Digitaler Zwilling

Es ist eine komplexe Aufgabe, unterschiedliche Folgen des Klimawandels sowie strategische Ziele zum Klimaschutz und der Klimawandelanpassung in Stadtplanung und -entwicklung zu berücksichtigen. Auch die Abschätzung, inwiefern Maßnahmen zum Erreichen der Klimaziele beitragen und welchen Effekt sie haben, ist häufig schwer.

Ein Lösungsansatz stellt der "Digitale Zwilling" eines städtischen Raumes dar: Klimadaten und Raumdaten werden dabei genutzt, um die Gegebenheiten in einer "digitalen Kopie" des Raumes abzubilden. Analysen zur Wirkung von Umbauprozessen können dann vorab simuliert und dargestellt werden, um bspw. Wirkungen besser abschätzen zu können. Auch andere Planungsziele, wie die Erhaltung des Stadtbildes, Barrierefreiheit oder Hochwasservorsorge können in die "digitale Planung " einfließen und als 3D-Ansicht diskutiert werden. Der Digitale Zwilling kann für Simulation, Analyse und Planungen sowie als Entscheidungshilfe vor der Umbaumaßnahme eingesetzt werden. Basis für den Digitalen Zwilling bieten georeferenzierte Daten, wie Oberflächenstrukturen, Gebäudekubaturen oder Grünflächen. Für Simulationen verschiedener Wirkungen sind sowohl klimatologische Daten als auch Bevölkerungsdaten elementar. Grundsätzlich kann unterschieden werden, ob die Daten aus der realen Umgebung vor Ort stammen und über Messungen erhoben wurden oder ob die Datensammlung über Computersysteme, Clouds, Simulationen (sog. Avatare) erfolgt.

Ziel

Klimatische Änderung: Hitze

Starkregen

Trockenheit

Niederschlag

Temperaturanstieg

Handlungsfeld: Menschliche Gesundheit

Energiewirtschaft

Gebäude

Verkehr

Biologische Vielfalt

Boden

Bevölkerungsschutz

Stadt- und Siedlungsentwicklung

Wasserhaushalt, Wasserwirtschaft

Finanz- und Versicherungswesen

Klimafolge

Extremwetter
Hitzebelastung
Überschwemmungen
Luftverschmutzung
Hydrologie
Vegetationsschäden
Gebäudeschäden
Verkehrsablauf

Anpassungsziel

Erhöhung der urbanen Klimaresilienz
Vermeidung von Hitzeinseln
Reduktion des Überschwemmungsrisikos
Verbesserung der Regenwasserrückhaltung
Verbesserung der Luftqualität
Bereitstellung von Frischluft
Akzeptanz der Bevölkerung erhöhen
Reduktion der thermischen Belastung

Organisation

Kommunale Arbeitsbereiche

Übergeordnet
Kommunalplanung

Räumliche Bezugsebene

Quartier
Stadt
Objekt

Maßnahmentyp

blau
grün
grau
weich

Beteiligte

Katastrophenschutz
Planungsamt
Straßenbauamt
Umweltamt
Örtliche Wasserversorger
Örtliche Energieversorger
Gesundheitsamt

Umsetzungsinstrumente

Gestaltungsrichtlinien (Bauordnungen)
Bebauungspläne
Rahmenplan
Satzungen
Städtebauliche Verträge

Ressourcen

Umsetzungshorizont: kurzfristig; mittelfristig; langfristig

Nutzungsdauer: kurz; mittel; lang

Personalaufwand: gering; mittel; hoch

Regelmäßigkeit: einmalig; mehrmalig; kontinuierlich

Kosten: gering; mittel; hoch

Folgekosten: gering; mittel; hoch

Mögliche Maßnahmenelemente

Die Simulation von Klimaanpassungen im digitalen Raum erlaubt es, vor der Umsetzung eine Abschätzung zur Wirkung und eine räumliche Darstellung als fundierte Entscheidungshilfe für die Stadtplanung zu erhalten.
Die Erstellung eines Digitalen Zwillings eines gesamten Stadtgebiets kann zudem Aufschluss über sich bedingende Prozesse geben, um komplexere Strategien und Ziele umzusetzen.
Die Simulation von Extremwetterereignissen erlaubt es, auf das Stadtgebiet angepasste Maßnahmen in Katastrophenschutz und Evakuierung zu treffen.

Mögliche Maßnahmenelemente

Die Simulation von Klimaanpassungen im digitalen Raum erlaubt es, vor der Umsetzung eine Abschätzung zur Wirkung und eine räumliche Darstellung als fundierte Entscheidungshilfe für die Stadtplanung zu erhalten.
Die Erstellung eines Digitalen Zwillings eines gesamten Stadtgebiets kann zudem Aufschluss über sich bedingende Prozesse geben, um komplexere Strategien und Ziele umzusetzen.
Die Simulation von Extremwetterereignissen erlaubt es, auf das Stadtgebiet angepasste Maßnahmen in Katastrophenschutz und Evakuierung zu treffen.

