24.12.2024

Digitaler Zwilling einer Stadt: Präzise Planung und Echtzeit-Optimierung urbaner Infrastruktur

Durch den digitalen Zwilling, der in Singapur realistische Simulationen von Gebäuden, Infrastruktur und Verkehrsströmen in Echtzeit abbildet, wird die Stadtplanung optimiert, der Verkehr effizienter gesteuert und die Energieeffizienz verbessert. © Coleen Rivas | Unsplash

Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Nachbildung einer physischen Umgebung – in diesem Fall einer ganzen Stadt – und kombiniert Echtzeitdaten mit präzisen digitalen Modellen. Diese Technologie ermöglicht eine detaillierte Simulation und Analyse urbaner Systeme, um Entscheidungen in der Stadtentwicklung zu verbessern. Der digitale Zwilling erfasst alle relevanten Aspekte der städtischen Infrastruktur, von Gebäuden und Straßen bis hin zu Stromnetzen und Wasserleitungen, und wird durch Echtzeitdaten aus Sensoren und IoT-Geräten ergänzt. Städte nutzen digitale Zwillinge, um Infrastrukturprojekte zu planen, Ressourcen effizienter einzusetzen und die Lebensqualität der Bewohner*innen zu steigern.

´Fun Fact: Laut einer Studie von Gartner werden bis 2025 über 500 Städte weltweit digitale Zwillinge nutzen, um ihre Infrastruktur zu verwalten und zu optimieren.

Technologische Grundlagen des digitalen Zwillings

Die Erstellung und Nutzung eines digitalen Zwillings erfordert eine Vielzahl moderner Technologien, die miteinander integriert werden.

Internet of Things (IoT) und Sensorik

IoT-Geräte sind die Grundlage für digitale Zwillinge, da sie Echtzeitdaten liefern, die die virtuelle Umgebung mit der physischen Welt verbinden. Sensoren überwachen Verkehrsfluss, Energieverbrauch, Umweltbedingungen und andere relevante Parameter, um den Zustand der Stadt genau abzubilden.

Künstliche Intelligenz (KI)

KI-Algorithmen analysieren die Daten des digitalen Zwillings und liefern prädiktive Einblicke und Optimierungsvorschläge. KI kann beispielsweise Verkehrsflüsse vorhersagen, Energiebedarf optimieren oder mögliche Infrastrukturprobleme identifizieren.

Big Data und Cloud Computing

Die riesigen Datenmengen, die ein digitaler Zwilling generiert, werden durch Big Data-Technologien verarbeitet und in der Cloud gespeichert. Dies ermöglicht den Zugriff auf die Daten in Echtzeit und die nahtlose Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Akteuren.

3D-Visualisierung und Simulation

Mit fortschrittlichen 3D-Rendering-Technologien können digitale Zwillinge visuell dargestellt werden. Diese Modelle sind nicht nur für Expert*innen, sondern auch für die Bürger*innen zugänglich, um geplante Projekte besser zu verstehen.

Praxisbeispiel: In Helsinki wird ein digitaler Zwilling der gesamten Stadt erstellt, der IoT-Daten und 3D-Modelle kombiniert, um Energieverbrauch und Verkehr in Echtzeit zu überwachen.

Anwendungen des digitalen Zwillings in der Stadtplanung

Der digitale Zwilling wird in verschiedenen Bereichen der Stadtentwicklung und Infrastruktur eingesetzt, um Prozesse zu optimieren und Probleme frühzeitig zu erkennen.

Verkehrsmanagement

Digitale Zwillinge helfen, Verkehrsflüsse zu analysieren und zu optimieren. Echtzeitdaten von IoT-Sensoren und Simulationen ermöglichen es, Staus zu vermeiden, Straßenbelastungen zu überwachen und öffentliche Verkehrsmittel effizienter zu gestalten.

Energieeffizienz und Umweltmanagement

Durch die Simulation von Energieverbrauch und -produktion können Städte nachhaltige Entscheidungen treffen, z. B. erneuerbare Energien besser integrieren oder den Energiebedarf von Stadtteilen optimieren. Zudem werden Umweltparameter wie Luftqualität und Lärmbelastung überwacht, um Maßnahmen zur Verbesserung der Lebensqualität zu ergreifen.

