KOTI 한국교통연구원

2020년대는 기후변화를 비롯해 교통 혼잡, 미세먼지, 쓰레기 문제, 노후 인프라 등의 도시문제가 심화될 것이며, 교통시스템과 건축환경 전반에 걸쳐 스마트 인프라 구축이 본격화될 것으로 전망된다. 스마트 인프라는 도시 의사결정자에게 효율적인 도시 관리를 가능하게 하고 보다 높은 삶의 질을 제공하는 인프라를 일컫는다. 2020년을 눈앞에 둔 지금, 국가의 성장 동력이 될 인프라의 구조적 혁신이 필요한 시점이다.

들어가기 전에
앞으로 30년의 의미
대략 30년을 한 세대(Generation)라고 한다. 세대라는 말은 그리스어 Genos(출현하다)에서 유래된 것으로 새로운 존재의 출현을 의미한다. 세대는 연령집단만이 아니라 도시 인프라의 전환에도 적용되는 말인 것 같다.

​20세기 도시인프라의 주요 변곡점도 30년 주기였다. 1933년의 르꼬르뷔제(Le Corbusier)의 빛나는 도시(Radiant City) 이후 1960년대 제인 제이콥스(Jane Jacobs)를 필두로 한 반성이 있었다. 20세기 도시 교통공학의 주요 이론도 1930년대에 속도-밀도 교통류 이론이 정립되고 1960년대에는 도시교통계획에 관한 주요 저서로 뷰캐년의(Buchanan)의 『Traffic in Towns』와 스미스(Smith)의 『Road Pricing Report』 등이 발간되었다.

우리나라 도시의 주요 변화주기도 30년이었다. 1960년대 말 경부고속도로 등으로 시작된 인프라 건설이 한계에 다다르면서, 1990년대에 도시 전문가들은 신도시를 계획하고 7×9 국가 간선망, 고속전철 건설을 시작하였다.

2020년대 우리나라에는 1960년, 1990년대처럼 도시와 인프라의 새로운 전환이 요구되고 있다. 기후변화 재난과 함께 교통 혼잡, 미세먼지, 쓰레기 문제에 노후 인프라 문제가 겹치면서 도시문제가 심화될 것으로 전망되고 있다. 또한, 공유교통, 자율주행차, 전기차, 공유도로, 모듈러 사회주택 등 교통시스템과 건축환경 전반에 걸쳐 ICT와 디지털 기술이 연결되면서 ‘스마트 인프라(Smart Infrastructure)’ 구축이 본격화될 것으로 보인다.

국가 스마트 인프라 재정비의 적기(適期)를 놓치지 말아야 한다
우리나라의 1990년대는 전국 7×9 장기간선망계획, 대도시권 광역교통망계획, 2000년대는 대중교통시스템 혁신과 보행친화도시가 세계를 선도하였다. 2010년대는 u-city 등으로 일정 부문 성과도 있었지만 다소 부족하였다. 2010년대는 1990년대에 만든 성장기반 인프라 동력이 다소 약화된 시기였다. 1990년대 도로/자동차 중심 인프라의 한계는 2010년 미세먼지 문제와 전통산업 구조조정 문제까지 연결되었고 2020년대를 바라보는 지금 국가의 성장 동력과 기반 인프라 자체의 구조적 혁신이 필요한 시점이 되었다.

<그림1•스마트 인프라의 구성>

지금이 혁신성장의 전환기라는 것은 ‘노후 인프라 혁신과 신성장 기반 인프라 확보’의 적기(適期)이기 때문이다. 과거 경제 개발기에 국가성장을 주도한 인프라가 대부분 노후화되었고, 신설 정비의 요청은 커지고 있다. 1990년대 7×9 국가간선망 계획과 같이 SOC 인프라 투자의 틀을 다시 짜야 할 때다. ‘국가 스마트 인프라 마스터플랜’을 짜고, 도시 인프라 정책의 대전환을 위한 수술을 단행해야 한다. 스마트 인프라를 통해서 관련 서비스ㆍ사업 모델이 파급 확장될 수 있다. 도시 인프라 곳곳에 센서만 달아도 싱크홀 등 안전사고나 붕괴사고로 불안한 국민들을 안심시킬 수 있다. 시민들이 갈구하는 안전과 복지에 초점을 맞추고 피드백해야 한다. 특히, 스마트 인프라 구축대상 우선순위 도시는 노후도시가 중심이어야 하는 것도 월등한 체감도 때문이다.
자료: Jennifer Schooling etc(2016), “Smart Infrastructure Getting more from strategic assets”, University of Cambridge, Centre for Smart Infrastructure & Construction

ICT는 스마트시티의 열매이지만, 열매를 만드는 뿌리와 나무와 가지는 ‘건설’이다. 도시 스마트화를 구현할 주체도, 수익성을 갖춘 기술 기반과 투자모델을 만드는 주인공도 새로운 도시를 건설할 ‘토목/건축’ 산업계다. 다만, 현재 세대의 약간의 불편을 감수하더라도 미래 세대를 위한 ‘스마트 인프라’건설이란 비전과 가치모델이 뒷받침돼야 국민을 설득할 수 있을 것이다.

