Die Zukunft des urbanen Lebens wird zunehmend durch Daten geprägt. In ihnen steckt das Potenzial, den Alltag der Bürger:innen einfacher, effizienter, angenehmer – kurz: smarter zu machen. Die Daten müssen hierfür nur urbar gemacht und genutzt werden. Wie das gelingt? Mit Digitalen Zwillingen. Wie genau, erfahren Sie in dieser neuen Schriftenserie.
Ein Digitaler Zwilling stellt die virtuelle Abbildung eines Objekts oder Systems dar. Die Abbildung umfasst den gesamten Lebenszyklus des Objekts bzw. Systems und wird aus Echtzeitdaten aktualisiert. Darüber hinaus werden Methoden der Simulation, des maschinellen Lernens sowie Schlussfolgerungen eingesetzt, um die Entscheidungsfindung zu unterstützen. Dabei spielt es keine Rolle, was simuliert wird. Sei es ein Gebäude, ein Unternehmen, Arbeitsprozesse und mehr: Die digitalen Kopien können für viele verschiedene Zwecke erstellt und eingesetzt werden. So sind Digitaler Zwillinge in der Industrie bereits fest etabliert: Dort findet die Technologie Anwendung bei der Konzeption von Prototypen sowie der digitalen Nachbildung von Produkten, Maschinen und Fabriken. Das Ziel besteht in der Optimierung von Prozessen sowie der Verbesserung von Resultaten. Beispielsweise kann die Kompatibilität von Einzelteilen einer Flugzeugturbine oder der Verschleiß von Bauteilen bereits vor dem Bau eines physischen Exemplars überprüft werden.
Welche Voraussetzungen sind notwendig für die Umsetzung?
Bevor ein dreidimensionales virtuelles Abbild, beispielsweise einer Stadt oder Region, erschaffen werden kann, geht es zunächst darum, alle notwendigen Daten ausfindig zu machen und zentral zu sammeln. Die Daten müssen dem Zweck entsprechend aktuell sein. Bei der Datenerhebung und -zentralisierung helfen Geoinformationssysteme (GIS). Diese werden mit Daten von Sensoren aus dem Stadtgebiet gefüttert. Dabei entsteht ein virtuelles Modell der Stadt. Das Modell wird sukzessiv mit entsprechenden Informationen und Funktionen angereichert, um verschiedene Szenarien visualisieren und im nächsten Schritt simulieren zu können. Die Simulationen können die Form von 2D-Modellen annehmen, beispielsweise als Karten, oder sie können als realitätstreue 3D-Modelle dargestellt werden.
Die hierfür notwendige Datenmenge und der Personalaufwand variieren, je nachdem wie umfangreich das Projekt ist und welche Ziele es verfolgt. Daher nutzen einige Städte auch die Möglichkeit Server und Personal auszulagern, um vor allem Geld und Zeit in der Umsetzung sowie Pflege der Daten zu sparen.
Die aconium GmbH kann hier zielgerichtet unterstützen: Die aconium GIS-Plattformen zielen darauf ab, eine effiziente Digitalisierung räumlicher Daten zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wurde der aconium GIS Hub entwickelt, eine zentrale Anwendung, die eine Erfassung, Bearbeitung, Visualisierung und Analyse räumlicher Daten ermöglicht. Es ermöglicht die Verknüpfung standortspezifischer Informationen mit amtlichen Statistiken sowie nationalen und regionalen Datenbanken und Katastern in übersichtlichen, dynamischen und interaktiven Karten. Die genannten Karten stellen für Akteure in zahlreichen Bundesländern eine wertvolle Entscheidungsgrundlage dar und unterstützen sie bei einer Vielzahl von Themen im Kontext der räumlichen Entwicklung von Kommunen und Regionen. Dies ermöglicht eine gezielte und datenbasierte Digitalisierung im öffentlichen Sektor.
Digitaler Zwilling – Wo liegen die Vorteile?
Viele Kommunen und Städte arbeiten bereits an der Umsetzung ihrer digitalen Abbilder und erweitern diese kontinuierlich auf ihrem Weg zur Smart City und Smart Region.
