의 디지털 트윈에 대한 친숙도, 자신의 디지털 기술에 대한 자신감, 또는 정부 지원금에 대한 믿음이 기술 기반의 새로운 프레임워크를 채택할 것인지를 예측할 수 있는지 데이터를 분석했습니다. 답은 '아니오'였습니다. 이러한 개별 요인 중 어느 것도 독자적으로 채택 여부를 예측할 만큼 강력하지 않았습니다. 이는 문제가 인식 부족이나 개인의 의지 문제가 아님을 시사합니다. 대신, 문제는 구조적입니다. 산업계는 한 명의 전문가가 나타나기를 기다리는 것이 아니라, 전체 시스템이 변화하기를 기다리고 있습니다. 전문가들은 실질적인 장애물이 구조적이라는 점을 지적했습니다. 즉, 서로 다른 소프트웨어 시스템 간의 상호 운용성 부족, 데이터를 공유하는 표준화된 방식의 부재, 그리고 전환을 뒷받침할 불충분한 자금이 실제적인 걸림돌이었습니다.

설문 조사는 디지털 트윈이 제대로 작동하기 위해 산업계가 해결해야 한다고 믿는 다섯 가지 구체적인 영역을 강조했습니다. 가장 빈번하게 언급된 우선순위는 '데이터 상호 운용성(data interoperability)'으로, 이는 서로 다른 컴퓨터 프로그램과 데이터베이스가 정보를 원활하게 교환할 수 있는 능력을 의미합니다. 이것 없이는 디지털 트윈이 센서, 설계 모델 또는 에너지 고지서로부터 필요한 데이터를 수집할 수 없기 때문에 기능을 수행할 수 없습니다. 두 번째와 세 번째 우선순위는 표준화된 프레임워크의 필요성과 더 나은 자금 지원 또는 재정적 인센티브였습니다. 전문가들은 현재의 정부 정책이 의도는 좋으나 실행력이 떨어져, 새로운 디지털 도구에 투자하는 데 필요한 명확한 규칙이나 재정적 안전망이 부족하다고 느꼈습니다. 네 번째와 다섯 번째 우선순위는 서로 다른 부문 간의 협업과 인력의 역량 강화를 위한 교육 프로그램 개발이었습니다.

이러한 조사 결과를 바탕으로 연구진은 영국의 전환을 안내할 새로운 프레임워크를 제안했습니다. 이 접근 방식은 단순히 소프트웨어를 설치하는 것이 아니라, 문제를 하나의 전체 시스템으로 다루는 4단계 전략입니다. 첫 번째 기둥은 모든 서로 다른 디지털 도구가 동일한 언어로 소통할 수 있는 국가적 데이터 생태계를 구축하는 데 중점을 둡니다. 두 번째 기둥은 정부 지원금을 디지털 도구 사용과 연계하여, 특정 데이터 표준을 충족할 때만 재정적 지원이 이루어지도록 하는 일관된 정책 패키지를 요구합니다. 세 번째 기둥은 역량 강화를 강조하며, 이는 대학과 전문 기관이 차세대 건축가와 엔지니어가 디지털 모델링과 데이터 분석에 능숙해지도록 교육해야 함을 의미합니다. 마지막 기둥은 협력적 거버넌스로, 정부, 산업계, 학계 간의 동맹을 구축하여 지식을 공유하고 실제 환경에서 새로운 아이디어를 테스트할 것을 제안합니다.

연구는 영국의 건물 자산을 최적화할 기술은 존재하지만, 현재 '실행 없는 인식'의 순환 속에 갇혀 있다고 결론짓습니다. 전문가들은 앞으로 나아갈 준비가 되어 있지만, 기술적, 재정적 장애물을 제거해 줄 지원 환경이 필요합니다. 연구진은 넷제로로 가는 길이 기술이 완벽해지기를 기다리는 것이 아니라, 그 기술이 효과적으로 사용될 수 있는 생태계를 구축하는 데 달려 있다고 주장합니다. 데이터 표준, 일관된 정책, 인력 교육, 그리고 협업에 집중함으로써 영국은 노후화된 건물 자산을 탄소 부채에서 효율성의 모델로 탈바꿈시킬 수 있습니다. 정적이고 비효율적인 건물에서 역동적이고 넷제로를 달 实现하는 자산으로 가는 여정은 단순히 새로운 도구를 갖는 것 이상의 것을 요구합니다. 그것은 바로 함께 일하는 새로운 방식을 요구합니다.