스마트 인프라는 기존의 물리적 인프라(Physical Infrastructure)와 디지털 인프라(Digital Infrastructure)의 유기적 결합을 통해서 도시 의사결정자에게는 보다 효율적인 도시 관리를 가능하게 하고, 시민들에게는 보다 높은 삶의 질을 제공하는 인프라를 말한다.

변화는 불가피하다. 그러나 도시의 번영과 쇠퇴는 시민의 선택사항이다. 지금은 바로 그 세대교체의 시간. 인프라 산업은 선택의 기로에 서 있다. 도시 인프라에 ‘스마트’를 임베디드할 것인지를 결정해야 할 시기다. 2020년 이후 새로운 세대 30년을 준비하고 설계할 스마트 인프라를 논하고자 한다.

도시화 문제를 푸는 열쇠: 지속가능한 스마트시티
2050년에 ‘기계의 지능’은 보다 강해진다지만 ‘도시의 체질’은 보다 약해질 것 같다. 세계 인구의 70%가 도시에 집중되고, 도시 인프라는 수용력 한계를 넘어설 것이 분명해 보인다.

에드워드 글레이저는 그의 저서 『도시의 승리』에서 도시인구 비중이 10% 늘어날 때마다 그 나라의 1인당 생산성은 30% 향상된다고 하며 도시화 현상이야말로 인류 번영의 열쇠라고 말한다. 그러나 그의 말은 평균의 함정이며 유효하지 않는 경우도 많다. 오늘날 대도시 중심의 도시화는 주변도시의 인구를 빨아들여 소멸하게까지 만든다, 산업구조의 변화에 대응하지 못한 도시는 유령 도시화에서 벗어나지 못하는 경우도 있다. 도시화로 인한 인구문제, 환경 문제, 인프라 노후화 문제, 지역경제와 산업구조 문제 등을 풀어낼 때 도시화가 번영의 열쇠가 될 수 있을 것이다.

​도시화 문제를 풀어내는 방법으로 디지털시티, 에코시티, 스마트시티 등의 개념이 세계적으로 각광받고 있다. 기존의 디지털시티 등의 개념 대신에 스마트시티라는 말이 출현한 것은 ICT 기술로만 접근하는 오해를 막기 위해서다. 스마트시티라는 말은 스마트하며 지속가능한 성장이라는 개념이 함의되어 있다. 최근 UN유럽경제사회위원회에서는 “지속가능한 스마트시티(2015. 10.)”를 제시하였고 국제표준으로 받아들여지고 있다. 그 개념에서는 크게 3가지를 강조한다.

첫째, 지속가능한 스마트시티는 경제적, 사회적, 환경적, 문화적 측면에서 현재와 미래 세대의 요구를 보장하는 사람 중심(Human Centric)의 도시를 말한다.

둘째, 지속가능한 스마트시티는 삶의 질, 도시 운영 및 서비스 효율성, 경쟁력 향상을 도모하는 도시 혁신이 필요하다. 여기에서 도시혁신은 도시운영의 프로세스(Process)와 거버넌스 협력 인터페이스(Interface)가 혁신되는 것을 말한다. 이 과정에서는 스마트함이 없는 스마트함(Smartness without Smartness). 즉, 거버넌스 간 소통과정의 혁신이 보다 중요하다.

​셋째, 도시문제해결을 위해 정보통신 기술과 기타 수단을 폭넓게 활용하되 적재적소에 기술 활용이 이루어질 수 있도록 해야 한다.

​공공의 역할: 스마트 인프라 공급
스마트 인프라(Smart Infrastructure)는 2020년대 이후 새로운 디지털 세상의 핵심요소다. 스마트인프라는 기존 인프라의 효율적 활용을 도울 뿐만 아니라, 새로운 도시 삶의 질 향상에 기여와 신산업 성장 동력이 될 수 있다. 스마트시티 서비스는 민간주도로 해야 하지만 스마트시티 인프라는 공공의 역할이다. 민간 서비스가 활성화될 수 있도록 물리적·디지털 기반을 만들어야 한다.

