1. 서 론

Cho(2016)에 의하면 2050년까지 전세계적으로 30억명 이상의 인구가 도시로 유입될 것으로 전망되어지고 있으며, 전 세계의 도시화율은 2014년 54%에서 2050년 66%로 증가할 전망하고 있다. 중국, 인도 등 개발도상국에서는 급증하는 도시인구를 수용할 수 있는 대안으로, 그리고 노후된 도시인프라를 개선 또는 신규 공급하기 위해 국가적 차원의 스마트시티를 추진하고 있다.

스마트시티의 도입과 4차 산업혁명에 따른 기술개발의 패러다임이 변화하면서 물분야 또한 공급자 관점의 수량중심에서 사용자 관점의 수질 및 건강관리 중심으로 물관리 패러다임이 변화하고 있다. 특히 IoT, ICT 기반 기술의 급격한 발전에 따라 지식기반 물관리 정보공유가 활성화되고 있는 실정이다. 물관리 주체 또한 정부주도형에서 국민참여형 물관리로 변하면서 일방적인 물관리 정보의 전달에서 양방향 정보교환을 통한 지능형 물관리(SWM, Smart Water Management) 기반이 구축되고 있다.

스마트시티가 전 세계적으로 추진 중임에도 불구하고 스마트 물관리를 위한 기준이 부재하여 이들의 성공 여부를 판단하기에는 한계가 있다. 이에 스마트 물관리의 요건과 목표를 설정하고 기존 물관리의 한계와 문제점을 정확히 진단·개선할 필요가 있으며, 이를 위해서는 스마트시티 목표에 적합한 인덱스의 개발과 활용이 중요하다.

인덱스는 현재의 상황과 여건에 대한 구체적인 평가가 가능하고 향후 방향 설정에 있어 근거로 활용되며, 국제적으로 통용 가능한 인덱스는 국제 표준(standard)의 성격을 갖는다. 이러한 인덱스의 활용에 있어서 가장 중요한 것은 인덱스를 통해 평가하고 이루려고 하는 목표에 대한 공감대의 형성이다. 이를 위해서는 신뢰를 바탕으로 인덱스의 지속적인 평가와 발표가 이루어져야 하며, 이 과정은 인덱스 자체의 발전과 평가 목적을 달성하는데 중요한 역할을 한다. 인덱스 평가가 단순 일회성으로 끝나게 될 경우 다음 평가에 대한 긴장도가 낮아지기 때문에 적극적인 후속조치가 발생하기 어렵다. 따라서 이 경우 평가 후 개선을 위한 노력, 목표 달성을 위한 정책 수립, 수립한 정책의 효과에 대한 평가가 이루어지지 않게 되므로 본연의 역할에 충실한 인덱스라고 보기 어렵다.

이러한 인덱스의 역할과 기능을 스마트 시티의 목표 달성에 활용해야 하며, 평가를 통해 스마트시티로서의 강점 또는 약점을 파악할 수 있어야 문제점의 개선과 도시의 발전이 가능하다.

지능형 물관리(SWM)의 전 세계적인 추진에도 불구하고 스마트워터그리드 조성을 위한 기준이 부재하여 이들의 성공 여부를 판단하기에는 한계가 있다. 스마트워터그리드의 요건과 목표를 설정하고 기존 스마트워터그리드의 한계와 문제점을 정확히 진단하고 개선할 필요성은 분명하며, 이를 위해 스마트워터그리드목표에 적합한 인덱스의 활용은 매우 중요하다. 이러한 인덱스의 역할과 기능을 스마트 시티의 목표 달성에 활용해야 하며, 평가를 통해 스마트 시티로서의 강점 또는 약점을 파악할 수 있어야 문제점의 개선과 도시의 발전이 가능하다.

이에 본 연구에서는 스마트워터그리드의 목표측정과 달성정도 평가가 가능하고, 향후 스마트워터그리드 구축을 위한 이행계획에 근거로 활용할 수 있는 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI, Smart Water Grid Key Performance Index)를 개발하는데 목표를 두었다.

개발된 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)를 통해 지속적인 스마트워터그리드의 역량평가를 수행할 수 있는 기반을 마련할 것으로 판단된다.

