Smart City – Intelligenz im großen Rahmen

Die Architektur der Zukunft

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Einer der wichtigsten Trends in der zeitgenössischen Stadtentwicklung ist es, die Städte „smart“ zu gestalten. Der Begriff „Smart City“ beschreibt urbane Zentren, die es sich zur Aufgabe gemacht haben, durch die Interoperabilität verschiedener Systeme die großen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts erfolgreich zu meistern.

Die Welt wird schneller, voller, stressiger. Auf der gesamten Erdkugel nimmt die Urbanisierung an Tempo zu. Mehr als die Hälfte der globalen Bevölkerung lebt bereits in Städten – eine Tatsache, die den Bau dichter neuer Städte und Stadtteile stark antreibt, sowie die bestehenden Metropolen verdichtet.

Die Smart City als Reaktion auf das globale Bevölkerungswachstum

Laut den Vereinten Nationen sollen 68 % der Weltbevölkerung in städtischen Gebieten leben. Studien zeigen, dass die Verstädterung, verbunden mit dem Gesamtwachstum der Weltbevölkerung bis 2050 dazu beitragen wird, dass 2,5 Milliarden Menschen in städtischen Gebieten angesiedelt werden. Laut diesem UN-Bericht sollen 90 % dieses Wachstums in Asien und Afrika stattfinden.

Die globale Stadtbevölkerung ist von 751 Millionen Menschen im Jahr 1950 auf unglaubliche 8 Milliarden im Jahr 2023 gestiegen. Trotz einer niedrigen Urbanisierungsstufe wohnen in Asien 54 % der städtischen Weltbevölkerung, gefolgt von Europa und Afrika (mit einem Anteil von jeweils 13 %).

LESETIPP: Urbanisierung: Atlanta sollte mehr wie Barcelona sein

82 % der nordamerikanischen Bevölkerung sind bereits urbanisiert. 81 % der lateinamerikanischen, 74 % der europäischen und 68 % der ozeanischen Einwohner leben in Städten. Es gibt immer mehr Menschen auf der Welt, immer mehr Umweltbelastung und immer weniger qualitativ hochwertigen Lebensraum. Die heutigen planerischen Ansätze bevorzugen kleinere Lebensräume; in vielen Metropolen ist Raum für die meisten Stadtbewohner:innen zum Luxus geworden. Das sind nur einige der Probleme, mit denen Stadtbewohner:innen täglich konfrontiert werden.

Weltweit befassen sich Ingenieure und Ingenieurinnen, Stadtplaner:innen und Visionäre und Visionärinnen mit der Thematik, wie man die Lebensqualität für alle Stadtbewohner:innen erhalten und verbessern könnte; wie Energieressourcen geschont werden und die Städte bewohnbar bleiben können – trotz all den Schwierigkeiten, die das moderne Zeitalter mit sich bringt. Der Klimawandel, das rasante Wachstum der Bevölkerungsanzahl sowie die nicht aufzuhaltende Urbanisierung machen es den Planern nicht einfacher.

LESETIPP: Problem Bevölkerungswachstum in Städten: Was Sie zur Urbanisierung wissen müssen

Was ist eine Smart City?

„Smart“ ist eigentlich ein Sammelbegriff für Konzepte aus der Stadtentwicklung, die auf Innovationsebene die städtische Umgebung durch den Einsatz von Technologie und Planungskonzepten optimieren. Wann ist eine Stadt „smart“? Ist sie es dann, wenn sie ihren Bewohnern eine schnelle Internetverbindung zur Verfügung stellt? Oder bereits vollständig digitalisiert ist, datengesteuert verwaltet wird und etwa eine ausgeprägte Internet-der-Dinge („IdD“ oder englisch “IoT“) – Infrastruktur aufgebaut hat? Wenn sich die Stadtregierung mit dem urbanen Raum beschäftigt und Wert auf wiederverwendbare Energie und die Verlangsamung des Klimawandels legt?

Ja, all das. Und mehr.

LESETIPP: IoT am Bau: Was sind die Vor- und Nachteile?

Man spricht von einer Smart City, wenn ihre traditionellen Einrichtungen und Dienste durch die Verwendung digitaler Technologien effizienter gestaltet werden – zu Gunsten ihrer Bewohner:innen. Moderne Lösungen aus den Sparten Mobilität, Stadtplanung, Kommunikation, Energieversorgung und -erzeugung, sowie Verwaltung tragen zur Verbesserung der Lebensqualität in einer Stadt bei.

