„Datenschätze heben“

Dr. Nora Reinecke ist seit 2021 Projektleiterin des Kooperationsprojekts Connected Urban Twins. Für die Senatskanzlei der Freien und Hansestadt Hamburg koordiniert sie federführend ein städte- und ressortübergreifendes Projektteam, welches die Weiterentwicklung von urbanen Datenplattformen und digitalen Zwillingen in den drei Partnerstädten Hamburg, Leipzig und München vorantreibt.

Steffen Hess leitet die Hauptabteilung „Digital Innovation & Smart City“ am Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern. Als Teil der Koordinierungs- und Transferstelle Modellprojekte Smart Cities im Auftrag des Bundesministeriums für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen berät er Kommunen rund um die Infrastruktur der Smart City etwa zu urbanen Datenplattformen, digitalen Zwillingen oder Open-Source-Lösungen.

V Was ist Ihre Vision einer Stadt der Zukunft?

Steffen Hess: Meine Vision ist die Stadt mit mehr Gemeinschaft, mehr Begegnungsorten, mit Digitalisierung für Menschen. Vor allem die Stadtmitte sollte von Grund auf neu gedacht werden. Wir benötigen Systeme mit homogenen Schnittstellen, ohne Medienbrüche. In der Stadt der Zukunft werden die Dinge, die ich tun möchte, digital unterstützt. Das beinhaltet nicht nur die Verwaltung, sondern geht weit darüber hinaus.

V Wie kann eine solche digitale Unterstützung konkret aussehen?

Hess: Eine solche digitale Unterstützung basiert darauf, dass die Stadt komplett digital abgebildet ist. Dies beinhaltet auf der einen Seite die Daten, auf der anderen Seite aber auch die Dienste, die auf deren Basis ausgeführt werden. Ein konkretes Beispiel könnte dann eine (heute noch fiktive) Anwendung oder App sein, mit der ich jegliche Interaktion, die ich unabhängig von meinem Aufenthaltsort mit der jeweiligen Stadt habe, durchführen kann, wobei sich die benötigten Systeme während der Ausführung automatisch zusammenschalten. Ganz gleich, ob es um den Kauf eines Tickets und die Routenführung in der Stadt, die Suche nach einem Wohnraum oder um die Gestaltung von Freizeitaktivitäten geht. Es ist die Gesamtheit der Anwendungen, die für mich den Reiz ausmacht.

Nora Reinecke: Das lässt sich an ein paar ganz konkreten Beispielen aus unserem Projektkontext zeigen. In Leipzig bauen wir eine datengestützte, georeferenzierte Kita-Netzplanung auf, die aktuelle und antizipierte Nachfrage mit bestehenden Angeboten abgleicht und daraus Handlungsbedarfe ableitet. In München erarbeiten und testen wir Maßnahmen für eine klimaneutrale, energie- und ressourceneffiziente Quartiersentwicklung. In Hamburg entwickeln wir gerade ein Open-Source-Tool, das wir „3Dprojektplaner“ nennen und das frei zugänglich beispielsweise die Verschattung im Tagesverlauf für ein geplantes Gebäude simuliert und abbildet. Oder es geht um einen VR-Prototyp, den wir mit unterschiedlichen Schwerpunkten in unseren Städten erarbeiten, zum Beispiel im Kontext von Barrierefreiheit.

V Im Projekt Connected Urban Twins arbeiten die Städte Hamburg, Leipzig und München zusammen an digitalen Zwillingen ihrer Städte. Was sind urbane digitale Zwillinge?

Reinecke: Grundsätzlich sind urbane digitale Zwillinge digitale Abbilder einer Stadt. Sie visualisieren allerdings nicht nur städtische Strukturen, sondern berücksichtigen unterschiedliche städtische Daten, so dass sie dann auch komplexe Zusammenhänge darstellen können. Urbane digitale Zwillinge bieten uns die Möglichkeit, Analysen durchzuführen, beispielsweise auch Simulationen, also „Was-wäre-wenn-Szenarien“, die wir dann auch visualisieren können. Da, wo Bedarf besteht, werden auch Echtzeitdaten berücksichtigt. Dadurch können Dynamiken noch mal besser dargestellt werden. Grundsätzlich geht es darum, dass wir auf einer breiten Datenbasis Entscheidungen mit unterschiedlichen Tools und Analysemöglichkeiten fundierter, schneller und nachhaltiger treffen können.

