(국가R&D) 순환경제 기반 탄소중립 건축센터(ERC)
분야Environment
책임교수구충완
연구기간2023-06-01 ~ 2030-02-28
연구원서승원(PM), 이준수, 최다정, 최유진
발주처(과학기술정보통신부) 한국연구재단
설명
[센터] 순환경제 기반 탄소중립 건축센터 (C·CNB)
■ 배경
2050 탄소중립과 국가 지속가능 발전목표(K-SDGs) 이행에 따라, 산업 전 부문에서 온실가스 감축이 요구되고 있다. 특히 건축부문은 국내 폐기물 배출량의 44%, 탄소배출의 38%를 차지하고 있어 탄소중립 달성에 반드시 필요한 분야이다.
국외에서는 건물 전생애주기에 순환경제 개념을 접목하여 평가지표, 제도, 정책, 플랫폼 개발을 활발히 진행하고 있다. 반면 국내 건축부문의 순환경제는 폐기물 처리와 재활용 등 폐기단계에 국한되어 있어, 전생애주기에 적용 가능한 체계적인 기술, 지표, 운영 플랫폼이 부재한 실정이다. 따라서 계획·환경, 건설, 운영 분야를 아우르는 핵심기술을 개발하고, 이를 종합적으로 평가·운영할 수 있는 통합지원 플랫폼을 마련할 필요가 있다.
■ 목표
본 센터는 순환경제 개념을 도입하여 건축 탄소중립을 달성하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 건물의 '생산–사용·유지관리–해체·폐기–재사용' 전 과정에 걸친 핵심기술과 통합지원 플랫폼을 개발하고, 시범사업을 거쳐 산·학·연·관 협력 거점센터를 구축하고자 한다.
센터는 3개 연구그룹으로 구성된다.
• 환경 분야(1그룹): 전주기 탄소중립 환경계획, 블록규모 에너지·환경 모델링, 에너지 프로슈머, 지능형 건물환경 최적제어, 그린리모델링 기술을 개발한다.
• 건설 분야(2그룹): 건설폐기물 재자원화, 산업부산물 기반 무시멘트 바인더, 순환형 모듈러 구조, AI 기반 건설시공 탄소배출 관리 기술을 개발한다.
• 운영 분야(3그룹): 탄소중립 평가·인증제도, 건축 재고·폐기물 관리, 블록체인 기반 데이터 공유·보상, 통합지원 플랫폼 기술을 개발한다.
각 그룹의 핵심기술은 통합지원 플랫폼에 연계되어 4대 지표(자원사용 절감, 폐기물 절감, 에너지 성능향상, 재활용률 향상)를 개선하는 데 활용된다. 연구는 핵심기술 개발 단계와 통합기술 개발·실증·고도화 단계로 나누어 추진한다.
■ 기대효과
• 건물 전생애주기 단계별 탄소배출을 정량적으로 평가할 수 있는 LCA DB와 국제 표준 호환 정보체계를 구축하여, 건물 탄소중립의 객관적인 평가 기반을 마련할 수 있다.
• 계획·환경, 건설, 운영 분야의 원천기술을 통합 플랫폼으로 연계하여, 다양한 건물 유형에 적합한 맞춤형 탄소중립 솔루션을 제공할 수 있다.
• 폐기물 재자원화, 순환자재 활용, 에너지 공유 등을 통해 리사이클링·에너지 거래 시장을 활성화하고, 플랫폼 기반의 신규 비즈니스 창출에 기여할 수 있다.
• 탄소중립 성과에 따른 합리적인 인센티브 체계를 마련하여, 건축·도시 이해당사자의 자발적인 탄소중립 참여를 촉진할 수 있다.
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[인천대학교 그룹] AI 기반 건설시공 탄소배출 실시간 자동화 관리 플랫폼
■ 배경
국가 온실가스 감축목표(NDC)가 상향되면서 '온실가스 목표관리제'와 '배출권거래제'가 지속적으로 추진되고 있다. 이에 따라 건설 분야에서도 체계적인 온실가스 관리 수요가 빠르게 확대되고 있다.
건설시공 단계에서는 현장시설의 운영패턴과 건설중장비의 작업유형에 따라 탄소배출량에 차이가 발생한다. 그러나 국내 건설사는 주로 고지서, 작업일보, 영수증 등 정산 자료를 사후에 집계하여 월별 배출량을 산출하고 있다. 이 방식으로는 프로젝트 초기에 배출량을 예측하거나 공사기간 전반에 걸쳐 지속적으로 관리하기 어렵다. 또한 기존 제도는 기업 단위의 총량 관리에 초점을 두고 있어, 프로젝트 규모, 지역, 공사기간 등 개별 현장의 특성을 반영한 배출기준 설정에 한계가 있다. 따라서 건설현장의 배출 원인을 정확히 분석하고, 실시간 모니터링·추론·진단이 가능한 자동화 관리 플랫폼이 필요하다.
