디지털 트윈(Digital Twins)이 물산업에 미치는 영향에 대해 논의할 때 모든 전문가들이 이 기술에 대해 공통된 관점에서 그렇게 생각하는 것은 아니지만, 아마도 가장 널리 받아들여지는 정의는 물공급 시스템이 어떻게 작동하는지를 시뮬레이션하는 가상 사본(virtual copy)이라는 것이다.

실제 행동을 대신하는 디지털 트윈은 시스템의 전체적인 관점과 실제 및 가상 시나리오를 시뮬레이션 할 수 있는 능력 덕분에 더 나은 결정을 내리는 데 도움이 된다. 이전에 발생했는지 여부에 관계없이 운영에 영향을 미치는 모든 상황에 대한 네트워크의 응답을 예측하여 유틸리티 기업(공공수도사업자)들이 다양한 시나리오를 평가하도록 도움을 준다. 이를 위해서는 시스템의 물리적인 측면과 동적인 측면이 모두 표현되어야 한다. 즉, 물리적인 자산의 가상 표현은 디지털 환경에서의 동작 시뮬레이션과 결합되어야 한다.

물 산업의 최근 혁명
(A recent revolution in the water industry)

‘디지털 트윈(Digital Twins)’이란 용어는 1960년대부터 미국항공우주국(NASA)에서 원격으로 시스템을 운영하고 유지하는 데 사용했다. 그후 2003년에 마이클 그리브스(Michael Grieves) 박사는 산업환경에서 제품의 전체 수명주기 관리를 최적화하기 위한 도구로 이 개념을 최종적으로 통합했다.

그 잠재력으로 인해 디지털 트윈 기술은 최근 물산업을 포함한 인프라 관리와 같은 다른 영역에서 구현되고 있다. 실제로 최근 몇 년 사이 대규모 센서 배치로 구현이 더 쉬워진 식수 공급 시스템의 응용사례를 찾아 볼 수 있는데, 관개시설과 위생 및 하수시스템에서 획기적인 발전이 이루어지고 있다.

디지털 트윈이 작동하려면 물리적 시스템으로부터 많은 양의 데이터와 정보가 필요하다. 즉, 사용사례 및 실제 응용 프로그램의 개발은 센서와 SCADA(원격감시제어), GIS(지리정보시스템) 및 CMMS(전산 유지관리 시스템)와 같이 사용되는 디지털 시스템에 의해 제공되는 정보에 달려 있다. 오늘날 많은 기업이 이러한 정보를 보유하고 있으므로 다음 과제는 디지털 트윈에 실제 데이터를 제공하는 역할을 하는 단일 플랫폼으로 정보를 집중, 결합 및 표준화하는 것이다.

디지털 트윈에 관심이 많은 이유
(Why is there so much interest in digital twins)

현재의 불확실성 시나리오가 이 기술의 채택을 가속화한 것은 우연이 아니다. 최근 몇 년 동안 특별한 관련성을 갖게 된 디지털 트윈의 가장 흥미로운 이점은 다음과 같다.

■ 복원력(Resilience)  디지털 트윈 기술은 이전에 발생했는지 여부에 관계없이 모든 상황에 빠르고 안전하게 적응하는 능력을 향상시킨다. 여기에는 비상사태, 건강 경보, 기후변화와 관련된 사건들이 포함된다. 실제 시스템에서 결정을 내리기 전에 새로운 아이디어와 변경사항을 가상으로 테스트하여 위험, 시간 및 비용을 최소화할 수 있다. 디지털 트윈은 문제를 예측하고 비상사태를 예방하거나 그 결과를 최소화하는데 필요한 조치를 식별한다. 즉, 중요한 상황과 복잡한 분배 시스템에서도 물 공급이 연중무휴 24시간 이용 가능하도록 보장한다.

■ 효율성(Efficiency)  디지털 트윈은 운영 및 계획 관점에서 현재와 미래의 시스템을 최적화하는 데 도움이 될 수 있다. 그들이 제공하는 전체적인 관점 덕분에 시스템에서 발생하는 다양한 프로세스에 미치는 영향을 고려하여 의사결정을 내린다. 예를 들어, 에너지 비용은 시간당 에너지 가격을 고려하여 최적의 펌핑 일정을 설정하는 동시에 시스템의 유압 매개변수를 제어하여 절감할 수 있다. 에너지 소비는 또한 새로운 인프라 설계와 관련된 에너지 사용을 고려하여 보다 효율적인 자산 운영 및 시스템 계획을 통해 줄일 수 있다.