Katastrophenschutz und Risikomanagement

Ein digitaler Zwilling ermöglicht die Simulation von Szenarien wie Überschwemmungen, Erdbeben oder Stromausfällen. Dadurch können Städte präventive Maßnahmen planen und die Resilienz gegenüber Katastrophen erhöhen.

Bau- und Infrastrukturplanung

Bauprojekte können mithilfe digitaler Zwillinge virtuell simuliert werden, bevor sie in die Realität umgesetzt werden. Dies reduziert Planungsfehler und minimiert Kosten, da mögliche Probleme frühzeitig identifiziert werden können.

Beispiel aus der Praxis: Rotterdam nutzt einen digitalen Zwilling, um die Auswirkungen des Klimawandels zu simulieren und Maßnahmen gegen Überschwemmungen zu planen.

Vorteile des digitalen Zwillings für Städte

Der Einsatz eines digitalen Zwillings bringt zahlreiche Vorteile für die urbane Infrastruktur, die Verwaltung und die Lebensqualität der Bürger*innen mit sich.

Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung

Durch die präzise Analyse von Energieverbrauch, Verkehr und anderen Parametern können Städte ihre Ressourcen effizienter nutzen und CO₂-Emissionen reduzieren.

Kostenersparnis und Planungssicherheit

Virtuelle Simulationen minimieren Planungsfehler und unnötige Ausgaben bei Infrastrukturprojekten. Städte können Investitionen besser priorisieren und gezielt Maßnahmen umsetzen.

Bessere Bürgerbeteiligung

Digitale Zwillinge ermöglichen es Bürger*innen, geplante Projekte in 3D zu sehen und aktiv in die Stadtplanung einzugreifen. Dies fördert Transparenz und stärkt das Vertrauen zwischen Verwaltung und Bevölkerung.

Echtzeitüberwachung und schnelle Reaktionen

Durch Echtzeitdaten können Städte Probleme sofort erkennen und Maßnahmen ergreifen, z. B. bei Störungen im Verkehr oder Energieausfällen.

Expertenmeinung: Laut einer Studie von PwC könnten Städte durch digitale Zwillinge jährlich bis zu 2,4 Milliarden Euro an Infrastrukturkosten einsparen.

Herausforderungen bei der Implementierung digitaler Zwillinge

Trotz der zahlreichen Vorteile gibt es auch Herausforderungen, die Städte bei der Einführung digitaler Zwillinge überwinden müssen.

Datenintegrität und -qualität

Die Genauigkeit eines digitalen Zwillings hängt von der Qualität der gesammelten Daten ab. Ungenaue oder unvollständige Daten können die Zuverlässigkeit der Simulationen beeinträchtigen.

Technologische Anforderungen

Die Erstellung eines digitalen Zwillings erfordert modernste Technologien und erhebliche Investitionen in IoT-Geräte, Cloud-Infrastruktur und Software.

Rechtliche und ethische Fragen

Die Erfassung und Verarbeitung großer Mengen persönlicher Daten werfen Fragen zum Datenschutz und zur Privatsphäre auf. Städte müssen sicherstellen, dass sie geltende Datenschutzgesetze einhalten und die Daten ihrer Bürger*innen schützen.

**Akzeptanz bei Entscheidungsträgerinnen und Bürgerinnen**

Die Implementierung digitaler Zwillinge erfordert einen Kulturwandel in der Stadtverwaltung und eine breite Akzeptanz bei der Bevölkerung. Eine transparente Kommunikation über die Vorteile und den Nutzen ist entscheidend.

Expertenmeinung: Laut einer Umfrage des Urban Institute sehen 45 % der Stadtverwaltungen die hohen Kosten und 30 % die datenschutzrechtlichen Anforderungen als größte Hürden bei der Einführung digitaler Zwillinge.

Praktische Beispiele digitaler Zwillinge weltweit

Singapur: Virtuelles Stadtmodell

Singapur hat einen umfassenden digitalen Zwilling entwickelt, der Gebäude, Infrastruktur und Verkehrsflüsse in Echtzeit simuliert. Dieses Modell wird für die Stadtplanung, Verkehrsoptimierung und Energieeffizienz genutzt.