2. 스마트워터그리드 평가지표 분석

2.1 스마트시티 ‘Water’ 분야 평가지표 주요 구성

전 세계적으로 스마트시티 평가 및 분석을 위한 평가 툴이나 평가지표 등이 제도화 되었거나 표준화된 사례는 없지만 기관별 또는 기업별 스마트시티 평가를 위한 평가지표를 제시하고 있다. 스마트워터분야의 평가지표 분석을 위하여 스마트시티 평가지표를 제시한 유럽연합(EU), ITU-T FG-SSC, IDC(International Data Corporation), SIEMENS, ISO/TR 37150, Water Loss Research & Analysis, 홍콩수도국 및 IBM 등에서 제시한 지표를 중심으로 사례를 조사하였다.

각 기관별 제시한 핵심성과지표 63개이며, ITU-T FG-SSC(2015)에서 5개의 물 분야 핵심성과지표를 제시하였고 ISO/TR 37150(ISO, 2014)에서 14가지의 핵심성과지표를 제시하였다. 그 외 홍콩수도국 5개, IDC 7개, UK 7개, EU 8개, SIEMENS 8개, IBM 9개의 핵심성과지표를 제시한 것으로 분석되었다.

Fig. 1에서 제시한 바와 같이 기관별 제시한 핵심성과지표는 1개의 지표가 8개 기관에 공통으로 제시된 지표는 없었으며, 연간 물 소비량(L/year) 지표가 EU, ISO, SIEMENS, UK 등 4개 기관에서 핵심성과지표로 제시하고 있는 것으로 분석되었다. 그 다음으로 물손실/누수에 관한 지표가 EU, ISO, SIEMENS 3개 기관에서 제시되었으며, 1인당 물소비량(ISO, IDC)과 수질(홍콩수도국, IBM)은 각 2개 기관에서 공통으로 지표를 제시한 것으로 분석되었다.

Fig. 1.

Results of analysis of key performance indicators in water field by agency

나머지 51개 물 분야의 핵심성과지표는 각 기관별 특성에 맞도록 제시되어 있는 것으로 판단되며, 8개 기관에서 제시한 물 관련지표를 모두 식별하고 중복되거나 유사한 지표를 제외하여 총 55가지 물 분야 핵심성과지표를 정리, 제시하였다.

2.2 평가지표별 카테고리 구분 및 특성분석

8개 기관에서 제시한 물 분야 핵심성과지표 분석을 통해 55가지 핵심성과지표를 구별하였다. Table 1에서는 평가지표별 카테고리 구분 및 특성 분석을 통하여 55개 지표를 스마트워터와 관련한 카테고리를 구분하고 해당 카테고리별 핵심성과지표를 분석하였다.

Table 1. Key index by category in water field

카테고리별 주요 핵심성과지표 수를 분석해보면 Fig. 2와 같이 수요/공급 관점의 평가지표가 16개로 가장 많이 제시된 것을 확인 할 수 있다. 그 다음으로 스마트미터링 8개, 정책/계획 8개, 하수처리 6개, 누수관리 5개, 수질관리 3개, 용수재이용 3개, 취수원관리 2개, 물정보서비스 1개, 기타 3개 등 카테고리별 핵심성과를 분류하였다.

Fig. 2.

Number of indicators by category

스마트시티 물 분야의 평가지표 항목 중 수요/공급에 대한 핵심성과지표가 가장 많이 제시된 것은 물 분야에서도 상수도부분에 초점이 맞추어져 있다고 생각할 수 있다. 실제 수요/공급 카테고리에는 용수소비량, 지능형 분배네트워크, ICT기반 상수도관리 등 지능형 물 공급을 위한 핵심성과지표가 대부분을 차지한다. 스마트미터링관련 핵심성과지표가 8개가 제시된 것은 ICT기반 인프라를 활용하여 기존 도시에서 제공하지 않는 자동화된 요금관리와 사용량 관리를 통해 효율적인 용수공급을 고려하고 있다는 것을 확인 할 수 있다. 또한, 기존 물관리는 취수원관점으로 접근을 했지만 스마트시티에서는 취수원이 아닌 도시내 안정적인 용수공급에 초점이 맞추어져 있다고 판단할 수 있다.

이에 본 연구에서는 물 분야의 전체적인 핵심성과지표 제시가 아닌 도시내 지속가능하고 안정적인 용수공급에 초점을 맞추어 스마트워터그리드를 기본으로 하는 공간범위에 대한 평가가 가능한 핵심성과지표 제시가 필요할 것으로 판단된다.

