Smart City Domains

Smarte digitale Lösungen helfen dabei, unsere Städte lebenswerter, nachhaltiger und resilienter zu gestalten. Es lassen sich vier Hauptwirkungsbereiche unterscheiden, innerhalb derer digitale Lösungen einen wichtigen Beitrag leisten: 

1. Ressourcen sparen: Daten helfen uns dabei, Infrastrukturen und Ressourcen in Städten und Regionen effizienter zu nutzen. Wir können z.B. Fahrzeuge per App mieten und können somit mehreren Personen die Nutzung des gleichen Fahrzeugs ermöglichen. 

2. Prozesse steuern: Indem Informationen in Echtzeit geteilt werden, können Prozesse in der Stadt besser angepasst werden. Die grüne Ampel wartet ein wenig länger auf den Radfahrer, die Route im Navi vermeidet das Müllauto in der Einbahnstraße oder die Waschmaschine läuft, wenn der Strom am günstigsten ist. 

3. Simulation: Viele Daten geben uns ein realitätsnahes digitales Abbild der Stadt. Szenarien und Modelle helfen uns dabei, verschiedene Zukunftswege durchzuspielen und uns in der Planung auf die wesentlichen Szenarien vorzubereiten. Entscheidungen werden zunehmend auf Basis von Evidenz getroffen. 

4. Vernetzung: Digitale Lösungen helfen uns dabei, ganz unterschiedliche Menschen in die Gestaltung ihrer Stadt einzubeziehen und Partizipation auch digital zu leben. 

Diese Wirkungsbereiche finden sich in allen Domänen der Smart City wieder. Smart City-Domänen bezeichnen die verschiedenen Bereiche einer intelligenten Stadt. Wir benötigen sie, um uns nicht in der Komplexität der digitalen Stadtentwicklung zu verlieren und anschlussfähig für die Organisationen zu bleiben, die die smarte Stadt gestalten. 

Die Einteilung der Domänen ist nicht trennscharf; deswegen kommt es häufig zu einer mehrfachen Zuteilung einzelner Abläufe. Der Ausbau der Elektromobilität zum Beispiel kann sowohl dem Bereich Umwelt als auch dem Bereich Mobilität zugeordnet werden.  

Unter die Smart City-Domäne Mobilität fallen alle Formen der Bewegung von Menschen außer Hause mit dem Ziel, räumliche Distanz zu überwinden. Das können die Fortbewegung von Fußgänger*innen und Radfahrenden bis hin zu der mit Straßenbahn oder privatem PKW sein, aber auch die „multimodale" Fortbewegung über verschiedene, kombinierte Mobilitätsarten.  Smarte Ansätze im Bereich der Mobilität steigern die Effizienz und Attraktivität des ÖPNV, reduzieren die Emissionen aus dem Verkehr und machen Radfahren wie den Gang zu Fuß attraktiv und einfach.

Die Smart City-Domäne Gesundheit umfasst die Verbesserung der Gesundheitsförderung der Bürger*innen. Inbegriffen sind alle Bereiche innerhalb des Gesundheitswesens, die durch smarte Technologien in der Stadt unterstützt werden – beispielsweise Vorsorge oder Pflege. Generell lässt sich zwischen zwei Bereichen unterscheiden: 

1. Gesundheitsfördernde Stadtgestaltung  

1. Smarte Lösungen zur Unterstützung des Gesundheitssystems 

Bei ersterem geht es um ein Bündel an intelligenten Maßnahmen, welche zu einer gesunden Stadtbevölkerung beitragen. Hierunter können Aspekte fallen, wie die Überwachung der Luftqualität und gezielte Maßnahmen zu deren Verbesserung oder die Optimierung des Stadtraums für Fuß- und Radverkehr z.B. auf Basis von Daten aus Fitness Trackern und Apps. 

Der zweite Bereich adressiert die Nutzung von Technologie und Daten zur Verbesserung von Notfalleinsätzen, aber auch zur Unterstützung der ambulanten Pflege oder der Vorsorge im Quartier.

Bürgerbeteiligung bezeichnet die Einbeziehung von Bürger*innen als Nutzer*innen und Bewohner*innen in die aktive Stadtgestaltung. Über herkömmliche Bürgerbeteiligungen können Meinungen von Bürger*innen in die Entscheidungsfindung mit einbezogen werden. Durch eine aktive Einbindung von Bürger*innen wird die Arbeits- und Gestaltungskraft dieser in die Projekte integriert. Damit erhöht sich einerseits die Akzeptanz für einzelne Maßnahmen innerhalb der Bevölkerung, andererseits die Effektivität der Projekte. Da Bewohner*innen ihre eigene Stadt gut kennen, haben sie zudem oft die besten Ideen für Verbesserungen. Digitale Lösungen wie Dialogportale, Smart City-Apps oder Bürgerhaushalte helfen dabei, die Bürgerbeteiligung aus dem Amt auf das Smartphone, bzw. den Laptop zu bringen und helfen dabei, unterschiedliche Gruppen in die Gestaltung von Städten und Nachbarschaften einzubinden.

