세계는 물 부족이라는 큰 문제에 직면해 있으며, 이러한 물 부족 문제는 이번 세기에 더욱 가속화될 것으로 예상되고 있다. 제조 및 농업 분야에서 이미 활용되고 있는 디지털 트윈은 물 관리 산업에도 큰 변화를 가져올 수 있을 것으로 기대되는 바, 디지털 트윈이 물 관리 분야에서 어떤 방식으로 효율성을 높이고 깨끗한 물을 저장하며 서비스를 개선할 수 있는지에 대한 사례 연구들이 속속 나오고 있다.

홍수는 현재 세계에서 가장 흔한 자연 재해라 할 수 있다. 다른 지역보다 홍수에 더 노출되기 쉬운 지역도 있지만, 폭우나 가뭄과 같은 기상이변과 증가하는 인구(2050년까지 물에 대한 수요가 25% 증대될 것으로 예상)로 인해 수자원은 전세계적으로 한계에 봉착해 있다. 전 세계 인구의 거의 절반이 이미 물 부족에 직면해 있으며, 2030년까지 담수 부족분이 40%에 이를 것으로 예상된다. 하지만 전 세계적으로 음용수의 약 30%가 유통 과정에서 손실되고 있는 실정이다. 이러한 상황에서 효율적인 물 관리 해결책이 절실하게 요청되는바, 디지털 트윈이 이와 같은 효율적인 물 관리에 도움이 될 것으로 기대되고 있다.

디지털 트윈은 디지털 흐름(물(수자원)) 시스템을 관리하는 방식을 재구성하는 데 도움이 되는 실시간 데이터와 통찰력의 지속적인 흐름) 생성을 통해서 물(수자원)을 보존하는 데 도움이 될 수 있다.

디지털 트윈은 다양한 시나리오를 거치고 여러 가상 조건들을 경험하게 할 수 있는 실세계 객체나 시스템의 가상 표현을 만들어 비용이 많이 드는 물리적 테스트 없이도 전략적이고 정확한 데이터 기반 의사 결정을 실시간으로 통지할 수 있다. 이를 통해 기업은 과거, 현재, 미래 시나리오에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수도 있다. 도시 하천과 주변 건축 환경의 디지털 트윈을 통해, 지역 당국은 수온, 수위 및 유량의 변화를 시뮬레이션하여 홍수 위험을 더 잘 이해하고 보다 효율적이고 지속 가능한 물(수자원) 관리를 보장하기 위한 가장 적절한 대응책을 개발할 수 있다.

디지털 트윈은 중요한 재난 대응 도구일 뿐만 아니라 미래의 물(수자원) 공급을 설계하는 데 도움이 되는 핵심 기술이다. 지속가능성 리더십을 위한 케임브리지 연구소(Cambridge Institute for Sustainability Leadership)의 제임스 콜(James Cole) 최고 혁신 책임자는 “디지털 트윈과 같은 첨단 디지털 솔루션은 복잡성을 해소하는 데 도움이 될 수 있으며, 운영자·사용자 및 협력자에게 물 사용 및 유통과 같은 복잡한 시스템을 보다 잘 이해하고 최적화할 수 있는 도구를 제공할 수 있다”고 말한다.

중국의 루샨 상수도 회사(Lushan Water Supply Company, 庐山自來水公司)는 디지털 트윈을 활용하여 오래된 수도 시스템을 활성화하는 등 선도적인 역할을 수행하고 있다. 이 시스템은 유네스코 세계문화유산인 루샨 국립공원(庐山国家公园)의 여름 휴양지인 구링(牯岭)에 매일 25,000톤의 물을 공급하고 있다. 정비가 이루어지기 전인 1980년대에 건설된 구링의 상수도 시스템은 현재의 환경보호 및 개발 표준을 충족하고 미래 세대가 즐길 수 있는 경관 랜드마크를 보존하는 데 어려움을 겪었다. 다른 디지털 업그레이드에 이어, 루샨 상수도 회사는 시뮬레이션 소프트웨어를 구현하여 상수도의 디지털 트윈을 만들었다. 디지털 트윈은 현실 세계에 적용되기 전에 효율성 수준을 분석하고 실시간으로 잠재적 최적화를 촉진한다. 디지털 방식으로 개선사항을 파악함으로써, 기업은 성공 가능성을 극대화하는 동시에 비용과 운영 중단을 최소화할 수 있다. 이러한 혁신은 물 손실을 현격하게 줄이는 한편 이 지역의 상징적인 경관을 환경적으로 보존하여 미래 세대를 위해 보호할 수 있게 한다.

루샨 상수도 회사의 성공은 디지털 트윈 기술이 어떻게 지역 규모에서 효율성을 향상시킬 수 있는지를 보여 준다. 그러나 도시화율이 급등함에 따라 확장 가능한 물 관리 해결책의 필요성이 보다 절실해지고 있다. 지역 및 전 세계 차원에서 광범위한 물 관리 문제를 해결하기 위해서는 부문 간 협력이 필요하다.

베를린 공과대학(Technical University Berlin)은 워터 4.0 테스트 시설(Water 4.0 testing facility) 펌프장에 디지털 트윈을 구축하여 협업을 선도하고 있다. 상수도 및 하수도를 이동하도록 중간에 설계된 펌프장은 운하 수위와 상수도를 유지하고 하수 및 홍수를 관리하는 데 중요한 역할을 한다.

베를린 공과대학의 디지털 펌프장은 실제 물리적 펌프장의 설계, 운영 및 유지보수에 관한 필수 데이터를 통합하였다. 부분적 자율 시스템을 통해, 디지털 트윈은 펌프 막힘과 같은 문제를 감지하고 막힘이 발생하기 전에 문제를 해결할 수 있다. 이와 같은 디지털 트윈은 단순한 실증 공장(demonstration plant)이 아닌 첨단 제어장치, 센서 및 작동장치가 장착된 완전한 기능을 갖춘 소규모 산업 공장을 기반으로 한다. 베를린 대학은 디지털 트윈을 가상 혁신 샌드박스(virtual innovation sandbox)로 사용하며, 매일 새로운 최적화 개념과 확장 솔루션을 개발하고 테스트하여 물 관리 혁신의 경계를 허물고 있다.

루샨의 상수도 디지털 트윈과 베를린 공과대학의 디지털 펌프(digital pump)는 물 관리 분야에서 디지털 트윈의 혁신적인 잠재력을 입증하고 있다. 유지보수 시간을 최대 30%, 유지보수 비용을 최대 25%까지 줄임으로써 디지털 트윈 기술은 물 관리에 상당히 의미 있는 영향을 미칠 수 있다. 디지털 트윈을 통해 획득한 통찰력은 더 큰 규모에서 더 큰 영향을 미칠 수 있다.

도시 하천에서부터 대양에 이르기까지, 디지털 트윈은 미래 물 관리를 주도하게 될 것으로 보인다. 가까운 미래에 대도시는 디지털 트윈을 사용하여 물 분배 시스템을 모니터링하고 최적화할 수 있게 될 것이고, 물 분배 시스템을 더 탄력적일 뿐만 아니라 비용 효율적이고 지속가능하게 운용함으로써 수백만 명에게 신뢰할 수 있는 물 공급을 보장할 수 있게 될 것이다.