Lokale digitale Zwine: Die Städte von morgen schmieden

Die Sitzung zum Thema „Local Digital Twins – Forging the cities of future“ während der Europäischen Woche der Regionen und Städte 2021 fand am 13. Oktober statt und fand in Zusammenarbeit mit der GD CONNECT „Technologien für intelligente Gemeinschaften“, den LEAD- und DUET H2020-Projekten zum Thema „Local Digital Twins“, dem türkischen Gemeindeverband sowie ENoLL statt. Ziel des Workshops war es, (i) zu untersuchen, was lokale digitale Zwine sind; (II) wie kleine, mittlere und größere Städte davon profitieren können; welche Schritte sind für die Planung, Gestaltung und Umsetzung digitaler Zwins in Städten erforderlich? (IV) wie der Aufbau von Kapazitäten die Städte in diesem Bestreben stärken kann und (v) welche größten Herausforderungen und welches Potenzial für die Umsetzung von „Digital Twins“ bestehen. Auf der Tagung wurden rund 85 Teilnehmer begrüßt.

Die Europäische Kommission stellte den wichtigsten politischen Kontext vor und hob hervor, wie lokale digitale Zwins die nächste Phase intelligenter und nachhaltiger Städte und Gemeinden ermöglichen werden. Lokale digitale Zwins sind die virtuelle Darstellung der physischen Vermögenswerte, Prozesse und Systeme einer Stadt unter Verwendung von Daten, Datenanalyse und maschinellem Lernen, um Simulationsmodelle zu unterstützen, die (in Echtzeit) aktualisiert und geändert werden können, da sich ihre physischen Äquivalente ändern. Sie unterscheiden sich in ihrer Reife und ihren Fähigkeiten, können aber auch kleinere Städte in die Lage versetzen, ihr Potenzial zu testen. Bei der Planung der Schaffung eines lokalen digitalen Zwillings müssen die Städte eine Reihe wichtiger Aspekte berücksichtigen; die wichtigsten Herausforderungen, die die Stadt bewältigen will, das Ausmaß und der Umfang des digitalen Zwillings, seine Governance und die geplanten Funktionen. Bei der Gestaltung des digitalen Zwillings müssen vor allem die Datenbasis (Verfügbarkeit, Qualität und Interoperabilität) und die technische Basis (IoT, Cloud Computing, Big Data, KI, 5G) berücksichtigt werden. Die Kommission wies auf die künftige Finanzierung eines lokalen digitalen Zwin-Instrumentariums der EU hin, das aus offenen Standardlösungen, Referenzarchitektur und wiederverwendbaren Tools im Rahmen des künftigen DIGITAL-Programms besteht.

Die Geschichten von der Basis begannen mit Sergio Fernández Balaguer von EMT Madrid, in dem das LEAD-Projekt vorgestellt wurde, das digitale Zwins für eine emissionsarme Logistik auf der letzten Meile in 6 Städten (TEN-V-Städteknoten) nutzt: Madrid, Den Haag, Lyon, Porto, Budapest und Oslo. LEADER trägt dazu bei, innovative Geschäftsmodelle zu schaffen, Frachtspeicherung und -verteilung flexibler zu gestalten, die Nutzung emissionsarmer Lieferfahrzeuge zu fördern und intelligente, datengesteuerte Logistiklösungen zu entwickeln. Der Madrider Fall zielt darauf ab, die Lieferungen im Stadtzentrum effizienter zu gestalten, indem die Zustellwege optimiert, alternative (und nachhaltige) Geschäftsmodelle erforscht, Mechanismen der öffentlich-privaten Zusammenarbeit eingerichtet und die Datenverwaltung verbessert werden. Die möglichen Optionen (Wert-Case-Szenarien) wurden mit einer Community of Practice im Madrid Living Lab erörtert. Bei der Entwicklung des digitalen Zwillings stehen die Herausforderungen hauptsächlich im Zusammenhang mit Daten (u. a. Datenerhebung, komplexe Lärmbelastung bei der Berechnung, Mangel an Standardwerten, Anonymisierung, Datenniveau usw.) und der Erstellung von Ergebnissen. Im Hinblick auf den Aufbau von Kapazitäten/Schulungen wurde im Rahmen des Projekts festgestellt, wie wichtig Instrumente für die Modellierung und Bewertung neuer Vertriebsmodelle sind und welche Auswirkungen sie auf Kosten und Emissionen haben.

