Einordnung des Begriffs digitaler Zwilling und Stand der Entwicklung

Der Begriff urbaner digitaler Zwilling (UDZ)

Digitale Zwillinge kommen ursprünglich aus der Raumfahrt sowie aus der Industrie 4.0. Das Konzept des Digitalen Zwillings wurde bereits bei der Apollo 13-Krise („Houston, wir haben ein Problem”) geboren. Die NASA nutzte seinerzeit identische Simulatoren am Boden, um Überlebensstrategien der Astronauten im All vorab exakt zu testen – damals noch analog, heute rein digital.

In unserem Bereich sowie im Smart City-Kontext ist es als Instrument zur ganzheitlich digitalen Abbildung von Städten und Regionen zu verstehen. Im Vordergrund steht die Frage, wie sich komplexe kommunale Herausforderungen mithilfe solcher Modelle (Analysen, Simulationen und Szenarien) besser darstellen und kommunizieren lassen.

Hype-Zyklus: zwischen Tal der Enttäuschung und Pfad der Erleuchtung

Die Entwicklung digitaler Zwillinge bewegt sich derzeit zwischen dem Tal der Enttäuschung und dem „Pfad der Erleuchtung”. Diese Einordnung trägt der Tatsache Rechnung, dass digitale Zwillinge in der Praxis zwischen überzogenen Erwartungen und ersten verlässlichen Erkenntnissen pendeln. Verschiedene Bundesländer befinden sich in unterschiedlichen Phasen des Aufbaus: Bremen, Hamburg, Saarland, Sachsen und Nordrhein-Westfalen sind bereits aktiv tätig, weitere Länder ziehen nach. Auch viele Kommunen sind stark eingebunden.

UDZ – Ausgewählte Initiativen und aktuelle Umsetzungspraxis

Im Zuge des Bundesförderprogramms MPSC werden derzeit in über 30 der insgesamt 73 geförderten Kommunen UDZ aufgebaut. Sie erweisen sich dabei zunehmend als Treiber der digitalen Entwicklung in den Kommunen. Das derzeit bekannteste Förderprojekt bildet die Kooperationsinitiative „Connected Urban Twins (CUT)” der Städte Hamburg, Leipzig und München. Daraus entstanden ist auch die DIN SPEC 91607 „Digitaler Zwilling für Städte und Kommunen”.

In einer einschlägigen Studie sind kürzlich 60 digitale Zwillinge analysiert worden. Demzufolge sind die Entwicklungen höchst unterschiedlich. Zudem besteht insgesamt kein einheitliches Funktionsverständnis. Zu verzeichnen sind unterschiedliche fachliche Entwicklungen mit hoher Spannbreite: Von umfassenden urbanen Plattformen über spezialisierte Anwendungen bis hin zu föderalen Initiativen, die Grundlagen für Standards und Skalierung schaffen. Die Auswertung der Anwendungsfelder verdeutlicht klare Schwerpunkte:

• Über 80 % der Zwillinge adressieren Energie & Umwelt und Infrastruktur
• Ca. 60 % befassen sich mit Mobilität oder Stadtentwicklung
• Ca. 15 % integriert Bürgerbeteiligung & Transparenz
• Ca. 15 % Krisen- und Risikomanagement
• Anwendungen in Wirtschaft, Gesundheit oder Bildung & Kultur bleiben Ausnahmefälle

Fazit: UDZ ermöglichen eine sehr gute Abbildung räumlicher und technischer Entwicklungen. Aktuell werden primär operative, weniger strategische Steuerungsaufgaben unterstützt. Wichtige Aspekte bilden dabei die Verknüpfung räumlicher Zwillinge mit statistischen, systemischen Modellen. Demgegenüber sind bisher kaum Daten zu wirtschaftlichen und sozialen sowie innovationsbezogenen Prozessen integriert.

Linkliste für Anhang

• Kommunen: Kreis Lippe, Stadt Essen
• Bundesländer: Sachsen, NRW in 3D, Saarland 3D

Pragmatische Lösungen für kommunale Herausforderungen

Aus Sicht der Kommunen sind digitale Zwillinge dann sinnvoll, wenn sie pragmatische Antworten auf akute kommunale Probleme geben. Fünf zentrale Bedarfsfelder, die das politische Versprechen digitaler Zwillinge konkretisieren:

Verlässliche, objektive Entscheidungsgrundlagen

Politische und administrative Entscheidungen sollen sich auf belastbare, datenbasierte Grundlagen, Analysen und zunehmend auch auf Simulationsmodelle stützen können – unabhängig von Einzelinteressen und tagespolitischen Stimmungen.

Frühwarnsysteme zum Krisenmanagement

Digitale Zwillinge erlauben es, kritische Entwicklungen frühzeitig zu erkennen – etwa bei Starkregen, Hitzewellen, Versorgungsengpässen oder hybriden Bedrohungen – und Schutzmaßnahmen rechtzeitig vorzubereiten. Ihre große Stärke liegt in der Fähigkeit, echtzeitbasiere Daten aufzubereiten und ein umfassendes Lagebild zu erhalten sowie präventive Maßnahmen des Bevölkerungsschutzes zu planen.

Zeitsparende Arbeitsinstrumente

Planungs- und Genehmigungsprozesse können durch digitale Zwillinge wesentlich beschleunigt werden. Komplexe Abwägungen, die heute manuell erfolgen, lassen sich in digitalen Modellen vorbereiten und parallelisieren. UDZ leisten damit einen wesentlichen Beitrag zur prozessgesteuerten Verwaltungsmodernisierung.

Visualisierungen komplexer Zusammenhänge

Politische Gremien, Verwaltungsführung und Öffentlichkeit profitieren von anschaulichen Visualisierungen, die abstrakte Sachverhalte – Mobilitätsströme, Energieflüsse, Klimaeffekte – verständlich machen. Politische Entscheidungsprozesse werden durch ZDF (Zahlen, Daten, Fakten) erheblich objektiviert und tragen somit zur Versachlichung der Debatten bei.

Verstärktes kommunales Digitalmarketing

Digitale Zwillinge sind zugleich Instrumente des Eigenmarketings der Verwaltung. Sie zeigen, was eine Kommune leistet, wo Herausforderungen auch für die Verwaltungsmodernisierung liegen und welche Investitionen ihre Wirkung entfalten.

Dr.-Ing. Stefan Ostrau (Kreis Lippe), Workshop-Leiter „Digitale Zwillinge“