Smart City zum Anfassen – LEGO®-Modell mit Sensorik

Die Mechanismen einer vernetzten und smarten Stadt aus nächster Nähe miterleben – das ist das Ziel der LEGO®-Stadt Mönchengladbach. Moderne, vernetzte Städte produzieren stetig wachsende Datenmengen, was ihre Gestaltung zunehmend Komplex macht. Um diese Daten effizient nutzen zu können, werden sie über Datenplattformen gebündelt. Dies erfordert neue Arbeitsweisen und einen veränderten Umgang mit Daten. Die LEGO®-Stadt Mönchengladbach erleichtert das Erlernen und Veranschaulichen des neuen Umgangs mit Daten und hilft somit bei der Erarbeitung neuer Anwendungsfälle für die Daten erhebenden Sensoren. Sie richtet sich dabei sowohl an Verwaltungsmitarbeitenden als auch an Bürgerinnen und Bürgern.

Die LEGO®-Stadt Mönchengladbach ist ein aus LEGO®-Bausteinen zusammengesetztes interaktives Miniaturmodell einer Stadt. In ihr sind verschiedene Sensoren, etwa für Licht- oder Klima, verbaut, die innerhalb des Miniaturmodells Daten erfassen und auf der urbanen Datenplattform zusammenführen. Diese Modell-Sensorik simuliert reale Messprozesse, deren Ergebnisse live auf einem Dashboard und in einem digitalen Abbild der Miniaturstadt, dem digitalen Zwilling, visualisiert werden. Die Anwendungsfälle reichen von Lärmmessungen über eine Beleuchtungserkennung bis hin zur Parkplatzverfügbarkeit. Für Workshops werden neben dem fest montierten Stadtmodell flexibel gestaltbare Platten verwendet. Auf diesen können die Workshopteilnehmenden eigenständig ein Modell bauen und somit ihre eigenen Anwendungsfälle entwickeln.

Als Bildungsinstrument macht die LEGO®-Stadt komplexe Prozesse der digitalen Stadtentwicklung anschaulich und verständlich. Bei Veranstaltungen oder in Beteiligungsformaten können zentrale Smart City Themen wie Sensortechnologie, Verkehrssteuerung oder Energieeinsatz spielerisch vermittelt werden. So trägt das Modell dazu bei, Aufmerksamkeit für digitale Stadtentwicklung zu erzeugen, Wissen niedrigschwellig zu vermitteln und die Smart-City-Strategie nachhaltig in der Stadtgesellschaft zu verankern.

Stadt Mönchengladbach

Metropolregion Rheinland

Was macht die Smart City Lösung besonders wirkungsvoll? Wie kann Ihre Kommune davon profitieren, die Lösung übertragen und nachhaltig nutzen? Entdecken Sie hier die Schlüsselfaktoren für den Erfolg dieser Lösung.

Erfolgsfaktoren zur Zielerreichung

Vereinfachte Darstellung der Stadt
Das Stadtmodell ermöglicht eine einfache und verständliche Vermittlung der komplexen Prozesse hinter der digitalen Stadtentwicklung. Der Fokus liegt auf den zu vermittelnden Konzepte und nicht auf eine detailgetreue Abbildung Mönchengladbachs. Dies ermöglicht die Hervorhebung konkreter Anwendungsfälle wie der Erhebung und Verarbeitung von Lärm- und Umweltdaten, was die Komplexität erheblich reduziert.

Verbindung mit Urban Data Hub und strategischer Rahmung
Die LEGO®-Stadt ist direkt mit der urbanen Datenplattform (Urban Data Hub) Mönchengladbachs verknüpft und nutzt somit dieselbe technische Infrastruktur wie viele Smart City Anwendungen. Dies garantiert, dass die LEGO®-Stadt einen Einblick in die echten Prozesse hinter der Erfassung und Visualisierung von Stadtklima, Parkplatzsituation oder Verkehrszählungen gibt. In Miniaturszenen wird gezeigt, wie Sensordaten erfasst, an die Datenplattform übertragen und in Dashboards visualisiert werden. Die Miniaturstadt dient aber dadurch auch als Modell für Sensorprojekte, durch das neue Erkenntnisse, zum Beispiel für die Visualisierung oder Übertragung von Daten, gewonnen werden können.

Niedrigschwellige Kommunikation und Bürgerbeteiligung
Das LEGO®-Stadtmodell ist in erster Linie ein vielfältiges Kommunikationsinstrument. Die spielerische und anschauliche Vermittlung der städtischen Datenprozesse erlaubt es, das Modell in verschiedenen Beteiligungsformaten von Konferenzen bis Bürgerworkshops einzusetzen. Dadurch werden sowohl für Mitarbeitende der Verwaltung als auch für Bürgerinnen und Bürgern die Mehrwerte von Sensoren erfahrbar. Die Bürgerbeteiligung ermöglicht es insbesondere im Rahmen der Workshops, über Smart City Themen zu sprechen und miteinander in den Austausch zu kommen.