Digitale Zwillinge werden als vielseitige Werkzeuge in der Stadt- und Verkehrsplanung eingesetzt Sie können das gesamte urbane Gefüge mit all seinen Komponenten abbilden, von Gebäuden über Verkehrsnetze bis hin zu Grünflächen. In der Konsequenz ermöglicht die detailgetreue und dynamische Simulation der realen Stadt in Echtzeit die Erstellung von Analysen, Prognosen und Szenariensimulationen als Grundlage für Entscheidungen und weitere Untersuchungen. So kommen die virtuellen Abbilder bereits als Entscheidungshilfen bei der Entwicklung von Klimaanpassungsmaßnahmen zum Einsatz und werden in der Bauleitplanung sowie der Wirtschaftsförderung eingesetzt. Mit ihrer Hilfe lassen sich beispielsweise Flächen identifizieren, die bei Starkregenereignissen überflutet werden könnten, oder Verkehrsflüsse und Parkleitsysteme effizienter überwachen. Darüber hinaus spielen sie eine wichtige Rolle im Katastrophenschutz, indem sie präzise Vorhersagen und Echtzeitdaten bereitstellen, um auf Notfälle besser reagieren zu können.
Die Zusammenführung von Informationen aus unterschiedlichen Quellen kann in der Stadtverwaltung zu einer deutlichen Beschleunigung von Prozessen führen. Ein digitaler Zwilling eines Bauprojekts beispielsweise, das alle relevanten Daten und Eigenschaften in Echtzeit enthält, kann die Verwaltungsprozesse verkürzen. Anstatt die Baupläne in Papierform oder als statische Dateien zu prüfen, können alle beteiligten Verwaltungsstellen, wie das Bauamt, das Umweltamt und die Stadtplanung, auf den Digitaler Zwilling zugreifen, die Pläne parallel prüfen, kommentieren und Anpassungen fordern – im Gegensatz zum analogen Formular, das diese Stationen einzeln und oft mehrmals durchläuft. Des Weiteren kann ein Digitaler Zwilling dazu beitragen, politische Entscheidungsprozesse zu optimieren, sowie die Bürgerbeteiligung durch detaillierte Visualisierungen zu fördern. Die Verwendung von 3D-Modellen erlaubt die anschauliche Darstellung komplexer städtischer Szenarien, wodurch die Transparenz und Teilhabe der Bürger:innen erhöht werden kann.
Können Städte und Kommunen Unterstützung erhalten?
Es gibt verschiedene Förderprogramme und Initiativen von Bundesländern, Bund und auf europäischer Ebene, die genutzt werden können und auch bereits zu erfolgreichen Implementierungen von Digitalen Zwillingen geführt haben.
Die aconium Funds App bietet Ihnen die Möglichkeit, aktuelle Förderaufrufe, relevante Events und News aus der Welt der Fördermittel schnell und einfach zu finden.
Die Inhalte sind individuell konfigurierbar, sodass nur die für den jeweiligen Nutzer thematisch relevanten Inhalte angezeigt werden.
Von Januar 2022 bis Juni 2023 förderte beispielsweise die Europäische Union (EU) das Projekt twi.N City mit 356.800 Euro aus dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE). Das Projekt zielte darauf ab, durch den Aufbau und Einsatz eines Digitalen Zwillings vor allem belastbare Aussagen zu Frequentierung und Attraktivität der Nürnberger Innenstadt zu liefern.
Der Bund fördert die Implementierung von Digitalen Zwillingen beispielsweise mit dem Modellprojekt Smart Cities. Das Projekt zielt darauf ab, Kommunen bei der Digitalisierung und Entwicklung von intelligenten, nachhaltigen Stadt- und Regionalstrukturen zu unterstützen. So hat die Stadt Arnsberg die Hilfen genutzt, um eine digitaler Plattform zu schaffen, auf der Bürger:innen Anträge stellen, sich über Stadtentwicklungen informieren und aktiv in Entscheidungsprozesse eingebunden werden können. Diese Plattformen sorgen für mehr Transparenz und eine schnellere Bearbeitung von Anfragen und Anliegen.
Wie genau wir das machen, was für spannende Einsatzmöglichkeiten es für Digitale Zwillinge konkret gibt, wie bei der technischen Erstellung vorgegangen wird, erfahren Sie in den kommenden Artikeln des Newsletters.