Unter die Smart City-Domäne Bauen und Wohnen fallen intelligente Systeme wie Hausautomatisierungstechnologien oder Gebäudemanagementsysteme. Durch diese kann beispielsweise die Beleuchtung, Lüftung, Reinigung oder Beheizung von Gebäuden optimiert werden, indem sensorbasierte Systeme miteinander verbunden und auf Basis von intelligenten Algorithmen gesteuert werden. Relevant für die Smart City wird das „Smart Home“ aber erst, wenn es Informationen mit seiner Umwelt teilt – z.B. indem es Energie bereitstellt, als flexibler Speicher genutzt wird oder Funktionen des öffentlichen Raums inkorporiert (z.B. Paketboxen). 

Aber auch der allgemeine Neu- oder Umbau von Gebäuden kann intelligent gestaltet werden, um ein zukünftiges nachhaltiges Management der Gebäude zu ermöglichen oder zu vereinfachen. Hierbei helfen zunehmend BIM (Building Information Management) basierte Technologien und digitale Zwillinge von Gebäuden und Quartieren.

Die Smart City-Domäne E-Government bezeichnet Verwaltungsprozesse, die durch den Einsatz digitaler Informations- und Kommunikationstechnologien verbessert werden können. Bürger*innen, aber auch staatliche, kommunale und sonstige behördliche Institutionen profitieren durch E-Government von einer effizienteren Stadtverwaltung, wenn sie mithilfe digitaler Tools beispielsweise einfacher untereinander kommunizieren können.  E-Government-Anwendungen wie Regierungsportale, Online-Steuerdienste, E-Partizipation und Selbstbedienungskioske fallen in diese Domäne. In Deutschland ist das E-Government durch das Online-Zugangsgesetz (OZG) stark reguliert. Nicht immer werden hier bislang die vollen Potenziale der Digitalisierung ausgeschöpft. Eine durchgängige Digitalisierung kommunaler Prozesse (z.B. von Baugenehmigungen) auf Basis von aktuell verfügbaren Innovationen (z.B. KI, BIM, AR/VR) kann dafür sorgen, dass Zeit- und Ressourceneinsparungen von bis zu 50% erzielt werden. 

Die Smart City-Domain Umwelt umfasst Systeme und Technologien, die für eine saubere Umwelt sorgen oder diese aktiv schützen. Darunter fallen Lösungen, die bestehende Vorgänge emissionsärmer machen und die Kommunen allgemein bei der Bewältigung des Klimawandels unterstützen. Das beinhaltet z.B. eine Reihe an Maßnahmen mit positiver Auswirkung auf die urbane Luftqualität, aber auch zunehmend Maßnahmen, die zu einer Klimaanpassung beitragen, wie die Nutzung von naturbasierten Lösungen (NBS). Vorgänge aus dem Bereich Umwelt werden häufig mehreren Domains zugeordnet, da viele Maßnahmen aus anderen Domänen gleichzeitig nachhaltig auf unsere Umwelt einzahlen. Beispielsweise die Dekarbonisierung des öffentlichen Nahverkehrs ist ein Prozess bzw. eine Maßnahme innerhalb des Bereichs Mobilität und trägt zur Verbesserung der Umwelt bei.

Der Bereich der Energiewirtschaft umfasst alle Prozesse und Strukturen, die für die Energieversorgung der Kommunen notwendig sind. Gerade im Energiebereich können datenbasierte Lösungen ein großes Potenzial für eine nachhaltigere Stadtgestaltung entfalten. Traditionelle Ziele sind hier die Verbesserung der Netzqualität und der Versorgungssicherheit, aber auch die Senkung des allgemeinen Stromverbrauchs. 

Zunehmend kommt auch die Nutzungssteigerung der erneuerbaren Energien hinzu. Hierbei dienen Daten dazu, die fluktuierenden Verfügbarkeiten von Wind und Sonne mit dem vorhandenen Energiebedarf in Einklang zu bringen. Elektrofahrzeuge, Batterien oder netzaktive Geräte helfen dabei, eine Balance zu finden. Bedeutende Strategien oder Technologien hierfür sind intelligente Stromnetze (“smart grids”), intelligente Stromzähler sowie Speicher- und Umwandlungstechnologien. Über intelligente Anwendungen können Bürger in Smarten Energie Communities zu „Prosumern“ werden und damit über eigene, dezentrale Anlagen zu mehr erneuerbaren Energien und einem stabileren Netz vor Ort beitragen.