V Neben der eigenen Stadt als digitalem Zwilling arbeiten Sie auch an Verbindungen zwischen den Städten. Wie sehen diese Kooperationen aus?

Reinecke: Im Projekt Connected Urban Twins (CUT) kooperieren Hamburg, Leipzig und München eng miteinander. Wir sind ein interdisziplinäres Team, mit Leuten aus der Verwaltung, aus der Stadtentwicklung und aus der Wissenschaft. Jede Stadt hat zwar ihren eigenen urbanen Zwilling, der auf den individuellen Daten der jeweiligen Stadt basiert. Wir entwickeln zusammen urbane digitale Zwillinge als Konzept, als Baukastensystem, das auch übertragbar ist. Nicht nur auf unsere drei Städte, sondern auch auf weitere Städte und Kommunen. Das ist unser Anspruch: Unser Wissen und unsere Projektergebnisse sollen als Blaupause, als Inspiration, als Ideengeber dienen. Übertragbar sind beispielsweise Tools und Open-Source-Anwendungen, konzeptionelle Ansätze und Systematiken wie unser Baukastensystem oder auch, sozusagen als Inspiration, konkrete Anwendungsfälle der Stadtentwicklung.

V Mit welchen Fragestellungen befasst sich CUT?

Reinecke: Es gibt verschiedene Fragestellungen aus der Stadtentwicklung – das kann etwas aus der konkreten Stadtplanung, Quartiersentwicklung oder zur Verkehrsführung sein und auch sozialräumliche Indikatoren betreffen. Abhängig von den Fragestellungen können dann die unterschiedlichsten Datensätze miteinander verknüpft werden. Es werden also nicht nur einzelne Datensätze zur Beantwortung von Fragestellungen herangezogen, sondern mehrere. So können Schnittstellen erkannt und unterschiedliche Analyse-, Simulations- und Visualisierungsmöglichkeiten genutzt werden, um Szenarien entwickeln zu können: Was passiert, wenn wir zunehmend Hitzeinseln haben? Was passiert, wenn man eine Fahrbahn reduziert und mehr Radwege hat? Was sind die Herausforderungen einer dezentralen Energieversorgung? Was passiert, wenn wir mehr Elektromobilität haben?

V Wie können digitale Zwillinge zu einer nachhaltigen und zukunftsfähigen Stadtentwicklung beitragen? Da spielt vermutlich der Zeitfaktor eine wesentliche Rolle?

Reinecke: Absolut, in jeglicher Hinsicht können wir nachhaltiger agieren, wenn wir uns erst mal im urbanen digitalen Zwilling verschiedene Szenarien anschauen und nicht direkt in der realen Stadt. So kann man sowohl zeitlich als auch ressourcenseitig und auch ökologisch nachhaltiger agieren.

Hess: Das Besondere ist die Vielfalt an kleinen Anwendungsfällen, die man dadurch ermöglicht, so dass man Erkenntnisse für die Stadtentwicklung hat, bevor man Beton bewegt – um es mal plakativ zu sagen. Man sucht immer so nach dem großen, revolutionären Use-Case, der mit dem digitalen Zwilling jetzt alles verändert. Ich glaube, das ist der falsche Ansatz. Nachhaltig und zukunftsfähig ist genau das, was wir eben gehört haben: dass wir eine Basis schaffen, um ganz viele Simulationen zu fahren, um darauf basierend Entscheidungen zu treffen. Dass wir gewinnbringende Anwendungsfälle umsetzen und damit die Grundlage schaffen, überhaupt nachhaltig zukunftsfähig agieren zu können, weil uns bessere Informationen zur Entscheidungsfindung vorliegen als heute. Und so sind wir auch in der Lage, die richtigen Entscheidungen früher und besser zu treffen. Das ist ein ganz großer Game-Changer.

V Welchen Prozess durchläuft eine Stadt, die sich auf den Weg zu einem digitalen Zwilling gemacht hat?