​미국 토목기술자협회(ASCE:American Society of Civil Engineers)는 기존의 도로, 교통, 상하수도, 쓰레기 처리, 건축물 관리 등 개별 인프라가 통합 강화되어야 도시의 실질적 취약성이 해소될 수 있다고 하였다. 기후변화, 노후 인프라 문제 등으로 보다 시민을 보호하는 연계 인프라의 중요성을 강조한 것이다.

​첫째, 미래도시 인프라는 위험 관리 인프라여야 한다. 이를 위해 위험 데이터(Data)와 도시인프라 정보를 정량화하고 연계 전달과정을 관리할 수 있어야 한다.

​둘째, 미래도시 인프라는 통합 인프라여야 한다. 개별인프라를 통합하는 시스템을 개별 인프라 관리센터에 배포하고 클라우딩 관리기술을 강화해야 한다.

​셋째, 미래도시 인프라는 소통 인프라여야 한다. 스마트한 리더십을 발휘되게 하는 의사결정지원시스템이 제공되어야 한다. 이는 단순한 기술적 문제만이 아니며 기존 도시 정보 프로세스와 인터페이스의 혁신이 필요하다.

​넷째, 미래도시 인프라는 역동하는 환경에 적합하게 진화할 수 있는 인프라여야 한다. 역동적인 도시환경 변화에 적응하기 위해서는 도시 인프라(교통, 환경, 에너지, 건축물 등)의 조건을 모니터링하고 예측하며, 예측 결과에 부응하여 인프라 운영과 장기 투자를 적응시켜 나갈 수 있어야 한다.

​스마트 인프라 공급의 장벽
스마트시티 도시 인프라를 구체적으로 설계하는 작업을 서둘러야 한다. 미국 뉴욕은 도로 면적을 절반 이상 줄이고 보행공간을 넓히는 동시에 이 공간에 각종 스마트기기를 설치하는 시도를 하고 있다. 유럽 스위스·독일 등은 지하에 도시화물의 크기에 적합한 소형화물이 이동할 수 있는 물류망을 만드는 파일럿 실험을 계속하고 있다.

​현재 우리나라 정부의 사람 중심 스마트시티의 방향성은 좋았지만, 실제 구체적인 실천방법은 다소 좁게 접근하고 있다. 특히, 우리나라 정부가 스마트 인프라를 구축한다고 선언하였지만 스마트 인프라에 대한 로드맵이 부족하다. 도시 인프라는 수십 년간 바꾸기 힘들고 전체 경제·사회·산업에 큰 영향을 미치는 만큼 구체적인 사전설계와 토의 과정이 필요하다.

<표1•스마트 인프라 구축의 장벽>

자료1: The Royal Academy of Engineering(2012), “Smart Infrastructure: the future”
자료2: 백남철(2018), “앞으로 30년, 혁신성장을 선도할 스마트시티 인프라”, KISTEP 수요포럼

미국과 유럽 각국은 관련 연구를 폭넓게 하면서 실증사업을 해 오고 있다. 단순히 기술적으로 접목하는 게 아니라 각 도시 상황과 기술적 여건에 적합한 최적 모델을 찾기 위해서다. 스마트시티의 인프라도 이를 중심으로 구축돼야 하지만 몇 가지 장벽이 존재하는 상황이다.

예를 들어, 스마트 인프라에는 인프라에 센서를 삽입하는 것이다. 그런데 도시 인프라는 수명이 수십년이지만 센서는 1~2년, 길어야 5년 정도에 그친다. 고장 난 센서가 인프라를 망가뜨릴 수 있다. 시스템 구축단계부터 운영·유지보수 방법을 구체적으로 고민해야 한다. 특히 자율주행이 현실화된 스마트시티에서 지하에 물류전용로를 건설하고, 지상은 사람 중심 용도복합 구간으로 이원화하는 방안이 필요하다. 자율주행이 실용화되면 도시 물류 인프라를 지하화함으로써 도시 교통과 환경문제를 근원적으로 혁신할 수 있다. 이를 통해서 새로운 철강·건설·ICT 융합산업이 생길 것으로 기대된다.

