[논문 리뷰] BIM, Digital Twin and Cyber-Physical Systems: crossing and blurring boundaries

Dean Douglas, Graham Kelly외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 04.

Digital Transformation in Industry인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 건설 및 건축 환경 분야에서 빌딩 인포메이션 모델링(BIM), 디지털 트윈, 사이버-물리 시스템(CPS) 간의 차이점과 겹침을 명확히 하기 위해 체계적인 문헌 고찰을 수행한다. 공통된 특성과 고유한 특성을 규명하여 개념적 혼란을 해소하고 실무 적용을 위한 체계적인 프레임워크를 제시한다.

ABSTRACT

Digital Twin in construction and the built environment have started to attract the attention of researchers and practitioners in recent times. Its anticipated value proposition is focussed on its capability of generating new understanding and insights into an asset at all stages of its life cycle, exploiting diverse data sets from a multitude of sources and professions, in real or near real-time. However, there is still a significant debate about the delineation (i.e. communalities and differences) between digital twin and other related concepts, particularly Building Information Modelling (BIM) and Cyber-Physical Systems (CPS). To date, this debate has been confined to social media discussions, insights blogs and position papers. This paper addresses this challenge using a systematic review. The aim is to investigate communalities and differences between the three concepts, Digital Twin, BIM and CPS. The results of this paper are expected to foster the discussion around this theme within construction and the built environment.

연구 동기 및 목표

• 건설 분야에서 BIM, 디지털 트윈, 사이버-물리 시스템(CPS)에 둘러싸인 개념적 모호성을 해결하기 위해.
• 체계적인 문헌 고찰을 통해 BIM, 디지털 트윈, CPS 간의 공통점과 차이점을 규명하기 위해.
• 이 개념들이 건축 환경 맥락에서 어떻게 상호작용하고, 어떻게 다릅니다. 이를 체계적으로 이해하기 위해.
• 자산 수명 주기 관리에 적합한 디지털 기술을 선택하고 적용하는 데 연구자와 실무자들을 지원하기 위해.

제안 방법

• 기존의 학술 데이터베이스와 검색 프rotocol를 활용해 체계적인 문헌 고찰을 수행하였다.
• 건설 및 인프라 맥락에서 BIM, 디지털 트윈, CPS에 중점을 둔 동료 심사 논문을 선별하고 분석하였다.
• 주제 분석을 적용하여 세 개념 간의 반복되는 주제, 정의, 기능적 차이점을 추출하였다.
• 자료 흐름, 실시간 기능, 시스템 통합 기반의 비교 프레임워크를 사용해 개념적 겹침과 차이점을 매핑하였다.
• 자산 수명 주기 단계 전반에서 각 개념의 성숙도와 적용 범위를 평가하였다.
• 연구의 초점 분야, 기술적 구성 요소, 통합 수준에 따라 연구를 분류하기 위해 체계적인 코딩 접근법을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 건설 분야에서 BIM, 디지털 트윈, 사이버-물리 시스템 간의 핵심적 유사점과 차이점은 무엇인가요?
• RQ2 BIM, 디지털 트윈, CPS는 자료 통합, 실시간 기능, 수명 주기 적용 측면에서 어떻게 다릅니다?
• RQ3 기존의 디지털 트윈 정의와 응용이 BIM 및 CPS와 얼마나 겹치거나 다릅니다?
• RQ4 현재 연구 및 실무에서 개념적 또는 기술적 경계가 어느 정도 흐려지거나 서로 겹쳐지고 있나요?

주요 결과

• 이 연구는 디지털 트윈, BIM, CPS가 자료 통합, 모델 기반 표현, 수명 주기 지원과 같은 기본 요소를 공유하지만 범위와 실시간 반응성에서 다름을 드러냈다.
• BIM은 주로 설계 및 문서화 도구로서 런타임 자료 상호작용이 제한되어 있는 반면, 디지털 트윈은 동적 실시간 시뮬레이션과 피드백 루프를 강조한다.
• 사이버-물리 시스템은 물리적 시스템 제어 및 자동화에 더 중점을 두며, 일반적으로 내장된 센서와 액추에이터를 포함하여 BIM 및 디지털 트윈과 운영 목적에서 구분된다.
• 문헌에서 개념적 겹침과 어휘적 혼동이 심각하게 존재하며, 디지털 트윈이 BIM 또는 CPS와 상호 교환 가능하게 사용되고 있지만, 이는 기능적 역할에서 명백히 다름을 보인다.
• 정적 정보 모델링(BIM)에서 동적 시뮬레이션(디지털 트윈)으로, 실시간 제어(CPS)로 이르는 통합 스펙트럼을 규명하여 계층적인 개념적 계층을 제안한다.