Das DUET-Projekt wurde von Jiri Bouchal aus Pilsen vorgestellt. Dank einer Reihe einschlägiger EU-Projekte (Open Transport Net, PoliVisu, S4Allcities usw.) hat Pilsen seinen digitalen Twin schrittweise ausgebaut. Ein lokaler digitaler Zwilling besteht darin, alte Systeme miteinander zu verbinden, die Entscheidungsfindung zu verbessern und zu experimentieren, indem Innovationen in die öffentlichen Verwaltungen und den Privatsektor eingebracht werden. Dank politischer Unterstützung und einer starken zugrunde liegenden Strategie, technisch qualifiziertem Personal, fortschrittlicher technischer Infrastruktur, die von der Stadt verwaltet wird, sowie modernster unbemannter Luftfahrzeuge (UAV) konnte die Stadt diese Technologie nutzen. Im Rahmen des DUET-Projekts nutzen sie den digitalen Zwin, um Simulationsmodelle bereitzustellen, die die Interaktion zwischen verschiedenen Bereichen (Verkehr, Luftqualität und Lärmbelastung) aufzeigen, z. B. Modellierung, wie sich die Verkehrsströme aufgrund einer Schließung von Brücken verändern würden und wie und wo sich dies auf die Luftqualität auswirken würde. Auch wenn die Reise nicht ohne Schwierigkeiten war, einschließlich des Engagements und Engagements der Interessenträger, der Einführung neuer Technologien in der täglichen Arbeit der Stadtverwaltung, der Kompatibilität mit bestehenden Instrumenten und des Bedarfs an zusätzlichen Investitionen, sind die Ergebnisse vielversprechend. Das Projekt hat der Stadt neue Instrumente zur Unterstützung der Politikgestaltung an die Hand gegeben. Was den Kapazitätsaufbau betrifft, so stellt die Entwicklung von Fachwissen und Kompetenzen langfristig eine Herausforderung dar.

Anschließend wurden die Teilnehmer in drei verschiedene Breakout-Sitzungen aufgeteilt, um i) digitale Gewinne für einen nachhaltigen Güterverkehr zu erörtern; (II) Digitale Kompetenzen für die Politikgestaltung und (iii) Kompetenzen für die Bürgerbeteiligung. Die Moderatoren dieser Sitzungen hoben Folgendes hervor:

• Digital Twins for sustainable freight (Moderator: Carolina Cipres vom Logistikzentrum Zaragoza, LEAD-Projekt): Lokale digitale Gewinne für den Güterverkehr erfordern eine öffentlich-private Zusammenarbeit. Ein erhebliches Hindernis ist die mangelnde Bereitschaft der Unternehmen, Daten auszutauschen. Sie kann durch Anonymisierung, Entfernung sensibler Daten oder Datenaggregation gelöst werden. Um Unterstützung für die Umsetzung eines digitalen Zwillings zu erhalten, müssen die Interessen privater und öffentlicher Interessenträger ausgewogen sein (d. h. private Betreiber können sie zu Optimierungszwecken nutzen, während öffentliche Stellen Zugang zu Informationen über Emissionen haben können). Lokale digitale Zwins stehen auch vor dem Problem unterschiedlicher Logistikprofile in den einzelnen Städten. Im Idealfall sollten digitale Zwins aus einer Modellbibliothek bestehen, und jeder lokale digitale Zwin sollte eine Kombination dieser Modelle verwenden, die seinem eigenen Logistikprofil dienen. Schließlich sind für den Erfolg lokaler digitaler Zwine neue Kompetenzen erforderlich, nicht nur in Bezug auf den technischen Hintergrund, sondern auch in Bezug auf Soft Skills (d. h. die Bereitschaft, zu überlegen, wie dieser Ansatz für eine agile und dynamische Entscheidungsfindung genutzt werden kann).
• Digitale Kompetenzen für die Politikgestaltung (Moderator: Lieven Raes from Digital Flandern, DUET-Projekt): Auch wenn die Beteiligung der Bürger wichtig ist, wirft dies die Frage auf, wie Fragen im Zusammenhang mit der DSGVO angegangen werden können. Das Projekt DUET verwendet Daten von Bürgern (z. B. Bürgerumfragen oder Bürgerwissenschaft), während im Rahmen des PoliVisu-Projekts von den Bürgern in ihren Fenstern installierte Sensoren verwendet wurden, die die Anzahl der Autos und Fußgänger in einer bestimmten Straße gezählt haben. In diesen Fällen wurde der eingebaute Datenschutz verwendet, d. h. die Zählung von Fahrzeugen ohne Angabe ihrer Kennzeichen. In der Region Flandern werden beispielsweise anonymisierte und pseudoanonymisierte Daten verwendet, um zu erfahren, wo Menschen mit Behinderungen leben und entsprechend planen. Der erste Schritt für eine Stadt zur Entwicklung eines lokalen digitalen Zwillings besteht darin, ein politisches Problem zu definieren und die Anwendungsfälle zu ermitteln. Einige digitale Zwins können in 2D durchgeführt werden, d. h. Verkehrsmodelle, während andere möglicherweise 3D-Modelle benötigen. Das CompAir-Projekt, das im November 2021 anlaufen wird, wird lokale digitale Doppeldaten mit VR (durchgeführt vom Fraunhofer-Institut) darstellen. Die Nutzer erhalten von ihrem Telefon eine erweiterte Reality-Ansicht, wodurch die Bürgerinnen und Bürger der Stadt nähergebracht werden.
• Kompetenzen für die Bürgerbeteiligung (Moderatorin Dr. Francesca Spagnoli, Leiterin von Projekten und Programmmanagerin des European Network of Living Labs – ENoLL): Es besteht eindeutig die Notwendigkeit, den Ansatz des Kapazitätsaufbaus vor Ort und sogar individuell in den verschiedenen Städten und/oder lokalen Kontexten zu beginnen. Tatsächlich hat jede Stadt unterschiedliche Bedürfnisse, demografische Aspekte und Probleme, die verschiedene Zielgruppen betreffen. Die Modellierung des Verhaltens der verschiedenen Gemeinschaften in Städten und Regionen kann die Entwicklung lokaler und individueller Strategien unterstützen (evolutionäre Theorie). Es ist wichtig, den Schwerpunkt auf marginalisierte Gemeinschaften in Städten zu legen, da sie über unterschiedliche (grundlegende) Einstiegskompetenzen verfügen, die bei der Ausarbeitung eines Programms zum Kapazitätsaufbau berücksichtigt werden müssen. Es ist wichtig, den Prozess in Gang zu setzen, indem verschiedene Menschen in der Gemeinschaft zusammengebracht werden und die Lücken und Bedürfnisse im Hinblick auf die Verbesserung ihrer digitalen Kompetenzen verstanden werden, damit sie letztendlich in den Prozess der Entwicklung nachhaltiger Gemeinschaften einbezogen werden. Partnerschaften mit großen Unternehmen, um mit dem Technologiesektor in Verbindung zu treten, sind von entscheidender Bedeutung, um Städte und Regionen dabei zu unterstützen, digitale Kompetenzen im lokalen Kontext zu übersetzen. In den Gemeinden ist ein kultureller Wandel erforderlich, um die Relevanz digitaler Kompetenzen aufzuzeigen und ihre Investitionen und Finanzmittel auf maßgeschneiderte Programme zum Kapazitätsaufbau umzulenken. Programme zum Kapazitätsaufbau können wirksame Kapazitäten und Ressourcen für die Verbesserung der Stadtplanung, der Entscheidungsfindung, der Folgenabschätzung und des Änderungsmanagements bereitstellen. Die Teilnehmer bekundeten ihr Interesse an Schulungen zur Methodik für das Management von Living Labs, insbesondere im Zusammenhang mit Digital Twins.