Monitoring

Die Simulation von Klimaanpassungen im digitalen Raum erlaubt es, vor der Umsetzung eine Abschätzung zur Wirkung und eine räumliche Darstellung als fundierte Entscheidungshilfe für die Stadtplanung zu erhalten.
Die Erstellung eines Digitalen Zwillings eines gesamten Stadtgebiets kann zudem Aufschluss über sich bedingende Prozesse geben, um komplexere Strategien und Ziele umzusetzen.
Die Simulation von Extremwetterereignissen erlaubt es, auf das Stadtgebiet angepasste Maßnahmen in Katastrophenschutz und Evakuierung zu treffen.

Monitoring

Akzeptanz & Nutzung
Biodiversitätsindikatoren
Veränderung der Umgebungstemperatur
Veränderung der Wasseraufnahme
Veränderung der Gebäudetemperatur
Veränderung der Abflussmenge
Menge der Regenwasserrückhaltung
Kosten-Nutzen-Analyse

Co-Benefits

Lebensqualität: Intelligente Stadtplanung kann zu gesteigerter Lebensqualität führen.
Smart City: Die Modellierung von Städten kann auch zur Verbesserung von anderen Bereichen wie der Mobilität genutzt werden (z.B. Simulation von Verkehrsflüssen)
Vorstellungsvermögen wird gesteigert: Planungen können als 3D-Modell dargestellt werden. Dadurch ist eine leichtere Beteiligung und Akzeptanz in der Bevölkerung möglich.
Daten zentral sammeln und abrufen: Daten verschiedener Planungsstellen innerhalb einer Verwaltung werden zentral gesammelt und genutzt

Co-Benefits

Lebensqualität: Intelligente Stadtplanung kann zu gesteigerter Lebensqualität führen.
Smart City: Die Modellierung von Städten kann auch zur Verbesserung von anderen Bereichen wie der Mobilität genutzt werden (z.B. Simulation von Verkehrsflüssen)
Vorstellungsvermögen wird gesteigert: Planungen können als 3D-Modell dargestellt werden. Dadurch ist eine leichtere Beteiligung und Akzeptanz in der Bevölkerung möglich.
Daten zentral sammeln und abrufen: Daten verschiedener Planungsstellen innerhalb einer Verwaltung werden zentral gesammelt und genutzt

Zielkonflikte

Datenintegration vs. Datenheterogenität: Die Zusammenführung vorhandener Daten aus verschiedenen Quellen schafft ein umfassendes Abbild der Realität. Zugleich erschwert die Heterogenität dieser Daten durch unterschiedliche Formate oder Qualität die reibungslose Integration.
Datenaktualität vs. Ressourcenaufwand: Die fortlaufende Aktualisierung und Verarbeitung komplexer Daten sorgt für präzise Digitale Zwillinge. Gleichzeitig erfordert dies einen hohen personellen, technischen und finanziellen Aufwand.
Zusammenarbeit vs. Abstimmung: Die interkommunale Zusammenarbeit ist sinnvoll, da Bilder flächendeckend über Befliegungen aufgenommen werden können, was zur Reduzierung von Kosten führen kann. Allerdings erfordert eine Zusammenarbeit viele Abstimmungsprozesse, was ggf. zur Verlangsamung von Prozessen führen kann.

Zielkonflikte

Datenintegration vs. Datenheterogenität: Die Zusammenführung vorhandener Daten aus verschiedenen Quellen schafft ein umfassendes Abbild der Realität. Zugleich erschwert die Heterogenität dieser Daten durch unterschiedliche Formate oder Qualität die reibungslose Integration.
Datenaktualität vs. Ressourcenaufwand: Die fortlaufende Aktualisierung und Verarbeitung komplexer Daten sorgt für präzise Digitale Zwillinge. Gleichzeitig erfordert dies einen hohen personellen, technischen und finanziellen Aufwand.
Zusammenarbeit vs. Abstimmung: Die interkommunale Zusammenarbeit ist sinnvoll, da Bilder flächendeckend über Befliegungen aufgenommen werden können, was zur Reduzierung von Kosten führen kann. Allerdings erfordert eine Zusammenarbeit viele Abstimmungsprozesse, was ggf. zur Verlangsamung von Prozessen führen kann.

