스마트시티 인프라의 지속가능성 평가체계 설계 : CLEARS 프레임워크의 구축과 실증

국문 초록 (Abstract)

스마트시티에서 ICT는 자연자본과 물리적 인프라 위에 구축되므로, 하드 인프라 투자 타당성 평가는 스마트시티 정책의 핵심 선행조건이다. 그러나 기존 비용편익분석(CBA)은 비시장가치 누락(A-1), 고정 할인율로 인한 장기 가치 왜곡(A-2), 분석가 주관성(B-1), 간접 파급효과 미반영(B-2) 등 구조적 병목을 가진다. 이 한계는 Anthopoulos의 5계층 모델에서 자연자본(1계층)과 하드 인프라(2계층)가 상호작용하는 접점에서 특히 심각하게 나타나며, 자연자본 훼손의 외부효과와 장기편익이 시장가격에 포착되지 않아 과소평가가 구조적으로 발생한다.
본 연구는 이를 해결하기 위해 CLEARS(Comprehensive Layer-linked Evaluation with Accountability for Environment–Economy, Resilience and Sustainability) 프레임워크를 제안한다. CLEARS는 5개 모듈로 구성된다. PI(Payoff Identification)는 상호배타적·전체포괄적 분류 원칙(MECE)에 기반해 편익을 체계적으로 식별·분류하고, NV(Non-market Valuation)는 환경·사회 비시장가치를 정량 반영한다. DR(Dynamic Discount Rate)는 편익 유형·기간 특성을 고려한 동적·차등 할인율을 적용하여 장기 편익의 과소평가를 완화하며, IV(Impact Vector)는 계층 간 파급효과를 분석하여 참고지표로 제시한다. GM(Gathering Module)은 모듈 간 중복 제거와 통합 지표 산출을 통해 평가 결과의 추적성과 재현가능성을 제고한다. Anthopoulos의 스마트시티 5계층 중 1–2계층 접점 사업을 대상으로 국내 예비타당성조사 15개 사례에 대해 기존 CBA(기준 시나리오, As-Is)와 CLEARS 적용(대안 시나리오, To-Be)을 비교하는 차이 분석과 주요 변수 민감도 분석을 수행하고, PI·DR 모듈의 효과를 중심으로 검증하며 NV·IV·GM을 통합 적용하였다.
CLEARS 적용 후 후생지표(PI+NV+DR 기반, IV 파급효과 미포함) 기준 B/C 수준의 산술평균은 1.08에서 1.23으로 증가하였고(수준 변화 +13.9%), 사례별 상대 변화율의 평균은 +7.9%였다(p<0.001). 이 두 값(+13.9%와 +7.9%)의 차이는 평균값 간 변화율과 변화율의 평균이라는 계산 방식 차이에 기인한다. NPV는 평균 1,450억 원에서 2,320억 원으로 60.0% 증가하였다. 특히 4개 환경 인프라 사례(장기 편익 비중이 큰 유형)에서 기존 "경제성 부족" 판단이 "경제성 확보"로 역전되었으며, 이는 비시장가치 복원(NV)과 장기 환경편익의 할인 왜곡 완화(DR)가 주요 요인으로 작용하였다. 또한 PI 적용으로 평균 5.2개의 추가 편익 항목(환경 2.5개, 사회 1.8개, 경제 0.9개)이 구조화되었고, IV 적용을 통해 직접효과 대비 평균 15.8% 수준의 간접 파급효과를 참고지표로 추가 산출하였다. 비시장가치는 평균 145.2억 원(총 편익의 12.3%)이 복원되었으며, 장기 환경 편익의 현재가치는 평균 81.0% 증가하였다(환경 인프라군의 50년 이상 장기 편익은 평균 195.2% 증가).