<표2•미래도시 스마트 인프라 솔루션 툴박스의 구성요소>

스마트 인프라 구축을 위한 솔루션 툴박스
스마트 인프라의 구성요소
스마트시티 인프라를 구축하기 위해서는 먼저 인프라 기술솔루션의 툴박스를 마련할 필요가 있다. 스마트시티 인프라는 △ 스마트 도로 △ 보행자·대중교통 중심 도시성장 인프라 △ 스마트 홍수관리 △ 스마트 시설물 성능관리 △ 스마트 빌딩 △에너지자립형 커뮤니티 △ 에너지산업 ‘규모의 경제’ 달성을 통한 혁신 △ 모듈러 건축기술 등이다.

​먼저, 스마트 도로는 자율주행차 등 스마트 모빌리티를 구현하기 위한 것이기도 하지만 사람 중심의 도로건설에도 필요하다. 자율주행형 공공교통수단을 도입하여 여유로워지는 도로 공간에 자전거·보행로를 확대해야 사람 중심의 미래 도시가 가능하다. 미국 LA는 도로재편 시뮬레이션을 통해 기존 왕복 10차로(일반차로 6개, 버스·승용차 공용차로 2개, 좌회전차로 2개)를 5차로(일반차로 3개, 자율주행버스 전용차로 2개) 및 자전거·보행로로 구성할 경우 시간당 수송능력이 2만 9,600명에서 7만 7,000명으로 증가한다고 분석했다.

또한 도시화와 산업화에 따라 환경조건이 악화됨에 따라 시민의 건강을 증진시켜야 하는 것도 도시의 역할인 만큼 스마트 빌딩, 에너지자립형 커뮤니티의 조성도 필요하다. 일본 요코하마는 공동주택, 상업용 빌딩, 공장지역에 태양광·태양열 등을 도입해 가상발전소를 운영하고 분산전원으로 제어함으로써 이를 구현하고 있다.

이와 함께 에너지산업혁신을 위해 규모의 경제가 고려돼야 한다고 강조했다. 코펜하겐에서는 대규모 에너지사용지역과 인접한 곳에서 해상풍력발전을 대단지로 구축해 철강·건설 등 전통산업의 위기를 극복하기도 했다. 에너지 전환이 화두가 되고 있으며 장기적으로 신재생에너지로 전환이 당연시되는 만큼 에너지산업의 혁신을 위해서는 대규모 사업추진이 필요할 전망이다.

또한 도시건축, 인프라·건물 건설산업 등의 스마트화를 위해 국제사회는 모듈러 공법에 주목하고 있다. 모듈러 공법은 건설산업의 제조업화로 비유되며 50%의 건설비가 절감되고 아파트 분양가 감소에 따른 소비자 편익, 재활용이 가능한 환경적 편익 등에 따라 ‘기존 패러다임을 파괴하는 기술’로 평가되고 있다.

스마트 인프라의 계층: 적재적소에 적합한 규모와 ’공감가치 모델‘의 창출
지속가능한 스마트시티를 위해서는 시민들이 공감할 수 있는 가치(Value)의 창출이 필요하다. 이를 위해서는 먼저, 현재 우리나라에서 진행되는 스마트시티 사업이 보다 아래로 내려가거나 보다 확장될 필요가 있다.

<표3•미래도시를 위한 가치창출 및 적합한 규모>

먼저, 도시단위에서 보다 커뮤니티 단위로 사업단위를 구분해야 한다. 그래야 개별사업의 가치가 명백하게 된다. 스마트 버스정류장, 스마트 지하철역, 스마트 빌딩, 스마트 커뮤니티, 스마트 도로 개별구간의 인프라 개선 등이 이루어져야 주민 참여, 시민 서비스의 개선이 명백해 질 수 있다.

둘째, 도시단위에서 보다 지역단위로 사업단위를 확장해야 도시관리 비용의 절감과 효율성 확보를 기대할 수 있다. 교통 문제, 미세먼지 혁신, 에너지관리 혁신 등은 도시를 넘어선 광역권의 문제이기 때문이다. 그래야 스마트시티가 꿈꾸는 도시 관리비용절감과 지역경제 활성화를 기대할 수 있을 것이다.

특히, 가치모델을 창출하기 위해서는 스마트 광역권(Smart Region) 개념이 도입되어야 한다. 덴마크 코펜하겐은 외래순다리를 사이에 두고 이웃한 스웨덴의 말뫼와 스마트 광역권을 실현하고 있다.

덴마크에서 생산되고 남은 풍력에너지는 스웨덴의 수력발전소에 저장하여 활용할 수 있도록 협력하고 있다. 세계 각국은 최근 스마트시티를 넘어선 스마트 리전 전략으로 접근하고 있다. 규모의 경제가 있어야 교통·환경·에너지·산업혁신이 가능한 만큼 도시와 주변 지역을 묶는 광역 차원 전략 수립이 필요하다.

