Digitaler Zwilling für kollaborative Stadtplanung

Der digitale Zwilling ist ein zentrales Werkzeug für die Stadtverwaltung in Paderborn. Simulationen ermöglichen eine datenbasierte Stadtplanung und eine transparente Darstellung von Entscheidungsprozessen. Zugleich wird der digitale Zwilling als kollaboratives Tool genutzt, in dem verschiedene Abteilungen der Stadtverwaltung gemeinsam an Projekten arbeiten können. Dadurch wird nicht nur die Digitalisierung der Verwaltung vorangetrieben, sondern Datensilos werden durch ämterübergreifende Zusammenarbeit aktiv abgebaut. Der inhaltliche Schwerpunkt des digitalen Zwillings liegt auf dem Themenfeld der Stadtentwicklung.

Paderborns digitaler Zwilling orientiert sich am digitalen Zwilling aus Halle (HAL-Plan), indem die technologische Grundlage übernommen und um zusätzliche Funktionen weiterentwickelt wurde. Basis des digitalen Zwillings ist ein City Information Model (CIM). Dabei handelt es sich digitales 3D-Modell der Stadt, in dem die einzelnen Objekte der gesamten Stadt wie Gebäude dargestellt, mit Informationen hinterlegt und in Relation zueinander gesetzt werden. Damit dient das CIM als standardisierte Datengrundlage, auf die der digitale Zwilling Paderborns zurückgreift. Auf dieser Basis ermöglicht der digitale Zwilling Analysen und Simulationen in 3D.

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Erfolgsfaktoren zur Zielerreichung

Frühe Entwicklung eines Prototypen

Im Projekt wurde bereits zu Beginn ein Prototyp entwickelt. Dadurch konnten einerseits Erkenntnisse zu den Bedarfen an die Systemarchitektur gewonnen werden. Andererseits ermöglichte der Prototyp, ein Lastenheft mit technischen und fachlichen Anforderungen zu erstellen, auf dessen Basis der digitale Zwilling entwickelt wurde.

Einbindung technischer Partner

Bereits in der strategischen Planung wurde auf externe Partner zurückgegriffen, die Erfahrungen mit der Entwicklung digitaler Zwillinge im kommunalen Kontext haben. Die technische Entwicklung des digitalen Zwillings erfolgte ebenfalls extern.

Interdisziplinäres Team

Die Umsetzung des Projektes erfolgt durch ein interdisziplinäres Team, bestehend aus Vertreterinnen und Vertretern verschiedener Fachbereiche der Stadtverwaltung. Dadurch können deren, teils unterschiedliche technische und fachliche Anforderungen an den digitalen Zwilling berücksichtigt werden.

Erfolgsfaktoren zur Übertragbarkeit

Modularer Aufbau

Der digitale Zwilling ist modular aufgebaut. Dadurch können spezifische Komponenten leicht angepasst und in andere kommunale Systeme integriert werden. Der Zwilling kann zudem schrittweise implementiert werden.

Umwandlung bereits bestehender Lösung

Der Paderborner digitale Zwilling orientiert sich am Zwilling aus Halle (HAL-Plan). Dieser wurde an die lokalen Bedürfnisse in Paderborn angepasst, indem weitere Funktionen - wie Import- und Exportfunktionen, spezielle Dateiformate oder Kommentarfunktion zur Erleichterung der Kollaboration - entwickelt worden sind.

Offene Technologie bei guter Dokumentation

Der digitale Zwilling basiert auf Open-Source-Technologie und nutzt standardisierte Schnittstellen. Die Dokumentation wird auf der Plattform openCode veröffentlicht.

Erfolgsfaktoren zur Verstetigung

Kombination aus kommunaler Verantwortung und externen Partnern

Für die Verstetigung des digitalen Zwillings werden die Kommune in Zusammenarbeit mit einem externen Partner verantwortlich sein. Die Hostingkosten für den Server werden durch die Stadt übernommen.

Stellen der Fachmitarbeitenden sind entfristet

Das Team für den digitalen Zwilling setzt sich aus Mitarbeitenden einzelner Fachabteilungen zusammen. Relevant ist, dass alle Beteiligten entfristete Stellen haben und dadurch kein Wissensverlust nach Ende der Förderung zu befürchten ist.

Paderborn_Akteure — Creative Climate Cities

Weitere Informationen

Ausgangsbedingungen und Ziele

Lokale Herausforderungen

Paderborn in Ostwestfalen-Lippe zeichnet sich als wachsende Universitätsstadt und IT-Standort mit starker Wirtschaft aus. Die Schaffung von bezahlbarem Wohnraum und neuen attraktiven Stadtquartieren sowie erhöhtes Mobilitätsaufkommen und eine Dichte an regenerativer Energiegewinnung sind zentrale Themen für die Großstadt im ländlichen Raum. Zugleich setzt sich Paderborn stark für die Digitalisierung der Stadtverwaltung ein.

Der digitale Zwilling und das CIM tragen zur digitalen Transformation der Stadt bei. Sie bilden die Grundlage für weitere Prozesse wie die Kommunikation von Entscheidungen oder die datengetriebene Planung.

Planungsziele

Der digitale Zwilling von Paderborn dient der Stadtverwaltung als zentrales Werkzeug für die Stadtentwicklung. In ihm werden unterschiedliche Datenquellen, die für Planungsprozesse relevant sind, zusammengeführt und visuell miteinander verknüpft.