Intelligent gestaltete städtische Verkehrsnetze, optimierte Wasser- und Abfallentsorgung sowie eine effizientere Betreibung von Gebäuden – das ist „smart“. Eine digitalisierte und interaktive Stadtverwaltung, sichere Gemeinschaftsräume sowie ein Fokus auf den Bewohner:innen – auch das ist „smart“.

„Smarte“ Städte verwenden Daten und Technologien in diesen Aspekten des urbanen Lebens:

Gesundheitswesen

• Fernüberwachung von Patienten (z.B. Diabetes-Monitoring mit Sensoren)
• Systeme zur intelligenten Patientenverwaltung
• Kontrolle von Infektionskrankheiten und Tracking der Ausbreitung
• Intelligente, tragbare Geräte zur Überwachung der Vitalparameter (z.B. Smart Watches auf Rezept zur Messung der Sauerstoffsättigung)
• Telemedizinische Dienstleistungen zur Gesundheitsvorsorge, die von den Krankenkassen gedeckt werden
• Echtzeit-Überwachung der Luftqualität und anderer Umweltfaktoren, die die Allgemeingesundheit der Bewohner beeinflussen

Versorgung

• intelligente Beleuchtungssysteme
• Dynamische Preisstruktur für Strom
• Intelligente Bewässerung von Grünflächen
• Gebäudeautomatisierung
• Stromnetz-Verteilung
• Digitales Tracking der Abfallentsorgung
• Solarbetriebene Müllpressen mit Kapazitätsmessung
• Routenoptimierung bei der Müllabholung
• Überwachung der Wasserqualität in Echtzeit

Verwaltung und Bürokratie

• Digitale Beantragung von Baugenehmigungen und Gewerbeberechtigungen
• Digitaler Steuerakt
• Online-Schulungen für behördliche Verfahren
• Individualisierte, dynamische Ausbildungsmöglichkeiten

Sicherheit und Exekutive

• Datengesteuerte Sicherheitsinspektionen
• Maßgeschneiderte Alarmsysteme
• Echtzeit-Frühwarnsysteme für Naturkatastrophen mittels Sensorik
• Sensorik zur Schusswaffen-Erkennung
• Intelligente Überwachung mit Gesichtserkennung
• Bodycams an Einsatzkräften

Mobilität

• Vorausschauende Wartung von Gemeinschaftsfahrzeugen und öffentlicher Verkehrsmittel 
• Echtzeit-Informationen für öffentliche Verkehrsmittel
• Intelligente, bedarfsabhängige Parkuhren
• Kontaktlose Bezahlung für Tickets
• Autonome Ampelanlagen

Das Ziel einer Smart City: Effizientere, lebenswerte Stadt, die nachhaltig von einer Kreislaufwirtschaft profitiert. Sie sind fortschrittlicher und bieten Ansätze, von denen alle Parteien (Stadtverwalter, Unternehmen und Bürger) profitieren. Der Smart City-Trend ist nicht nur in Europa ersichtlich, sondern breitet sich auf dem gesamten Globus aus. 

Smart Cities auf der ganzen Welt

Laut einer McKinsey Studie ist in Nordamerika New York City führend in der Digitalisierung, in Asien ist es Singapur. In Europa Stockholm, in Lateinamerika São Paulo, und im mittleren Osten Abu Dhabi.

London
Die englische Hauptstadt London (8,8 Millionen Einwohner:innen) ist weltweiter Vorreiter in Sachen „Smart City“, insbesondere in der Einsetzung von digitalen Lösungen für den städtischen Nahverkehr. Ein umfangreiches und kostenfreies Wi-Fi Netzwerk ist zum Markenzeichen Londons geworden.

USA
Die von den US-Gemeinden durchgeführten Smart City-Initiativen können von sehr praktisch bis futuristisch reichen.

• In New York City (8,5 Millionen Einwohner:innen) werden datengesteuerte Prozesse verwendet, um gewaltige Verbrechen zu bekämpfen.
• In der Millionenstadt Chicago (9,5 Millionen Einwohner:innen) gibt es Sensoren, die eventuell aufkommende Überschwemmungen erkennen können. Außerdem wurden in Chicago Smart Meter installiert, die wertvolle Einblicke in den Energiekonsum der Stadt liefern. So konnte der gesamte Energieverbrauch um 10 bis 15 % gesenkt werden.
• Die kleine kalifornische Universitätsstadt Palo Alto (67.000 Einwohner:innen) nutzt Sensoren, um die Luftqualität zu messen und die Beleuchtung im öffentlichen Bereich zu steuern.
• In Philadelphia wurden 500 Solar-Müllpressen installiert, wodurch die Frequenz der notwendigen Fahrten zur Müllabholung stark reduziert werden konnte. Die Initiative spart der Stadt etwa 1 Million USD pro Jahr.
• In Boston werden IoT-Sensoren verwendet, um den Energiebedarf diverser Anlagen zu überwachen.