Hess: Es gibt fünf klassische Schritte, wenn sich die Städte auf den Weg zum digitalen Zwilling begeben: Der erste Schritt ist, Daten zu erfassen, Sensorik zu verbauen, die das kann. Im zweiten Schritt aggregiert man diese Daten, und dann visualisiert man, also beispielsweise in einem 3D-Stadtmodell. Das machen Städte heute häufig schon, auch außerhalb von Förderprogrammen. Dann wird es spannend: Es folgt die Umsetzung in Anwendungsfälle durch Analysen und Simulationen auf dieser Datenbasis. In der finalen Ausbaustufe hat man einen digitalen Zwilling, der „selbst denkt“, also Probleme findet oder Zusammenhänge in all diesen Schritten erkennt, nach denen man gar nicht gesucht hat. So könnte er zum Beispiel proaktiv vorschlagen: Da gibt es eine Brücke, für die aufgrund der Belastung und der Wettereinflüsse eine vorgezogene Instandhaltung durchgeführt werden sollte. Bevor etwas Schlimmes passiert. Und dann sind wir dort angekommen, wo ein solches Konzept riesige Gewinne bringen kann, wenn man zum Beispiel Gefahrensituationen verhindern kann.

V Können mit diesem System auch Naturgewalten besser eingeschätzt werden?

Hess: Ja, es gibt Modellprojekte für Smart Cities, die sehr viel Hochwassersimulationen betreiben. Es gibt auch Modellprojekte, die Sensorik in Wäldern aufhängen, um auf Basis verschiedener Datengrundlagen die Waldbrandgefahr einzuschätzen und darüber Touristenströme zu lenken. Und da kann man inzwischen sehr genau durch die Kombination verschiedener Datenquellen wie historische Daten, aktuelle Wetterdaten oder den aktuellen Trockenheitsbestand im Wald mit einfachen Lösungen Gefahr abwenden. In dem Fall beispielsweise durch eine temporäre Änderung einer Wanderstrecke. Oft erkennt man das nicht: Man geht in den Wald, und es sieht nicht nach Science-Fiction aus. Es ist heute einfach ein anderer Wanderweg geöffnet als gestern, weil die Waldbrandgefahr in einer Region sehr hoch ist.

V Im Rahmen der Begleitforschung haben Sie die Ansätze für digitale Zwillinge in den Modellprojekten Smart Cities untersucht: Was sind die wichtigsten Erkenntnisse?

Hess: Eine zentrale Erkenntnis ist, dass viele Städte und Regionen an ähnlichen Fragestellungen arbeiten, deshalb ist die Übertragbarkeit von Anwendungsfällen für uns ein zentrales Ziel. CUT ist ein tolles Projekt, weil es gemeinsam durchgeführt wird. Die Begleitforschung hatte zum Ziel, Hilfestellungen zu geben, die eher für den Einstieg gedacht sind. Dazu gehört zum Beispiel eine Checkliste zur Umsetzung. Am Ende ist es der Austausch, der den Städten einen großen Mehrwert bringt. Dass man neben den Projekten von CUT auch die Arbeits- und Entwicklungsgemeinschaft hat, in der sich Städte untereinander vernetzen und zusammen an gemeinsamen Fragestellungen arbeiten und in der auch bereits sehr viel Wissenstransfer stattfindet. Trotzdem bin ich bei der Umsetzung wieder zu Hause in meiner Stadt und muss die dort bestehenden Probleme angehen. Und das ist das Großartige an der Begleitforschung, dass man sieht, wie verschiedene Probleme angegangen werden, von Hochwasser über vorgezogene Wartungsszenarien oder Verwaltungsszenarien bis hin zu Bürgerbeteiligungen am digitalen Zwilling. Zugleich kann man aber sehen, dass die Gesamtheit einen großen Mehrwert bringen kann, wenn wir es schaffen, wie Nora Reinecke schon gesagt hat, diese Anwendungsfälle einfach übertragbar zu machen.

V Die 73 geförderten Modellprojekte Smart Cities haben sich auf den Weg gemacht, um die Chancen der Digitalisierung in der Stadtentwicklung zu nutzen. Arbeiten die übrigen Städte und Regionen in Deutschland auch daran?

Hess: Das ist ein Thema, das sehr präsent ist. Auch auf Landesebene sieht man Förderprojekte. Aber wir kennen auch Städte, die nicht gefördert werden, die das Potential aber strategisch erkennen. Braunschweig ist ein Beispiel, hier wird viel am digitalen Zwilling gearbeitet – ohne Fördergeld. Gerade diese Städte brauchen die Erkenntnisse der geförderten Projekte. So können Ressourcen gespart werden, wenn zum Beispiel schon Lösungen aus den Modellprojekten übernommen oder adaptiert werden können. Aber man muss ganz klar sagen, es geht einfacher, wenn man Geld zur Verfügung hat.

