Smart City: mit Technologien zur innovativen Stadt

Das Fraunhofer IESE bietet Lösungen zur nachhaltigen Gestaltung von digitalen Städten und Regionen.

Die Stadt der Zukunft

Der digitale Wandel durchdringt mittlerweile sämtliche Bereiche unseres Lebens – von Verwaltung und Politik über Mobilität und Sicherheit bis hin zu Gesundheit und Kommunikation.

Digitale Lösungen bieten immense Potenziale für lebenswerte Kommunen. Mögliche Ziele können dabei die nachhaltigere Nutzung von Ressourcen, die Digitalisierung der Verwaltung und die Verbesserung der Daseinsvorsorge oder der Bürgerbeteiligung sein.

 

Was ist eine Smart City?


Eine Smart City ist eine Stadt, die die Potenziale der Digitalisierung nutzt, um moderner und lebenswerter zu werden. Dabei stehen Themen wie Ökologie, soziales Zusammenleben, die Partizipation von Bürger*innen und viele mehr im Mittelpunkt. Als Smart Region bezeichnet man einen ländlich geprägten Raum, der dieselben Ziele verfolgt.

Die konkreten Herausforderungen von Smart Cities oder Smart Regions unterscheiden sich teils signifikant. Wir setzen uns mit beiden Seiten auseinander und können daher auf individuelle Anforderungen eingehen.

Vom Lab in die Smart City: Digitalisierung von Stadt und Land

Datenschutz und Datenverarbeitung

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©Fraunhofer IESE

Steffen Hess erklärt, wie die Expert*innen des IESE Städte unterstützen. Mit digitalen Lösungen wird die nachhaltige Smart City umgesetzt und die Daseinsvorsorge vor Ort verbessert.

Kommunen und Stadtverwaltungen werden von Beginn an individuell begleitet: von der Strategieberatung mit Bürgerbeteiligung bis hin zur technischen Umsetzung eines digitalen Produkts (z.B. Digitaler Zwilling oder Digitales Ökosystem).

Was ist eine Smart City & Smart Region Strategie?

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© Illustration: Franziska Ruflair
Was ist eigentlich eine Smart City?

Die Strategie einer Smart City & Smart Region verfolgt den Ansatz einer ganzheitlichen Entwicklung. Hierzu werden diverse Handlungsfelder, wie beispielsweise Mobilität, Gesundheit, Energie und Nachhaltigkeit, einbezogen.

Zur Umsetzung der Strategie empfiehlt es sich, einen großen Kreis von Akteuren aus Verwaltung, Wirtschaft, Wissenschaft, Politik und Bevölkerung mit einzubinden. So kann das breite Spektrum an Handlungsfeldern optimal abgedeckt werden.

Tätigkeiten bei der Strategieerstellung umfassen unter anderem folgende Aspekte:

  • Bestandsaufnahme durchführen
  • Strategieziele definieren
  • Zu bearbeitende Handlungsfelder festlegen
  • Durchzuführende Maßnahmen bestimmen
  • Rollen & Verantwortlichkeiten klären
  • Evaluationskonzept erarbeiten
  • Roadmap für die Konzeptions- und Umsetzungsphase entwickeln

Referenzen: Smart City Konzept

Im Projekt »Smart Region Mayen-Koblenz« entwickelt das Fraunhofer IESE eine Smart-Region-Strategie, die die zehn kreisangehörigen Kommunen mit in den Fokus nimmt.

Im Rahmen des Bundesprogramms »Modellprojekte Smart Cities« des Bundesministeriums des Innern, für Bau und Heimat (BIM) erarbeitet das Fraunhofer IESE eine integrierte Smart-City-Strategie.

Das Fraunhofer IESE unterstützt im Rahmen der Begleitforschung Smart Cities Made in Germany die »Modellprojekte Smart Cities« bei der Digitalisierung der Stadtentwicklung.

Wie werden Smart Cities & Smart Regions umgesetzt?