Singapur
Der Insel- und Stadtstaat Singapur (5,6 Millionen Einwohner:innen) soll die erste „Smart Nation“ werden – vollkommen digitalisiert, und ist bereits jetzt eine der weltweit führenden Staaten bei der Technologienutzung im Transportsektor.

Amsterdam
Amsterdam (864.000 Einwohner:innen) hat eine große Datenbank für die Stadtverwaltung aufgebaut, die historische Daten enthält und gleichzeitig mit Echtzeitinformation aus ihrem „IoT“ – Netz gespeist wird. Somit bleibt die Stadtregierung immer auf dem aktuellsten Stand zu den Geschehen in der Metropole.

Barcelona
Die spanische Großstadt Barcelona (1,6 Millionen Einwohner:innen) hat ca. 500 km Glasfaserkabel verlegt – um Sensoren, die die Parkplatzausnutzung innerhalb der Stadt aufzeichnen und Parktarife in Echtzeit anpassen, mit Informationen zu speisen. Sensoren gibt es auch in den Parks von Barcelona. Diese schalten die Sprinkleranlagen bei Regen aus. Straßenlaternen wurden mit Bewegungsmeldern versehen, um den Energieverbrauch bei Bedarf senken zu können. Mülltonnen wurden auch mit Sensoren ausgestattet, die der Müllabfuhr melden, wann die Tonnen geleert werden sollten.

Seoul
Im südkoreanischen Seoul (9,7 Millionen Einwohner:innen) wurden Induktionssysteme in die Straßen verlegt, womit E-Busse während der Fahrt ihre Batterien durchgehend aufladen. Das „u-Seoul“ System ist in der Lage durch vernetzte Kameras und Standortverfolgung vermisste Personen oder Alzheimer-Erkrankte in der Stadt aufzufinden.

Hangzhou
In Asien sind „Smart Cities“ weit verbreitet und sehr fortgeschritten. Im chinesischen Hangzhou (9,2 Millionen Einwohner:innen) wurde das so genannte „City Brain“ entwickelt – ein Projekt, welches das Verkehrsaufkommen laufend berechnen kann und in der Lage sein soll, Unfälle zu erkennen; im Idealfall können somit auch Einsätze von Rettungskräften effizient koordiniert werden.

Wie „smart“ ist Deutschland?

Diverse deutsche Städte wurden unter verschiedenen Kriterien wie Gesellschaft, Verwaltung, Umwelt, Mobilität und Information bewertet. Der sogenannte Smart City Index wird anhand von 38 Indikatoren ermittelt. Im internationalen Vergleich schnitt Deutschland relativ gut ab, wobei Hamburg bereits mehrmals in Folge den ersten Platz belegt hat.

Besonders innovativ ist auch der deutsche Smart City Dialog. Diese Dialogplattform wurde von der Bundesregierung nach Beschluss des Staatssekretärsausschusses für nachhaltige Entwicklung gegründet. Die Chancen und Risiken diverser Smart City-Initiativen sollen auf kommunaler Ebene analysiert werden. 

Tabelle der “smartesten” Citys Deutschlands 2023 nach dem Smart City Index Score:

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Smart City Hamburg

Die Hansestadt Hamburg ist mit rund 1,8 Millionen Einwohner:innen die zweitgrößte Stadt Deutschlands. 5 Millionen Einwohner:innen bilden die Metropolregion. Die Stadt fungiert als wirtschaftliches und kulturelles Zentrum Norddeutschlands. Sie gewinnt regelmäßig Preise für ihre hohe Lebensqualität und ihre smarten Ansätze.

Ein Wachstumstrend trägt zum Erfolg Hamburgs bei, basierend auf einer dynamischen Wirtschaft mit vielen Arbeitsplätzen sowie einer großen Auswahl an Bildungseinrichtungen.