Erfolgsfaktoren zur Übertragbarkeit

Offene Entwicklungsgemeinschaft

Über den lokalen Anwendungsfall hinaus strebt die Stadt Mönchengladbach an, das LEGO®-Stadtmodell als Grundlage für eine offene Entwicklungsgemeinschaft zu etablieren. Die Veröffentlichung der Bauanleitung und die dokumentierte Umsetzung ermöglichen es anderen Städten, das Modell im eigenen Kontext weiterzuentwickeln. Die Stadt Krefeld hat bereits ihr eigenes Modell nachgebaut.

Technische Offenheit und flexible Skalierbarkeit

Das LEGO®-Stadtmodell basiert auf einer modularen Bauweise und frei konfigurierbarer Sensorik. Es lässt sich dadurch problemlos umbauen und verschiedenartig gestalten. Dadurch lässt es sich mit geringem Aufwand an unterschiedliche kommunale Kontexte anpassen. Die Möglichkeit einer reduzierten Anbindung an Datenanalysetools wie der Datenplattform oder dem Digitalen Zwilling erhöht zusätzlich die Übertragbarkeit und ermöglicht die Umsetzung und Weiterentwicklung orientiert an den lokalen Gegebenheiten.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten
Das Stadtmodell ist nicht nur im Aufbau flexibel gestaltbar, sondern kann in verschiedenen Kontexten eingesetzt werden. Es kann sowohl als Demonstrationsobjekt für ein Fachpublikum, als Bildungsinstrument in Schulen oder als Werkzeug zur Bürgerbeteiligung dienen. Die Fülle an verbauten Sensoren ermöglicht es, viele verschiedene Anwendungsfälle durch das Modell zu veranschaulichen.

Erfolgsfaktoren zur Verstetigung

Vielfältiger Einsatz – Von Workshops bis zum Dauerausstellungsstück
Das LEGO®-Stadtmodell ist von Beginn an skalierbar aufgebaut. Als großes Stadtmodell wird es auf Veranstaltungen und Messen verwendet und wird im Moment zu einem Daueraustellungsstück umgebaut. Auf Workshops werden kleinere Platten verwendet, die von den Teilnehmenden flexibel zusammengesetzt werden können.

Langfristige Nutzbarkeit durch modulares Design
Das LEGO®-Stadtmodell ist darauf ausgelegt, langfristig und unabhängig des Entwicklerteams nutzbar zu sein. Der modulare Aufbau macht das Modell zusammen mit einklappbaren Stützen und einem robustem Kabelmanagement mobil, wartbar und langlebig. Die erstellte Bauanleitung vermittelt die notwendigen Kenntnisse zur Erstellung eines Stadtmodells auch nach Ablauf der Projektlaufzeit.

Verankerung in der digitalen Infrastruktur
Durch die Integration in den Urban Data Hub und die Visualisierung im Digitalen Zwilling ist das Modell fest in die digitale Infrastruktur der Stadt eingebunden und kann kontinuierlich im Einklang zur Smart-City-Strategie weiterentwickelt werden.

Mönchengladbach_Diagramm — Creative Climate Cities

Weitere Informationen

Ausgangsbedingungen und Ziele

Lokale Herausforderungen

Mönchengladbach steht wie viele weitere Kommunen vor der Herausforderung, verschiedene Bevölkerungsgruppen beim digitalen Wandel mitzunehmen. In der Stadt lassen sich durch die differenzierte Sozialstruktur Unterschiede hinsichtlich digitaler Bildung und sozialer Teilhabe an der Wissensgesellschaft feststellen – und eine häufig fehlende Vorstellung dessen, welche Potenziale und Konzepte hinter einer Smart City stehen. Der Urban Data Hub und die Smart City Strategie verfolgen das Ziel, Datensilos aufzubrechen und somit den Kulturwandel in der Verwaltung voranzutreiben. Diesem Ziel steht jedoch oft eine mangelnde Digitalkompetenz entgegen.

Das LEGO®-Stadtmodell setzt genau an diesem Problem an: es ermöglicht eine niedrigschwellige Kommunikation der Funktionsweisen von Smart City Lösungen, die kein technisches Vorwissen benötigt. So kann Bürgerinnen und Bürgern, aber auch Verwaltungsmitarbeitenden und Politikerinnen und Politikern vermittelt werden, was im Rahmen der Smart City Strategie umgesetzt wird. Das Stadtmodell übersetzt technische und datenbasierte Entwicklungen in ein verständliches, visuell ansprechendes und interaktives Medium.

