디지털화란 무엇인가? 건물 설계의 네 번째 전환을 알아본다

건물은 도시의 스카이라인에서 어떻게 자리를 잡는가? 이 이야기를 할리우드 버전으로 본다면, 건물 소유주/발주자는 시공을 의뢰하고 기본 요구사항을 밝힌 다음, 건축가가 연필과 제도 툴로 마법을 부릴 수 있도록 물러난다.

1949년 영화 마천루(The Fountainhead)는 하워드 로어크(프랭크 로이드 라이트를 모델로 삼은 것으로 알려짐)라는 혁신적이면서도 자아도취적인 건축가에 대한 이야기다. 그는 자신의 이상을 타협하기 거부한다. 논쟁의 여지가 있지만, 이 영화와 원작 소설은 여러 세대의 사람들이 건축가가 되도록 영감을 줬다.

그 후 70년간 많은 변화가 있었다. 약 40년 전 AEC(Architecture, Engineering, and Construction, 건축·엔지니어링·건설) 산업은 디지털 트랜스포메이션(Digital Transformation, 디지털 전환)에 속도를 내기 시작했다. 이는 종이 도면 및 아날로그 프로세스에서 디지털 툴 및 컴퓨터 지원 설계(CAD)로 전환하는 디지털화(digitization)에서 시작됐다.

디지털화와 동시에 건축가들은 점점 더 복잡해지는 글로벌 인구 증가, 도시화, 기후 변화 등의 설계 문제에 직면했다. 지구의 한정된 자원을 감안해, 설계자는 더 적은 비용으로 더 많은 일을 해야 했고, 더 효율적이고 지속가능한 건물에 대한 요구도 받았다.

전산화(Digitization) vs. 디지털화(Digitalization)

시간이 지남에 따라 전산화(Digitization)은 더 큰 무언가, 즉, 디지털화(Digitalization)로 발전했다. 디지털화란 무엇인가? 기술과 데이터 디지털 작업을 통해 업무 수행 방식에 영향을 미치고, 고객과 기업의 참여 및 상호작용 방식을 변화시키고, 새로운 수익 흐름을 창출하는 과정이다.

약 19년 전에 BIM(Building Information Modeling, 빌딩 정보 모델링)의 도입은 두 번째 디지털 트랜스포메이션의 근간이자 촉매제였다. BIM은 모든 프로젝트 데이터를 통합 플랫폼에 결합해 설계에서 시공, 운영에 이르는 전체 프로젝트 수명 주기를 확장하며 팀이 보다 높은 확실성을 가지고 프로젝트를 제공할 수 있도록 지원한다.

하지만 지난 10년간 대규모 프로젝트에서 더 많은 기업과 이해관계자들이 전 세계의 시간대에 걸쳐 협력해야 함에 따라, 새로운 작업 방식은 보다 원활한 연결과 실시간 정보, 통찰력에 대한 더 빠른 액세스를 요구했다. 이는 클라우드 BIM으로의 변화를 이끌기도 했다.

코로나19로 인해, 사람들이 가상 공간에서 협업할 수밖에 없었기 때문에 전환이 가속화됐다. 최고정보관리책임자(CIO)는 종종 4개년 또는 5개년의 로드맵에서 클라우드 전환 필요성을 강조했지만, 이번 팬데믹으로 그 속도가 몇 년이나 더 빨라졌다.

앞으로 다가올 것은 프로젝트 이해관계자들 사이에서 데이터가 더욱 중앙 집중화되고 유동적으로 흐르는 시대로 사람들의 업무 방식이 다시 전환되는 네 번째 전환이다.

이러한 데이터에서 얻은 통찰력으로 건물 코드 분석 또는 유지보수 일정 추적 등의 작업을 자동화할 수 있다. AEC 실무자는 이렇게 절약된 시간으로 건물 설계, 엔지니어링, 시공, 운영이 더 효율적이고 빨라지게 하며 또한 자재와 비용 낭비도 줄일 수 있다.

디지털 트윈 도입

이 네 번째 물결의 궁극적인 원동력은 디지털 트윈(Digital Twin)에서 표현되는 BIM과 풍부한 데이터다. 디지털 트윈은 설계, 구성 및 운영 데이터를 통합하는 물리적 자산의 동적 복제본이다.

건물 소유주는 프로젝트 예산이 초과될 때 가장 큰 재정적 타격을 입는 업계 가치 사슬의 피해자가 되는 것에 지쳐, 프로젝트에 대한 통제권을 더 많이 가지고자 한다. 2016년 맥킨지(McKinsey)에 따르면, 대규모 프로젝트들은 평균적으로 예산보다 최대 80%를 초과하는 것으로 나타났다. 그러나 소유주에게는 설계 및 건설 프로세스를 제어할 수 있는 툴이 없었다.