Viele Aspekte des Stadtlebens werden in Hamburg durch Smart City-Lösungen optimiert:

• Intelligentes Verkehrsmanagement, intelligentes Parken sowie ein umfassendes Carsharing-Angebot wurden umgesetzt. Eine einzige App ermöglicht es den Nutzern, aus allen verfügbaren Verkehrsmitteln die schnellste Route zu wählen und die Tickets zu buchen. 
• Die Hamburger Bürgerinnen und Bürger können die Sitzungen des Gemeinderats über einen Livestream verfolgen. Es gibt ein großes Angebot an Beteiligungsinstrumenten, wie zum Beispiel die innovative digitale Bürgerbeteiligungsplattform namens DIPAS, bei der Bürger aktiv bei diversen Planungsvorhaben mitwirken oder sich dazu äußern können
• Kostenloses WLAN und Ladestationen in einigen Zügen der Stadt sind Teil der Hamburger IT- und Kommunikationsinfrastruktur.
• Hamburg ist ein Vorreiter bei der Schaffung einer energiefreundlichen städtischen Umwelt. Dazu gehören eine intelligente, Straßenbeleuchtung mit dämmerungsabhängigen UV-Sensoren und intelligente Mülleimer. Sie zeigen an, wann sie geleert werden müssen. Im öffentlichen Nahverkehr dominieren in Hamburg Elektrofahrzeuge und die Zahl der Schnellladestationen für private E-Autos ist überdurchschnittlich hoch.

Smart City Berlin

Berlin boomt. Bis zum Jahr 2030 werden 250.000 Menschen mehr in der Stadt leben als heute mit 3,6 Millionen Einwohner:innen. Wie viele Großstädte auf der Welt steht auch Berlin damit vor diversen Herausforderungen für die Zukunft. 

Das “BerlinStrategie | Stadtentwicklungskonzept Berlin 2030” ist das zukunftsweisende Leitbild der Stadt. Die in diesem Rahmen vorgelegte Smart-City-Strategie Berlin stellt einen innovativen strategischen Politikansatz dar, der darauf abzielt, das Gemeinwohl durch den Ausbau und die Sicherung der Zukunftsfähigkeit Berlins zu gewährleisten.

Die Smart City Berlin setzt ambitionierte Ziele, wie:

• Die Minimierung der negativen Begleiterscheinungen des Lebens in einem dicht besiedelten städtischen Umfeld
• Die Reduzierung des Verbrauchs endlicher Ressourcen und den Ausbau der Kreislaufwirtschaft
• Die Schaffung eines Leitmarktes für innovative Anwendungen
• Die Stärkung einer transparenten Entscheidungskultur in der öffentlichen Verwaltung
• Die Erhöhung der Möglichkeiten für mehr gesellschaftliche Beteiligung und Initiative
• Die nachhaltige Sicherung und Optimierung der öffentlichen Dienstleistungen durch öffentliche Verwaltung, kommunale Unternehmen und soziale Einrichtungen

Smart City Darmstadt

Darmstadt in Südhessen (158.000 Einwohner:innen) liegt in unmittelbarer Nähe von Frankfurt am Main und ist traditionell ein Zentrum der Forschung und des technischen Fortschrittes gewesen. Als Zuhause einer Reihe von Universitäten, Hochschulen und Forschungseinrichtungenwurde die Stadt 1997 zur Wissenschaftsstadt gekürt. Aus diesen Gründen ist es nicht überraschend, dass diese Stadt sich bereits für die Zukunft rüstet und heute schon in vielen Aspekten der Digitalisierung zum Vorbild geworden ist. Zahlreiche Firmen aus der IT-, Chemie-, Pharma-, Maschinenbau- sowie der Kommunikationsbranche haben ihren Sitz in Darmstadt.

Die Stadt hat bereits im Jahr 2017 einen Wettbewerb für den Aufbau einer digitalen städtischen Infrastruktur gewonnen. Die erworbenen Fördergelder werden Darmstadt eine digitale Infrastruktur anschaffen. Schulen, das Gesundheitswesen, der Verkehrssektor und die Energieversorgung werden mit einer Ausrüstung am neuesten Stand der Technik versehen.