Der digitale Zwilling ist besonders für zwei Zusammenhänge relevant: Als strukturierte Datengrundlage ermöglicht er interdisziplinäre Planung sowie darauf aufbauende Simulationen. Dies führt zu neuen Planungsmöglichkeiten und erhöht die Transparenz der Entscheidungsprozesse.

Zugleich wird der digitale Zwilling als Kollaborationsplattform genutzt, auf der verschiedene Bereiche der Stadtverwaltung miteinander arbeiten können. Fachkräfte können die bereitgestellten Informationen gemeinsam nutzen, um sowohl an bestehenden städtebaulichen Herausforderungen als auch an der Entwicklung neuer Quartiere zu arbeiten. Perspektivisch bietet das System zudem die Möglichkeit, die Kommunikation mit der Stadtgesellschaft zu fördern.

Ansatz zur Wirkungsmessung

Die Wirkung des digitalen Zwillings soll vor allem an zwei Größen gemessen werden: daran, ob Fachkräfte das Frontend und die vorhandenen Funktionen des Zwillings bedienen können und daran, welcher Mehrwert sich in der täglichen Arbeit ergibt. Im Detail ergeben sich folgende KPIs:

Datenverfügbarkeit

Anzahl der angelegten Planungsprojekte und Anzahl der Nutzerinnen und Nutzer (Anzahl und Umfang der Einsätze des digitalen Zwillings in der Entscheidungsfindung)

Prozessoptimierung

Durchlaufzeit pro Projekt
Umlauf von Datensätzen

Nutzungsgrad

Anzahl zufriedener Nutzerinnen und Nutzer
Bedienbarkeit

Die Indikatoren werden erneut gegen Ende der Projektlaufzeit erhoben. Der Grund dafür ist, dass die Messungen stattfinden sollen, wenn der digitale Zwilling von allen beteiligten Fachkräften verwendet wird.

Entwicklung und Umsetzung

Prozessschritte

Q1/Q2 2024
- Ausschreibung einer Beratungsdienstleistung
Q3 2024:
- Kick-Off Workshop mit dem Gewinner der Ausschreibung (Virtual City Systems) – Festlegung von Anwendungsfällen, Diskussion zum Prototyp
Q4 2024
- Evaluation des Prototyps mit dem Stadtplanungsamt
Q1 2025
- Erstellung eines Lastenhefts für die Ausschreibung der technischen Umsetzung
Q2 2025
- Ausschreibung der technischen Umsetzung des digitalen Zwillings/CIM, basierend auf dem zuvor erstellten Lastenheft
Q3 2025 – Q2 2026
- Technische Umsetzung des digitalen Zwillings/CIM

Governance

Das interdisziplinäre Team besteht aus der Projektleitung und Mitarbeitenden verschiedener Ämter. Insbesondere waren das Stadtplanungsamt sowie das Geoinformationsamt involviert. Virtual City Systems wirkte bei der strategischen Entwicklung beratend mit. Die technische Umsetzung erfolgte durch Form Follows You, die die auch den Betrieb des digitalen Zwillings übernehmen.

Kosten bei Beschaffung

	Sachkosten
Weiterentwicklung	100.000€
Betrieb	44.000€ Hosting
Datenbeschaffung	247.000€ Befliegung gesamtes Stadtgebiet, Modellerstellung

Partizipation und Kommunikation

Das CIM und der digitale Zwilling sind zunächst rein für den verwaltungsinternen Gebrauch konzipiert, sodass es zu keiner Kommunikation mit Bürgerinnen und Bürgern kam. Zukünftig könnte das System als Storytelling-Tool auch für die externe Kommunikation verwendet werden.

Intern wurden bereits vor der Ausschreibung die relevanten Ämter (z. B. das Stadtplanungsamt) beteiligt und nach den gewünschten Funktionen befragt. Über die Projektlaufzeit hinweg findet ein regelmäßiger Austausch (circa alle zwei Wochen) mit den Key Usern statt, um Bedarfe an weiteren Funktionen oder bei der Nachjustierung zu ermitteln. Key User sind Mitarbeiter aus der Stadtplanung, die sich intensiv mit dem DZ beschäftigt haben und als Schnittstelle zu den Expertinnen aus dem Smart City Team fungieren.

Technische Infrastruktur

Der Paderborner digitale Zwilling baut auf dem digitalen Zwilling aus Halle auf. Die Grundlage bildet wie in Halle die Software Buildplace. Es werden folgende Schnittstellen und Standards verwendet:

3D-Engine: Babylon.js
User Interface: Chakra
Framework: React 18 mit TypeScript
Hosting des Servers: Hetzner
Kartenmodul: MapLibre
Stadtmodell: CityGML/CityJson
Kartendienste: QGIS
Echtzeitdaten: FROST Server (SensorThingsAPI)

Datengrundlagen

Der digitale Zwilling nutzt Geobasisdaten sowie bestehende Verkehrs- und Energiedaten. Diese stammen beispielsweise vom kommunalen Netzbetreiber. Zusätzlich werden im Laufe des Projektes weitere Verkehrs- und Energiedaten erhoben und durch Satelliten- und Befliegungsdaten ergänzt. Das CIM bildet dabei die Datengrundlage, auf die die Anwendungsfälle des urbanen digitalen Zwillings zurückgreifen.

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