한편, 다양한 이해 관계자는 각자 고유한 모델을 가지고 있다. 건축가들은 벽 안쪽이 아니라 사람들에게 보이는 것을 위해 설계한다. 엔지니어는 구조의 무결성이 완전하고 자연의 힘에 대항해도 회복할 수 있도록 모델링한다. 협력업체는 BIM을 사용해 충돌 감지 및 수량 등의 사항을 이해한다. 하지만 결국, 소유주에게 필요한 것은 이런 것들이 아니다.

소유주에게 필요한 것은 물리적 건물에 매핑되는 디지털 자산으로, 센서의 동작 데이터를 기반으로 운영을 제어해 실제 상황에 따라 의사 결정을 시뮬레이션, 예측 및 통보하는 데 도움이 된다. 그리고 디지털 자산에서 프로젝트 목표를 정의하고 가치 사슬로 밀어붙여야 한다. 오토데스크 Tendem(텐덤)과 같은 디지털 트윈 기술은 건축가, 엔지니어, 시공사가 이러한 소유주의 요구를 보다 쉽게 충족시킬 수 있도록 한다. 특히 병원, 학교, 사무실 등 복잡한 건물의 소유주에게 중요한데, 일반적으로 소유 비용 총액의 80%는 유지 보수 및 운영 과정에서 30년~50년 동안 발생하기 때문이다.

전통적으로 건축가들은 CDE(Common Data Environment, 공용 데이터 환경)에서 소유주들에게 일련의 파일을 넘겨줬고, BIM은 CDE의 근간이었다. 하지만 곧 설계자는 디지털 트윈의 형태로 소유주에게 파일 없는 데이터를 제공할 것이며, 디지털 트윈의 백본은 BIM 프로세스의 파일 및 데이터를 집계하고 데이터 기반 인사이트로 프로젝트 목표를 달성할 수 있는 CDP(Common Data Platform, 공용 데이터 플랫폼)가 될 것이다.

유지 관리 및 지속가능성을 위한 디지털화 사용

디지털 트윈이 건물 소유주가 기대하는 결과물이 되면 유지관리 비용이 줄어들고 소유주가 지속가능성 목표를 달성하기에 더 적합해진다.

건물 관리자가 6개월마다 에어컨 필터를 교체해야 하는 건물을 생각해보면, 현재 소유주는 예정된 모든 인프라 자산의 유지 관리 날짜가 나열된 마이크로소프트 엑셀 스프레드시트를 사용해 이와 같은 작업을 관리할 수 있다. 필터 위치, 교체 필터 비용, 유지관리 담당자가 해당 필터를 추적할 수 있는 시간 등이 포함될 수도 있고 포함되지 않을 수도 있다.

BIM을 사용하면 각 필터에 대한 지리적 위치와 해당 유지 관리 기록을 쉽게 포함시킬 수 있다. 관리자는 모델을 조회해 필터가 건물 내 어디에 있는지, 어떤 시스템에 연결되는지 정확히 표시할 수 있으며, 모델은 각 특정 구성요소의 모든 운영 정보에 대해 관리자가 액세스하도록 할 수 있다.

또한, 디지털 트윈은 설계자와 엔지니어가 더 많은 시뮬레이션을 수행할 수 있게 해줘 지속가능성에 큰 영향을 미칠 수 있다.

이제 인공지능(AI)의 힘을 더해 보자. 건물 관리자는 갑자기 예측적 유지 관리를 활용할 수 있게 된다. 각 시스템 또는 구성 요소에는 기록에 바탕을 둔 맥락이 있다. 관리자는 구성 요소의 재료 구성과 현재 위치를 알 뿐만 아니라 주변 환경도 알 수 있다. 관리자는 사람들이 건물의 각 구역을 어떻게 사용하고 있는지, 어떤 종류의 기상 패턴이 해당 기능에 영향을 미쳤는지 잘 알고 있다. 머신러닝을 활용한 경험과 사용을 바탕으로 관리자는 해당 시스템이 언제 실패할 가능성이 있는지 예측하고 그 전에 서비스를 제공할 수 있다. 이것이 BIM 프로세스를 통해 풍부해진 디지털 트윈에 의해 만들어진 가능성이다.

