Die physische und die digitale Stadt
Was bedeutet die digitale Transformation für eine Stadt? Im Rahmen des Pariser Abkommens müssen die CO2-Emissionen bis 2030 weltweit um 50 % reduziert werden und bis 2050 netto 0 erreichen. Einige Länder haben sogar noch ehrgeizigere Pläne für die Reduktion bis 2030
Die Klimakrise wird in unseren Städten gelöst werden: Städtische Gebiete nehmen 5 % der Erdoberfläche ein, sind aber für 70 % aller CO2-Emissionen verantwortlich. Bis 2050 werden 68 % der Weltbevölkerung in Städten leben, gegenüber 55 % im Jahr 2018. Mit dem Anwachsen der Stadtbevölkerung wird die Nachfrage nach Ressourcen wie Platz, Energie und Wasser erheblich zunehmen, ebenso wie der Bedarf an Mobilität. Dies stellt eine Belastung für viele Dienstleistungen dar, die für den Wohlstand, die Nachhaltigkeit und die Sicherheit einer Stadt unerlässlich sind. Weltweit wird sich die von Gebäuden bedeckte Fläche bis 2060 verdoppeln; sie werden für etwa 40 % des gesamten Energieverbrauchs verantwortlich sein. Digitale Technologien sind von grundlegender Bedeutung für die Bewältigung der Herausforderungen in Städten. Sie können z. B. bei der Erzeugung und Optimierung der Heizung und Kühlung von Gebäuden mit Quartieren helfen und so den CO2-Fußabdruck verringern.
Betrachtet man die CO2-Emissionen in Europa, so wird deutlich, dass der Verkehrssektor einer der größten Emittenten und der einzige Sektor ist, in dem die Treibhausgasemissionen noch steigen. Heute werden mehr als 95 % aller Fahrzeuge mit fossilen Brennstoffen betrieben. Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, dass unsere Verkehrssysteme elektrifiziert werden und erneuerbare Energien nutzen, die durch digitale Technologien in einem intelligenten Netz koordiniert werden. In diesem Umfeld werden digitale Technologien für den einzelnen Bürger, die Wirtschaft und die Gesellschaft als Ganzes von entscheidender Bedeutung sein. Der Grund dafür ist, dass Veränderungen in der physischen Welt viel Zeit in Anspruch nehmen: Gebäude können viele Jahrzehnte überdauern. Zwei Drittel des heutigen Gebäudebestands werden im Jahr 2050 noch existieren. Und Personenkraftwagen haben eine durchschnittliche Lebensdauer von 15 Jahren. Digitale Technologien sind dagegen viel kostengünstiger und entwickeln sich viel schneller weiter. Die durchschnittliche Lebensdauer eines Smartphones beispielsweise liegt bei knapp über 2 Jahren. Software oder Algorithmen für maschinelles Lernen können sich täglich ändern. Daher kann die Kombination von städtischer Infrastruktur, Gebäuden oder Fahrzeugen, mit digitalen Technologien eine Stadt digital vernetzt und intelligent machen. Wie jeder Wirtschaftszweig durchlaufen auch die Städte derzeit einen digitalen Wandel, um sich anzupassen und auf ihre Zukunft vorzubereiten.
Digitale Technologien für die Stadt der Zukunft
Mehrere digitale Technologien haben sich im Zusammenhang mit Städten als relevant erwiesen (und diese Liste ist nicht erschöpfend):
Smartphones sind zur Standardschnittstelle für die Interaktion zwischen den Nutzern und ihrer Umgebung geworden. Apps ermöglichen das Auffinden von Bushaltestellen in der Nähe oder das Teilen von Fahrzeugen und das Bezahlen dafür. Sie werden genutzt, um einen Schreibtisch im Büro zu buchen oder Licht und Raumklima individuell zu steuern. Sie können auch eine Vielzahl von anonymisierten Daten sammeln und bereitstellen, z. B. für den Betrieb von Gebäuden oder Städten, und so eine Feedbackschleife schaffen.
Drahtlose Netze sind zum Schlüssel für die allgegenwärtige Verbindung von Menschen und Objekten geworden. 5G wird für viele Anwendungen einen Unterschied machen, aber auch andere Netztechnologien wie 4G, LTE und WiFi werden für viele Aufgaben wichtig bleiben. Und es gibt eine "neue" Art von stromsparenden Weitverkehrsnetzprotokollen, die sich ideal für viele sensorbasierte Anwendungen oder intelligente Messsysteme eignen.