Konzeption, Umsetzung, digitale Stadt, Fraunhofer IESE
© Illustration: Franziska Ruflair
Konzeption & Umsetzung von innovativen Lösungen für eine digitale Stadt.

Digitale Lösungen für smarte Kommunen

Kommunen stehen heute vor vielfältigen Herausforderungen, denen man mit digitalen Lösungen geeignet begegnen kann. Individuelle Bedürfnisse und spezifische Herausforderungen bedeuten, dass Standardlösungen nicht immer weiterhelfen. Daher ist neben der Anpassung bestehender Tools und deren Integration in das eigene Digitale Ökosystem immer häufiger auch eine passend zugeschnittene Konzeption und Entwicklung individueller Lösungen notwendig.

 

Konzeption und Umsetzung einer Smart City & Smart Region 

Ausgangsbasis für die Konzeptions- und Umsetzungsphase ist im Idealfall eine vorhandene Digital- bzw. Smart-City- & Smart-Region-Strategie.

Damit ist ein zügiger Start in die Konzeptionsphase sichergestellt. Insbesondere im Bereich Smart City & Smart Region empfiehlt sich die Anwendung von beteiligungsorientierten Verfahren. Dabei können Co-Creation & Co-Design, Living Labs, Bürgerbeteiligung oder Demokratiewerkstätten zum Einsatz kommen.

Prototypen werden in der Umsetzungsphase mit einem agilen Ansatz umgesetzt. Somit können diese Schritt für Schritt zu innovativen Produkten entwickelt werden.

Ein solches Vorgehen bildet die Grundlage für eine erfolgreiche Entwicklung der Lösung. Dadurch wird sichergestellt, dass durch die begleitende Evaluation die Bedarfe der unterschiedlichen Stakeholder adressiert und die Strategieziele erreicht werden.

 

Wir unterstützen Sie bei der Etablierung innovativer Lösungen

In einem nutzerzentrierten Entwicklungsansatz erarbeiten wir ein Grob- und ein Feinkonzept für Ihren Lösungsraum. Wir validieren diese Konzepte mit Prototypen hinsichtlich der Erreichung Ihrer Strategieziele und helfen Ihnen bei der Produktentwicklung und Verstetigung.

Wir begleiten Sie während der Konzeptions- und Entwicklungsphase je nach Bedarf ganzheitlich oder aber in Teilbereichen, z. B. bei der Gestaltung und Bewertung von öffentlichen Ausschreibungen, der Prozessbegleitung oder aber auch der technischen Bewertung von umgesetzten Lösungen.

Referenzen: Umsetzung der Smart City & Smart Region

Das Fraunhofer IESE erarbeitet mit Partnern ein Konzept zur Verbesserung der Mobilität in ländlichen Regionen. 

Im Projekt »Digitale Dörfer« entwickelt das Fraunhofer IESE gemeinsam mit Partnern eine digitale Plattform für ländliche Regionen.

Im Projekt »digital.vital« ist das Fraunhofer IESE für die Entwicklung eines Seniorenportals verantwortlich.

Was versteht man unter einem Smart City & Smart Region Ökosystem?

© Illustration: Franziska Ruflair
Wir gestalten Smart Cities durch die Vernetzung in einem Digitalen Ökosystem.

Digitale Ökosysteme sind komplexe Systeme, die nach plattformökonomischen Prinzipien funktionieren. Vor diesem Hintergrund weisen Smart Cities & Smart Regions als Ökosysteme betrachtet verschiedene Besonderheiten auf. So stehen sie vor der Herausforderung, auf Grundlage geeigneter Strategien und Konzepte eine Vielzahl von Technologien und Systemen miteinander zu verbinden und dabei vielfältigen Anforderungen gerecht zu werden. In diesem Zusammenhang verfügen Smart-City- bzw. Smart-Region-Ökosysteme über das Potenzial, die Bedürfnisse verschiedenster Akteure (z. B. Bürger*innen, Vereine, Verbände, Unternehmen oder einzelne Kommunen, Verwaltung) zu adressieren. Um diese Bedürfnisse zu befriedigen, werden auf der Plattform eines Ökosystems verschiedene Lösungen bereitgestellt. So liefert es Mehrwerte, die ohne das Ökosystem bisher nicht erzielbar waren, und ist für Konsumenten wie auch Anbieter attraktiv.

