In Städten ist effizientes Flächenmanagement eine entscheidende Herausforderung, bedingt durch die hohe Bevölkerungsdichte und die daraus resultierende intensive Konkurrenz um jeden Quadratmeter für Wohnen, Arbeit, Verkehr und Grünflächen. In diesem Blogbeitrag stellen wir das innovative Projekt »5GAPS« vor, das einen neuen Ansatz für digitales Flächenmanagement öffentlicher und halböffentlicher Räume entwickelt. Durch die Kombination präziser 3D-Positionierung mittels Cubelets und der schnellen Datenübertragung über 5G-Netzwerke ermöglicht »5GAPS« eine flexiblere und bedarfsgerechtere Nutzung knapper Ressourcen. Wir zeigen, wie dieses moderne Flächenmanagement in der Praxis funktioniert und welche Vorteile es für Städte und ihre Bürgerinnen und Bürger bietet.
Warum ist effizientes Flächenmanagement wichtig?
Dynamische Flächenmanagement wird vor allem in Städten fokussiert, da dort Flächen eine begrenzende Ressource sind, die in der Regel stets belegt sind. Beispielsweise können Wochenmarktplätze, die unter der Woche ungenutzt sind, als Parkflächen dienen. Eine weitere Möglichkeit ist, sich in Echtzeit aktuell freie Plätze anzeigen zu lassen, um diese zu buchen. Die Lösung für solche Ansätze ist die Echtzeitplanung von Flächen- und Raumnutzungen, die es uns erlaubt, z.B. öffentliche Räume, Messeflächen oder Parkplätze auf neue Arten zu verwenden. Solche innovativen Ansätze sind entscheidend für ein nachhaltiges Flächenmanagement.
Was ist dynamisches Flächenmanagement?
Flächenmanagement bezieht sich auf die Identifizierung, Planung und Verwaltung von Raumressourcen (von Messen, Bürogebäude, öffentliche Einrichtungen, Städte) um deren Nutzung zu optimieren und Konflikte zu vermeiden. Dynamisches Flächenmanagement zielt darauf ab, die Nutzung von Raumressourcen flexibel, nachhaltig und effizient zu gestalten, indem es moderne Technologien und Datenanalysen einsetzt.
Dynamisches Flächenmanagement zeichnet sich beispielsweise aus durch:
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Echtzeit-Datenintegration: Nutzung von Sensoren und Technologien (z.B. 5G), um aktuelle Informationen über die Verfügbarkeit und Nutzung von Flächen zu erhalten.
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Anpassungsfähigkeit: Räume können je nach Bedarf für unterschiedliche Zwecke umgestaltet werden, z.B. die Umwandlung eines Marktplatzes in eine Parkfläche.
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Vermeidung von Nutzungskonflikten: Durch die dynamische Zuweisung von Flächen können Konflikte zwischen verschiedenen Nutzungsarten (z.B. Parken, Veranstaltungen) minimiert werden.
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Effizienzsteigerung: Optimierung der Flächennutzung, um Ressourcen zu schonen und die Lebensqualität in urbanen Gebieten zu verbessern.
Entwicklung eines digitalen Zwillings für effizientes Flächenmanagement im 5GAPS-Projekt
Im Rahmen des Projektes »5GAPS« (5G Access to Public Spaces) – gefördert durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur – wurde ein digitaler Zwilling von öffentlichen und halböffentlichen Räumen entwickelt. Ziel war es, eine effiziente und sichere Nutzung dieser Räume zu ermöglichen. Dabei sollte der öffentliche Raum in einem hochpräzisen, dreidimensionalen Positionierungssystem abgebildet werden. Diese Visualisierung funktioniert über kleine digitale Einheiten, sogenannte Cubelets. Diese Cubelets können in Echtzeit unterschiedliche Eigenschaften annehmen, die sich dynamisch ändern, um verschiedene Nutzungsbedarfe zu ermöglichen und Nutzungskonflikte zu vermeiden. Ebendiese sich dynamisch ändernden Eigenschaften von Cubelets sind ein wesentlicher Aspekt, wenn es um das dynamische Flächenmanagement geht.
Das System für die Echtzeitplanung im 5GAPS-Projekt basiert auf einem digitalen Zwilling des öffentlichen und halböffentlichen Raums und ermöglicht präzise 3D-Positionierung und -Navigation, z.B. für Augmented Reality (AR) oder Raummanagement. Die Daten werden über das 5G-Netz übertragen und realisieren eine temporäre, adaptive Zuordnung von Attributen zu den Cubelets, wie Materialien, Nutzungsrechten oder Farben.