3. 스마트워터그리드 구성요소

3.1 스마트워터그리드 정의

스마트워터그리드는 기존 물관리 시스템에 첨단 정보통신기술을 융합한 실시간 지능형 물생산, 배분, 관리 및 소비자와 정보를 공유하는 통합 물관리 서비스를 의미하는 것으로, 최근 이슈가 되고 있는 4차산업혁명(IoT/CPS/인공지능 기반의 지능정보기술의 혁명) 기반하에 행동결정지원이 가능한 지식정보기반의 물정보서비스 제공체계를 구축하는 것을 의미한다. Fig. 3은 이러한 스마트워터그리드를 개념적으로 정리, 제시한 것이다.

Fig. 3.

Definition of Smart water grid

3.2 스마트워터그리드 구현을 위한 요소기술 구성

3.2.1 스마트워터서비스의 구성

스마트워터그리드 구현을 위해서는 취수원부터 정수장과 배수지를 거쳐 수용가까지의 일련의 상수정보를 실시간으로 모니터링함으로써 상수도의 생산, 공급은 물론 시설관리까지 일련의 물공급 서비스가 이루어져야 한다. 본 연구에서는 스마트워터그리드 구현을 위한 지능형 물관리체계(Smart Water Management System)를 위해 필요한 요소기술의 구성을 Fig. 4에서와 같이 스마트워터서비스(SWS)를 통해 제시하고자 하였다.

Fig. 4.

Conception of Smart Water Grid

스마트워터서비스(SWS)는 기존의 상수도 시설인프라 기반에 ICT 기술을 접목한 센서모니터링을 통해 데이터를 취득하고, 취득된 데이터를 활용한 물관리 운영솔루션을 통해 구현된다. 스마트워터서비스(SWS)는 ‘생산공급관리(Water supply management)’, ‘분배운영관리(Water distribution management)’, ‘수용가관리(Customer service management)’로 구분하여 제시할 수 있다. 생산공급관리서비스는 데이터분석 및 모델링을 통한 수요예측 기능과 펌프운전계획 및 최적화 운영을 위한 생산계획 수립 기능으로 구성된다. 분배운영관리서비스는 관망모델링, 수충격해석 등 관망해석 기능과 단수, 급수불량, 누수감시 등 블록관리 기능으로 구성된다. 마지막 수용가관리서비스는 디지털 수도미터 및 AMI 네트워크를 이용한 원격검침서비스와 수도사용량, 수도요금, 우리집 수도수질 등 물정보공유서비스로 구성된다. Table 2는 스마트워터서비스(SWS)를 구현하기 위한 세부기능과 그 내용을 정리, 제시한 것이다.

Table 2. Configuration of Smart Water Grid

3.2.2 스마트워터서비스 구현을 위한 요소기술의 구성

스마트워터서비스(SWS)를 구성하는 주요기능들은 스마트워터그리드 구성기술들의 조합으로 구현이 된다. 본 연구에서는 이러한 요소기술들을 솔루션(Solution)으로 정의하고, Fig. 5와 같이 스마트워터그리드 구현을 위한 스마트워터서비스(SWS) 요소기술(Solution)을 제시하였다.

Fig. 5.

Configuration of Smart Water Service Solution

스마트워터서비스(SWS)의 9개 주요기능(Function)들은 Fig. 6에서 제시한 바와 같이 각 요소기술(Solution)들의 조합을 통해 최적의 기능구현 환경을 조성하게 된다. 향후 스마트워터서비스(SWS)의 새로운 기능요구가 발생한다 하더라도 제시된 요소기술들간의 조합을 통해 서비스의 구성은 가능하다.

Fig. 6.

Combination of solutions for implementing smart water service functions

4. 스마트워터그리드 성과평가지표

4.1 성과평가지표의 개념

성과평가지표(KPI, Key Performance Index)란 조직의 임무, 전략목표, 성과목표의 달성여부를 측정하는 척도로서 성과를 측정할 수 있도록 계량적 혹은 질적으로 나타낸 것을 말한다. 성과지표에 의해 객관적이고 정확하게 성과의 달성수준을 측정할 수 없는 경우에는 성과관리의 목적을 달성할 수 없기 때문에 성과지표는 성과관리의 가장 중요한 요소가 된다(Park, 2004).

성과평가지표(KPI)는 Fig. 7에서와 같이 지표의 속성을 기준으로 볼 때 투입지표, 과정지표, 산출지표, 결과지표로 나누어진다.

Fig. 7.

