Heute leben 4,2 Milliarden Menschen in städtischen Gebieten. Im Jahr 2050 werden es 6,7 Milliarden Menschen sein.1 Im Bestreben, diesem laufenden Wachstum gerecht zu werden, vollziehen Städte wie Göteborg einen schnellen Wandel, um Wohnraum und Infrastruktur bereitzustellen. Gleichzeitig müssen sie sich auch mit immateriellen Zielen befassen: Wirtschaftswachstum, Sicherheit und ihre allgemeine Widerstandsfähigkeit, insbesondere in Anbetracht der zusätzlichen Herausforderungen bei der Bewältigung der Auswirkungen der globalen Pandemie.
Viele Städte wie Göteborg und Stockholm sind proaktiv und investieren in eine widerstandsfähige Zukunft, indem sie sich vielen der Ziele für eine nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen verschreiben, die von sicherem Zugang zu Wasser, Sanitäranlagen und Energie bis hin zum Klimawandel und seinen Auswirkungen reichen. Unterstützt durch den rasanten Aufschwung von Technologien, wie z. B. Sensoren, entwickeln sie innovative Lösungen für alle Stadtsysteme, einschließlich Planung, intelligentem Transport und Versorgungsnutzung. Tatsächlich wird der Markt für Smart Cities Initiativen bis 2025 auf fast 821 Mrd. USD anwachsen.²
Bis dahin erfassen Städte elektronische Daten in noch nie dagewesenen Mengen. Sie haben jedoch weiterhin Schwierigkeiten, diese Daten zur Unterstützung der Entscheidungsfindung zu nutzen, was zum Teil auf einen Mangel an digitaler Technologie zur Verbesserung ihrer Geschäftsprozesse zurückzuführen ist. Die Umstellung auf die Digitalisierung stellt für Städte eine echte Chance dar, ihre Arbeitsweise zu verändern, indem sie ihre Daten effektiver nutzen. Sie birgt jedoch auch Risiken. Wenn sie keine Möglichkeit haben, ihre Daten effektiv zu nutzen, um echte Probleme anzugehen, könnten Städte in Daten ertrinken, während sie gleichzeitig nach Erkenntnissen dürsten.
Ein Trend, der sich abzeichnet, ist der zunehmende Einsatz von digitalen Zwillingen, um Städte in die Lage zu versetzen, diesen Herausforderungen zu begegnen. Digitale Zwillinge definieren neu, wie Städte ihre Infrastruktur planen und verwalten und wie sie mit Anlagen- und Gebäudeeigentümern, anderen Behörden, Entwicklern und der Öffentlichkeit zusammenarbeiten und interagieren. Digitale Zwillinge bieten neue Möglichkeiten zur effizienten Planung und Visualisierung von Plänen und Projekten auf Campus- und Stadtebene, zur Optimierung der Mobilität von Menschen und Verkehrsmitteln, zur Entwicklung einer Strategie für den Hochwasserschutz, zur Verwaltung öffentlicher Bauprojekte und zur Unterstützung von Initiativen, die eine hohe Lebensqualität für die Bewohner:innen bieten.
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsfällen für digitale Zwillinge von Städten, die als digitales Abbild der Infrastruktur und Systeme der Stadt dienen, um eine ganzheitlichere Sicht und ein besseres Verständnis der oft isolierten Datenbestände zu ermöglichen, die Städte in zunehmendem Maße erfassen.
Ein Anwendungsfall ist die dynamische Neuzuweisung von Flächen in bestehenden Büros und öffentlichen Bereichen, um die Belegung besser zu verstehen und die Planung zu unterstützen, wie z. B. zur Einhaltung von Abstandsregelungen. Robuste „Was-wäre-wenn“-Szenarien ermöglichen Städten eine effektivere Umverteilung von Räumen und eine flexiblere Anpassung an veränderte Bedürfnisse.
Ein weiterer gängiger Anwendungsfall ist die Visualisierung und Simulation der Ressourcenleistung, wie z. B. die Verwendung eines digitalen Zwillings, um die Ziele für eine nachhaltige Entwicklung im Zusammenhang mit der CO2-Reduktion besser zu verstehen und zu erreichen. Mit einem digitalen Zwilling können Städte ihre Gebäudeautomatisierungs-Managementsysteme erweitern, um automatisch und kontinuierlich den Energie-, Wasser- und Abwasserverbrauch von städtischen Gebäuden zu überwachen. Da sie einen klaren Blick auf aktuelle Leistungsdaten vermitteln, helfen digitale Zwillinge Städten dabei, ihre betriebliche und ökologische Effizienz schrittweise zu steigern.
