Smart City-Pioniere: Wie baut man einen digitalen Zwilling für eine Millionenstadt?

Herr Mohl, was ist Ihre Aufgabe?
Ich arbeite bei der Landeshauptstadt München im GeodatenService München, der Teil des Kommunalreferats. Der GeodatenService verantwortet das stadtweit Geodatenmanagement und stellt den Fachreferaten Daten, Anwendungen und raumbezogene Informationen zur Verfügung.
Seit Anfang 2019 bin ich Projektleiter für das Förderprojekt „Digitaler Zwilling München“.

Was ist denn ein Digitaler Zwilling einer Stadt?
Ein Digitaler Zwilling ist ein virtuelles Abbild eines materiellen oder immateriellen Objekts aus der realen Welt. Bisher kannte man diese Bezeichnung überwiegend aus der Industrie und hier im Kontext der Industrie 4.0. In dem Projekt „Digitaler Zwilling München“ übertragen wir dieses Konzept auf die ganze Stadt. Diese digitale Kopie enthält Daten, Modelle, Simulationen oder Algorithmen, die die Eigenschaften und Verhaltensweisen der realen Objekte so exakt wie möglich widerspiegeln und ein möglichst genaues Abbild der Realität vor Ort repräsentieren soll.

Der (urbane) Digitale Zwilling ist ein dynamisches, virtuelles, interaktives 3D-Stadtmodell und eine kollaborative Stadtdatenplattform, die von Experten und Bürgern gleichermaßen genutzt werden kann. Öffentliche Akteure (Verwaltung und Stadtgesellschaft) werden so in der Lage sein, schnellere, bessere und vor allem neu durchdachte Entscheidungen zu treffen, da er es uns in Zukunft ermöglichen wird, so realitätsnah wie möglich Veränderungen vorab durchzuführen und Simulationen und Was-Wäre-Wenn-Analysen zu testen.

Vereinfacht ausgedrückt, sind Digitale Zwillinge digitale Repliken materieller Objekte wie Gebäude, Straßen, Gewässer oder immaterieller Informationen und Prozessketten wie Verwaltungsabläufe, Bürgerbeteiligungen oder Verkehrssteuerung.

Welche Schwerpunkte machen den Digitalen Zwilling der Stadt München aus?
Das Projekt der Landeshauptstadt ist Teil der Förderrichtlinie „Digitalisierung kommunaler Verkehrssysteme“ des Sofortprogramms „Saubere Luft 2017 bis 2020“. Festgelegtes Ziel in diesem Förderprojekt ist die Emissionsreduzierung der Luftschadstoffe mittels Digitalisierung der Verkehrswege. Dementsprechend liegt der Scope des Projektes, zumindest im ersten Schritt, auf Luftreinhaltung und Verkehr.

In München wurde zunächst aufgezeigt, wie beispielsweise Informationen zu Verkehr und Schadstoffwerten digital und in Echtzeit eingebunden und abgebildet werden können. Hier konnten wir erste Erfahrungen unter anderem im Zusammenhang mit Sensordaten sammeln. Diese sind eine der wichtigsten Grundlagen für den „Digitalen Zwilling“. Mithilfe dieser Daten werden Informationen über Dinge beliebiger Art gesammelt und verarbeitet. Allerdings gestaltet sich die Verarbeitung der Sensordaten oftmals schwierig, denn verschiedene Sensoren messen Unterschiedliches in nicht einheitlicher Qualität. Dieses Problem haben wir durch den Einsatz des Fraunhofer Open Source SensorThings API Servers – kurz FROST-Server – lösen können. Hier wird eine Standardisierung von Sensordaten ermöglicht.

Und diese vervollständigen dann das digitale Abbild.
Genau. Ein aktuelles Bild der Stadt schaffen wir auf der einen Seite durch die Erhebung von neuen Daten, durch die vermessungstechnische Straßenbefahrung und die Befliegung des Stadtgebietes, wodurch auch die Qualität der Geodaten verbessert wird. Und auf der anderen Seite beziehen wir zahlreiche bereits vorhandene Daten des GeodatenService mit ein, die im GeoDatenPool bereits konsolidiert und aufbereitet vorliegen. Im ersten Schritt haben wir auch Informationen und Learnings von bereits durchgeführten Projekten wie beispielsweise „Smarter Together München“ mit einbezogen.

