디지털 트윈은 실제 세계를 가상 현실과 증강 현실로 구현한 것으로, 현재 다양한 산업 분야에서 활용되며 잠재력을 보여주고 있습니다. 아티클에서 유니티 기반의 디지털 트윈을 활용하여 건물 에너지 관리를 관리하고, 에너지 최적화와 탄소 중립을 목표로하는 BEMOS 프로젝트에 대해 알아보세요.

 MWU 코리아 어워드 2023에서 베스트 인더스트리 부문으로 선정된 베모스(BEMOS, Building Energy Management and Optimization System)는 건물의 에너지를 관리하고 최적화하기 위한 디지털 트윈 플랫폼입니다. BEMOS는 센서, 인공지능, 시뮬레이션 등 다양한 기술이 활용된 프로젝트이며, 녹원정보기술은 그 중 디지털 트윈을 활용한 데이터 시각화를 맡았습니다.
 

 
에너지 부하 디지털 트윈으로 모니터링하는 이미지

 탄소중립이 큰 이슈가 되면서 많은 건물에서 에너지를 효과적으로 모니터링하고 관리해야 하는 필요성도 함께 커지고 있습니다. 해당 프로젝트는 백화점, 대학교 캠퍼스, 데이터센터 이 세 가지 유형의 건물에 대한 에너지 관리 기능을 제공합니다. 많은 사람이 움직이는 백화점의 경우에는 고객이 느끼는 쾌적도를 유지하기 위한 에너지 관리가 필요하며, 대학교 캠퍼스는 기계실에서 여러 건물에 대한 공조 관리가 필요합니다. 마지막으로 데이터센터는 열을 발생시키는 서버의 냉각을 위해 적정 온도 유지를 위해 많은 에너지를 필요로하기 때문에, 서버 발열을 효과적으로 관리하여 적정 온도를 유지하는 것이 중요한 과제입니다.
BEMOS는 이러한 과제를 해결하기 위해 디지털 트윈을 구축하여, 온도/습도/풍향 등의 센서 데이터 및 쾌적도와 공조 최적화를 위한 AI 기반의 시뮬레이션을 포함하는 동적 에너지 관리솔루션을 구현했습니다. 건물의 유형이나 위치, 구조에 따라 달라지는 시뮬레이션의 결과를 시각화하는 데에 중점을 두고, 이에 유니티를 활용함으로써 직관적인 표현과 운영이 가능하도록 한 것이 BEMOS 프로젝트의 특징입니다. 건물 전체 및 각 층 별 에너지 부하, 아이콘으로 표시되는 쾌적도 지표, 실시간으로 확인 가능한 이벤트 발생 위치 기능들을 유니티로 구현했습니다.

유니티를 활용한 디지털 트윈 구현

 BEMOS는 에너지기술평가원과 산업통상자원부가 주관하는 정부 과제 프로젝트(에너지 다소비 건물의 에너지 관리 및 최적화를 지원하는 국내외 기술표준 연계형 디지털 트윈 플랫폼 및 사업 모델 개발, 주관기관 에코시안)로서, 산업통상자원부에서 처음으로 건물 디지털트윈을 구현하는 중요도 높은 프로젝트 입니다. 다양한 건물과 에너지 관리의 효율성을 직관적으로 표현하기 위한 방법으로 디지털트윈이 최적의 솔루션이라고 생각했습니다. 이 솔루션을 효과적으로 하기 위해 저희는 시각화 과정에서 신속하고 직관적인 디지털 트윈 구현을 위한 툴로 유니티 엔진을 선택했습니다. 유니티는 가장 널리 사용되는 3D 엔진으로 풍부한 3D 에셋과 다양한 기기와의 높은 호환성 가지고 있습니다. 특히, 이벤트 기반 업무처리에 그 장점이 두드러집니다.

기존의 건물관제는 2D 기반의 다양한 전문가 데이터로 이루어진 시스템이었으나, 저희 목표는 다양한 건물 에너지를 최고 책임자(CXO)부터 일반인까지, 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 하여 건물 에너지 정책에 반영할 수 있는 직관적인 디지털트윈을 구현하는 것입니다. 유니티 기반의 디지털트윈은 고객에게 새로운 경험을 제공하고, 쉽게 이해할 수 있는 직관적인 룩앤필을 제공합니다. 이러한 이유로 유니티를 채택하여 프로젝트를 진행하게 되었습니다.

 현재 디지털트윈은 새로운 솔루션이기 때문에 고객사의 니즈가 기술적으로 구체적이기보다는, 일반적인 요구사항이 많습니다. 기존에 많이 진행되어 온 구체적인 대형 SI 시스템 요구사항과는 달리, 저희가 고객의 니즈를 먼저 이해하고 리드하는 역할을 하고 있습니다. 기본적이고 기술적인 요구사항에 맞춘 UI/UX 및 시나리오 시각화 작업을 진행하고 있으며, 프로젝트에 참여한 다른 기관과 협의를 통해 고객의 요구사항을 조율합니다. 추후 디지털트윈 시장이 활성화되면 구체적인 기술적 요구사항이 더 많이 생길 것으로 예상됩니다.