또한 디지털 트윈은 환경 지속가능성을 극대화하는 데 유용한 도구이다. 건물은 도시 탄소 발자국(배출량)의 약 40%를 차지한다. 건물은 많은 면에서 기후 영향 및 전력, 열, 또는 물의 소비를 감소시키도록 최적화될 수 있다. 건물 관리자가 정적 차트만 본다면 핫 스팟이 어디에 있는지 알 수 없지만, 건물 주변 여러 위치의 센서 데이터를 사용해 3D 모델에 데이터를 표시하면 건물의 다양한 부분이 전력을 소비하거나 따뜻한 공기를 누출하는 방식을 이해할 수 있다.

최근 프랑스 그르노블에서 진행된 프로젝트 도중, 오토데스크 엔지니어들은 지방정부 최고위관료를 만났다. 엔지니어들은 정부 청사 건물의 프로토타입 디지털 트윈을 시연했고, 이 관료는 물리적 수준에서 무슨 일이 일어나고 있는지 시각화 할 수 있었다. 주변 온도에 따라 실내 이미지의 색상이 바꼈다. 건물이 추운 산속에 있고 대부분의 사람이 오전 9시까지 오지 않음에도 불구하고 월요일 오전 6시부터 따뜻했다.

이 관료는 “왜 3시간 동안 건물에 아무도 없는 데 난방을 트나?”라고 궁금해했다. 그리고 건물 한가운데 있는 방이 파란색에서 빨간색, 빨간색에서 파란색, 파란색에서 빨간색으로 바뀌는 것을 봤다. 누군가 그곳에서 일했던 사람이 항상 너무 덥다고 불평했고 차가운 산 공기로 환기하기 위해 창문을 열었다고 (그리고 밤새 문을 열어 두었다) 설명했다.

이는 클라우드 기반 BIM 프로세스를 통해 생성된 디지털 트윈이 건물 소유주에게 가치를 창출할 수 있는 방법 중 두 가지에 불과하다.

다음 프로젝트를 위한 데이터

또한 디지털 트윈은 설계자와 엔지니어가 더 많은 시뮬레이션을 수행할 수 있게 해줘 지속가능성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 코로나19로 인해 사회적 거리를 둬야 하기 때문에 차량 흐름 모델링을 특히 시급한 우선순위로 삼게 됐다.

시뮬레이션을 통해 이해 관계자들은 구조를 설계, 건설 및 소유할 때 수집한 통찰력을 사용할 수 있다. 여기에서 제너레이티브 디자인(Generative Design), 인공지능 및 머신러닝과 같은 기술이 오토데스크 Spacemaker(스페이스메이커)와 같은 툴에 통합돼 가치를 더한다. 포착된 모든 통찰력을 다음에 개발하는 건물에 전달할 수 있다.

Spacemaker는 건축가와 엔지니어가 비슷한 크기, 지역 및 요구 사항을 가진 수백 개의 학교에 대한 설계를 기반으로 학교에 대한 설계를 최적화하는 데 도움을 줄 수 있다. 이 시스템은 댓글로부터 다른 학교에 대한 정서를 포착하고 소셜 미디어에서 순위를 매기는 소셜 리스닝과 같은 툴을 통합할 수 있다. 이러한 감정 데이터는 건축가가 건물을 개조하거나 새로운 설계를 생성해야 할 때, 앞으로의 결정에 영향을 줄 수 있다.

팀은 이러한 통찰력 덕분에 특정 설계가 대안보다 30% 더 빨리 제공되거나 성공적인 프로젝트에서 사전 제작 방식을 사용했다는 등의 개념으로 출발할 수 있다. 궁극적으로 이러한 통찰은 BIM 프로세스에 정보를 제공하고 디지털 트윈에 반영될 수 있다.

디지털 트윈은 건물 그 이상의 의미를 지니고 있다. 도시 차원에서 트윈은 교량, 도로, 고속도로 및 공공시설 건설 및 유지 보수 방식을 개선하는 데 사용할 수 있다.

AEC 산업은 각도기, 컴퍼스, T자의 시대 이후 많은 발전을 이뤘다. 디지털화와 디지털 트랜스포메이션은 자동화와 통찰력을 제공해 업계에 도움이 될 것이며, 이를 통해 더 효율적이고 빠르게 건설하고 건물 소유주와 거주자에게 더 많은 만족을 가져다줄 수 있다.

영화 마천루의 로어크같은 건축가들은 창의적이고 혁신적인 건축을 위해 더 많은 시간을 할애할 수도 있을 것이다. 그리고 가장 중요한 것은 미래의 설계 과제에 직면했을 때 도시를 더 스마트하고 탄력적으로 만들 것이라는 점이다.