Planungsziele

Eines der zentralen Ziele der Smart-City-Strategie ist es, digitale Infrastrukturen sichtbar, verständlich und alltagstauglich zu machen. Hier bietet das Modell eine innovative Lösung: Es macht komplexe Datenprozesse aus dem Urban Data Hub greifbar und veranschaulicht konkrete städtische Anwendungsfälle wie Verkehrszählung, Klimadaten oder Energieverbrauch. Diese Visualisierung erleichtert politischen Gremien, Verwaltungsmitarbeitenden und der Öffentlichkeit den Zugang zu digitaler Stadtentwicklung.

Neben der Rolle als Erklärwerkzeug, erfüllt das Stadtmodell vor allem den Zweck eines interaktiven und wiederverwendbaren Präsentationsobjektes. Es wird in öffentlichen Dialogformaten eingesetzt und dient als mobiles Werkzeug zur Aufklärung, Aktivierung und Mitgestaltung. So wird datenbasierte Planung greifbar und die Akzeptanz für Smart-City-Maßnahmen in der Stadtgesellschaft erhöht. Durch das niedrigschwellige Angebot wird ein Beitrag zur Steigerung der sozialen Teilhabe an der Wissensgesellschaft geleistet.

Ansatz zur Wirkungsmessung

Die Wirkung des LEGO®-Stadtmodells wird momentan nicht quantitativ erfasst. Das Ziel des Modells ist, das Abstraktionsniveau der Smart City zu reduzieren und dadurch Fachfremde zu einem Gespräch anzuregen. Bei den Workshops geht es darum, ein möglichst vielfältiges Publikum jenseits einer Bildungselite zu erreichen. Aufschlüsse über eine gelungene Wirkung gibt ebenfalls die Anzahl der entwickelten Anwendungsfälle während der Workshops. Wenn das Stadtmodell in Zukunft als Dauerausstellungsstück installiert wird, kann die Häufigkeit der Interaktion mit dem Modell als KPI betrachtet werden.

Die erwünschte Wirkung ist dabei, dass es zu einem Austausch über Potenziale der Smart City kommt. Durch das Stadtmodell werden Bürgerinnen und Bürger einbezogen, die üblicherweise nicht durch Kommunikationsmaßnahmen über Smart City Maßnahmen erreicht werden. Das Modell dient aber ebenfalls innerhalb der Verwaltung, mit Fachkollegen über Neuheiten zu sprechen

Entwicklung und Umsetzung

Prozessschritte

Strategische und organisatorische Vorbereitung (intern):

Entwicklung der Smart City Strategie durch verwaltungsübergreifende Beteiligung
Schaffung des Urban Data Hub als Ort, an dem Daten zusammengeführt werden

Konzeption und Planung (intern + extern):

Idee eines haptischen Stadtmodells zur Darstellung digitaler Prozesse
Auswahl relevanter Anwendungsfälle und Modellbereiche
Anbindung des Stadtmodells an den Urban Data Hub

Technische Umsetzung (intern):

Eigenbau mit LEGO®-Sets zur Vermeidung externer Auftragsvergabe
Verbau von Sensorik, Steuerung und Stromversorgung
Integration einer modularen Verkabelung (inkl. Steuerbox und Kabelkanäle)
Erstellung einer digitalen 3D-Repräsentation im ArcGIS-Digitalen Zwilling
Darstellung der erhobenen Daten auf einem Dashboard

Einsatz und Weiterentwicklung (laufend):

Einsatz auf Veranstaltungen, Messen und Workshops
Feedbackbasiertes Redesign technischer Details (z. B. Steckverbindungen, Lichtsteuerung)
Weiterentwicklung für skalierbaren Einsatz in verschiedenen Kontexten
Ziel:. Modell als Dauerausstellungsobjekt zur Verfügung stellen

Governance

Das LEGO®-Stadtmodell wurde fast vollständig in Eigenarbeit durch das Smart City Team erstellt. Die LEGO®-Sets wurden vom Team ausgewählt, zusammengebaut und zum Teil zurechtgesägt. Anschließend wurde das Modell teamintern gelötet. Von der Konzeption bis zur Umsetzung wurden dementsprechend keine externen Partner einbezogen.

teuto.net war als technischer Partner an der Integration in das Urban Data Hub beteiligt.
Clevebrück hat zusätzlich die Seitenverkleidung des Stadtmodells designt.