Cloud Computing ermöglicht eine schnelle und kostengünstige Skalierbarkeit, indem es endlose Rechenressourcen und Speicherkapazitäten in zentralen Datenzentren bereitstellt, während Edge Computing eine lokale Verarbeitung in der Nähe des Ortes ermöglicht, an dem die Daten erfasst werden. Die Kombination aus beidem wird für viele Anwendungen wichtig sein.
Der Begriff "Industrielles Internet der Dinge" (Industrial Internet of Things, IoT) fasst eine Reihe von Technologien zusammen und weist auf Lösungen hin, die Sensoren (oder Kameras) und Aktoren integrieren, die in Objekte wie Straßen, Brücken oder Gebäude, Fahrzeuge oder das Stromnetz eingebaut sind, wodurch die erfassten Daten für Back-End-Dienste verfügbar gemacht und die Umsetzung von Abhängigkeiten ermöglicht werden.
Schließlich analysiert das maschinelle Lernen große Datenmengen, um Muster zu erkennen, die dann zur Erkennung von Vorfällen, zur Ermittlung des Wartungsbedarfs oder zur Vorhersage künftigen Verhaltens verwendet werden. Beispiele hierfür sind die Vorhersage des Energiebedarfs, der Luftqualität oder der Verkehrsüberlastung.
Ein Lösungsbeispiel: autonome Shuttles
Nehmen wir ein konkretes Beispiel: einen einfach zu bedienenden Mobilitätsdienst, bei dem Nutzer, Fahrzeuge, Transportsysteme und Energiesysteme zusammenwirken, um Menschen physisch von A nach B zu bringen (siehe Abbildung oben).
Digitale Technologien sind tief in all dies eingebettet, steuern die "Dinge" lokal und verbinden sie miteinander, wodurch das industrielle IoT entsteht. Durch erste Einsätze und Versuche mit autonomen Shuttles in kleinem Maßstab haben wir viel über die Komplexität der Integration in diesen Bereichen gelernt. Dazu gehören die Auswahl des geeigneten Straßenraums, die Integration der Verkehrssignalisierung oder die Konnektivität über stabile und sichere drahtlose Netze.
Digitale Technologien sind nur ein Mittel zum Zweck
Digitale Technologien sind für Lösungen wie die oben genannten sicherlich wichtig und erforderlich, aber für sich genommen nicht ausreichend. Die eigentliche Wirkung entsteht in der physischen Welt, im obigen Beispiel durch den Transport von Waren oder Menschen. Es ist wichtig, dass alle Elemente gut verstanden und integriert werden: städtische Infrastruktur, Energie, Verkehr und digitale Technologien. Sie alle sind sehr komplexe, separate Disziplinen. Der Schlüssel zum Erfolg liegt darin, sie sowohl einzeln als auch in ihrer Kombination zu verstehen. Bei der Integration geht es darum, traditionellere Disziplinen sektorübergreifend durch digitale Technologien zu ergänzen. Das ist nicht einfach und der Hauptgrund für das Scheitern einiger der ersten "Smart City"-Initiativen.
Der wichtigste Punkt für den Erfolg ist jedoch, zu verstehen, dass Technologien nur ein Mittel zum Zweck sind - und dass für einige Probleme "Hightech" gar nicht erforderlich ist. Den Bürger oder Nutzer an die erste Stelle zu setzen, ist daher das Hauptmerkmal der zukünftigen Stadt. In einem allerersten Schritt muss genau verstanden werden, welches Problem gelöst werden muss und für wen. Beim menschenzentrierten Design oder anderen Design-Thinking-Techniken ist es von grundlegender Bedeutung, die "Low-Tech"-Optionen zu erforschen sowie die langfristigen Auswirkungen und unbeabsichtigten Folgen zu berücksichtigen und, wenn möglich, eine Reihe von Prototypen zu entwickeln, um schnell zu lernen. Mit diesen Lernprozessen und schrittweisen Anpassungen wird das Ergebnis eine benutzerfreundliche, effiziente und nachhaltige Lösung sein, die die Lebensqualität der Bürger erhöht. Vorschriften und Geschäftsmodelle müssen das Gesamtziel unterstützen.
AFRY als Experte für städtische Infrastruktur, Energie, Automobil und digitale Technologien kann all diese Dinge zusammenbringen. Wir helfen beim Aufbau nachhaltiger, lebenswerter und widerstandsfähiger Städte. Ausgehend von der Nutzererfahrung entwirft AFRY nachhaltige, widerstandsfähige und effiziente Lösungen, die funktionieren.