■ 목표
본 그룹은 「AI 기반 건설시공 탄소배출 실시간 자동화 관리 플랫폼」 개발을 목표로 하며, 이를 위해 다음 두 가지 기술을 중점적으로 개발한다.
● 프로젝트 특성 기반의 합리적인 온실가스 배출량 기준(Benchmark) 설정
현행 온실가스 목표관리제는 기준연도 배출량에 감축률을 적용하여 기업 단위의 배출허용량(cap)을 부여하는 방식이다. 이 방식은 프로젝트 규모, 지역, 공사기간 등 개별 프로젝트의 특성을 반영한 기준 설정에 한계가 있다.
이에 본 그룹은 사례기반추론(CBR)을 활용하여 특성이 유사한 과거 프로젝트를 선별한다. 이를 바탕으로 신규 및 진행 중인 프로젝트의 합리적인 배출량 기준을 산정 근거와 함께 제시한다. 또한 배출 패턴을 반영하여 기준을 월별 단위로 세분화함으로써, 시간 경과에 따른 배출 추세 관리와 초과 배출 대응의 기준으로 활용할 수 있도록 한다.
● 정밀한 실시간 모니터링 및 감축전략 의사결정 지원
기존 건설사의 관리 시스템은 월별 배출량을 사후에 집계하는 방식이다. 이 때문에 개별 프로젝트의 현재 배출 수준이 적절한지, 절감이 필요한지를 판단하기 어렵다.
이에 본 그룹은 IoT 센서, 통합서버, 대시보드로 구성된 건설현장 특화형 모니터링 플랫폼을 구축하고, 다음 분석을 자동화한다.
• 현장시설: 기존 시스템은 실시간 에너지 소비 패턴을 분석할 기반이 부재하다. 이 때문에 시설 유형, 프로세스 등 현장의 다양한 요인이 에너지 소비에 미치는 영향을 파악하거나,
요인별 관리기준을 사전에 수립하고 이상 패턴에 실시간으로 대응하기 어렵다. 이에 IoT 센서 데이터를 기반으로 현장시설 유형별·프로세스별 에너지 소비의
대표패턴을 도출하고 이상(anomaly) 패턴을 감지하는 모델을 개발한다. 이를 통해 요인별 에너지 벤치마크를 수립하고, 이상 발생 시 신속하게 대응할 수 있도록 한다.
• 건설중장비: 건설현장은 접근성, 안전, 보안 문제로 충분한 학습데이터를 확보하기 어렵다. 또한 원거리, 폐색(중첩), 저조도 등 다양한 환경 조건과 카메라 배치에 따라 모델
성능이 저하되기 쉬우며, 특히 원거리 상황에서 성능 저하가 두드러진다. 이에 이러한 성능 저하요인에 선제적으로 대응하는 비전 기반 모델을 개발하고, 탐지
(Detection), 추적(Tracking), 작업인식(Activity Recognition)을 연계한 통합 모델을 구축하여 현장적용성을 높인다. 이를 통해 다수 건설중장비의 온실가스 배출량을
상세 수준에서 실시간으로 모니터링한다.
• 통합관리: 전생애평가(LCA) 기반으로 배출량 산출을 자동화하고, 기존 비용·일정 중심의 성과관리(EVMS) 개념을 탄소배출로 확장 적용하여 계획 대비 실제 탄소배출 성과를
관리하는 체계를 구축한다. 이를 통해 공사 진행에 따라 벤치마크 대비 실제 배출 수준을 지속적으로 평가하고 향후 배출량을 예측한다.
이를 통해 과도 배출이 발생하면 원인을 분석하여 적시에 감축전략을 도입할 수 있다. 또한 도입 이후의 배출량 변화를 추적하여 절감 효과와 전략의 유효성까지 평가할 수 있도록 지원한다. 개발된 기술은 작업단위 리빙랩과 현장단위 시범사업을 통해 검증하고 고도화한다.
■ 기대효과
• 현장시설과 건설중장비 단위로 배출 원인을 파악할 수 있게 되어, 사후 집계 중심의 관리에서 벗어나 건설현장의 체계적인 온실가스 관리 기반을 마련할 수 있다.
• 프로젝트 특성을 반영한 배출기준을 신규 사업 기획 단계에서 제시함으로써, 합리적인 배출목표 설정과 목표관리제·배출권거래제 대응을 지원할 수 있다.
• 현장별 배출 실적과 감축 이력이 사례(Case-base)로 지속적으로 축적되어, 벤치마크의 정확도와 감축전략의 실효성을 점차 높여갈 수 있다.
