Digitale Zwillinge – Potenziale in der Stadtentwicklung

Status: laufend
Start: Februar 2022 – August 2023
Programm: Modellprojekte Smart Cities

Publikation

Cover Digitaler Zwilling — BBSR/ Angela Pfeiffer für Connected Urban Twins

Ein urbaner digitaler Zwilling ist ein digitales Modell einer Stadt oder eines Stadtteils. Mit ihm können Kommunen beispielsweise den Verkehr oder die Folgen von Starkregen simulieren und andere Szenarien für die Stadtentwicklung entwerfen. Die Studie aus der Begleitforschung der Modellprojekte Smart Cities (MPSC) zeigt, wie der Aufbau digitaler Zwillinge gelingen kann.

In der Industrie sind virtuelle Abbilder von Maschinen und Prozessen nicht mehr wegzudenken. Auch in der Stadtentwicklung halten digitale Zwillinge zunehmend Einzug: als interaktive Weiterentwicklungen von 3D-Stadtmodellen, die vielfältige Daten zu einem realitätsnahen digitalen Abbild der Stadt bündeln.

Viele Kommunen arbeiten derzeit am Einsatz von digitalen Zwillingen. Für sie und alle anderen interessierten Städte und Gemeinden fasst die Studie Grundlagen, Anforderungen und Praxisbeispiele systematisch zusammen.

Auf Basis dieser Grundlagen entwerfen die Autorinnen und Autoren ein konzeptionelles Modell für die Entwicklung eines digitalen Zwillings. Ein Leitfaden zeigt einen idealtypischen Ablauf von der Zielsetzung bis zur Umsetzung, erläutert wesentliche Bausteine und gibt Hinweise zum Vorgehen.

Download und Bestellung

Sie können die neue Veröffentlichung ab dem 24. August 2023 beim BBSR hier online abrufen und als PDF herunterladen.

Gedruckte Exemplare können kostenfrei per Mail bestellt werden: publikationen.bbsr@bbr.bund.de.

Ausgangslage

Die Entwicklung sogenannter digitaler Zwillinge spielt in den vom Bund geförderten Modellprojekten Smart Cities (MPSC) eine große Rolle. Die Großstädte München, Hamburg und Leipzig gehen dabei mit ihrem Gemeinschaftsvorhaben „Connected Urban Twins (CUT)“ voran. Viele weitere Städte und Gemeinden, darunter auch kleinere und mittlere Kommunen, sondieren, welche Voraussetzungen für einen digitalen Zwilling erforderlich sind und welche Herangehensweise für die Umsetzung geeignet ist. Hierbei wurde in der vorliegenden Studie insbesondere der Anwendungsfall „Digitale Zwillinge für die Stadtentwicklung und Stadtplanung“ untersucht.

Ziel

Ziel der Untersuchung war es einerseits, den aktuellen Stand der MPSC-Kommunen hinsichtlich des Aufbaus und des Einsatzes digitaler Zwillinge in der Praxis zu erheben und die Fachdiskussion zu strukturieren. Andererseits diente die Untersuchung dazu, die wesentlichen Komponenten für den Aufbau eines digitalen Zwillings im Rahmen der Stadtentwicklung zusammenzustellen und damit Kommunen bei der Entwicklung und Umsetzung eines einsatzfähigen Systems zu unterstützen.

Konzept

Folgende Forschungsleitfragen liegen der Kurzstudie zugrunde:

Welche kommunalen Verfahrensschritte können im Rahmen der integrierten Stadtentwicklung durch den Einsatz von digitalen Zwillingen verbessert, vereinfacht oder beschleunigt werden?
Welche weiteren Vorteile im Rahmen von stadtplanerischen Vorhaben ergeben sich durch digitale Zwillinge?
Welche Komponenten und Schritte bedarf es für den Aufbau eines digitalen Zwillings für die Stadtentwicklung?

Projektphasen

1. Analyse der Ausgangssituation

Die Zielstellung des Arbeitspaketes war die Sondierung und Analyse der Modellprojekte Smart Cities (MPSC) in Hinblick auf den Stand der Praxis zu digitalen Zwillingen für die integrierte Stadtentwicklung. Dabei ging es insbesondere darum, Einsatzmöglichkeiten zu identifizieren und zu dokumentieren. Neben der damit einhergehenden Begriffsklärung war es auch Ziel, die Chancen und Herausforderungen digitaler Zwillinge zu ermitteln, sodass Kommune ihre Strategieentwicklung bei Bedarf darauf ausrichten können.

2. Entwicklung der Umsetzungsmethodik

Ziel war es, eine Methodik zur Umsetzung des digitalen Zwillings auf kommunaler Ebene zu entwickeln. Angelehnt an die Erfahrungen der MPSC hinsichtlich der Grenzen und Potenziale digitaler Zwillinge wurden insbesondere auch die technischen und organisatorischen Rahmenbedingungen mit Bezug zur integrierten Stadtentwicklung berücksichtigt.

3. Ableitung von Handlungsempfehlungen

Aus der Analyse und der Umsetzungsmethodik wurden Handlungsempfehlungen zur Entwicklung und Umsetzung digitaler Zwillingen abgeleitet. Neben den Falluntersuchungen und der Methodik bildeten sie den Kern der Arbeitshilfe für die Praxis. Es werden sowohl praxisnahe Hinweise zur Umsetzung als auch mögliche Herausforderungen aufgezeigt. Zielgruppe der Empfehlungen sind deutsche Kommunen jeder Größenklasse, auch wenn die Empfehlungen je nach Typ unterschiedlich sein können.

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Kontakt

Steffen Hess

Forschungscluster der Koordinierungs- und Transferstelle Modellprojekte Smart Cities Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering (IESE)

Mail: Steffen.Hess@iese.fraunhofer.de

Dr. Vilim Brezina

Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) Referat RS 5 „Digitale Stadt, Risikovorsorge und Verkehr“

Tel.: +49 228 99401 2153

Mail: Vilim.Brezina@bbr.bund.de