위 결과는 기존 CBA에서 누락되거나 할인 구조로 과소평가되던 비시장·장기 편익이 CLEARS 적용을 통해 가시화·정량화되어 의사결정에 반영될 수 있음을 시사한다. 특히 경제성 중심 평가에서 상대적으로 배제되던 환경적 지속가능성과 사회적 가치가 (데이터 가용 범위 내에서) 편익 항목 및 지표로 재구성되었다. 다만 본 연구는 편익 측면에 초점을 맞추워 CLEARS를 설계 및 검증하였으며, 비용 측면에서 (비시장비용, 장기비용)에 대한 동일 원리의 적용은 향후 과제로 남긴다. 본 연구는 스마트시티 인프라 사업의 지속가능성 평가체계와 실무 적용 프로토콜을 제시하며, 향후 비시장가치 데이터베이스 확충, 파급효과 정량화 고도화, 할인율 선택 가이드라인 정교화, 비용 측면으로의 확장 적용이 후속 과제로 요구된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 문제 1
• 1.1.1 글로벌국내 동향 개괄 1
• 1.1.2 스마트시티와 인프라의 구조 2
• 1.1.3 평가체계의 병목과 연구 필요성 4
• 1.1.4 CLEARS 프레임워크 제안 6
• 1.2 연구 목적 및 연구 질문 7
• 1.2.1 연구 목적 7
• 1.2.2 연구 질문 및 가설 7
• 1.3 연구 방법론과 절차 9
• 1.4 연구의 범위 및 제약 10
• 1.5 논문의 구성 11
• 2. 스마트시티 개발구조와 지속가능성 평가 12
• 2.1 스마트시티의 복잡한 구조와 다층적 특성 12
• 2.1.1 자연자본과 인간과의 관계: 도시의 기원 13
• 2.1.2 스마트시티의 동적 특성과 정의의 다양성 16
• 2.1.3 동적 스마트시티 분석을 위한 Anthopoulos 모델 19
• 2.1.4 1-2계층 접점에 대한 분석 초점 22
• 2.1.5 스마트시티와 지속가능성의 불가분적 관계 24
• 2.2 기존 평가체계의 구조와 한계 27
• 2.2.1 CBA의 제도적 발전과 '효율성' 패러다임의 고착화 27
• 2.2.2 CBA의 네 가지 핵심 문제점 34
• 2.2.3 기존 보완 접근의 최신 동향과 한계 47
• 2.2.4 공공부문의 역할과 책임 49
• 2.2.5 새로운 방향의 필요성 50
• 2.3 지속가능성 평가의 선행 연구 분석 52
• 2.3.1 생애주기 평가(LCA)와 생애주기 비용분석(LCC) 52
• 2.3.2 생태계 서비스 가치평가와 비시장가치 평가 방법론 54
• 2.3.3 사회적 할인율 논쟁과 동적 할인율 연구 58
• 2.3.4 다기준 의사결정 분석(MCDA)과 통합 평가 62
• 2.3.5 국내 실무 맥락에서의 선행 연구 및 방법론 검토 65
• 2.3.6 선행 연구 분석을 통한 CLEARS 프레임워크 개발 방향 66
• 2.4 지속가능성 평가의 이론적 기반 68
• 2.4.1 Anthopoulos 5계층 아키텍처 모델 70
• 2.4.2 트리플바텀라인(TBL) 이론 71
• 2.4.3 MECE 원칙과 체계적 분석 72
• 2.4.4 설계과학(Design Science) 이론 73
• 2.4.5 할인율 이론과 동적 할인율 체계 75
• 2.4.6 복잡계 이론과 시스템 사고 76
• 2.4.7 이론적 기반과 CLEARS 모듈의 연결성 79
• 2.5 CLEARS 프레임워크 도출 방향 82
• 2.5.1 2장 분석 결과의 종합: 평가체계 개선의 필요성 82
• 2.5.2 연구 질문과 연구 가설 재확인 84
• 2.5.3 이론적 기반 조합을 통한 CLEARS 도출 방향 86
• 2.5.4 평가체계와 패러다임 개선 방향성: CLEARS 프레임워크 설계의 필연성 91
• 3. CLEARS 프레임워크의 설계 및 구현 전략 96
• 3.1 CLEARS 프레임워크의 개요 및 도출 근거 96
• 3.1.1 평가 요구사항 도출 및 CLEARS의 정의 96
• 3.1.2 CLEARS 프레임워크의 설계 원칙 및 구조적 특징 103
• 3.2 연구 범위의 설정: 핵심 모듈 중심의 접근 111
• 3.3 PI (Payoff Identification) 모듈: TBL 기반 편익 도출 매트릭스 113
• 3.3.1 설계 목표 및 이론적 배경 113