Folgende Elemente sind heute und zukünftig für Smart-City- & Smart-Region-Ökosysteme von Bedeutung:

  • Die zentrale Ökosystemplattform als Basis
    • hostet neue, domänenspezifische Lösungen (Mobilität, Gesundheit/Pflege …)
    • integriert vorhandene Systeme wie Geoinformationssysteme, Verwaltungsdienstleistungen und OZG
    • ist eng mit der lokalen Datenplattform verknüpft
    • verfügt über Schnittstellen zu Simulationswerkzeugen (z. B. Digitaler Zwilling)
  • Die Organisation des Smart-City- & Smart-Region-Ökosystems
    • setzt auf einem tragfähigen Geschäftsmodell auf
    • wird durch die eindeutige Festlegung von Verantwortlichkeiten und Rollen sichergestellt
  • Soziale Prozesse sind elementarer Bestandteil von Smart-City- & Smart-Region-Ökosystemen, da
    • die Bedürfnisse verschiedenster Akteure der Stadtgesellschaft zu berücksichtigen sind
    • Beteiligung und Austausch eine wesentliche Bedeutung zukommt

 

Weitere Informationen zu Digitalen Ökosystemen und Smart City

Referenzen: Smart Cities & Smart Regions als Digitales Ökosystem

Ziel von »Smarte.Land.Regionen« ist die
Digitalisierung der Daseinsvorsorge in ländlichen Regionen.

In dem Projekt »EnStadt:Pfaff« wird ein Reallabor zur Umsetzung eines klimaneutralen Wohn-, Gewerbe- und Technologie-
quartiers 
entwickelt.

In dem Projekt »Neighborhood Diagnostics« im Rahmen des Fraunhofer-Zentrums für Digitale Diagnostik® (ZDD) forscht das Fraunhofer IESE gemeinsam mit den Projektpartnern an einem Ökosystem für Gesundheitsdaten im ländlichen Raum.

Welche Rolle spielen Daten in Smart Cities & Smart Regions?

Daten Verwaltung Organisation
© Illustration: Franziska Ruflair
Daten in einer Smart City & Smart Region verwalten.

In intelligent vernetzten Smart Cities und Smart Regions kommen vermehrt Datenplattformen zum Einsatz, die verschiedenen Akteuren neue Formen der Nutzung von Daten ermöglichen. Eine Datenplattform vereint verschiedene Datenquellen (z. B. soziale Netzwerke, Verwaltung und Wirtschaft), die Kommunen nutzen können, um Verwaltungsleistungen und Daseinsvorsorge zu optimieren. Somit kann eine Datenplattform im Zusammenhang mit Smart City und Smart Region verschiedene Funktionen erfüllen.

Das Thema Open Data wird häufig im Kontext von Datenplattformen genannt. Unter Open Data werden Daten verstanden, die öffentlich zur Verfügung stehen, kostenfrei genutzt und weiterverbreitet werden dürfen. Diese Daten können als Ressourcen von Datenplattformen betrachtet werden, die Städten und Regionen zur Auswertung und Verarbeitung zur Verfügung stehen.

Daneben sind Datenplattformen wesentliche Bestandteile, wenn in Smart Cities und Smart Regions Digitale Ökosysteme etabliert werden sollen.  