Die Smart City-Domäne Abfall hat alle technologischen Prozesse und Strukturen zum Thema, die die Müllentsorgung für Bürger*innen ökologischer, effizienter und angenehmer machen. Auch die Vermeidung von Abfall kann hierunter verstanden werden, sowie der Aufbau von Kreislaufwirtschaften innerhalb von Kommunen und darüber hinaus.  Ein technologisches Beispiel sind öffentliche und private intelligente Mülleimer, die melden, sobald sie gefüllt werden. Diese Daten können beispielsweise zur Optimierung von Routen für die Entsorgungsunternehmen genutzt werden. Andere Beispiele sind intelligente Sortiermaschinen, Untergrundsysteme oder eine „Gamifizierung“ der Müllvermeidung.

Die Smart City-Domäne Sicherheit umfasst alle Aspekte strategischer Datennutzung, die das Leben der Bürger*innen sicherer machen. Mit dem Fortschreiten der Digitalisierung wird auch die verübte Kriminalität intelligenter; Behörden müssen sich an diesen Trend anpassen. Generell bieten Daten eine gute Grundlage, Verbrechen einzuschränken oder sogar zu verhindern.  Dabei kann zwischen physischer Sicherheit und Cybersicherheit unterschieden werden. Erstere umfasst beispielsweise Zugangskontrollen, Überwachungssysteme im öffentlichen Raum oder Systeme zur Einbruchserkennungen. Cybersicherheit hingegen schützt digitale Systeme der Stadt, aber auch deren Daten und Anwendungen vor unbefugtem Zugriff.  

Die Ressource Wasser ist begrenzt. Das ist eine Tatsache, die immer stärker auch im Bewusstsein der Menschen verankert ist. Ziel innerhalb der Smart City-Domain ist es, Lösungen zu finden, um die Ressource Wasser intelligent und sparsam zu nutzen und wiederzuverwenden sowie die Wasserqualität zu schützen oder zu erhöhen. Ebenso kann der Hochwasserschutz in diesen Bereich fallen; eine wichtige Technologie hier sind beispielsweise Frühwarnsysteme. Weitere smarte Lösungen in der Domäne Wasser fokussieren sich auf eine Energierückgewinnung aus dem Abwasser oder auf eine Überwachung und Kontrolle der Wasserqualität in Echtzeit. 

Der Begriff der Vorsorge oder auch “Daseinsvorsorge” wird in verschiedenen Kontexten verwendet. DKSR hält sich für die Definition der Smart City-Domain hier an die Definition des KommunalWiki der Heinrich Böll Stiftung, die besagt, dass Vorsorge die Bereitstellung wirtschaftlicher, sozialer und kultureller Dienstleistungen für die Bürger*innen seitens der Gemeinde beinhaltet. Im Kontext der Smart City werden hierfür notwendige Prozesse durch strategische Datennutzung unterstützt.  

In anderen Definitionen der Smart City Domains sind Bereiche der Daseinsvorsorge mit abgedeckt (Abfall, Wasser, Mobilität).

Die Domäne Stadtplanung beinhaltet alle Entwicklungen zur räumlichen und sozialen Struktur einer Stadt. Stadtplanung hat sich in den letzten Jahren stark verändert; Megatrends wie Klimawandel, Verkehrswende, alternde Gesellschaft, Urbanisierung haben einen großen Einfluss darauf, wie Städte sich anpassen und geplant werden müssen. Wo sollen neue Gebiete erschlossen, wo neue Radwege, Straßen oder Parks gebaut werden? Ein zentraler Aspekt der sich wandelnden Ausrichtung der Stadtplanung ist der „menschliche Maßstab“ - die Städte der Zukunft sollen schließlich für den Menschen gebaut werden, nicht für das Auto. Gleichzeitig werden Umweltfaktoren immer volatiler (Dürre, Hochwasser etc.) und neue technologische Innovationen halten Einzug in die Stadt (Stichwort: autonome Fahrzeuge, Lieferdrohnen etc.) Eine solide Datengrundlage hilft, in diesen großen infrastrukturellen Fragen nachhaltige und menschenzentrierte Entscheidungen zu treffen. Digitale Zwillinge auf Basis von Echtzeitdaten oder Simulationen und Modellbildungen mit einer umfassenden Datengrundlage helfen dabei, Stadtplanung besser auf komplexe und dynamische Zukunftsszenarien abzustimmen und Entscheidungen auf Faktenwissen zu basieren.

Ziel von Smart Governance ist es, durch die bewusste Beteiligung der Bevölkerung eine bürgerorientierte politische Entscheidungsfindung zu gewährleisten. Planungs- und Entscheidungsprozesse, die die Stadtentwicklung betreffen, sollen transparenter und partizipativer gestaltet werden. Die Entscheidungsträger sollten in der Lage sein, mit den Stadtbewohnern in Kontakt zu treten und so allen die Möglichkeit zu geben, sich an der politischen Entscheidungsfindung zu beteiligen - mit anderen Worten, Demokratie mit Hilfe von Technologie umzusetzen. 

