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Digitale Abbilder von Städten: Wie sich Kommunen auf den Klimawandel vorbereiten können

Hitze- und Dürreperioden, Extremniederschläge mit Hochwasser: Städte und Gemeinden müssen sich immer öfter auf nicht kalkulierbare Herausforderungen vorbereiten. Neuartige kommunale Planungstools wie der digitalen Zwilling sollen dabei helfen. Was es damit auf sich hat.

Archivbild: Ein Blick in die Cave eines digitalen Zwilling am HLRS. In der Cave, also einer „Höhle“ bestehend aus drei Wänden, und mithilfe einer 3D-Brille lassen sich die Städte digital erkunden.

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Stuttgart/ Sersheim . „Dass es gewaltige Veränderungen in Bezug auf den Klimawandel geben wird, ist sicher. Es ist nur noch die Frage des Wann und des Wo“, sagt Michael Resch, Direktor des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart ( HLRS ) an der Universität Stuttgart. Extremwetterereignisse stellen Kommunen vor oft unkalkulierbare Probleme – besonders in Zeiten von knappen Kassen ist das eine besondere Herausforderung.

Am HLRS wird an digitalen Zwillingen geforscht. Als digitale Zwillinge bezeichnet man beispielsweise Städte, die ein virtuelles Ebenbild bekommen. In der Cave, also einer „Höhle“ bestehend aus drei Wänden, und mithilfe einer 3D-Brille lassen sich die Städte digital erkunden sowie verschiedene Szenarien durchspielen. Eine Cave befindet sich am HLRS , sie kann aber auch in Kommunen, beispielsweise für Infoveranstaltungen für Bürger, aufgebaut werden. I nsofern dienen digitale Zwillinge als digitales Planungstool und können die Akzeptanz der Bürger für Bauprojekte und Ähnliches erhöhen und sie umfassender informieren.

Hochwasserereignisse und Dammbrüche können zum Beispiel simuliert werden. Projekte, die solche Katastrophen verhindern sollen, können vorab digital ausprobiert werden, bevor sie in die Tat umgesetzt werden. Im Hinblick auf Fehlplanungen, zum Beispiel beim Bauen, kann das Kosten sparen.

Es lassen sich auch verschiedene Klimaprojekte planen. Will eine Stadt zum Beispiel einen Windpark bauen, könnten vorab die Auswirkungen auf die nähere Umgebung simuliert werden – zum Beispiel Schattenwurf, Lärmentwicklung und der Bau von Zufahrtsstraßen. Beim Ausbau der kommunalen Stromnetze hilft die Simulation, Wege für die unterirdische Kabelführung zu finden. In die Simulation können alle Daten über die Lage von Versorgungsleitungen, die Beschaffenheit des Untergrundes und auch die Wurzelausbreitung des Baumbestandes einfließen, erklärt das HLRS in einer Pressemitteilung.

Aktuelles Projekt in Ludwigsburg

Aktuell simuliert das HLRS in Zusammenarbeit mit dem Landkreis Ludwigsburg Steilhänge entlang des Neckars. Die Weinberge und steilen Terrassen befinden sich an mehreren Stellen in einem prekären Zustand.  Mithilfe des digitalen Zwillings will man mögliche Veränderungen in dieser Kulturlandschaft simulieren und sichtbar machen. 

So könnten beispielsweise Starkregenereignisse oder Erdrutsche simuliert werden, um mögliche Risiken zu ermitteln. Wenn im Laufe der Zeit neue Vermessungsdaten zur Verfügung stehen und in den digitalen Zwilling eingespeist werden, könnten auch Erosion und anderer Verfall an den Steilhängen durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz dokumentiert werden, schreibt das HLRS in einer Pressemitteilung.

„Kommunale Entscheidungen sollten nicht länger aus dem Bauchgefühl herbeigeführt werden. Eine neue Form der Zusammenarbeit mit Technologieexperten, auch für kleine Gemeinden, ist unabdingbar“, sagte Sersheims Bürgermeister Jürgen Scholz beim Symposium „Science goes Society“ des HLRS im April. Daran nahmen rund 120 Bürgermeister, Vertreter der Kommunalverwaltungen, von Interessenverbänden und Organisationen teil.

Auch der Ludwigsburger Landrat Dietmar Allgaier begrüßte in einer Pressemitteilung zum Projekt den neuen Ansatz: „Wenn wir das Problem stringent in Angriff nehmen wollen, brauchen wir im Landkreis einen praktikablen und vollständigen Überblick über die Entwicklung in unseren Steillagen. Dazu müssen wir auch moderne Technologie einsetzen. Wir werden einen dramatischen Landschaftswandel erleben, wenn wir jetzt nicht handeln.“

Digitaler Zwilling in Herrenberg

Nicht nur in Ludwigsburg gibt es digitale Zwillinge. Die Stadt Herrenberg hat auch einen. Im Jahr 2016 startete sie als Modellkommune mit ihrem Projekt. Die Stadt Stuttgart hat ebenso ein digitales Abbild von sich. Am Marienplatz wurde erst kürzlich eine Fallstudie durchgeführt. Mithilfe eines Sensors, der an Fahrrädern angebracht wird, konnten in einem digitalen Zwilling Orte identifiziert werden, die besonders gefährlich, aber auch besonders stressig für Radfahrer sind. Die Ergebnisse werden in den kommenden Wochen vorgestellt.

Projektionen schaffen mehr Akzeptanz bei den Bürgern

„Mit digitalen Zwillingen können Modelle entwickelt werden, welche die Probleme zwar nicht direkt lösen, aber einen Betrag zur nachhaltigen Entwicklung etwa einer Kommune leisten können“, so Resch. Es gehe schließlich darum, weitsichtig und kostensparend planen zu können.

Mit 3-D-Projektionen, zum Beispiel von Ortszentren, Innenstädten oder ganzen Landschaften, werden in Echtzeit Simulationen auf einer 5 x 3 Meter großen LED-Bildwand angezeigt. Betrachter können per 3-D-Brille direkt eintauchen. Dies schaffe auch bei den Bürgern mehr Verständnis und Akzeptanz für ein Projekt – und auch Stakeholder könnten sich die Vorhaben so besser vorstellen.

Viele Daten für den Supercomputer

Für die digitalen Zwillinge nutzt das HLRS einen Supercomputer. Gefüttert wird er zum Beispiel mit teils öffentlichen Geo- und Planungsdaten, teils werden Daten dazugekauft, teils projektweise vom HLRS-Team selbst erhoben.

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