Hier tut sich bereits sehr viel in Sachen Digitalisierung. In der ganzen Stadt werden Sensoren verlegt. Diese werden die Verkehrslage beobachten, nach Bedarf die Straßenbeleuchtung ein- oder ausschalten. In Darmstadt sind die Straßen sogar schon jetzt „smart“ – der Verkehr wurde bereits automatisiert und wird schon digital gesteuert – in Echtzeit. Das „UI! Traffic“ System beobachtet mit Videokameras die Dichte vom Verkehr und die Fußgängerzahlen – und passt die 182 Ampeln in der Stadt der jeweiligen Situation an. Die aktuelle Verkehrslage ist auch für jeden und jederzeit online einsehbar. In Zukunft werden über dieses System sogar Carsharing-Angebote nach Bedarf gesteuert.

Dieses System wird auch die Müllentsorgung verfeinern – Angaben zur Müllmenge im Container werden an die Müllabfuhr übermittelt, damit dessen Abholroute entsprechend optimiert werden kann. Die Müllabfuhr muss nicht mehr überall hinfahren, sondern ihre Route an die tatsächlich vollen Müllcontainer anpassen und somit Zeit und Ressourcen sparen.

In weiterer Folge werden die Sensoren an zahlreichen Orten in Darmstadt eine innovative Luftgütemessung durchführen. Die Sensoren können die Luftkonzentration der Schadstoffe wie Stickstoffdioxid, Stickstoffmonoxid, Ozon sowie Feinstaub messen. Die Messwerte werden an ein Datenzentrum übermittelt, das die Daten bearbeiten und die Schadstoffkonzentration in der Luft beurteilen kann. Die erworbene Information hilft der Stadtverwaltung die Luftbelastung zu reduzieren und für die Bevölkerung eine gesündere Lebensumgebung sicherzustellen. Basierend auf diesen Messdaten werden die, ab 1. Juni 2019 geltenden, streckenbezogenen Verkehrsbeschränkungen angepasst und optimiert werden können. Für das Sammeln der Daten wird das bestehende Telekom-Netz in Darmstadt verwendet. Diese wichtige Infrastruktur hat das Potential zukünftig auf bis zu 90.000 Messstandorte erweitert zu werden.

LESETIPP: Stadtplanung – Trends und Lösungen zur Traumstadt

Darmstadt – Smart City als Vorbild für Digitalisierung

Internet, Tourismus & Verkehr
Das öffentliche WLAN Netz, das „Darmstadt WiFi“ ist schon seit August 2016 an ausgewählten Standorten für jeden verfügbar. Eine „Darmstadt-App“ zeigt den Touristen die Sehenswürdigkeiten multimedial und ergänzt somit das Tourismusangebot. Eine Mängelmelder-App ermöglicht es den Einwohner:innen und Besucher:innen Mängel, die sie in der Stadt entdeckt haben – zum Beispiel eine defekte Straßenleuchte – an die Stadtverwaltung per Klick zu melden. Die Stadtregierung arbeitet an einem Kooperationsprojekt mit der Deutschen Telekom – an einer App, die den Autofahrer:innen freie Stellplätze in Darmstadt per App bekannt geben wird, und somit den Verkehrsfluss begünstigen kann.

Medizineinrichtungen
Am Klinikum Darmstadt läuft die Patientenversorgung zu 50 % auf Papier, und zu 50 % digital, mit der Absicht zur 100-prozentigen Digitalisierung der Patientendaten. Somit würden auch die Patienten und Patientinnen jederzeit Einsicht in Ihre Akten nehmen können. Zukünftig werden sich die Stadtbewohner:innen per App auch die notwendigen Medikamente aus der Apotheke liefern lassen können – oder sogar im Klinikum Darmstadt online einchecken.

Brandschutz
Brände werden vom Netzwerk via Sensoren rasch erkannt und sofort der Feuerwehr gemeldet. Somit wird auch die Brandbekämpfung effizienter.

Kooperationen
Um all diese technologischen Fortschritte zu ermöglichen, kooperiert die Stadt Darmstadt mit zahlreichen etablierten Unternehmen, z.B. mit Hewlett Packard Enterprise, Samsung, Intel, SAP und der Deutschen Bahn. Das kleine Darmstadt liefert einen wichtigen Impuls für die urbane Digitalisierung und zeigt, wie wichtig die Umwandlung zu einer „Smart City“ ist – und ist gleichzeitig ein gelungenes Vorbild für andere Städte, die sich auch mit diesem unaufhaltbaren Trend auseinandersetzen müssen.

Mit dem Programm Digitalstadt Darmstadt wird anderen gezeigt, wie der digitale Wandel in einer Stadt durchgeführt werden kann, um optimale Ergebnisse zu liefern. Die nachhaltige Zukunft entfaltet sich in Darmstadt vor unseren Augen.

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