Durch die detaillierte Darstellung des Straßenraums mit Verkehrsregeln und Verkehrsdaten können zukünftig Maßnahmen simuliert werden, die einen Einfluss auf die Luftqualität in der Stadt haben, um so die effektivste Maßnahme zu identifizieren und dann in die Umsetzung zu bringen. Beispielsweise können so Auswirkungen durch die Änderung von Ampelschaltungen, das Hinzufügen einer Fahrradspur oder der Neubau eines Tunnels auf die Verkehrs- und Luftsituation betrachtet werden.

Dabei steht die Sicherheit unserer städtischen Daten und der Datenschutz für die Stadtgesellschaft im Vordergrund.

Wie ist Ihr Projektteam aufgestellt?
Wir haben ein interdisziplinäres Team. Im Kern arbeiten an dem Projekt Kolleginnen und Kollegen aus dem GeodatenService, dem IT-Referat und dem Referat für Gesundheit zusammen. Im erweiterten Kreis werden alle Referate mit ihren unterschiedlichen Handlungsfeldern mit einbezogen. Dabei findet ebenfalls ein intensiver Austausch mit der Münchner Verkehrsgesellschaft und den Stadtwerken München statt. Fachliche Belange für die Projektumsetzung binden wir beispielsweise durch Use-Case-Workshops oder die referatsübergreifende Projektgruppe ein, die dem inhaltlichen Austausch dient und in der über die Weiterentwicklung des Projektes berichtet wird.

Bei der Entwicklung verfolgen wir einen neuartigen, zumindest für die Landeshauptstadt München, agilen und kooperativen Ansatz. Dabei arbeiten die Kolleginnen und Kollegen aus den Fachbereichen in enger Abstimmung mit denen des IT-Dienstleisters der Landeshauptstadt zusammen.

Auf welcher technischen Infrastruktur baut der Digitale Zwilling auf?
Wir bauen hier auf der IT-Infrastruktur unseres IT-Dienstleisters auf und verwenden verschiedene Open-Source-Software, die für unsere Use Cases am Markt führend und notwendig sind. Beispielsweise benutzen wir, wie eben bereits erwähnt, für die Einbindung der Sensordaten, den FROST-Server. Für die Verarbeitung und Visualisierung haben wir derzeit Grafana im Einsatz. Für das Frontend setzen wir auf dem von der Stadt Hamburg entwickelten Masterportal auf und entwickeln es gemeinsam weiter.

Wie trägt der Digitale Zwilling zur Digitalisierung der Stadt München bei?
Durch die Digitalisierung, Vernetzung und Visualisierung unserer Daten können wir Lösungsansätze für Verkehrsprobleme hinsichtlich Effektivität und Effizienz referatsübergreifend testen. Gleichzeitig hilft der Digitale Zwilling München als eine digitale Plattform der Verwaltung und den Tochterunternehmen wie der MVG und den Stadtwerken beim Verkehrsmanagements sowie bei nachhaltiger Stadt- und Mobilitätsplanung. Der Digitale Zwilling unterstützt bei der Digitalisierung von Prozessen und bietet die Möglichkeit innovative Ansätze auszuprobieren und digital abzubilden. Vor diesem Hintergrund ist das Projekt Digitaler Zwilling eines der drei wichtigsten Projekte der Digitalisierungsstrategie der Stadt.

Kooperieren Sie oder tauschen Sie sich mit anderen Städten aus?
Ja, wir tauschen uns mit anderen Städten aus. Beispielsweise waren wir Ende 2019 Ausrichter der bundesweiten Fachtagung Sensordaten. Ebenfalls haben wir zusammen mit Hamburg die Implementierungspartnerschaft Masterportal ins Leben gerufen, die mittlerweile auf 26 Partner angewachsen ist.

Wir haben über den Sommer mit Hamburg und Leipzig einen gemeinsamen Förderantrag zu „Connected Urban Twins“ (CUT) im Rahmen des Förderaufrufs zu Smart-City-Modellprojekten des Bundesministeriums des Innern, für Bau und Heimat eingereicht. Im vergangenen Monat haben wir den Zuschlag erhalten und können im kommenden Jahr mit dem Projekt starten.