Eine existenzielle Bedrohung für viele Städte ist die Zunahme von hydro-meteorologischen Extremereignissen, wie z. B. große Überschwemmungen durch Stürme und/oder steigende Meeresspiegel. Städte müssen das Risiko größerer Schäden an der Infrastruktur, die Auswirkungen auf die menschliche Sicherheit und die wirtschaftlichen Folgen zuverlässig abschätzen. Digitale Zwillinge ermöglichen es Städten, Risiken und Analyseergebnisse für alle an der Hochwasservorsorge, -bekämpfung, -wiederherstellung und -minderung beteiligten Stellen genau zu visualisieren. Anhand der so gewonnenen Erkenntnisse können Städte vorausahnen, wo die Überschwemmungsgefahr am größten ist, damit sie die Bevölkerung frühzeitig davor warnen können.
Die öffentliche Beleuchtung spielt in Städten eine zentrale Rolle. In vielen Städten ist die Lichtinfrastruktur veraltet und kann bis zu 40 % des Energiekostenbudgets in Anspruch nehmen. Durch den Wechsel zu einem digitalen Zwilling haben Städte viele Möglichkeiten, ihre Beleuchtungsinfrastruktur besser zu verwalten. So kann die Modellierung beispielsweise den Umstieg auf LEDs, die bis zu 50 % der Energiekosten einsparen können, oder auf solarbetriebene Beleuchtung erleichtern.
Schauen wir uns zwei Beispiele dafür an, wie Städte die Leistungsfähigkeit digitaler Zwillinge bereits heute nutzen.
Digitaler Zwilling der Stadt Göteborg
Die Stadt Göteborg ist die zweitgrößte Stadt Schwedens mit etwa 1 Million Einwohner:innen im Großraum. Sie zeichnet sich durch ein großes Wachstum aus. Derzeit gibt es Pläne, bis zum Jahr 2035 150.000 neue Einwohner:innen und 80.000 neue Wohnungen und Büros unterzubringen. Eine klare Kommunikation und die frühzeitige Einbindung der Bürger:innen in die Planungsphasen sind entscheidende Komponenten dieses Projekts, um Missverständnisse und formale Beschwerden zu vermeiden, die die Stadtplanung verzögern könnten. Angesichts des ehrgeizigen Plans ist das Anziehen von Anlegern in der Region ebenfalls eine Schlüsselkomponente der Strategie.
Die Stadt erkannte früh, dass der Einsatz eines digitalen Zwillings zur Einbindung der Einwohner in den Planungsprozess sehr wichtig war. Mit ContextCapture wurde ein komplettes 3D-Modell des Stadtgebiets erstellt, das als Visualisierungsgrundlage für die Stadtplanung dient. OpenCities Planner fungiert als Simulations- und Dialogplattform für Online-, Mobile- und Showroom-übergreifende 3D-Projektvisualisierungen sowohl für die Einwohner:innen Göteborgs als auch für Projektbeteiligte. OpenCities Planner wird auch bei Veranstaltungen wie der MIPIM verwendet, um potenziellen Investoren die Vision von „Göteborg 2035“ zu vermitteln.
Göteborg erreichte im globalen Ranking der Smart Cities 2019 des Future Today Institute den zweiten Platz.³ Zu den Kriterien für eine Smart City zählen Nachhaltigkeit, langfristige Stadtplanung und zugängliche Regierungsdaten, die allen offen stehen. Die starke und klare Online-Präsenz bezieht neue Demografien in das Gespräch ein. Jüngere Leute werden involviert und ihre Stimmen werden gehört. Das Alter der Personen, die Vorschläge einreichen und sich an der Diskussion beteiligen, liegt zwischen 18 und 78 Jahren, was die Demografie im Vergleich zu traditionellen Methoden deutlich erweitert. Einige Projekte, wie z. B. „Västlänken“, ein Tunnelprojekt im Zentrum Göteborgs, verzeichnen Abertausende von Besucher:innen, die zu einer lebhaften Online-Diskussion beitragen. Als nächsten Schritt hat Göteborg beschlossen, das Modell in ContextCapture als offene Daten zur Verfügung zu stellen, um die Entwicklung von Smart City Anwendungen und die Demokratisierung der Stadtdaten weiter zu fördern.
Zur Erstellung des digitalen Zwillings wurde ein stadtweites 3D-Realitätsraster mit ContextCapture generiert, das einen realen digitalen Kontext liefert. Anschließend wurde OpenCities Planner für die Erstellung und die Freigabe von Stadtplanungsprojekten in 3D verwendet, die online und auf mobilen Geräte gestreamt werden. Offline wurde OpenCities Planner für Showrooms und Ausstellungen eingesetzt.