Helsinki: Virtuelle Stadt für Bürgerbeteiligung

Helsinki hat einen digitalen Zwilling erstellt, der Bürger*innen Zugang zu 3D-Modellen der Stadt bietet. Bewohner*innen können geplante Bauprojekte virtuell besichtigen und Feedback geben.

Rotterdam: Klimaanpassung und Hochwasserschutz

Rotterdam nutzt einen digitalen Zwilling, um die Auswirkungen des Klimawandels zu simulieren. Das Modell hilft, Überschwemmungsrisiken zu minimieren und Maßnahmen für den Hochwasserschutz zu planen.

Zukunftsperspektiven und Innovationen

Die Technologie des digitalen Zwillings entwickelt sich ständig weiter und eröffnet neue Möglichkeiten für die urbane Infrastruktur.

KI-gestützte Analysen: KI wird genutzt, um komplexe Datenmuster zu erkennen und prädiktive Analysen für die Stadtentwicklung zu erstellen.
Augmented Reality (AR): Bürger*innen könnten geplante Projekte durch AR erleben und direkt in den Entscheidungsprozess eingebunden werden.
Interaktive Echtzeit-Interaktionen: Mit fortschrittlichen Schnittstellen könnten Bürger*innen und Stadtverwaltungen den digitalen Zwilling in Echtzeit nutzen, um Entscheidungen zu treffen und Maßnahmen umzusetzen.
Integration von autonomen Systemen: Digitale Zwillinge könnten mit autonomen Fahrzeugen und Robotern integriert werden, um urbane Systeme noch effizienter zu gestalten.

Zukunftsausblick: In einem Pilotprojekt in Dubai wird ein digitaler Zwilling genutzt, um alle Infrastrukturprojekte der Stadt zu koordinieren und in Echtzeit zu optimieren.

Der digitale Zwilling als Schlüssel zur Smart City der Zukunft

Der digitale Zwilling ist eine transformative Technologie, die die Art und Weise, wie Städte geplant, verwaltet und erlebt werden, revolutioniert. Durch die Kombination von Echtzeitdaten, Simulationen und Bürgerbeteiligung ermöglicht er eine nachhaltige und effiziente Stadtentwicklung. Trotz der Herausforderungen bietet der digitale Zwilling ein enormes Potenzial, um urbane Räume zukunftssicher und lebenswerter zu gestalten.

Abschließender Gedanke: Der digitale Zwilling ist nicht nur ein Werkzeug für Planer*innen, sondern ein integraler Bestandteil der Smart City. Er verbindet Technologie mit menschlichem Leben und schafft eine urbane Umgebung, die besser auf die Bedürfnisse ihrer Bewohner*innen eingeht.

Weiterlesen: Nachhaltige Architektur und Gebäudebegrünung stehen im Mittelpunkt des BuGG-Award 2024. Welche zwei herausragende Projekte ausgezeichnet wurden lesen Sie hier.

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07.11.2019

Event

Heilsame Abschiede

Michael Spohr

Neue Konzepte um Friedhöfe zu retten, sind notwendig. Dabei wichtig: Raum, der Trauer ermöglicht. Der Kölner Zukunftskongress „Heilsame Abschiede“ am 25. Oktober 2019 versammelte avantgardistische Referenten aus Soziologie, Psychologie, Philosophie, Theologie – und Landschaftsarchitektur. Die Landschaftsarchitekten Constanze Petrow und Bart Brands stellten Lösungsansätze, Leuchtturmprojekte und Erkenntnisse vor.

Friedhof noch nicht neu erfunden

In einer erzkatholischen Location, dem Tagungszentrum des Erzbistums Köln ging es unter der Moderation des Zukunftsforschers Matthias Horx eher säkular zu bei der Aufarbeitung des Themas „Vom Wandel der Trauerkultur im Zeitalter der Individualität“. Horx, dessen Zukunftsinstitut den Kongress „Heilsame Abschiede“ am 25. Oktober 2019 – der unter ideeller Trägerschaft der Arbeitsgemeinschaft Friedhof und Denkmal e.V. stand – kuratiert hatte, diskutierte mit einem illustren Kreis avantgardistischer Referenten aus Soziologie, Psychologie, Philosophie, Theologie und eben auch Landschaftsarchitektur. Es ging um die Realitäten von Trauern, Friedhof und Abschied nehmen sowie über „die neue Trauer in ihren Aspekten“.