• 단위 건설현장에서 건설회사, 국가·지자체 단위로 관리 범위를 확장하여, 건설부문의 탄소중립 이행에 기여할 수 있다.
■ 배경
2050 탄소중립과 국가 지속가능 발전목표(K-SDGs) 이행에 따라, 산업 전 부문에서 온실가스 감축이 요구되고 있다. 특히 건축부문은 국내 폐기물 배출량의 44%, 탄소배출의 38%를 차지하고 있어 탄소중립 달성에 반드시 필요한 분야이다.
국외에서는 건물 전생애주기에 순환경제 개념을 접목하여 평가지표, 제도, 정책, 플랫폼 개발을 활발히 진행하고 있다. 반면 국내 건축부문의 순환경제는 폐기물 처리와 재활용 등 폐기단계에 국한되어 있어, 전생애주기에 적용 가능한 체계적인 기술, 지표, 운영 플랫폼이 부재한 실정이다. 따라서 계획·환경, 건설, 운영 분야를 아우르는 핵심기술을 개발하고, 이를 종합적으로 평가·운영할 수 있는 통합지원 플랫폼을 마련할 필요가 있다.
■ 목표
본 센터는 순환경제 개념을 도입하여 건축 탄소중립을 달성하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 건물의 '생산–사용·유지관리–해체·폐기–재사용' 전 과정에 걸친 핵심기술과 통합지원 플랫폼을 개발하고, 시범사업을 거쳐 산·학·연·관 협력 거점센터를 구축하고자 한다.
센터는 3개 연구그룹으로 구성된다.
• 환경 분야(1그룹): 전주기 탄소중립 환경계획, 블록규모 에너지·환경 모델링, 에너지 프로슈머, 지능형 건물환경 최적제어, 그린리모델링 기술을 개발한다.
• 건설 분야(2그룹): 건설폐기물 재자원화, 산업부산물 기반 무시멘트 바인더, 순환형 모듈러 구조, AI 기반 건설시공 탄소배출 관리 기술을 개발한다.
• 운영 분야(3그룹): 탄소중립 평가·인증제도, 건축 재고·폐기물 관리, 블록체인 기반 데이터 공유·보상, 통합지원 플랫폼 기술을 개발한다.
각 그룹의 핵심기술은 통합지원 플랫폼에 연계되어 4대 지표(자원사용 절감, 폐기물 절감, 에너지 성능향상, 재활용률 향상)를 개선하는 데 활용된다. 연구는 핵심기술 개발 단계와 통합기술 개발·실증·고도화 단계로 나누어 추진한다.
■ 기대효과
• 건물 전생애주기 단계별 탄소배출을 정량적으로 평가할 수 있는 LCA DB와 국제 표준 호환 정보체계를 구축하여, 건물 탄소중립의 객관적인 평가 기반을 마련할 수 있다.
• 계획·환경, 건설, 운영 분야의 원천기술을 통합 플랫폼으로 연계하여, 다양한 건물 유형에 적합한 맞춤형 탄소중립 솔루션을 제공할 수 있다.
• 폐기물 재자원화, 순환자재 활용, 에너지 공유 등을 통해 리사이클링·에너지 거래 시장을 활성화하고, 플랫폼 기반의 신규 비즈니스 창출에 기여할 수 있다.
• 탄소중립 성과에 따른 합리적인 인센티브 체계를 마련하여, 건축·도시 이해당사자의 자발적인 탄소중립 참여를 촉진할 수 있다.
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[인천대학교 그룹] AI 기반 건설시공 탄소배출 실시간 자동화 관리 플랫폼
■ 배경
국가 온실가스 감축목표(NDC)가 상향되면서 '온실가스 목표관리제'와 '배출권거래제'가 지속적으로 추진되고 있다. 이에 따라 건설 분야에서도 체계적인 온실가스 관리 수요가 빠르게 확대되고 있다.
건설시공 단계에서는 현장시설의 운영패턴과 건설중장비의 작업유형에 따라 탄소배출량에 차이가 발생한다. 그러나 국내 건설사는 주로 고지서, 작업일보, 영수증 등 정산 자료를 사후에 집계하여 월별 배출량을 산출하고 있다. 이 방식으로는 프로젝트 초기에 배출량을 예측하거나 공사기간 전반에 걸쳐 지속적으로 관리하기 어렵다. 또한 기존 제도는 기업 단위의 총량 관리에 초점을 두고 있어, 프로젝트 규모, 지역, 공사기간 등 개별 현장의 특성을 반영한 배출기준 설정에 한계가 있다. 따라서 건설현장의 배출 원인을 정확히 분석하고, 실시간 모니터링·추론·진단이 가능한 자동화 관리 플랫폼이 필요하다.