 

Herausforderungen auf dem Weg zu einer kommunalen Datenplattform

Zunächst sollte in der Kommune ein Austausch darüber erfolgen, welche Ziele mit der Datenplattform verfolgt werden. Daneben müssen Kosten und Nutzen gegenübergestellt werden und es muss ein passendes Geschäftsmodell entwickelt werden. Vor der Umsetzung der Plattform sind grundlegende Aspekte aus technischer und organisatorischer Sicht zu klären, z. B.:

  • (Daten-)Schnittstellen und Standards
  • Datenquellen
  • Bestehende Systeme
  • Betreibermodell
  • Anforderungen beteiligter Stakeholder

Datenplattformen müssen zudem kontinuierlich weiterentwickelt werden und benötigen deutlich mehr Aufmerksamkeit als eine klassische Softwarelösung. Kriterien wie Performance, Stabilität, Sicherheit und Datenschutz dürfen hierbei ebenfalls nicht vernachlässigt werden.

 

Eine Datenplattform bildet die Grundlage des Smart-City- & Smart-Region-Ökosystems. Mit umfangreichen Erfahrungen im Kontext von Datenplattformen und Digitalen Ökosystemen steht das Fraunhofer IESE Ihnen zur Seite.

 

Lesen Sie mehr über den Einsatz von Daten in Datenplattformen

Referenzen: Datenplattformen in einer Smart City & Smart Region

Das Fraunhofer IESE unterstützt die Stadt Ulm beim Aufbau und bei der Gestaltung einer Smart-City-Datenplattform.

Das Fraunhofer IESE erarbeitet mit dem Landkreis Sankt Wendel eine integrierte Smart-City-Strategie sowie die Grundlage für eine Datenplattform zur Anbindung digitaler Lösungen.

Ziel des Projekts  »Digitale Dörfer Daten« ist die Entwicklung einer Web-Anwendung, auf der kommunale Akteure statistische Daten abrufen können.

Wozu dient der Digitale Zwilling in einer Smart City & Smart Region?

Smart City Digitaler Zwilling
© Illustration: Franziska Ruflair
Potential für Smart Cities & Smart Regions durch Digitalen Zwilling.

Der Digitale Zwilling für Stadt und Land

Eine Smart City bzw. Smart Region beinhaltet vielfältige technische, wirtschaftliche und soziale Elemente. In einem Digitalen Zwilling lässt sich diese Komplexität abbilden, wodurch gewissermaßen ein virtuelles Modell der Stadt entsteht. Als Bestandteil des Smart-City- bzw. Smart-Region-Ökosystems hat der Digitale Zwilling zu diesem Zweck Zugriff auf bereits etablierte Lösungen wie z. B. Geoportale oder Datenplattformen. Durch den Datenaustausch mit verschiedenen Quellen gelingt es ihm, nicht nur real existierende Prozesse abzubilden, sondern auch zukünftige Entwicklungen zu prognostizieren. Spezifische Vorgänge lassen sich modellieren und die Auswirkung veränderter Parameter auf das Gesamtsystem kann simuliert werden.

Die Potenziale des Digitalen Zwillings in Stadt und Land sind immens: Sie reichen von der vorausschauenden Wartung kommunaler Infrastrukturen über erhöhte Ressourceneffizienz bis hin zu verbesserter und effizienterer Entscheidungsfindung. Dabei beinhaltet die Bandbreite an Anwendungsfeldern bereits heute Bereiche wie nachhaltige Stadtentwicklung bzw. -planung, Mobilität und Tourismus, aber auch Partizipation. Die Mehrwerte, die ein Digitaler Zwilling in Stadt und Region erzeugt, sind also nicht nur für Verwaltungen interessant, sondern ebenso für Bürger*innen und Unternehmen.

 

Digitaler Zwilling und kommunale Innovation

Während der Digitale Zwilling großes Potenzial für die Zukunft bietet, steht die Übertragung des Konzepts auf Städte und Regionen noch am Anfang. Aktuelle Herausforderungen bestehen u. a. in der Schaffung einer Datenbasis durch die Verknüpfung von Datenplattformen oder in der Etablierung von offenen Standards und Datenschnittstellen. Momentan beschränkt sich die Umsetzung größtenteils noch auf bestimmte Anwendungsfelder. Die Vision besteht aber in der umfassenden Repräsentation des großen, komplexen Gesamtsystems einer ganzen Stadt oder Region in allen Facetten.

