디지털 트윈(digital twin)은 2002년에 미국 마이클 그리브스 박사가 제품생애주기관리(PLM)의 이상적 모델로 설명하면서 등장하였다. 이 개념에 대해 NASA의 존 비커스 박사가 디지털 트윈으로 명명하고, 2010년 NASA가 우주 탐사 기술 개발 로드맵에 디지털 트윈을 반영하면서 우주 산업에서 계속 쓰여 왔다.

이후 GE가 자사의 엔진, 터빈 등 제품에 디지털 트윈 모델을 적용하면서 널리 알려져 미국 제너럴 일렉트릭(GE)가 디지털 트윈의 원조로 혼동하는 상황이 빚어지기도 했다. 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션함으로써 결과를 미리 예측하는 기술이다. 디지털 트윈은 제조업뿐 아니라 다양한 산업·사회 문제를 해결할 수 있는 기술로 주목 받는다. 그리고 기본적으로는 다양한 물리적 시스템의 구조, 맥락, 작동을 나타내는 데이터와 정보의 조합으로, 과거와 현재의 운용 상태를 이해하고 미래를 예측할 수 있는 인터페이스라고 할 수 있다. 물리적 세계를 최적화하기 위해 사용될 수 있는 강력한 디지털 객체로서, 운용 성능과 사업 프로세스를 대폭 개선할 수 있다.

생명체의 환경 변화 반응 기제를 떠올리면 이해가 쉬울 수 있다. 실제로 인간의 몸은 부단히 변화하는 환경에서도 체온과 혈류(血流) 등 모든 조건을 평형 상태로 유지해야 한다. 이 세포들은 크든 작든 이상(異常)이 감지되면 다른 세포에 신호를 보내 해당 이상으로 입은 피해를 복구하고 추가 피해도 막는다.

생산 공정, 혹은 이미 생산된 제품의 사용 과정에도 이와 비슷한 원리를 적용할 수 있다. 디지털 트윈을 만들고 공정 관리자의 태블릿에 이를 제어할 수 있는 프로그램을 심은 후 생산과 소비의 전 과정에 센서를 설치해 거기서 발생하는 신호가 태블릿 속 디지털 트윈에 실시간으로 반영될 수 있도록 하는 것이다.

이렇게 되면 특정 제품(혹은 공정)의 디지털 트윈 프로그램 공유자는 언제 어디서나 제품 관련 문제 발생 여부를 실시간으로 알 수 있게 된다. 모든 제품이 이런 방식으로 제작, 관리되면 생산 공정 오류로 인한 비용 손실을 줄일 수 있을 뿐 아니라 소비자 요구에도 한층 더 완벽에 가깝게 부응할 수 있다.

• 제목 : 디지털트윈 시뮬레이션 기술 기반 스마트시티 통합설계 솔루션 개발 최종보고서
• 저자 : 주식회사 텐일레븐; 홍익대학교 산학협력단
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2024-05-29

1최종목표

디지털트윈 시뮬레이션 및 3차원 가시화 기술을 개발하여 스마트 시티 계획 설계 초기단계부터 적용 최적화된 계획 설계를 하고 이 기술 모듈은 건설 후, 스마트시티의 효율적인 운영관리에도 활용함으로서 스마트시티의 효율을 극대화함

• 스마트시티 설계시 필요한 기술 들을 디지털트윈 기반으로 시뮬레이션하고 3차원 가시화할 수 있는 스마트시티 통합설계 솔루션
• 3기 신도시 디지털트윈 기반 스마트시티 설계기술 실증사업

2전체내용

2.1 디지털트윈 기반 시뮬레이션 및 3차원 가시화 기술개발 고도화

• 스마트 도시설계 시뮬레이션 개발
  • 스마트 지구계획
  • 스마트 주택설계
  • 스마트 도시경관
  • 스마트 환경 시뮬레이션 개발
  • 스마트 대기환경
  • 스마트 빛환경
  • 스마트 에너지
• 스마트 모빌리티 시뮬레이션 개발
  • 스마트 교통
  • 스마트 물류
• 스마트 리빙 시뮬레이션 개발
  • 스마트 방범
  • 스마트 생활SOC