Im Anschluss an diese Gruppendiskussionen wiesen die Teilnehmer darauf hin, dass die Verfügbarkeit von Daten, das digitale Bewusstsein auf politischer Ebene sowie die Qualität und das Format der Daten der größte Schulungsbedarf seien. Viele haben auch auf die Notwendigkeit hingewiesen, mehr über die Verwaltung von Living Labs zu erfahren.

Anschließend wurden in der Sitzung künftige Programme für den Kapazitätsaufbau hervorgehoben, mit denen Städte und Gemeinden bei der Umsetzung lokaler digitaler Zwins unterstützt werden sollen. Claudia Ribeiro, Projektbeauftragte des POLIS-Netzwerks und Leiterin des Kapazitätsaufbaus, stellt die Pläne für den Kapazitätsaufbau des LEAD-Projekts vor. Das Projekt strukturiert ihr Schulungsmaterial zu Themen wie (i) Einführung des städtischen Güterverkehrs und Logistik auf Abruf auf der letzten Meile; (II) Living Labs for Urban Freight and Digital Twins (Living Labs for Urban Freight and Digital Twins); Modellierung, Simulation und Daten für die städtische Güterverkehrsplanung; (IV) „Digital Twin Technologies“ und (v) Politikgestaltung und Entscheidungsfindung. Das Programm wird voraussichtlich im ersten Halbjahr 2022 vorliegen und sollte über MOOC, Webinare, Workshops und andere Mittel bereitgestellt werden. Lieven Raes, Beraterin bei Digital Flandern, stellt die Pläne für den Kapazitätsaufbau des DUET-Projekts vor. Im Rahmen des Projekts wird eine Startseite mit der Bezeichnung https://citytwin.eu entwickelt, die es anderen Projekten (URBANAGE, CompAir u. a.) ermöglichen wird, 3D-Modelle zu betrachten, sich an Gamifikationen zu beteiligen und den Menschen zu verstehen, was Digital Twins tun kann. Die Duet-Partner arbeiten auch an einem „Digital Twins Book“ mit dem Titel „Open and Interoperable Local Digital Twins for Smarter Decision Making“. Schließlich ist für das erste Quartal 2022 ein MOOC geplant (auf der Grundlage des vorherigen MOOC von PoliVisu).

Die Sitzung wurde durch Schlussfolgerungen von Noirin Ni Earcain von der Europäischen Kommission und Francesca Spagnoli von ENoLL abgeschlossen. Die Diskussionen haben gezeigt, dass sowohl digitale Kompetenzen (Daten- und Ökosystem-Governance, Datenanalyse, Modellierung, KI/ML, Interoperabilität usw.) als auch Soft Skills (kultureller Wandel, neue Arbeitsmethoden usw.) erforderlich sind. Weitere Arbeiten können im Rahmen der Untergruppe „Bildung und Kapazitätsaufbau“ der Living-in.eu-Gemeinschaft fortgesetzt werden, die vorhandene Lern- und Entwicklungsmaterialien ermitteln und zusammenstellen, Folgemaßnahmen zu dem Vorschlag für einen EIF4SCC- und EIF-Kompetenzbericht ergreifen, das Forschungsprojekt des Cedefop zu Kompetenzen für intelligente und nachhaltige Gemeinschaften fortsetzen und mit dem Projekt DT4 Regions zusammenarbeiten kann, das Workshops organisieren und Schulungsmodule zu KI und Big Data erstellen wird.