Concepts and Types of Key Performance Index (Park, 2004)

4.2 성과평가지표 구축을 위한 접근방법론

Deloitte(2005)는 가치흐름나무(VDT, Value Drive Tree)를 활용한 핵심성공요인(CSF, Critical Success Factor) 및 성과평가지표(KPI) 도출 Framework을 제시하였으며, 본 연구에서는 BSC 구축 방법론(Ko, 2006)에서 제시하고 있는 가치흐름나무(VDT)를 활용한 핵심성공요인(CSF) 및 성과평가지표(KPI) 도출 Framework을 이용하여 Fig. 8에서와 같이 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)를 도출하고자 하였다. 스마트워터그리드의 핵심성공요인(CSF) 도출에 앞서 본 연구에서는 지능형 물관리를 통해 구현되는 스마트워터그리드의 산출물(Output)에 대한 정의가 선행되어야 한다고 판단되어 스마트워터그리드의 산출물(Output)과 성과(Outcome)에 대한 정의를 Fig. 9에서 제시하고 있는 로직모델 구성요소의 틀을 기준으로 분석하였다. 스마트워터그리드의 최종목표인 물관리 효율화를 이슈로 이를 위해 투입되어야 하는 인프라를 기존 상수도 시설인프라와 ICT로 정의하고, 이를 이용한 활동을 지능형물관리(SWM)으로 정의하였다. 지능형 물관리를 통해 도출되는 산출물을 스마트워터서비스(SWS)로, 지능형 물관리의 성과목록은 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)로 정의하였다.

Fig. 8.

Applying Performance Indicator Properties for SWG KPI Configuration

Fig. 9.

Flow chart of SWG KPI

4.3 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)

4.3.1 평가지표 도출방안 및 구성

스마트워터서비스 요소기술과 핵심성공요소(CSF)-핵심성과지표(KPI) 도출 프레임워크를 활용한 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI) 도출과정은 Fig. 9의 연구수행체계를 통해 수행하였다.

성과지표 도출방법론 적용에 있어서의 사전정의를 바탕으로 본 연구에서는 Fig. 9의 방법론 적용을 통해 Fig. 10과 같이 스마트워터서비스를 구현하기 위한 주요기능(Functions) 및 요소기술(Solutions) 도출을 통해 핵심성공요인(CSF)을 제시하고, 이를 판단하기 위한 근거를 제시함으로써 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)를 도출하는 방식을 제시, 적용하였다.

Fig. 10.

SWG KPI Derivation Methodology Based on CSF-KPI Framework Using VDT

성과지표 구축을 위한 접근방법론에서 제시한 바와 같이 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI) 도출의 선행과제인 핵심성공요인(CSF)의 도출은 Fig. 11과 같이 스마트워터서비스(SWS) 구현에 필요한 요소기술(Solution)의 조합을 통해 구현되는 인자들로 구성, 제시하였다.

Fig. 11.

Key Success Factors (CSF) Linkage with Smart Water Service Element Technology

4.3.2 핵심성과지표 개발

Fig. 11의 핵심성공요인(CSF)을 통해 스마트워터그리드의 성공여부를 판단하기 위해서는 어떠한 기준이 필요하며, 그 기준의 정량화 제시가 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI) 개발의 마지막 단계이다.

Fig. 12와 Table 3은 핵심성공요소(CSF)를 판단할 수 있는 근거를 통해 개발된 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)를 제시하고 있다.

Fig. 12.

Development of Smart Water Grid Key Performance Index

Table 3. Key Performance Index of Smart Water Grid Based on Key Success Factors

5. 스마트워터그리드 성과평가 가이드라인

5.1 스마트워터그리드 성과평가카드(Challenge evaluation Card)

4절에서 제시된 스마트워터그리드 평가지표(SWG Index)를 이용하여 도시의 스마트워터그리드 성과평가를 수행하기 위한 단계별 수행 가이드를 Fig. 13과 같이 제시하였다.

Fig. 13.

Smart Water Grid Performance Evaluation Guide

스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)는 9개의 스마트워터서비스(SWS)별 주요기능(Function)과의 연계성을 고려한 가중치(Weight)를 부여한 스마트워터그리드 성과평가 매트릭스(matrix)를 구성하여 성과평가카드(Challenge evaluation card)를 작성하게 되는데, Fig. 14의 성과평가카드는 제시된 총 35개의 스마트워터그리드 평가지표(SWG Index)에 대한 목표치(Target)을 기준으로 해당 도시의 달성도를 입력하게 되면, 스마트워터서비스 9개의 주요기능 중 관계된 기능에 대해 적용된 가중치값에 의해 점수로 환산이 된다. 총 35점 만점의 점수카드는 35개의 스마트워터그리드 평가지표(SWG Index)별 가중치 부여로 인해 100점으로 환산되도록 구성하였으며 이를 통해 총점 100점의 성과평가카드가 구성이 된다. 스마트워터그리드 성과평가카드를 통해 도출된 평가점수는 등급(1~5등급)으로 구분, 1등급(91~100), 2등급(71~90), 3등급(51~70), 4등급(31~50), 5등급(0~30)으로 구분, 제시하였다. 평가대상 도시는 제시된 스마트워터그리드 성과평가카드를 통해 자체평가를 수행할 수 있을뿐만 아니라 스마트워터그리드를 계획중인 도시에서는 스마트워터그리드 설계방향을 결정하는데에도 활용할 수 있도록 구성하였다.