Als Teil des Konsortiums des 5GAPS-Projekts übernahm das Fraunhofer IESE folgende Hauptaufgaben:
- Erstellung eines Verwertungskonzeptes, welches die praktischen Anwendungsmöglichkeiten für die von der Cubelet-Plattform generierten Daten aufzeigt
- Darauf aufbauend die Ableitung digitaler Geschäftsmodelle für die Cubelet-Plattform sowie die im Projekt umgesetzten Anwendungsfälle
- Erstellung eines Demonstrators für ein effizientes Flächenmanagement für den Messekontext am Beispiel der Deutschen Messe AG in Hannover
- Darstellung von Nutzungsmöglichkeiten der Cubelet-Plattform für ein effizientes Flächenmanagement
Die Entwicklungsphasen von »5GAPS«: Nutzer, Risiken und Kommunikation
Im Rahmen des 5GAPS-Projekts wurde ein umfassendes Konzept entwickelt, das auf interdisziplinären Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis basiert. Durch umfangreiche Stakeholder-Befragungen und die Erstellung von User-Stories konnten konkrete Nutzungsbedarfe identifiziert und in Akzeptanzkriterien überführt werden, die sicherstellten, dass die Cubelet-Plattform den tatsächlichen Anforderungen der Nutzenden entspricht.
Ein zentraler Fokus lag auf der Identifikation und Minimierung technischer Risiken. In Workshops mit den Projektpartnern wurden potenzielle Herausforderungen wie Datenschutzprobleme und die Verlässlichkeit der Datenquellen genau analysiert. Durch die Priorisierung dieser Risiken konnten gezielte Maßnahmen wie Redundanzkonzepte zur Verbesserung der Datenzuverlässigkeit und Schulungen für die Nutzenden entwickelt werden, um die Sicherheit der Cubelet-Plattform zu gewährleisten.
Zur effektiven Kommunikation der Projektergebnisse wurden Policy Briefs und Erklärvideos produziert, die die Vorteile und Einsatzmöglichkeiten der Cubelet-Plattform anschaulich darstellen. Diese Materialien halfen dabei, das Projektverständnis bei potenziellen Nutzenden und Partnern zu fördern und eine breite Wissensvermittlung sicherzustellen.
Die daraus gewonnenen Erkenntnisse und Empfehlungen bildeten die Grundlage für die Weiterentwicklung spezifischer Geschäftsmodelle und zeigten, wie die Cubelet-Plattform in Zukunft zur Optimierung von Mobilität, Stadtplanung und Sicherheitsanwendungen eingesetzt werden kann. Insgesamt wurden 25 Business Model Canvases (BMCs) [1] erstellt, basierend auf den unterschiedlichen Anwendungsszenarien der Cubelet-Plattform. Zum Kreieren der Netzwerkeffekte wurde der NfX Construction Guide von Bartels & Schmitt (2022) [2] eingesetzt, um direkte (= einseitige) und indirekte (= marktseiten-übergreifende) Netzwerkeffekte zu entwickeln und zu gestalten.
Intelligentes Parkraummanagement als Schlüsselkomponente eines Smart City-Ökosystems
Das Fraunhofer IESE verfolgte das Ziel, ein Smart City-Ökosystem auf Basis der Cubelet-Plattform zu entwickeln. Das Open Cubelet Attribution and Positioning System (OCAPS) als datengestütztes Flächen- und Volumenmanagement-System ist das zentrale Element des 5GAPS-Projekts. Mithilfe eines Demonstrators (Abbildung unten) wurde ein konkreter Anwendungsfall als Flächenmanagement-Tool umgesetzt, der die Vorteile der 5G-Technologie und die Echtzeitplanung von Flächen- und Raumnutzung veranschaulicht. Der Anwendungsfall war das Parkraummanagement auf dem Messegelände der Deutschen Messe AG in Hannover, da diese stets mit den Herausforderungen einer hohen Beanspruchung der Parkflächen und einer ineffizienten, Laufwege blockierenden Materiallagerung konfrontiert ist. Unser Ziel war es, die Fläche des Messegeländes effektiv durch dynamische Anpassungen und Echtzeitdaten nutzbar zu machen. Außerdem sollte die Logistik der Messe unterstützt werden, um die Messestände so aufzubauen und zu positionieren, dass das dafür benötigte Material stets vor Ort verfügbar ist. Durch Expertenbefragungen und eine Begehung der Hannover Messe 2023 wurden wertvolle Erkenntnisse zur Gestaltung des Demonstrators gewonnen und entscheidende Anforderungen identifiziert.
Der entwickelte Demonstrator bietet dementsprechend eine Lösung für die Logistikherausforderungen beim Messeaufbau durch den Einsatz moderner 5G-Technologie und autonomer mobiler Roboter (AMRs). Anstatt der bisherigen Ad-hoc-Logistik wird ein Just-in-time-Verfahren demonstriert: Messebauer erhalten Materialien zum richtigen Zeitpunkt, die von AMRs autonom über das Messegelände transportiert werden. Eine mobile App ermöglicht den Messebauern, den Status der Komponenten zu überwachen und Bestellungen zu tätigen. Ein Logistiksystem koordiniert die Anlieferung der Komponenten. Bei Bedarf können AMRs per Fernsteuerung durch Operatoren im Kontrollzentrum gesteuert werden.