■ 목표
본 그룹은 「AI 기반 건설시공 탄소배출 실시간 자동화 관리 플랫폼」 개발을 목표로 하며, 이를 위해 다음 두 가지 기술을 중점적으로 개발한다.
● 프로젝트 특성 기반의 합리적인 온실가스 배출량 기준(Benchmark) 설정
현행 온실가스 목표관리제는 기준연도 배출량에 감축률을 적용하여 기업 단위의 배출허용량(cap)을 부여하는 방식이다. 이 방식은 프로젝트 규모, 지역, 공사기간 등 개별 프로젝트의 특성을 반영한 기준 설정에 한계가 있다.
이에 본 그룹은 사례기반추론(CBR)을 활용하여 특성이 유사한 과거 프로젝트를 선별한다. 이를 바탕으로 신규 및 진행 중인 프로젝트의 합리적인 배출량 기준을 산정 근거와 함께 제시한다. 또한 배출 패턴을 반영하여 기준을 월별 단위로 세분화함으로써, 시간 경과에 따른 배출 추세 관리와 초과 배출 대응의 기준으로 활용할 수 있도록 한다.
● 정밀한 실시간 모니터링 및 감축전략 의사결정 지원
기존 건설사의 관리 시스템은 월별 배출량을 사후에 집계하는 방식이다. 이 때문에 개별 프로젝트의 현재 배출 수준이 적절한지, 절감이 필요한지를 판단하기 어렵다.
이에 본 그룹은 IoT 센서, 통합서버, 대시보드로 구성된 건설현장 특화형 모니터링 플랫폼을 구축하고, 다음 분석을 자동화한다.
• 현장시설: 기존 시스템은 실시간 에너지 소비 패턴을 분석할 기반이 부재하다. 이 때문에 시설 유형, 프로세스 등 현장의 다양한 요인이 에너지 소비에 미치는 영향을 파악하거나,
요인별 관리기준을 사전에 수립하고 이상 패턴에 실시간으로 대응하기 어렵다. 이에 IoT 센서 데이터를 기반으로 현장시설 유형별·프로세스별 에너지 소비의
대표패턴을 도출하고 이상(anomaly) 패턴을 감지하는 모델을 개발한다. 이를 통해 요인별 에너지 벤치마크를 수립하고, 이상 발생 시 신속하게 대응할 수 있도록 한다.
• 건설중장비: 건설현장은 접근성, 안전, 보안 문제로 충분한 학습데이터를 확보하기 어렵다. 또한 원거리, 폐색(중첩), 저조도 등 다양한 환경 조건과 카메라 배치에 따라 모델
성능이 저하되기 쉬우며, 특히 원거리 상황에서 성능 저하가 두드러진다. 이에 이러한 성능 저하요인에 선제적으로 대응하는 비전 기반 모델을 개발하고, 탐지
(Detection), 추적(Tracking), 작업인식(Activity Recognition)을 연계한 통합 모델을 구축하여 현장적용성을 높인다. 이를 통해 다수 건설중장비의 온실가스 배출량을
상세 수준에서 실시간으로 모니터링한다.
• 통합관리: 전생애평가(LCA) 기반으로 배출량 산출을 자동화하고, 기존 비용·일정 중심의 성과관리(EVMS) 개념을 탄소배출로 확장 적용하여 계획 대비 실제 탄소배출 성과를
관리하는 체계를 구축한다. 이를 통해 공사 진행에 따라 벤치마크 대비 실제 배출 수준을 지속적으로 평가하고 향후 배출량을 예측한다.
이를 통해 과도 배출이 발생하면 원인을 분석하여 적시에 감축전략을 도입할 수 있다. 또한 도입 이후의 배출량 변화를 추적하여 절감 효과와 전략의 유효성까지 평가할 수 있도록 지원한다. 개발된 기술은 작업단위 리빙랩과 현장단위 시범사업을 통해 검증하고 고도화한다.
■ 기대효과
• 현장시설과 건설중장비 단위로 배출 원인을 파악할 수 있게 되어, 사후 집계 중심의 관리에서 벗어나 건설현장의 체계적인 온실가스 관리 기반을 마련할 수 있다.
• 프로젝트 특성을 반영한 배출기준을 신규 사업 기획 단계에서 제시함으로써, 합리적인 배출목표 설정과 목표관리제·배출권거래제 대응을 지원할 수 있다.
• 현장별 배출 실적과 감축 이력이 사례(Case-base)로 지속적으로 축적되어, 벤치마크의 정확도와 감축전략의 실효성을 점차 높여갈 수 있다.
• 단위 건설현장에서 건설회사, 국가·지자체 단위로 관리 범위를 확장하여, 건설부문의 탄소중립 이행에 기여할 수 있다.