Mit dabei – als Vertreter des Themas aus landschaftsarchitektonischer Sicht: die Landschaftsarchitektin Constanze Petrow und der holländische Landschaftsarchitekt Bart Brands. Die beiden stellten Lösungsansätze, Leuchtturmprojekte und Erkenntnisse aus der Arbeit mit ihren Studenten sowie Ideen für künftige Planungen und Vorgehensweisen vor.

Dass Friedhöfe sich öffnen müssen für neue Konzepte, darüber waren sich alle Teilnehmer einig. Constanze Petrow etwa forderte den gerade auch kulturhistorisch so wertvollen Friedhof zu retten. „Es ist unsere Aufgabe“ so die Professorin für Freiraumplanung an der Hochschule Geisenheim, „hier Neues zu wagen und auszuprobieren. Noch haben wir ihn nicht neu erfunden.“
Wie dies beispielsweise aussehen kann, zeigte Bart Brands mit seiner Revitalisierung des Amsterdamer Friedhofes „De Nieuwe Ooster“, den er wie Barcode-Streifen in Parzellen mit unterschiedlichen Regeln unterteilt hat. Sein Credo lautet: „Alles muss möglich sein, aber nicht alles überall“. Constanze Petrow präsentierte darüber hinaus aktuelle studentische Strategien zur Weiterentwicklung des Friedhofs. Und sie stellte den soeben gestarteten Wettbewerb „Raum für Trauer – Ideen für den Friedhof der Zukunft“ für Nachwuchsplaner vor, im Rahmen dessen geeignete Orte auch als räumliche Situationen auf dem weltgrößten Parkfriedhof in Hamburg-Ohlsdorf gestaltet werden sollen, die individuelle oder gemeinschaftliche Rituale und Handlungen des Abschiednehmens ermöglichen.

Begegnung respektvoll ermöglichen

Petrow hatte in einem Forschungsprojekt herausgefunden, dass sich im Spannungsfeld des Friedhofes zwischen privatem Raum am Grab und dem öffentlichen Raum eine lose Gemeinschaft an formellen und informell genutzten Begegnungsräumen wie etwa den Wasserstellen bildet, die bis heute überhaupt nicht bedient werde. Diese räumlich ungelöste Situation gilt es ihrer Meinung nach zu überwinden um soziales Miteinander zu fördern, beispielsweise mit begegnungsfähig angeordneten Sitzgelegenheiten. Wichtig sei dabei allerdings, die unterschiedlichen emotionalen Zustände der Friedhofsbesucher zu respektieren und in der architektonischen Umsetzung zu berücksichtigen.

Offene Themen

Obgleich der Zukunftskongress bereits thematisch überfrachtet von einem Themenfeld zum nächsten schwappte, fehlten doch wichtige Facetten wie etwa die Sichtweisen der verschiedenen auf dem Friedhof beschäftigten Gewerke sowie der Blick auf die massiv zunehmenden Begräbnisse von Menschen aus anderen Kulturräumen, insbesondere des islamischen Glaubens. Ließen diese – ebenso wie die aus Ost- und Südosteuropa stammenden Christen – ihre Toten früher zu etwa 70 Prozent in der ehemaligen Heimat und nur zu 30 Prozent in Deutschland bestatten, so hat sich dieses Verhältnis mittlerweile umgekehrt.

03.12.2018

Projekt

Natur für ein Naturmuseum?

Eva Maria Herrmann

Natur für ein Naturmuseum ist ähnlich herausfordernd, wie eine Architektur für die Präsentation von Architektur zu entwerfen. Wie stellt man sich also der Aufgabe, eine Landschaftsarchitektur für ein Museum zu schaffen, das zum Ziel hat, die Vielfalt der Naturgeschichte darzustellen und die Zusammenhänge zu erklären? Ein Annäherungsversuch am Beispiel des Parks für das Naturmuseum St. Gallen von Studio Vulkan Landschaftsarchitektur.