Der Demonstrator visualisiert diese Lösung in einem 2D-Modell des Messegeländes (siehe obige Abbildung), u.a. durch die Darstellung von engen Gängen oder belegten Ladezonen. Die Zielgruppe der Anwendung umfasst Messebetreiber, Messebauer und Logistikexperten. Die Lösung wird anhand der Geschichte von »Martin Messebauer«, einem typischen Messebauer, anschaulich erklärt. Hierfür wurde die vom IESE entwickelte »Cartooneering-Methode« genutzt, um Herausforderungen und Lösungen greifbar zu machen.
Der fertige Demonstrator zeigt den Nutzen auf, den die 5G-Technologie für die effiziente Flächennutzung am Beispiel von autonomen mobilen Robotern bieten kann:
| Demonstrator | Nutzen |
|---|---|
| Die Parkplatzsituation kann durch die Nutzung von Messerobotern entzerrt werden, da die LKWs nicht direkt neben den Messehallen parken müssen. | keine Flächennutzungskonflikte, kein Falschparken, kein Versperren von Sicherheitszonen etc |
| Die Planung kann einfach per App vorgenommen werden Zeitersparnis Messeroboter können automatisiert beladen und fahren. | Zeitersparnis |
| Die Messeroboter können während der Fahrt auf jegliche Änderungen, wie Hindernisse auf der Route reagieren und den Weg in Echtzeit anpassen. | keine Verzögerungen und schnelle Lieferung |
Flächenmanagement in der Smart City: Zukünftige Potenziale der 5G-Technologie
Bei einem immer größer werdenden Verkehrsaufkommen und immer weniger zur Verfügung stehenden Flächen wird die Parksituation vorwiegend in Städten zunehmend schwierig. Gerade auch der erhöhte Lieferverkehr, der dadurch gezwungen ist, in zweiter Reihe oder auf Fuß- und Fahrradwegen zu parken, verschärft die Situation in den Städten. Eine Optimierung des Lieferverkehrs und deren Parkmöglichkeiten kann durch den Einsatz der 5G-Technologie gelöst werden. Die Reservierung von Parkplätzen, dynamisch angepasst an Ankunftszeit und Lieferungszeit, und die Echtzeitanzeige von freien Parkplätzen könnte die Liefersituation verbessern, Lieferungen beschleunigen, Nachhaltigkeit fördern und die Verkehrssicherheit erhöhen.
Auch im Bereich Tourismus wird Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) verstärkt genutzt. Virtuelle Stadtreisen sind bereits in Betrieb und ermöglichen den Einblick in vergangene Zeiten. Um jedoch noch lebendigere und interaktivere Tourismusangebote zu schaffen, braucht es AR. Für die Nutzung von AR ist eine schnelle 5G-Technologie nötig, die es ermöglicht, die Realität digital zu verändern und auch anzuzeigen. Dynamische Anpassungen, wie Bewertungen von Restaurants, das Anzeigen verfügbarer Sitzplätze, das Einblenden von Informationen zu historischen Gebäuden und das Anzeigen ihres Wandels im Laufe der Zeit sind mögliche Anwendungen.
Lassen Sie uns gemeinsam weiterdenken
Das Projekt 5GAPS demonstriert eindrücklich das transformative Potenzial eines intelligenten und datengetriebenen Flächenmanagements. Durch die innovative Kombination von 5G-Technologie und digitalen Zwillingen eröffnen sich neue Wege, öffentliche Räume effizienter zu nutzen und den Herausforderungen des modernen urbanen Flächenmanagements zu begegnen. Die Cubelet-Plattform eröffnet vielfältige Perspektiven für Forschung, Praxis und gesellschaftliche Innovation. Ob Stadtplanung, Mobilität, Logistik oder Flächennutzung.
Wir am Fraunhofer IESE laden Sie ein, gemeinsam mit uns neue Fragen zu stellen, Anwendungsszenarien weiterzudenken und nachhaltige Lösungsansätze zu entwickeln: Sprechen Sie uns an – wir freuen uns auf den Austausch mit Ihnen.
Quellen
[1] Osterwalder, A., & Pigneur, Y. (2010). Business model generation: A Handbook for Visionaries, Game Changers, and Challengers. John Wiley & Sons.
[2] Bartels, N., & Schmitt, A. (2022). Developing network effects for digital platforms in two-sided markets – The NfX Construction Guide. Digital Business, 2(2), 100044.