V Wie gelangen Erkenntnisse und Projektergebnisse der Modellprojekte zu anderen Städten und Kommunen?

Hess: Einen ersten Überblick über die Maßnahmen können sich Interessierte auf dem Wissensspeicher der Modellprojekte Smart Cities auf der Website smart-citydialog.de verschaffen. Zum anderen bietet die Koordinierungs- und Transferstelle umfangreiche Beratungs-, Informations- und Vernetzungsangebote unter dem Begriff „Start Smart“ an. Dort werden die Erkenntnisse aus den Modellprojekten in Themenwerkstätten, Regionalkonferenzen, Peer-Learnings und Initialberatungen an interessierte Kommunen weitergegeben. Man ist auch sehr hilfsbereit in der Community. Es gibt einen guten Austausch, so dass eine Stadt wie Braunschweig nicht das Rad neu erfinden muss, sondern auf bestimmte Dinge zugreifen kann. Außerdem ist alles Open Source. Die Quellcodes für die technischen Lösungen sind auf Open CoDE, der gemeinsamen Plattform der öffentlichen Verwaltung für den Austausch von Open-Source-Software, verfügbar.

Reinecke: Grundsätzlich sind diese datenbasierten Ansätze ganz zentral, denn so lassen sich Dinge besser verstehen, Zusammenhänge erkennen und Szenarien simulieren. Für Fragestellungen, die sich mit der Weiterentwicklung von Städten und Kommunen befassen, damit, wie wir zukunftsfähige Lebensräume schaffen, wie wir nachhaltige Strategien entwickeln, wie wir gute, schnelle, fundierte Entscheidungen treffen können, für diese Fragestellungen sind Daten ein zentraler Ausgangspunkt.

V Wie können sich Unternehmen hier einbringen?

Reinecke: Urbane digitale Zwillinge basieren auf einer breiten Basis städtischer Daten, Akteure, Prozesse und Strukturen. Urbane Datenplattformen umfassen nicht zwangsläufig nur Daten, die aus städtischer oder kommunaler Hand kommen. Außerdem gibt es auch unterschiedliche Fragestellungen der Stadtplanung, bei denen Verwaltung und beispielsweise Bauunternehmen zusammenarbeiten. Unternehmen in Städten können auch an der Datenerschließung beteiligt sein, indem sie Bedarfe äußern oder ihre Daten zur Nutzung zur Verfügung stellen. Außerdem ist ihre Expertise zu verschiedenen Fragestellungen gefragt, wie beispielsweise nachhaltige Stadtgestaltung und Unternehmensstandorte: Was gibt es zu beachten, was muss geplant werden mit Blick auf die Energieversorgung oder den Verkehr? Zum Beispiel stellt die urbane Datenplattform in Hamburg frei nutzbare Daten zur Verfügung. Ein immenser Datenschatz, den alle – auch Unternehmen – nutzen können. Und es können auch neue Daten von den Unternehmen integriert werden. Ein standardisierter Datenintegrationsprozess ist ein ganz zentrales Element für die inhaltliche Weiterentwicklung urbaner Datenplattformen.

V Unternehmen können also nicht nur ihre Daten zur Verfügung stellen, sondern sie sogar selbst in das System integrieren?

Reinecke: Der Datenintegrationsprozess wird durch die jeweilige Stadt begleitet. Diejenigen, die die Daten einbringen, haben ein Interesse daran, dass die Daten veröffentlicht werden, tragen die Verantwortung für den Datensatz und müssen damit einverstanden sein, dass er frei verfügbar ist. Ein Beispiel aus Hamburg: Hier gibt es inzwischen ein Clubkataster. Das Kataster dient der Darstellung von aktuellen Ortslagen von Clubs und stellt diesen Datenbestand den Bauplanungsbehörden in Hamburg bereit. Damit können die Belange der Clubs in die Stadtplanung eingebracht werden. Damit wird die Voraussetzung geschaffen, um künftig problematische Interessenkollisionen, zum Beispiel Lärmbelästigung durch laute Musik, in der Stadtentwicklung frühzeitig zu erkennen. Ob externe Daten für die Stadtgesellschaft einen ausreichenden Mehrwert bieten, entscheidet die Stadt.