직관적인 툴 유니티

 
 디지털 트윈에서 핵심은 현실 공간과 가상 공간을 지속적으로 동기화하는 것입니다. 먼저, 건물의 실제 구조를 정확하게 구현하기 위해 디자인 팀은 건물 도면 뿐만 아니라 현장 답사를 진행하여 도면과의 일치 여부를 철저히 검토합니다. 만일 일치하지 않는 부분이 있다면, 신속하게 파악하고 반영하여 실제 건물 구조와 도면이 최대한 동일하게 일치할 수 있도록 노력했습니다.
 

 초기에는 실시간으로 센서로부터 서버에 데이터를 수집하는 과정이 도전적이었습니다. 이 문제를 해결한 후에는 클라이언트 측에서 대량의 데이터를 실시간으로 받아 시각화하는 과정에서 또 다른 어려움을 마주하였습니다. 이를 해결하기 위해, 데이터 수신에 일정 주기를 부여함으로써 시각화 처리에 대한 컴퓨터 부하를 줄였습니다. 

 시각화에서는 디자인적인 부분이 중요한데, 디자이너들이 3DsMax, Blender, Maya 등과 같은 디자인 툴에서 만든 모델링을 유니티에서 임포트했을 때 디테일한 부분에서 약간의 차이가 발생했습니다. 이러한 이유로 3D 오브젝트를 유니티로 구성할 때 컬러나, 쉐이더, 텍스처에서 차이가 발생하기 때문에 유니티에서 후처리 작업이 필수였습니다. 하지만 디자이너들에게 유니티는 새로운 툴이었음에도 불구하고, 직관적이고 복잡하지 않아 학습하는데 많은 시간이 필요하지 않아 수월하게 후처리 작업을 진행할 수 있었습니다. 유니티에 익숙하지 않은 이들도 쉽게 사용할 수 있는 높은 접근성은 프로젝트 전반에 걸쳐 큰 장점으로 작용했습니다. 

논리적 프로세스 관제의 디지털화

 이전에는 디지털 트윈 분야에서 물리적인 객체에 대한 관제가 중심이었다면, 최근에는 장애 처리 절차와 같은 논리적인 프로세스 관제에도 중점을 두고 있습니다.
기존의 2D 그래픽이나 메뉴얼로는 한계가 있었던 논리적인 프로세스 관제 영역을, 3D시각화를 통해 복잡한 프로세스를 쉽게 이해하고 적용할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 논리적인 프로세스는 장애처리절차, 화재대피 프로세스 등과 같이 통합 문서 형태로 존재합니다. 문서 자체로는 가치가 있지만 실제로 운영에 적용된 활용도 측면에서는 의문점이 존재하는 것이 현실입니다. 따라서 논리적 프로세스를 3D로 구현함으로써, 실제로 쉽게 활용하고 디지털로 기록되어 향후 프로세스 개선에도 도움을 줍니다. 예를 들면, 현재 프로세스에 대한 이해도가 낮은 신규 직원도 디지털트윈에 적용된 자동으로 화면이 전환되는 장애처리 프로세스를 통해서 수월하게 처리 가능합니다. 이를 통해서 보다 효율적인 업무 능력 개선을 위한 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 또한, 사전 교육 시스템에도 디지털트윈의 AR/VR 콘텐츠를 효과적으로 활용할 수 있습니다. 
 

 디지털 트윈 구현에서는 온도, 습도, 풍향 등의 센서 데이터를 실시간으로 수집하고 통합하는 과정이 필수적입니다.
시간이 지날수록 누적되는 센서 값으로 인해 저장해야 할 데이터 양이 계속해서 증가하게 되었습니다. 그래서 서버 - 클라이언트 구조를 활용하여 대량의 데이터 처리와 통합을 주로 서버에서 수행하고, 클라이언트는 시각화 구현에 중점을 두어 데이터 처리와 통합에 대한 부담을 최소화하였습니다. 대량의 데이터 중에서 필요한 데이터만 선별하여 처리함으로써, 효율적인 데이터 관리와 시각화를 실현할 수 있게 되었습니다. 
 

BEMOS를 통한 문제 해결 

백화점의 경우 운영인원이 지속적으로 줄어 듦에도 불구하고, 관리 범위는 동일한 상황이기 때문에 시간과 공간을 효율성을 높이기 위한 방법으로 디지털트윈의 ‘가상순찰’ 기능을 적용하였습니다. 일반적인 정기순찰 시간대와 포인트를 마우스 클릭을 통해서 설정하고, 자동으로 1인칭 아바타가 순찰을 진행하며, 순찰 포인트의 CCTV나 센서를 통해서 현재 시점의 상태를 디지털로 기록합니다. 실제와 동일한 환경을 재현한 디지털트윈의 가상공간을 통해서 실제 정기순찰과 동일한 역할 및 기능을 수행하기 때문에, 가상순찰 중 만약 위급한 상황이 발생할 경우 담당 근무자가 신속하게 출동할 수 있습니다. 