Beispiele

Speyer: Digitaler Zwilling der Gesamtstadt: Die gesamte Stadt wird modelliert, eine eigene kommunale Datenbank aufgebaut und als Grundlage für Planung, Analyse und Klimaanpassung genutzt.
Trier: Digitaler Zwilling mit Gebäudekubaturen: Aufbau eines digitalen Stadtmodells mit Gebäudekubaturen sowie eines fotorealistischen Modells zur Unterstützung von Stadtplanung und Energie- und Klimathemen.
Pirmasens: Kommunale Wärmeplanung mit „The World Avatar“: Wissenschaftlich begleitete kommunale Wärmeplanung unter Nutzung des digitalen Zwillings „The World Avatar“ zur Simulation und Analyse von Energiesystemen.

Beispiele

Speyer: Digitaler Zwilling der Gesamtstadt: Die gesamte Stadt wird modelliert, eine eigene kommunale Datenbank aufgebaut und als Grundlage für Planung, Analyse und Klimaanpassung genutzt.
Trier: Digitaler Zwilling mit Gebäudekubaturen: Aufbau eines digitalen Stadtmodells mit Gebäudekubaturen sowie eines fotorealistischen Modells zur Unterstützung von Stadtplanung und Energie- und Klimathemen.
Pirmasens: Kommunale Wärmeplanung mit „The World Avatar“: Wissenschaftlich begleitete kommunale Wärmeplanung unter Nutzung des digitalen Zwillings „The World Avatar“ zur Simulation und Analyse von Energiesystemen.

Leitfäden

Studie aus der Begleitforschung der Modellprojekte Smart Cities (MPSC): Überblick über Grundlagen, technische und organisatorische Anforderungen sowie Praxisbeispiele zu Digitalen Zwillingen in Kommunen; behandelt Zielsetzungen, Daten- und Governance-Strukturen sowie konkrete Anwendungsfälle.
DIN SPEC 91607 – Digitale Zwillinge für Städte und Kommunen: Darstellung des Konzepts des Digitalen Zwillings im urbanen Raum mit typischen Anwendungsszenarien sowie Anforderungen an Datenzugriff, Interoperabilität und Visualisierungsmethoden.
Deutscher Städtetag: Urbane Digitale Zwillinge: Einordnung Digitaler Zwillinge als strategisches Instrument für Kommunen zur Unterstützung von Planung, Analyse und Entscheidungsfindung; mit Empfehlungen zu Nutzen, Herausforderungen und Umsetzung.

Leitfäden

Studie aus der Begleitforschung der Modellprojekte Smart Cities (MPSC): Überblick über Grundlagen, technische und organisatorische Anforderungen sowie Praxisbeispiele zu Digitalen Zwillingen in Kommunen; behandelt Zielsetzungen, Daten- und Governance-Strukturen sowie konkrete Anwendungsfälle.
DIN SPEC 91607 – Digitale Zwillinge für Städte und Kommunen: Darstellung des Konzepts des Digitalen Zwillings im urbanen Raum mit typischen Anwendungsszenarien sowie Anforderungen an Datenzugriff, Interoperabilität und Visualisierungsmethoden.
Deutscher Städtetag: Urbane Digitale Zwillinge: Einordnung Digitaler Zwillinge als strategisches Instrument für Kommunen zur Unterstützung von Planung, Analyse und Entscheidungsfindung; mit Empfehlungen zu Nutzen, Herausforderungen und Umsetzung.

Bemerkungen

Kosten: Die Kosten für einen digitalen Zwilling werden von mehreren Faktoren beeinflusst. Dazu zählen die Größe und Komplexität des abgebildeten Objekts, vorhandene Hard- und Software, der Aufwand für die Datenintegration, die Qualität und Aktualität der Daten sowie die gewünschten Funktionen und Analysemöglichkeiten (z.B. Simulationen, Prognosen, Szenarien).
Unterscheidung Datenbank vs. Avatar: Während eine klassische Datenbank primär der Speicherung und Bereitstellung von Daten dient, ist ein Avatar ein aktiver, vernetzter digitaler Zwilling. Avatare können Daten selbstständig interpretieren, aktualisieren und mit anderen Avataren interagieren und Informationen austauschen (vgl. Quelle: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2210670725004706).

Bemerkungen

Kosten: Die Kosten für einen digitalen Zwilling werden von mehreren Faktoren beeinflusst. Dazu zählen die Größe und Komplexität des abgebildeten Objekts, vorhandene Hard- und Software, der Aufwand für die Datenintegration, die Qualität und Aktualität der Daten sowie die gewünschten Funktionen und Analysemöglichkeiten (z.B. Simulationen, Prognosen, Szenarien).
Unterscheidung Datenbank vs. Avatar: Während eine klassische Datenbank primär der Speicherung und Bereitstellung von Daten dient, ist ein Avatar ein aktiver, vernetzter digitaler Zwilling. Avatare können Daten selbstständig interpretieren, aktualisieren und mit anderen Avataren interagieren und Informationen austauschen (vgl. Quelle: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2210670725004706).

zurück