■ 고객 중심 관리(Customer-centric management)  21세기 시민들은 더 많은 정보와 더 나은 서비스를 요구하고 있으며, 또한 급수 시스템 관리의 필수 요소이다. 디지털 트윈 기술은 시민들에게 정보를 제공하고 필요에 따라 급수 시스템 관리를 조정하기 위해 시민들을 참여시킬 필요가 있다. 따라서 네트워크의 계획된 개입이나 비상사태로 인한 서비스 중단에 대한 정보를 미리 수신할 수 있다. 또한 시스템 운영은 병원과 같은 중요한 사용자의 요구에 따라 조정되어 가능한 모든 시나리오에서 공급을 보장할 수 있다.

그러나 이것이 전부는 아니다. 현재 우리가 직면하고 있는 도시 성장과 물부족에 따른 물수요 증가와 같은 과제들은 유틸리티 기업 및 수도사업자와 최종 사용자인 시민이 함께 협력해야 한다. 예를 들어 사용자에게 소비에 관한 상세한 정보를 제공하면 책임감 있는 물사용 정책에 더 나은 조치와 인식으로 이어질 수 있다.

■ 지속가능성(Sustainability)  ‘지속가능한 도시(sustain able cities)’라는 새로운 개념에 대한 강력한 지지가 있다. 그들의 목표는 계획과 최적의 인프라 관리 및 시민들의 참여를 통해 기후변화에 적응하는 것이다. 도시 수도 시스템에 사용되는 기술은 물과 에너지 소비를 줄이기 위해 안전하고 효율적으로 운영할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 유틸리티 기업과 소비자인 시민 간의 양방향 커뮤니케이션을 촉진하여 유틸리티 기업들은 새로운 과제를 해결하고 자원관리를 개선하는 방법에 대한 정보를 얻을 수 있다.

2022년, 미래는 지금이다
(2022 : the future is now)

매년 새로운 성공사례가 추가되는 등 디지털 트윈에 대한 관심이 점점 높아지고 있다. 가장 혁신적인 글로벌 유틸리티 기업들은 이미 전략 계획에 이를 포함시켰는데 그것들은 더 이상 미래를 위한 좋은 아이디어가 아니다. 많은 유틸리티 기업들이 이미 구체적인 조치를 문서에 기록해 놓은 상태이다.

이는 디지털 혁신에 대한 헌신과 관련이 있다. 프로세스가 디지털 방식으로 변환되고 인프라에 센서가 장착되면 다음 논리적 단계는 이 모든 데이터에서 가치를 추출하는 것이다. 디지털 트윈은 수집(compile)하는 모든 데이터에 대한 종합적이고 포괄적인 비전을 제공하므로 이를 수행하는 최고의 도구 중 하나다.

시운전에는 자산 및 인프라, 유압 모델 및 고급 분석에서 수집한 모든 정보를 통합하는 플랫폼, 강력하고 사용자 친화적인 대시보드 시스템(dashboard system)과 같은 구성 요소가 포함되어야 한다. 디지털 트윈은 단순히 시나리오를 시뮬레이션 하는 것을 넘어 문제를 해결하고 일상적인 운영을 최적화할 수 있는 능력으로 이해되는 사용사례의 개발도 주요 특징 중 하나다.

성공적인 구축을 위해서는 유틸리티 기업 및 수도사업자들이 향후 몇 년 동안 여러가지 과제를 극복해야 하는데 이는 시장 흡수에 장벽으로 작용할 수 있다. 예를 들어 연결이 어려운 고립된 시스템에서 불충분한 데이터 품질과 그 위치 또는 영구적으로 최신 상태로 유지되고 실시간으로 작동해야 하는 시뮬레이션 모델 실행의 본질적인 복잡성 등이 있다. 또한, 투자가 성공하기 위해서는 혁신적인 조직화와 문화가 결합되어야 한다. 암묵적인 디지털 트윈이 있다면 새로운 작업 방식이다.

세계적으로 점점 더 많은 작업 그룹이 이 기술에 집중하고 있다. 요컨대, 2022년과 그 이후에 디지털 트윈은 물산업이 직면한 새로운 과제를 해결하는 데 가장 일반적으로 사용되는 도구 중 하나가 될 것이다.

[『워터저널』 2022년 2월호에 게재]