Kosten bei Beschaffung

Personalkosten / alternativ Personentage

Sachkosten

Anschaffung

80.237,03 € Personalkosten

3.998,40 € für IT-Dienstleistungen

1.975,87 € für Verbrauchsmaterialien

1.243,55 € für das Design

*Die Materialkosten im Endprodukt belaufen sich auf 1.100 €

Partizipation und Kommunikation

Das LEGO®-Stadtmodell ist ein Partizipations- und Kommunikationsinstrument im Kontext der Smart City Strategie. Es wird zum Beispiel auf Workshops verwendet, bei denen kleine Gruppen anhand von LEGO®-Steinen, -Sets, Sensoren und Platten des Modells selbst kreativ werden können: Besuchende können sich selbst ihr Modell erschaffen und werden dadurch partizipativ eingebunden. Auch bei größeren Veranstaltungen kann das Publikum mit dem Modell interagieren, etwa in Form von Knöpfen zur Erzeugung von Licht.

Das Stadtmodell wurde auf mehreren Konferenzen wie dem Sommerfest der Vertretung des Landes NRW bei der Europäischen Union in Brüssel im Sommer 2024 oder CIVI/CON 2025 präsentiert. Diese Veranstaltungen werden ebenfalls genutzt, um Feedback über das Modell zu sammeln.

In den Workshops müssen die Teilnehmenden selbst ein Miniaturmodell bauen und sich passende Anwendungsfälle überlegen. Dadurch werden sie mit denselben Herausforderungen konfrontiert, denen sich das Smart City Team bei der Erstellung des Stadtmodells gegenübersah.

Technische Infrastruktur

Hardware
Kern der Lösung ist das mobile LEGO®-Stadtmodell (120 × 80 cm) auf einer Holzplatte als Grundfläche mit einklappbaren Stützen, optimiert für Transport und wiederholter Nutzung. Es enthält:

Sensorikmodule (z. B. Magnetkontaktsensoren, Mikrofone, Temperatur- und Lichtsensoren)
LED-Beleuchtungssysteme
Audiomodul zur Geräuschausgabe
Mikrocontroller mit modularer Verkabelung (per Dupont-Stecksystem)
Steuerungsbox zur zentralen Datenverarbeitung
Visualisierungsdisplays (z. B. Monitore, Tablets)
Acrylabdeckung und Seitenverkleidung im Smart-City-Design

Software und Dateninfrastruktur
Zur Datenverarbeitung und -visualisierung wird der Urban Data Hub 2.0 des Dienstleisters teuto.net eingesetzt. Die Architektur basiert auf:

Grafana (Dashboard)
Prometheus (Zeitreihendatenbank)
Keycloak (Identitäts- und Rechtemanagement)

Die Daten aus der Sensorik werden per WLAN übertragen, in der Plattform verarbeitet und über Dashboards (Grafana) dargestellt. Zusätzlich wurde ein Digitaler Zwilling des Modells mit ArcGIS erstellt, in dem Live-Daten positionsgenau im 3D-Modell abgebildet werden.

Datengrundlagen

Bestandsdaten aus dem Urban Data Hub (UDH)
Das LEGO®-Stadtmodell greift auf bestehende, zentral gebündelte Daten aus dem Urban Data Hub der Stadt Mönchengladbach zurück. Dazu zählen u. a.:

Mobilitätsdaten (z. B. Verkehrsfluss, Parkplatzbelegung)
Umweltdaten (z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Lärm)
Planungs- und Infrastrukturdaten (z. B. Standortinformationen, Lichtmessungen)

Diese Daten sind auf dem UDH gespeichert und werden dort verarbeitet, aggregiert und visualisiert. Die Kopplung an das Dashboardtool Grafana ermöglicht die Live-Darstellung in Form verständlicher, interaktiver Visualisierungen.

Keine originäre Datenerhebung, sondern eine sensorische Nachbildung
Im engeren Sinne werden keine neuen Daten im Modell erhoben. Vielmehr werden reale Anwendungsfälle auf ein Miniaturformat übertragen. Die Modell-Sensorik (z. B. Licht-, Klima- oder Lärmsensoren) simuliert typische Smart-City-Messprozesse und dient der Veranschaulichung bereits vorhandener oder denkbarer Datensätze.

Datenstandards und technische Anforderungen
Die verwendeten Daten folgen anerkannten Open-Data-Standards, sind interoperabel und werden datenschutzkonform verarbeitet. Die technische Infrastruktur ist auf Anschlussfähigkeit ausgelegt, um bestehende und künftige Datenquellen flexibel zu integrieren. Die Darstellung erfolgt sowohl über Dashboards als auch im Digitalen Zwilling des LEGO®-Modells in ArcGIS.

Kontakt