 실제 사례와 함께 두 가지 측면에서 주요 피드백을 받았습니다. 첫 번째로, 한 눈에 전체 건물 에너지를 관제 하여 빠른 의사결정을 돕는 직관적인 시스템 대해 ‘새로운 경험’ 이라는 긍정적인 반응을 이끌어냈습니다. 두 번째로, 일반 사용자들에게도 서비스를 오픈할 수 있는 가능성에 대한 기대감이 담긴 피드백을 받았습니다. 또한 일반 사용자를 위한 기능을 구분해 마케팅 측면에서 백화점 실시간 상태를 일반 고객에게 제공함으로써 일반 고객들과도 상호작용할 수 있는 신규 IT 서비스에 대한 긍정적인 피드백을 받았습니다.


무궁무진한 디지털 트윈의 미래와 향후 목표

 디지털 트윈의 가치는 무궁무진 하다고 생각 합니다. 이전까지는 다양한 산업 분야에서 적용 가능성을 알아보는 단계였고, 향후 각 산업 분야에 좀 더 깊고 다양한 프로세스로 확장되는 방향으로 발전을 예고하고 있습니다. 국내 디지털트윈 분야의 많은 경험과 레퍼런스는 향후 해외 디지털트윈 시장의 견고한 기반이 될 것입니다. 현재 세계로 확산되고 있는 한류와 같이 ‘K-디지털트윈’은 해외고객을 만족 시키고 시장을 독점할 수 있는 또 하나의 새로운 IT 서비스라고 생각합니다. 터널, 댐, 항만, 지하철 역사 등을 스마트 구조물로 구현하거나, 스마트 팩토리, 스마트 테마파크 등을 구현하는 것과 같이 다양한 분야에 대한 비즈니스 기회가 있습니다. 저희는 현재 기능을 적용시키고 스마트 구조물 관리, 스마트 유지보수, 시뮬레이션 시각화 등 각 분야의 요구에 부합하는 맞춤형 프로세스 시각화 작업을 진행 중에 있습니다.

 현재 예지보전 시뮬레이션 기능을 활용하여 건물 내 발전기에 진동 센서를 설치하고 있습니다. 문제점을 실시간으로 파악하고, 향후 유지보수에 대비할 수 있는 데이터를 수집, 저장, 분석하고 있습니다. 이러한 과정은 시설물에 대한 능동적인 대처 방안을 제시할 수 있도록 합니다. 현실적으로 아직까지는 진단 데이터가 많지 않아 주로 보고하는 기능에 중점을 두고 있습니다. 하지만 충분한 진단 데이터가 축적되고, 저장될 향후에는 AI 및 빅데이터 시스템과 연동을 통해 자동화된 예지보전 기능으로 업데이트할 예정 입니다.
 디지털 트윈이 활용된 BEMOS 프로젝트를 통해 건물 에너지 데이터를 시각화 하여 현재 상태를 쉽게 파악할 수 있도록 하는 것이 목표입니다. 현재 에너지관련 데이터를 기반으로한 시뮬레이션을 통해 각 건물의 특징에 맞춘 최적의 방안을 제시하고 적용할 수 있습니다. 더 나아가, 이러한 상태 분석은 에너지 절감이라는 궁극적인 목표에 대한 방안 수립하는데 기여할 수 있습니다. 향후에는 MIDAS, ANSYS 등과 같은 다양한 시뮬레이션 프로그램과 자동으로 연동되는 방안이 필요합니다. 현재는 시뮬레이션 프로그램과 수동으로 연결하고 있지만, 궁극적으로는 보다 쉽게 API 연동이 가능하도록 시뮬레이션 프로그램과 유니티 모두의 API 프로그램 개발이 필요합니다. 따라서 앞으로 유니티에서 B2B에 대한 비즈니스 확장 기회와 안정적인 서비스 확장, 그리고 B2B에서 기대하는 기능 개발이 있기를 기대합니다.

 처음 MWU 어워드에 참여하게 되었는데 'Best Industry' 부문을 수상하게 되어 대단히 감사합니다. 디지털트윈 서비스를 구현하는 과정에서 어려운 점도 많았고, 저희가 나아가는 방향이 맞는지 의문도 들었지만 유니티 전문가분들이 인정해주신 상이라 더욱 뜻깊은 의미로 생각합니다.
 

홍성범 상무, 녹원정보기술(주)

- 홍성범 상무, 녹원정보기술(주)

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