Digitaler Zwilling der Stadt Stockholm
Die Stadt Stockholm ist die Hauptstadt und größte Stadt Schwedens mit fast 2 Millionen Einwohner:innen im Großraum. Sie zeichnet sich durch ein großes Wachstum aus. Derzeit gibt es Pläne, bis zum Jahr 2030 140.000 neue Wohnungen zu bauen, um die hohe Nachfrage zu decken. Eine klare Kommunikation und die frühzeitige Einbeziehung von Bürger:innen in die Planungsphasen sind entscheidend, um Missverständnisse und formelle Beschwerden zu vermeiden, die die Stadtplanung verzögern könnten. Angesichts des ehrgeizigen Plans ist das Anziehen von Anlegern in der Region ebenfalls eine Schlüsselkomponente der Strategie.
Stockholm erkannte schnell den Wert von 3D-Visualisierung, um die Bewohner:innen von Anfang an in den Planungsprozess einzubeziehen. Mit ContextCapture wurde ein fotorealistisches 3D-Modell der Metropolregion erstellt, das etwa 500 Quadratkilometer umfasste und als Visualisierungsgrundlage für die Stadtplanung dient. OpenCities Planner fungiert als Visualisierungs- und Dialogplattform für Online-, Mobil- und Showroom-Plattformen und stellt die 3D-Projektvisualisierungen sowohl den Bewohner:innen von Stockholm als auch Projektbeteiligten zur Verfügung. Zudem wird OpenCities Planner bei Immobilienveranstaltungen und Ausstellungen zu Werbezwecken verwendet, um Interessierte über die Entwicklungsprojekte in Stockholm zu informieren. Stockholm arbeitet derzeit an einem digitalen Zwilling – einem vollständig aktualisierten und semantisch reichhaltigen 3D-Stadtmodell, das noch leistungsfähigere Visualisierungen sowie Analysen und Simulationen ermöglichen wird.
Stockholm treibt seine Digitalisierung aktiv voran, um sich zu einer intelligenteren Stadt zu entwickeln. Es wurden gleich mehrere Initiativen umgesetzt, die dieses Ziel erreichen sollen. Transparenz und Offenheit stehen dabei im Vordergrund. Stockholm bemüht sich, mit seinen Bürger:innen zu interagieren und diese stärker in die Stadtplanung einzubeziehen. Das Ausstellungsgelände „Stockholmsrummet“ ist der Showroom für die Stadtplanung im Herzen der Stadt. Dieser Raum ist öffentlich zugänglich und zieht jährlich Tausende von Besucher:innen an. Stockholmsrummet zeigt eine 3D-Präsentation, die einen visuellen Kontext zum Entwicklungsplan liefert. Es werden mehrere webbasierte und mobile Dialogprojekte umgesetzt, um Kommentare zu sammeln und Rückmeldungen aus der Öffentlichkeit zu erfassen, was die Reichweite des Dialogs und der Kommunikation deutlich erhöht.
Zur Erstellung eines 3D-Stadtmodells für das Projekt wurde ein stadtweites 3D-Realitätsraster mit ContextCapture generiert, das einen realen digitalen Kontext liefert. OpenCities Planner wurde verwendet, um 3D-Modelle, Textbeschreibungen und Illustrationen von Stadtplanungsprojekten zu entwickeln. Diese Szenen wurden online und auf mobilen Geräten bereitgestellt. Die Offline-Konfiguration von OpenCities Planner wird in Showrooms und Ausstellungen eingesetzt, um die Kommunikation mit den Bürger:innen zu verbessern.
Es ist offensichtlich, dass Städte wie Stockholm und Göteborg die Leistungsfähigkeit von digitalen Zwillingen nutzen, um die wirtschaftliche Entwicklung, die Interaktion mit den Bürger:innen und eine verbesserte Projektplanung als praktische erste Schritte beim Aufbau und der Nutzung des Potenzials von digitalen Zwillingen zu unterstützen. Die wahre Leistungsfähigkeit digitaler Zwillinge besteht darin, dass sie Städte in die Lage versetzen, die ständig wachsenden und oft unzusammenhängenden Daten über ihre Städte zu nutzen, um die Geschwindigkeit und Qualität ihrer Entscheidungen zu verbessern und anspruchsvolle Herausforderungen zu meistern.
Autor
David Huie, Senior Product Marketing Manager, Modeling and Visualization, Bentley Systems
Quellen
¹ Vereinte Nationen World Urbanization Prospects, 2018
² Research and Markets, September 2020
³ Future Today Institute, 2019