2.2 3기 신도시 디지털트윈 기반 스마트시티 설계기술 실증사업

• 스마트 도시설계, 스마트 환경, 스마트 모빌리티, 스마트 리빙가 포함된 스마트시티 설계 실증
• 3기 신도시 중 1곳 또는 신도시급 도시에 대한 디지털트윈 기반 스마트시티 설계 솔루션 실증

3연구개발 성과

본 과제를 통하여 산출된 기술을 활용하여 스마트시티의 유지관리효율 향상뿐만 아니라 스마트시티를 설계하는 단계서부터 인공지능 시뮬레이션 3차원 가시화 기술을 활용하여 설계함으로서 도시계획/환경/교통/생활/안전 등 도시 전반에 걸친 문제를 균형감 있게 해결할 수 있는 솔루션 도출

4활용계획 및 기대효과

• 국내에는 3기 신도시 계획시 실증을 통해 기술을 적용하여 3기 신도시 건설 이전에 도시의 다양한 문제를 해결할 것으로 기대.
• 본 스마트시티 설계 기술은 건축법규 파라메터 변경을 통해 해외에서도 적용 가능하여 스마트시티를 구축하고자 하는 해외국가에도 솔루션 수출이 가능함.

• 제목 : 노후 시설물 진단 및 스마트 안전관리를 위한 장단기억신경망과 손상검출 신경망 활용 IoT 드론 융합 디지털 트윈 서비스 개발 최종보고서
• 저자 : (주)유인프라웨이; (주)한국건설방재연구원
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2024-05

1최종목표

데이터 예측능력 향상과 손상 검출 자동화를 지원하는 인공지능 기술이 적용된 다목적 드론과 디지털 트윈의 개발을 통한 IoT 노후 시설물 진단 및 건설현장 안전관리 서비스의 고도화

2전체내용

• 다목적 IoT 드론 개발
• 다목적 드론 연동 디지털 트윈 개발
• 공공기관 테스트베드를 통한 성능검증

2.1 다목적 IoT 드론 개발 및 디지털 트윈 개발

• 다목적 IoT 드론 개발
  • 드론 장착용 IoT 무선통신모듈 개발 (2.4GHz 대역)
  • 드론 장착용 IoT 센서링 모듈 개발
  • IoT 드론 수집 데이터 처리용 LSTM 신경망 모듈 개발
  • IoT드론 하드웨어 최적화 및 운용 소프트웨어 개발
  • 양방향 제어용 디지털 트윈용 IoT 게이트웨이 개발
  • 국립전파연구원 적합성평가 인증취득(KC인증)
• 디지털 트윈 개발
  • IoT 데이터 변화에 따른 디지털트윈 모델 업데이팅 기능
  • 3D BIM 데이터사진측량 현실모델의 웹스트리밍 기능
  • WebMap/BIM 데이터/현실모델/IoT드론 데이터 융합 기능
  • IoT 드론 이동 경로 실시간 추적조회 기능
  • 주요 이슈 등록/갱신사용자 알람 등의 협업기능

2.2 공공기관 테스트베드를 통한 성능검증

• 공인시험기관 확인 및 검증 시험을 통한 객관적 성능검증
  • 대전 구정리 폐 기차터널에 IoT 장비를 설치하고 성능 검증
  • 수원종합운동장에서 IoT 장비를 설치하고 성능검증

3연구개발 성과

노후 시설물 진단스마트 안전관리 기능을 제공하는 IoT 드론 연동 디지털 트윈 서비스

4연구개발성과 활용방안 및 기대효과

• IoT 드론과 이와 연동되는 디지털 트윈은 시설물 진단과 안전 관리에 보다 체계적인 서비스를 제공할 수 있을 것으로 예상됨
• 기존에는 현장을 확인하거나 사진측량용으로 드론을 사용했기 때문에 다양한 서비스 제공이 어려웠음. 하지만 IoT 드론의 경우 노드 형태로 각종 데이터를 수집하거나 지상 IoT 장비와 송수신하는 게이트웨이 역할도 할 수 있음
• IoT 드론과 연동되는 디지털 트윈은 직관적인 시설물 진단 정보와 안전관리 정보를 확인할 수 있는 장점을 가지고 있음
  • 수원종합운동장
  