Bereits im 2009 ausgelobten Wettbewerb für den Neubau eines Naturmuseums, der von der Arbeitsgemeinschaft Armon Semadeni Architekten GmbH mit Michael Meier, Marius Hug Architekten AG umgesetzt wurde, war die Landschaftsarchitektur Teil des Wettbewerbsbeitrags. Es ist per se ein Paradoxon, Architektur oder in diesem Fall Natur ausstellen zu wollen. Denn was wir als Landschaft wahrnehmen, besteht in Wahrheit aus einer komplexen Überlagerung von verschiedenen Ebenen, sei es die Natur an sich, die funktionale und kulturgeschichtliche Prägung oder die eigene Interpretation. Wo die Einordnung in klare Begrifflichkeiten durch das Fehlen eindeutiger Grenzen im Zusammenwachsen von Stadt und Land schwierig wird, bewegen wir uns zunehmend in einer Übergangsphase zwischen Natur, natürlicher Künstlichkeit und künstlicher Natürlichkeit. Der Standort offenbart ein zusätzliches, typisches Paradoxon der Schweizer Landschaft: Infrastrukturen und Stadtraum verweben sich auf engstem Raum. Somit findet die Bauaufgabe, die Gestaltung eines Parks, direkt über einem Autobahntunnel, umgeben von heterogenem Zwischenstadtraum statt. Wie kann also Natur an einem solchen Ort aussehen? Bestimmt nicht wie ein museumspädagogisch linear verlaufender didaktischer Lehrpfad …

Dialog zwischen den Welten

Als Abschirmung zum gewachsenen Umfeld, aber auch als Synonym zum schnelllebigen Alltag wird eine natürliche Sichtbarriere als eine Art Filterzone zwischen den Welten mit einheimischen Pflanzen – Hainbuchen, Farnen und Stauden – geschaffen. 75 Prozent der Bepflanzung stammt aus heimischen Gewächsen. Für die restlichen 25 Prozent fiel die Wahl zum Beispiel auf exotische Hortensien. Irgendwann könnten die aufgrund des Klimawandels auch in hiesigen Klimazonen heimisch werden. Auch die Nachbarschaft eines Ginkgobaums zu einer Lärche gehört zu den Rätseln der Natur. Die Pfarrkirche St. Maria Neudorf setzt einen städtebaulichen Akzent, auf den sowohl die Architektur als auch die Landschaftsgestaltung Bezug nimmt. Weniger in der Festlegung von Bezugskanten, sondern auf einer philosophischen Ebene: Der Dialog zwischen den zwei Theorien zur Entstehung der Welt wird auf einer poetisch-sakralen und wissenschaftlichen Ebene geführt und funktioniert über Trittsteine, die zugleich als Informationsträger der weltlichen und religiösen Zitate dienen.

Katalysator für die Vorstellungskraft

Unabhängig von der Materialität der Fassade des Naturmuseums wurde auch im zugehörigen Park der Werkstoff Beton eingesetzt. Als artifizielles Produkt steht der Beton in gewolltem Kontrast zu dem für die Ostschweiz bekannten Naturwerkstein Nagelfluh. Die Trittsteine wirken als Katalysator für die Vorstellungskraft. Sie sind mit Artefakten aus der Naturgeschichte bis zu Bearbeitungsspuren von Menschen mit Mustern von Jute, Dränplatten oder Dachlatten versehen. Und noch einmal werden Sehgewohnheiten auf die Probe gestellt: Anstelle elegant an der Fassade von Kirchen oder Sehenswürdigkeiten zu wirken, findet sich der grünliche Ostschweizer Sandstein grob geschottert wieder. Da es keine Wegeführung gibt, ist man frei, sich seinen eigenen Zugang zum Ort, aber auch zur Gedankenwelt zu suchen. Damit schließt sich der Kreis zum Naturmuseum wieder.

Ein Interview mit Lukas Schweingruber vom Studie Vulkan finden Sie in der Dezemberausgabe 2018 der G+L.