스마트빌딩의 도시 에너지 효율화를 위한 3차원 객체 모델링 활용 방안
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스마트빌딩의 도시 에너지 효율화를 위한 3차원 객체 모델링 활용 방안
  • 최형주 기자
  • 승인 2020.02.13 09:40
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디지털 트윈과 BEMS가 적용된 스마트빌딩의 에너지 사용 효율

[글 김현주 교수 l 서울시립대학교 글로벌건설학과, 이영찬 연구원 l 도시과학연구원]

오늘날 세계 각국의 도시 지역은 인구 집중에 따른 교통체증, 환경오염, 에너지 부족 등 다양한 분야의 문제가 복합적으로 발생하고 있다.

산업혁명 이래로 도시의 인구는 계속해서 증가해왔고, 도시 인구의 증가에 따라 발생하는 문제들의 해결책을 제시하지 못할 경우 피해는 점점 더 증가할 것으로 예상된다.

4차 산업혁명시대의 스마트빌딩 개념에서는 기존 건물 운영관리 시스템의 인력 중심 모니터링 수준을 넘어서 건물 전체의 가상화를 통한 관리의 효율화가 필요한 상황이고, 건물의 ‘디지털화 → 정보화 → 최적화’를 추진할 수 있는 디지털 트윈 기반 스마트빌딩 구축이 요구되고 있다.

따라서 본고에서는 스마트빌딩을 위한 3차원 객체 모델 기반의 디지털 트윈 기술을 활용한 에너지 사용 효율화 및 기대효과에 대해 알아보고자 한다.

 

3차원 객체 모델링(디지털 트윈)의 등장배경 및 위상

18세기 산업혁명 이후 노동 과정을 개선해 생산성을 증대시키는 이른바 ‘포드주의(Fordism)’에 입각한 대량생산체계가 가능해지며, 대부분의 기업들은 저비용으로 생산물을 빠르게 만들 수 있도록 생산구조를 변경했다.

그러나 생산물이 중간과정에서 조작·변경되어 의도된 생산물을 유지하지 못하게 되는 경우가 빈번했고, 기업들은 조건과 환경을 달리하여 문제 파악 및 결과의 예측·분석을 통해 최적의 대안을 도출하기 위한 시뮬레이션 모델을 필요로 하게 됐다.

현대에 들어서는 정보통신기술의 발달로 대용량 데이터(Largedataset; Big Data)의 수집과 여러 분석기법(pattern recognition, data mining, deep learning etc.)의 적용이 가능해졌고, 기업 측면에서 수요자에게 가장 적합한 결과물을 제공할 수 있는 모델 기반(model-based)의 디지털 트윈(Digital Twins)의 개념이 주요 비전으로 자리 잡게 되었다.

 

현재 사용되는 디지털 트윈 개념에서의 트윈(Twins)은 미국 항공 우주국(이하 NASA)의 아폴로 프로그램(Apollo program)에서 최초로 등장했다. 이는 동일한 조건을 가진 2개 이상의 우주 장치의 환경을 구현해 비행조건을 정확하게 예측하고 실시간으로 시뮬레이션함으로써 성공적인 성과를 낼 수 있도록 만들어진 프로토타입(Prototype)을 의미한다.

NASA는 지난 2012년 디지털 트윈에 대해 “현실상의 제품에 대한 전 생애주기를 반영하기 위해, 최적의 physical models, sensor updates, fleet history 등의 활용 장치나 시스템의 multiphysics, multiscale, probabilistic simulation의 집합”으로 정의했다.

 

디지털 트윈을 활용한 건물 에너지 효율화

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