Wo liegen die Schwerpunkte des Projekts CUT mit Hamburg und Leipzig?
In dem gemeinsamen Förderantrag haben die drei Städte den Schwerpunkt auf die Entwicklung von „Connected Urban Twins – Urbane Datenplattformen und Digitale Zwillinge für integrierte Stadtentwicklung“ gesetzt. Die Gesamtprojektleitung für das fünfjährige Vorhaben liegt bei Hamburg.

Konkret geht es in dem Förderprojekt um die Entwicklung von miteinander verbundenen urbanen Zwillingen. Herzstück ist eine sogenannte Urban Data Platform, auf der alle Daten zusammenlaufen. In enger Zusammenarbeit entwickeln die drei Partnerstädte diese Infrastruktur zu einem gemeinsamen Produkt weiter, schaffen innovative Lösungen, sammeln Erfahrungen und lernen voneinander. Insbesondere Einsatz und Nutzen in der integrierten Stadtentwicklung spielen eine wichtige Rolle im Förderprojekt. Über konkrete Anwendungsfälle können innovative Ideen vorangetrieben und Synergien genutzt werden. Dabei entstehen flexible und städteübergreifende Lösungen, die sich an den Bedürfnissen der Gesellschaft orientiert.

Außerdem möchte das Förderprojekt insbesondere die Beteiligung der Stadtgesellschaft stärken, die Wissenschaft und Forschung intensiv einbinden, ein kommunales Netzwerk aufbauen und Wissenstransfer gewährleisten. Ziel ist es, die Klimaneutralität für die gesamte Stadt München im Jahr 2035 unterstützen zu können.

Was sind aus Ihrer Sicht die größten Herausforderungen, die sich in den nächsten Jahren in diesem Projektkontext ergeben?
Natürlich klingt das Konzept des „Digitalen Zwillings“ sehr verführerisch, jedoch stößt man bei komplexen Systemen – wie bei einer Stadt – an so manche Herausforderung. Dies vor allem dadurch, da alle Eigenschaften, die einen wesentlichen Einfluss auf die Stellgrößen und die Kennzahlen des Objektes haben, abgebildet werden müssen. Es erfordert lange Anpassungszyklen zwischen realem Objekt und digitalem Abbild.

Als eine der größten Herausforderung würde ich die Integration der Daten ansehen, die sich durch die verändernde Stadtgesellschaft ergeben. Hierfür wird nämlich die Unterstützung aller Referate benötigt, da hier alle Informationen erfasst, gepflegt oder verarbeitet werden. Nehmen wir beispielsweise die Erfassung von Verkehrszeichen bei kurzfristigen oder langfristigen Anpassungen im Straßenraum. Hierbei sind eine Vernetzung von bestehenden Fachverfahren und die Digitalisierung von Prozessen wichtige Voraussetzungen, um die Daten in die Urban Data Platform des Digitalen Zwillings durch standardisierte Schnittstellen nutzen zu können.

Einige Referate haben bereits einen Weg gefunden, Prozesse anzupassen und zu digitalisieren, um Daten automatisiert und für die weitere Nutzung im Digitalen Zwilling zur Verfügung zu stellen. Wir können den Anstoß geben und für die Nutzung der Daten eine Plattform und ein Medium bieten.

Unser Ziel ist es, möglichst viele Daten, von denen Fachbereiche profitieren können, in den Digitalen Zwilling einfließen zu lassen. Nur gemeinsam können wir dafür sorgen, dass die Datenerfassung und -pflege digitalisiert und automatisiert wird.  

Was ist Ihre Vision für den Digitalen Zwilling?
Der Digitale Zwilling ist DIE digitale Grundlage für Herausforderungen einer Zukunftsstadt/Smart City und hat einen großen Anteil bei der Umsetzung von innovativen Lösungen. Die Urban Data Platform ist dabei das datentechnische Herzstück und vernetzt ehemals separierte Insellösungen zu einem gemeinsamen Ökosystem der Stadt.

Danke für das Gespräch!