다학제 스프레드시트 모델 분석 및 최적화 방법론

초록

본 논문은 복잡한 다학제 엔지니어링 모델을 스프레드시트 형태로 구현한 경우, 모델 슬라이스 추출·시각화·민감도 분석을 통해 구조와 위험을 파악하고 설계 최적화를 지원하는 방법론과 툴킷을 제시한다. 도시 마스터플랜 지속가능성 평가에 쓰이는 IRM 모델을 사례로 적용해 모델 진화 과정에서 얻은 인사이트를 보고한다.

상세 분석

이 연구는 스프레드시트 기반 다학제 모델이 갖는 고유의 문제—셀 간 복잡한 의존성, 비전문가에 의한 수정 위험, 버전 관리 어려움—을 해결하기 위한 체계적인 분석 프레임워크를 제안한다. 핵심 절차는 (1) 관심 출력값 정의, (2) 해당 출력에 직접·간접적으로 기여하는 셀 집합을 역추적해 ‘모델 슬라이스’를 생성, (3) 슬라이스를 그래프 형태로 시각화해 데이터 흐름과 학문 간 인터페이스를 명확히 함, (4) 각 셀·시트 수준에서 복잡도, 연결성, 재사용성 등을 정량화하는 메트릭을 계산, (5) 전역·지역 민감도 분석을 수행해 변수 변화가 출력에 미치는 영향을 정량화한다. 특히, 학문 간 경계(예: 에너지·수자원·교통)의 연결 강도를 메트릭화함으로써 ‘멀티디서플린 인터페이스 위험’ 을 식별한다. 툴킷은 VBA/파이썬 기반 자동화 스크립트와 시각화 모듈을 포함해, 사용자가 최소한의 수작업으로 전체 프로세스를 실행하도록 설계되었다. 사례 연구에서는 영국의 IRM 모델 3세대를 대상으로 적용했으며, 세대 간 셀 수·연결 밀도·민감도 분포가 어떻게 변했는지를 정량적으로 보여준다. 결과적으로 최신 버전에서는 불필요한 중복 셀 12 %가 제거되고, 핵심 민감도 변수가 5개에서 3개로 축소돼 최적화 탐색 공간이 크게 감소했다. 또한, 인터페이스 위험이 높은 영역(에너지‑수자원 연계)에서 사전 검증 절차를 도입함으로써 설계 오류 발생 가능성을 30 % 이상 낮출 수 있었다. 이와 같이 모델 슬라이스와 메트릭 기반 분석은 복잡한 스프레드시트 모델의 가시성을 높이고, 설계·운영 단계에서 의사결정 지원을 강화한다.