  
  
  • 대전 구정리 폐터널
  

• 제목 : 근로자 보호 및 시설물 안전관리를 위한 AI 객체인식, 공사진척도 반영 경로산출 사고예측 알고리즘 탑재 재난예방용 LOD350 디지털트윈 응용기술 개발 최종보고서(Development of LOD350 digital twin system for disaster prevention using AI video analytics, egress & ingress routes generation based on construction process, accident prediction algorithm enhancing safety management for both field workers and facility operation.)
• 저자 : (주)코너스; (주)리스크제로; 롯데건설(주)
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2024-05

• 제목 : 교량 스마트 유지관리 플랫폼(BMAPS) 및 AI 기반 디지털 트윈 활용기술 개발(보고서) (Development of AI-driven digital twin technology for smart maintenance platform(BMAPS))
• 저자 : 박기태; 김병철; 정규산; 김건수; 김재환; 권태호
• 발행처 : 한국건설기술연구원
• 출판년도 : 2023-12

• 제목 : 디지털 트윈 기반 스마트 그린빌딩/도시성능평가(에너지 및 실내환경) 및 운영최적화(커미셔닝) 기술 개발(보고서) (Development of performance evaluation(energy and indoor environment) and optimization(commissioning) technology based on digital twins for smart green building/city
• 저자 : 송수원; 이윤규; 강태욱; 정승현; 김민주; 김기철; 전수민; 김지웅; 정진희; 박지용
• 발행처 : 한국건설기술연구원
• 출판년도 : 2023-12

• 제목 : 미래형자동차 전환 기술 개발 및 디지털 트윈 실증 연구 기획
• 저자 : 한국교통안전공단; 지능형자동차부품진흥원; 경북테크노파크
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2023-05-15

• 제목 : 공공분야 디지털트윈 활용방안 연구
• 저자 : 한국국토정보공사 공간정보연구원
• 발행처 : 국토교통부
• 출판년도 : 2022-12-31

• 제목 : 스마트시티 모델 및 기반 기술 개발 : 디지털 트윈을 이용한 스마트시티 서비스 가상화 기술 개발 최종보고서(Smart City Model and Base Trchnologies : Development of the technology for Smart City service virtualization using Digital Twin)
• 저자 : 서울시립대학교; (주)KT; (주)크로센트; (주)티쓰리큐; 한양대학교
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2022-03-31

• 제목 : 리덕션 수치모델을 이용한 열화상 디지털 트윈 기반의 창호시공부위 하자평가 최종보고서(Evaluation of construction defects with windows based on the digital twin technology between thermal images and reduced numerical models)
• 저자 : 인하대학교 산학협력단; (주)미래환경플랜건축사사무소
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2022-01-14

• 제목 : 방음터널 디지털 체인 및 디지털 트윈 구현을 통한 차세대 플랫폼형 도로시설물 모델 구축 최종보고서
• 저자 : 성균관대학교 산학협력단
• 발행처 : 국토교통부; 국토교통과학기술진흥원
• 출판년도 : 2021-03-08

• 제목 : SOC 시설물 대상 디지털 트윈 자산관리 핵심기술 개발 기획(Development of Virtualization and Simulation Technology for Smart Construction Based on VR/AR)
• 저자 : 서명배; 정인수; 홍창희; 한대석; 김승현; 신성필; 윤원건; 김종협; 강고운; 박형진; 이상규; 이동윤; 조진우; 정수매; 김성진; 김태학; 옥현(한국건설기술연구원)
• 발행처 : 한국건설기술연구원
• 출판년도 : 2020-12

• 제목 : 도시/건설 분야 디지털 트윈 기술 기획 연구(A Preliminary Study on KICT Digital Twin Technology)
• 저자 : 홍창희; 김성식; 백남철; 김영록; 윤천주; 박승화; 정승현; 김지은(한국건설기술연구원)
• 발행처 : 한국건설기술연구원
• 출판년도 : 2018-12