Governance weist vier Merkmale auf: es ist kein Regelwerk oder eine Tätigkeit, sondern ein Prozess; der Prozess der Governance basiert nicht auf Kontrolle, sondern auf Koordination; er umfasst sowohl den öffentlichen als auch den privaten Sektor; er ist keine formale Institution, sondern eine kontinuierliche Interaktion.

Siehe auch: Data Governance.

Daten sind die Grundlage der intelligenten Stadt. Die Domäne „Daten“ liegt aus diesem Grund quer zu allen anderen Domänen und sollte als Enabler digitaler Lösungen stets mitgedacht und –verwaltet werden. Dies muss in einer Stadt auf unterschiedlichen Ebenen geschehen:  

• Zunächst gilt es, die technische Grundlage für domänenübergreifende Datennutzung bereitzustellen und zu betreiben. Neben der Hardware wie z.B. dem Breitbandausbau, der Sensorik oder den Funknetzen, bezieht sich dies vor allem auf Instrumente wie Datenportale oder Offene Urbane Datenplattformen. 
• Des Weiteren hat Datennutzung eine strategische und auch politische Dimension. Die Erhebung von Daten (z.B. im öffentlichen Raum), die Weitergabe und Veröffentlichung von Daten sowie deren Verarbeitung beinhalten oft ethische, politische und rechtliche Fragestellungen. Es bedarf somit einer städtischen Data Governance und ggf. auch eines lokalen Diskurses mit der Zivilgesellschaft, um Datennutzung angemessen zu steuern und zu regulieren. 
• Zuletzt muss die technische und organisatorische Fähigkeit hergestellt werden, um Daten innerhalb einer Stadt intelligent nutzen zu können. Datenstrategien, -prozesse und Data Intelligence gehören deshalb ebenso zur Domäne der Daten. 

Eine weitere Domäne ist die der “Innovation”. Die Smart City eröffnet der lokalen Wirtschaft und Forschungslandschaft die Möglichkeit, die Zukunft der Stadt mitzugestalten und dabei neue Geschäftspotenziale und Forschungsbereiche zu erschließen. Idealerweise arbeiten Wirtschaftsförderung, Smart City (CIO / CDO der Stadtverwaltung) und städtische Betriebe eng mit einem Ökosystem an KMUs, Startups und etablierten lokalen Unternehmen sowie Forschungseinrichtungen zusammen, um die Herausforderungen einer nachhaltigen und datengetriebenen Stadtentwicklung in Potenziale für die lokale Wirtschaft zu verwandeln. Hierbei helfen Elemente wie innovative Vergabe, Hackathons, Innovationswerkstädten und nicht zuletzt auch gemeinsam akquirierte Förderprojekte. Dabei versteht sich die Stadt zunehmend als Katalysator für Innovation – und weniger als Verwalterin des Status Quo. 

Urbane Logistik bezeichnet die logistischen Prozesse und Funktionen, welche die Versorgung der städtischen Räume mit Gütern ermöglichen oder der Entsorgung der Haushalte und der Wirtschaft dienen. Damit wird der Transport, der Umschlag, die Lagerung und die Übergabe an die Empfänger eingeschlossen, solange diese im städtischen Raum stattfinden. Urbane Logistik ist ein zentraler Bestandteil moderner Städte, essenziell für die Versorgung des täglichen Lebens und ein wesentlicher Faktor im städtischen Verkehrsgeschehen. Damit spielt urbane Logistik auch eine wesentliche Rolle bei Stadtentwicklung, aber auch bei der lokalen Flächenkonkurrenz und Infrastrukturbelastung, der Luftverunreinigung in Städten und bei Lärm- und Treibhausgasemissionen. Für eine nachhaltige Stadtentwicklung muss die urbane Logistik in Zukunft einerseits effizienter und innovativer werden, andererseits haben die Covid-19-Pandemie und die momentane geopolitische Situation die Bedeutung resilienter Logistik- und Versorgungswege aufgezeigt. 

Bisherige Ansätze zur Verbesserung der Situation konzentrieren sich in der Praxis überwiegend nur auf technische Lösungen auf der letzten Meile (etwa über Mikro-Hubs, über Elektromobilität oder Lastenfahrräder). Diese sind jedoch nur ein Puzzlestück angesichts der Herausforderungen für eine innovative, digital vernetzte und emissionsarme Versorgung von urbanen Ballungsräumen. Neben neuen Technologien sind auch stadtverträgliche, ressourcen- und infrastrukturschonende Logistikkonzepte erforderlich.