Hess: Die Wirtschaft ist sehr vielfältig eingebunden in Kommunen. In einer idealen Situation treibt auch die lokale Wirtschaft ein Stück weit die Stadt an, Dinge umzusetzen, die für sie selbst von Nutzen sein können. Sich aktiv einzubringen birgt auch für die Wirtschaft eine Chance, und man sollte nicht immer warten, bis man gefragt wird. Die Wirtschaft ist, wenn sie das entsprechende Know-how hat, auch ein guter Partner.

V Welche Herausforderungen gilt es für Kommunen, die einen digitalen Zwilling planen, zu lösen?

Reinecke: Es geht einerseits darum, dass wir städtische Datenplattformen, Geodateninfrastrukturen auf- und ausbauen und Datenschätze heben, die möglicherweise noch nicht erschlossen sind, und gleichzeitig auch einen Mentalitätswandel fördern! Also auch Bekanntschaft und Bereitschaft zu fördern, diese Dinge zu nutzen. In unserem Projektkontext sind städtische Akteure sehr zentral.

V Bieten Sie Schulungen für Mitarbeiter an, um sie mit der Digitalisierung in Kontakt zu bringen?

Reinecke: Schulungen gibt es, und das nutzen meist die Mitarbeitenden, die konkret vor der Umsetzung stehen. Das ist wichtig, um auch Bedenken abzubauen und ein besseres Verständnis zu generieren.

Hess: Was man häufig sieht, ist, dass die Integration in die Organisationsstruktur der Verwaltung schon eine sehr zentrale Herausforderung ist. Es ist in Teilen ein Kulturwandel, der damit einhergeht, dass ich solche großen Querschnittsprojekte habe, wo man gemeinsam an einem höheren Ziel arbeitet und es nicht mehr so diese klare Zuordnung zu nur einem Fachbereich gibt.

V Wie können weitere Kommunen von den Erkenntnissen von CUT profitieren?

Reinecke: Auf der höheren Ebene gibt es die Koordinierungs- und Transferstelle (KTS). Sie ist dafür verantwortlich, zwischen diesen Projekten für Vernetzung und Erfahrungsaustausch zu sorgen. Ein Ziel ist, den Erkenntnisgewinn auch für Kommunen bereitzustellen, die nicht gefördert werden.

Für uns als Projekt ist der Wissenstransfer sogar eines unserer fünf Teilprojekte, in dem wir verschiedene Formate entwickeln, um für weitere Städte und Kommunen Ergebnisse aus unserem Projekt nutzbar zu machen. Die Grundsystematik ist übertragbar, und dafür bieten wir niedrigschwellige Angebote an. Dazu zählt unsere Website connectedurbantwins.de, auf der man Projekteinblicke gewinnen kann. Die CUT-Akademie bietet Videos und Webinare. Und, wie bereits erwähnt, handelt es sich bei unseren Daten um eine Open-Source-Lösung, die auch auf Open CoDE zur Verfügung gestellt wird.

Hess: Jede Kommune kann und sollte sich auch ohne Förderung auf den Weg machen und sich selbst darüber klar werden, welche Anwendungsfälle für digitale Zwillinge es vor Ort gibt.

Die Ergebnisse von Projekten wie CUT funktionieren nicht wie eine App, die man einfach herunterladen kann Es ist wichtig, als Kommune aktiv loszulaufen und zum Beispiel den strategischen Umgang mit Daten zu definieren. Nur so können die Ergebnisse, die im Wissenstransfer der Modellprojekte Smart Cities zur Verfügung stehen, optimal genutzt werden.

V Sehen Sie, wer auf die Vorarbeit und die Daten zugreift? Würden Sie sagen, da könnten sich noch viel mehr Städte und Gemeinden Informationen holen, um „loslaufen“ zu können?

Hess: Wir sind in der Community der Modellprojekte Smart Cities sehr stark von den Bereitwilligen umgeben. Ich glaube aber, dass wir noch sehr viel tun müssen, damit die Chancen der Digitalisierung überall erkannt werden. Ich erlebe noch viele Kommunen, wo wir noch klassische Räte haben, die nicht sehen, dass das ein gewinnbringendes Thema ist. Es ist wichtig zu verdeutlichen, dass es keine Option ist, diesen Weg nicht zu gehen beziehungsweise es anderen zu überlassen, wie die Zukunft aussehen wird.

Die Fragen stellte Gabriele Kalt.