 

Wir unterstützen Sie bei der virtuellen Stadtplanung 

Zunächst ist die Bewertung des Potenzials eines Digitalen Zwillings für Ihre Region maßgeblich. Auf dieser Grundlage definieren wir relevante Anwendungsbereiche und konzipieren den Digitalen Zwilling individuell, entsprechend gegebener Voraussetzungen. Schließlich begleiten wir Sie bei der Implementierung und Integration eines Digitalen Zwillings in Ihr Smart-City- & Smart-Region-Ökosystem.

Referenzen: Digitaler Zwilling und virtuelles Stadtmodell

 

Die Studie aus den Modellprojekten Smart Cities (MPSC) zeigt, wie der Aufbau Digitaler Zwillinge einer Stadt oder eines Stadtteils gelingen kann.

 

Welche Möglichkeiten ergeben sich für Smart Cities Smart Regions? Welche Voraussetzungen müssen gegeben sein?

Sind Smart Cities & Smart Regions nachhaltig?

Smart City Smarte Stadt
© Illustration: Franziska Ruflair
Nachhaltigkeit einer Smart City & Smart Region.

Die digital-ökologische Transformation als kommunale Herausforderung

Neben der Digitalisierung ist die Nachhaltigkeit ein weiteres Handlungsfeld, das für kommunale Akteure zunehmend an Relevanz gewinnt. Vor dem Hintergrund des voranschreitenden Klimawandels wird der Blick zumeist darauf gerichtet, wie kommunales Handeln z. B. zur Einsparung von Ressourcen oder Vermeidung von Emissionen beitragen kann. Doch Nachhaltigkeit beinhaltet mehr als Fragen der Ökologie: Auch in sozialer und wirtschaftlicher Hinsicht gilt es, Maßstäbe der Nachhaltigkeit zu berücksichtigen – insbesondere auch im Zusammenhang mit der digitalen Transformation.

 

Digitalisierung und Nachhaltigkeit sinnvoll verbinden

Auch wenn es vielleicht erst auf den zweiten Blick klar wird, sind Digitalisierung und Nachhaltigkeit direkt miteinander verbunden. So stellen digitale Lösungen eines der vielversprechendsten Werkzeuge zum Erreichen von Nachhaltigkeitszielen dar. Beispiele sind die Optimierung von Verkehrsflüssen, die Steuerung von Energieerzeugung und -verbrauch oder eine gemeinwohlorientierte Daseinsvorsorge. Zudem sind digitale Technologien dann nachhaltig, wenn sie planvoll entwickelt werden und dauerhaft die an sie gerichteten Anforderungen erfüllen.

Dabei gilt es, die sozialen, ökonomischen, ökologischen und technischen Aspekte von Nachhaltigkeit in Balance zu bringen. Dazu gehört auch, die Verbräuche und Emissionen digitaler Tools zu berücksichtigen.

 

Nachhaltige Digitalisierung – digitale Nachhaltigkeit

Für das Fraunhofer IESE hat nachhaltige Digitalisierung eine zentrale Bedeutung. Sie umfasst Themen wie Beteiligung, Green Economy, nachhaltige Mobilität oder auch die Entwicklung belastbarer Geschäftsmodelle für das digitale Zeitalter. Wir nutzen die Erkenntnisse aus unserer Forschung, um Smart Cities & Smart Regions aktiv bei der Erreichung ihrer Nachhaltigkeitsziele zu unterstützen.

Referenzen: Digitalisierung und Nachhaltigkeit in Kommunen

Im Projekt »DESIRA« wird untersucht, wie Digitalisierung in der Lokalverwaltung zur Verbesserung der Lebensverhältnisse in ländlichen Räumen beitragen kann.

Das Fraunhofer IESE evaluiert, inwiefern Digitalisierung den Umweltschutz stärken und die Entwicklung ländlicher Räume unterstützen kann.

Wie können Daseinsvorsorge und Lebensqualität verbessert werden?