에너지 문제뿐만 아니라 교통 문제를 포함한 대부분의 도시 문제는 도시 내에서 한정되지 않고 주변 지역과 연관된 만큼 광역지역 단위로 접근하는 ‘스마트 리전’ 개념으로 접근해야 규모의 경제를 얻을 수 있다. 도시 내의 소규모 사업으로는 스마트 시티 서비스의 비용절감 등의 실질적 경제효과를 실증하기는 다소 어렵다. 도시와 인접한 지역 전체의 활용 가능한 자원을 놓고 마스터플랜을 세우며 보다 미래지향적인 비즈니스 모델을 만들 수 있다. 스마트시티 인프라 사업 자체는 주요도시와 주변 광역 단위까지 놓고 확장해야 한다.

투자평가 플랫폼: 스마트 인프라의 투자 우선순위 선정 및 피드백 플랫폼 구축
스마트 인프라 구축은 유지보수 예산을 고려하여 인프라의 전생애 주기에 걸친 가치 평가를 통해서 투자 우선순위를 결정해야 한다. 도시 인프라의 생애주기는 하나로 연결되는데 설계시공과 유지관리 책임이 분리되면 성공할 수 없다. 단절된 체계를 고쳐서 도시 설계·시공·운영이 일체화되어 이뤄져야 스마트시티 인프라 구축이 성공할 수 있다.

​또한, 도시는 하나의 유기체로 기능하기 때문에 투입예산 대비 가장 근본적이고 포괄적인 분야의 인프라에 우선투자함으로써 투자효율성을 높일 필요가 있다. 또한, 인프라 구축 이후에 시민들과 사용자들로부터 상시적이고 즉각적인 피드백을 통해 물리적인 인프라를 개선할 수 있어야 하며 이를 위해서는 스마트시티 인프라 자체가 하나의 CPS(Cyber Physical System) 플랫폼으로 기능해야 한다.

​마치는 말: 도시 혁신의 엔진은 사람
스마트시티는 수집인프라·분석데이터·제공서비스로 연결되고 환류(Feedback)되며 진화 발전한다. 수집 인프라 계층은 도로, 교통, 통신, 건축물 등의 물리적 시설을 말하며, 분석데이터는 디지털 인프라를, 제공서비스는 휴먼인터페이스 서비스를 의미한다.

​최근 세종·부산·대구·경기 시흥 등에서 정부 주도의 스마트시티 건설이 속도를 내고 있다. 스마트시티에 신산업을 전면 도입하기에 앞서 제한된 공간에서 서비스를 실증할 필요가 있다. 단, 스마트 인프라의 포괄성(Coverage)이 일정 수준 이상 확보되지 못하면, 제공 서비스의 유효성(Validity)이 다소 약해질 수 있다. 스마트 인프라의 포괄성이 넓어야 자발적인 시민 참여로 이어질 수 있을 것이다.

교통, 환경, 전력, 가스, 상하수도, 건물에너지관리 등을 아우르는 통합계획을 수립한 후 점진적이고 단계적으로 개선하고, 이 과정에서 SOC와 ICT 인프라를 통합해 시민들이 공감하는 가치를 만들어내야 할 것이다.

참고문헌
1. 대통령직속 4차산업혁명위원회, “도시혁신 및 미래성장동력 창출을 위한 스마트시티 추진전략”, 대통령직속 4차 산업혁명위원회, 2018.
2. 백남철, “앞으로 30년, 혁신성장을 선도할 스마트시티 인프라”, KISTEP 수요포럼, 2018.
3. 안경애, “KISTEP 스마트시티 포럼”, 『디지털타임스』, 2018.
4. 에드워드 글레이저, 『도시의 승리』, 해냄, 2011.
5. BRUNO PETERS(2018), “Smart City Strategy. Success Factors”. IBI GROUP
6. Jennifer Schooling etc(2016), “Smart Infrastructure Getting more from strategic assets”, University of Cambridge, Centre for S mart Infrastructure & Construction
7. The Royal Academy of Engineering(2012), “Smart Infrastructure: the future”
8. Tamer E. El-Diraby(2003), “A Framework For Integrated Data Management In Smart Infrastructure Systems”, Construction Research Congress 2003, University of Toronto

​글: 백남철 연구위원 한국건설기술연구원 스마트시티연구센터
출처: 한국교통연구원 월간교통