• 3.3.2 편익 분류 체크리스트 구조 및 활용 방안 116
• 3.3.3 MECE 원칙 적용을 통한 편익 식별 절차 117
• 3.3.4 인프라 유형별 편익 식별 방법론 119
• 3.4 DR (Dynamic Rate) 모듈: TBL 연동형 할인율 규칙 124
• 3.4.1 사회적 할인율의 이론적 도출: 램지 공식(Ramsey Formula)의 적용 124
• 3.4.2 CLEARS 표준 할인율 가이드라인의 설정 126
• 3.4.3 인프라 유형별 차등 할인율 적용 방법론 128
• 3.4.4 DR 모듈의 작동 원리 및 계산 예시 130
• 3.5 프레임워크의 지원 모듈 및 통합 운영 체계 133
• 3.5.1 NV(Non-market Valuation) 모듈: 가치의 화폐화 133
• 3.5.2 IV(Impact Vector) 모듈: 파급효과 분석 134
• 3.5.3 GM(Gathering Module) 모듈: 결과 통합 136
• 3.5.4 모듈 간 연동 구조 및 데이터 흐름 137
• 3.6 CLEARS 프레임워크의 혁신성 및 의의 139
• 3.6.1 이론적 혁신성 140
• 3.6.2 실무적 혁신성 142
• 3.6.3 학문적 기여도 144
• 3.6.4 정책적 기여도 146
• 3.7 결론 및 시사점 148
• 4. CLEARS 프레임워크의 검증 150
• 4.1 연구 설계 및 방법론 153
• 4.1.1 연구 질문 및 가설 재확인 153
• 4.1.2 사례 선정 기준 및 방법 159
• 4.1.3 분석 방법론 166
• 4.2 사례별 분석 결과 제시 182
• 4.2.1 사례 1: 수도권 광역급행철도(GTX) 건설사업 186
• 4.2.2 사례 2: 영월~삼척 고속도로 신설사업 198
• 4.2.3 사례 3: 인천국제공항 3단계 확장 206
• 4.2.4 사례 4: 형산강 하천환경정비사업 214
• 4.2.5 사례 5: 새만금 풍력산업 클러스터 조성사업 222
• 4.2.6 사례 6: 인천~서울 지하고속도로 건설사업 231
• 4.2.7 사례 7: 대산-당진 고속도로 건설사업 238
• 4.2.8 사례 8: 공항철도 연계시설 확충사업 245
• 4.2.9 사례 9: 부산신항 남측컨테이너터미널 배후단지 조성사업 252
• 4.2.10 사례 10: 인천공항 자유무역지역 조성(2단계) 259
• 4.2.11 사례 11: 부산신항 웅동지구 배후부지 조성사업 266
• 4.2.12 사례 12: 국가하천 굴포천 하천정비사업 273
• 4.2.13 사례 13: 충주댐계통 광역상수도(Ⅲ단계) 281
• 4.2.14 사례 14: 준설폐기물 수거 겸용 다목적 대형방제선 건조사업 289
• 4.2.15 사례 15: 분뇨처리시설 설치사업 296
• 4.3 종합 분석 및 논의 304
• 4.3.1 사례별 분석 결과 종합 304
• 4.3.2 통계적 분석 결과 제시 309
• 4.3.3 연구 질문 및 가설에 대한 답변 312
• 4.3.4 민감도 분석 결과 해석 321
• 4.3.5 실증 분석 결과 요약 321
• 4.3.6 실증 분석의 한계 322
• 4.4 유형별 비교 및 소결 324
• 4.4.1 전체 사례(15건) 분석 결과 요약 324
• 4.4.2 유형별(Cluster) 비교 분석 328
• 4.4.3 연구 결과 요약 330
• 4.4.4 실증분석의 주요 기여 330
• 5. 연구 결과 종합 및 함의 333
• 5.1 연구 결과 종합 333
• 5.1.1 핵심 결과 요약 333
• 5.1.2 연구 질문 해소 결과 종합 334
• 5.1.3 연구 가설 검증 결과 종합 337
• 5.2 정책적실무적 함의 339
• 5.2.1 정책적 함의 339
• 5.2.2 실무적 함의 340
• 5.3 연구의 한계와 일반화 가능성 344
• 5.3.1 연구의 한계 344
• 5.3.2 일반화 가능성 348
• 5.4 소결 351
• 6. 결론 353
• 6.1 연구 요약 353
• 6.2 평가체계 연구로서의 독창성 355
• 6.2.1 편익 인식 설계 355
• 6.2.2 시간 구조 설계 356
• 6.2.3 계층 상호작용 설계 356
• 6.3 연구의 한계와 향후 과제 357
• 6.4 결론 358