Fig. 14.

SWG Challenge Evaluation Card

5.2 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI) 작성

현재 국내에는 세종시를 스마트시티 시범도시로 선정, 개발단계에 있는 바 본 연구에서는 대상 도시들이 좀 더 용이하게 스마트워터그리드에 대한 성과평가를 수행할 수 있도록 Fig. 15에서와 같이 성과평가지표(SWG KPI)를 분류, 제시하였다.

제시된 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)는 스마트워터서비스의 주요기능 9개와 물이용의 지속가능성을 판단할 수 있는 지표 1개를 포함한 총 10개의 핵심성과지표로 구성한 것이다.

10개의 주요기능을 통해 구현되는 스마트워터서비스의 성과를 판단하는 근거를 제시함으로써 목표치에 대한 평가도시의 달성치를 입력하면 되도록 구성하였으며, 각 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)의 작성 가이드를 Fig. 16과 같이 제시하였다.

Fig. 15.

Write of SWG KPI

Fig. 16에서와 같이 각 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)별 달성도를 입력하면 1단계 점수(Score)가 산정되고, 여기에 평가도시에서 주안점을 두고 있는 스마트워터서비스에 대한 도시가중치(City Impact)를 입력하면 2단계 점수가 산정되어 최종점수(Result)가 산정되도록 성과평가카드가 구성된다.

Fig. 16.

Challenge evaluation card using Smart Water Grid Key Performance Index

6. 결 론

본 연구에서는 스마트워터그리드의 목표측정과 달성정도 평가가 가능하고, 향후 스마트워터그리드 구축을 위한 이행계획에 근거로 활용할 수 있는 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)를 개발하였다. 또한 스마트워터서비스별로 제시된 9개의 주요기능과의 연계성을 고려한 가중치 부여 매트릭스를 통해 스마트워터그리드 성과평가카드를 작성하였으며, 도시의 스마트워터그리드 성과달성도를 평가할 수 있는 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)를 통해 스마트워터그리드 성과평가 가이드를 제시하였다.

스마트시티 구현을 위한 요소기술 중 ‘Smart Water’를 중심으로 다루었으며, 지식정보기반의 서비스가 가능한 스마트워터 서비스 솔루션 구성요소에 대한 연구를 수행하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. 스마트워터서비스(SWS, Smart Water Service)를 구현하기 위해서는 수요예측을 통해 생산계획을 수립하는 ①수요관리서비스와 효율적인 상수도 시설운영을 위한 관망해석, 블록관리 등 ②공급관리서비스, 취수장, 정수장, 배수지, 수용가 등의 모니터링 및 제어를 위한 ③시설관리 서비스를 기반으로 서비스체계가 이루어져야 한다.

2. 지능형 물관리체계(SWM, Smart Water Management)를 구축, 운영하기 위해서는 ‘Sensor Domain’, ‘Network Domain’, ‘Service Domain’, ‘City Management Domain’ 등 4개의 물리적 그룹이 구성되어야 하며, 스마트시티 플랫폼(운영+서비스) 기반하에서 기능을 구현하게 된다.

개발된 스마트워터그리드 성과평가카드를 통해 지속적인 스마트워터그리드의 역량평가를 수행할 수 있는 기반을 마련하고, 평가결과로 인한 영향력 확보를 통해 스마트워터그리드 성과평가지표(SWG KPI)의 신뢰도를 향상시키고, 스마트워터그리드 역량평가를 위한 평가 가이드를 제공함으로써 스마트시티내 스마트워터그리드 계획단계의 사전평가에 활용할 수 있을 것으로 판단되며, 스마트워터그리드의 역량평가를 수행할 수 있는 기초를 마련하여, 국내외 스마트워터그리드에 대한 평가 및 정책 개선에 활용 가능할 것으로 기대된다.