Smart City Engineering, Daseinsvorsorge, Fraunhofer IESE
© Illustration: Franziska Ruflair
Durch Smart City Engineering zu einer besseren Daseinsvorsorge.

Daseinsvorsorge im digitalen Zeitalter

Kommunen sind heute in vielen Tätigkeitsfeldern aktiv: Sie stellen Verwaltungsleistungen bereit und sichern die Versorgung der Bevölkerung. Entsprechend umfasst die Daseinsvorsorge ein großes Spektrum an Leistungen. Dazu gehören Bereiche wie Nahversorgung, Entsorgung und (digitale) Infrastruktur genauso wie die Versorgung mit Bildungsangeboten, Energie, Mobilität oder Kulturangeboten. Für kommunale Akteure eröffnen sich bei der Daseinsvorsorge mittlerweile große Gestaltungsspielräume. Sie lässt sich zunehmend digital sicherstellen – und leistet einen spürbaren Beitrag zur Verbesserung der Lebensqualität.
 

Potenziale der Digitalisierung erkennen

Ansprüche an die Versorgung mit Gütern und Dienstleistungen verändern sich nicht nur mit der Zeit. Auch der räumliche Kontext beeinflusst die Schwerpunktsetzung kommunaler Akteure. So steht in vielen ländlichen Regionen vor allem die Sicherstellung flächendeckender Angebote im Mittelpunkt. Digitalisierung bietet hier wirkungsvolle Werkzeuge, um Daseinsvorsorge effektiv zu planen und umzusetzen. In größeren Städten und Ballungsräumen hingegen steigen die Anforderungen an intelligent vernetzte Systeme z. B. in den Bereichen Mobilität oder Energie kontinuierlich. Das Thema Smart City ist zu einem umfänglichen Betätigungsfeld geworden. Mit der Komplexität der Aufgaben steigen aber auch die Ansprüche an die damit verbundenen Planungsprozesse. Aus solch neuen Aufgabenbereichen von Kommunen und der Kommunalwirtschaft resultiert u. a. die Notwendigkeit, passende Kompetenzen in der Belegschaft zu entwickeln und teilweise sogar neue Berufsfelder zu integrieren. Gleichzeitig dürfen Aspekte wie ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeit, die Resilienz technischer und organisatorischer Systeme oder auch die Gleichwertigkeit der Lebensverhältnisse nicht aus den Augen verloren werden.

 

Digitale Daseinsvorsorge zukunftssicher gestalten

Innovative Software und vernetzte Systeme stellen nur Teilaspekte kommunaler Digitalisierung dar. Neue Potenziale eröffnen sich z. B. auch hinsichtlich der Beteiligung der Bevölkerung und der Mitarbeitenden kommunaler Betriebe. Durch seine umfangreichen Forschungstätigkeiten deckt das Fraunhofer IESE die komplette Breite des Themas digitale Daseinsvorsorge ab – von der Konzeption und Umsetzung smarter Lösungen über Nutzerpartizipation bis hin zur zielgruppenspezifischen Wissensvermittlung. Wir unterstützen Kommunen dabei, ihre Daseinsvorsorge digital und zukunftssicher zu gestalten.

 

Lesen Sie mehr zum Thema digitale Daseinsvorsorge:

  • Projekt: Ageing Smart
    Die Zukunft der Städte für die Babyboomer-Generation gestalten und altersgerechte Wohn- und Versorgungsstrukturen schaffen

Referenzen: Digitale Daseinsvorsorge

Im Landkreis Tirschenreuth erarbeitete das Fraunhofer IESE mit den Projektpartnern eine Plattform zur digitalen Wohnberatung.

Das Fraunhofer IESE unterstützt bei der Stärkung und Sicherung der digitalen Daseinsvorsorge in ländlichen Regionen.

Das Fraunhofer IESE erarbeitet Möglichkeiten, wie digitale Sprachassistenten die Einsamkeit von Senior*innen reduzieren können.

 

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