SIEMENS

Auf dem Bildschirm leuchtet ein Satellitenbild der USA. Dr. Bernd Wachmann, Leiter des Leuchtturmprojekts „Sustainable Cities“ bei Siemens Corporate Technology (CT), zoomt tiefer, auf eine Wiese nahe Princeton, New Jersey. Mit ein paar Mausklicks errichtet er dort zwei Bürogebäude. Er definiert den Grundriss, zieht Stockwerke hoch, fügt Parkplatz und Zufahrtsstraßen hinzu, schon steht der virtuelle Komplex. Während er dies tut, erscheinen auf einer Leiste wichtige Daten: Wie groß der Energieverbrauch zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten sein wird, wie Photovoltaikanlagen die Bilanz verbessern, wie viele Personen in den Büros arbeiten können, wie sie den Verkehrsfluss und das Energienetz beeinflussen, wie viel Müll sie produzieren, wie groß die Luftverschmutzung oder die Betriebskosten sind. „Das sind nur einige der Größen, die wir simulieren“, sagt Wachmann. „Die Liste kann erweitert werden: Fußgängerfreundlichkeit, die Auswirkung von Elektroautos auf die Energiebilanz, selbst Komponenten der Lebensqualität – all das ist quantifizierbar und daher auch modellierbar.“

Die Software-Plattform ist Teil eines Projekts der CT-Forscher namens „City Life Cycle Management“ (CLM), das an verschiedenen Siemens-Standorten entwickelt wird: von der CLM-Plattform in Princeton und München, über die Evaluierung der Stadtdaten in Berlin und Wien bis zur Infrastruktur-Expertise in München. CLM bietet eine Lösung, das Gebilde Stadt ganzheitlich zu betrachten und Eingriffe in das hochkomplexe System langfristig zu simulieren und zu planen. Allen Beteiligten der Stadtplanung werden so die vielfältigen Folgen ihrer Entscheidungen plastisch vor Augen geführt. Zudem lassen sich „Was wäre, wenn“-Szenarien betrachten – ein anderer Straßenverlauf, ein höheres Gebäude, oder wie Photovoltaikanlagen die Energiebilanz beeinflussen. CLM ist ein völlig neuer Weg, mit der Komplexität der Stadtplanung einfach und intuitiv umzugehen.

Oft sind die wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Zusammenhänge allerdings komplex: Ist es beispielsweise besser, Elektroautos zu fördern oder das öffentliche Verkehrsnetz auszubauen? Mehr Elektroautos reduzieren zwar den Stau nicht, aber den Kohlendioxidausstoß – doch nur, wenn der Strom von erneuerbaren Energien kommt. Dafür braucht man aber ein belastbares Stromnetz, das vielleicht erst gebaut werden muss, einschließlich Ladestationen. Wer auf der anderen Seite den öffentlichen Nahverkehr fördert, muss auch genügend Anreize für die Bevölkerung bieten, dieses Angebot zu nutzen. Ein Mensch kann derart komplexe Wechselwirkungen kaum auf Anhieb beurteilen. „Unser System liefert natürlich auch keine exakten Voraussagen“, sagt Wachmann. „Aber es reicht, wenn unsere Modelle zu 80 Prozent korrekt sind, denn so geben wir allen beteiligten Interessensgruppen – Verwaltungen, Politikern, Bürgerinitiativen, Anwohnern – eine gute Entscheidungsgrundlage an die Hand.“

Patentrezepte für das hochkomplexe Gebilde Stadt gibt es nicht, und Reibungsverluste sind vorprogrammiert: Soll ein Gewerbepark oder ein ganzer Stadtteil neu entstehen, melden Behörden und Bürger ihre Interessen und Bedenken an. Die ersten Pläne wandern durch viele Hände: in Bauämtern, bei den Stadtwerken, sie landen auf Schreibtischen in der Umweltbehörde und im Wirtschaftsamt, in Architekturbüros, bei Energieversorgern – und in der Regel liegen sie in einem Verwaltungsgebäude öffentlich aus. Eine Online-Plattform kann den für ein Projekt verantwortlichen Stellen viel Ärger ersparen, vor allem bei umstrittenen Fällen, wo eine angemessene Beteiligung der Bürger eine besonders wichtige Rolle spielt.

Städte digital modellieren. Vorbild für CLM sind die Industrielösungen für das Management des Produktlebenszyklus (PLM), wo alle Daten zur Entwicklung, Produktion, Lagerhaltung und Vertrieb eines Produkts zentral verwaltet werden. Auf diese Weise steigt nicht nur die Transparenz, sondern der gesamte Wertschöpfungsprozess lässt sich deutlich effizienter gestalten. In der Autoindustrie hat diese Technologie etwa zu starken Einsparungen, kürzeren Entwicklungs- und Fertigungszeiten und größerer Produktivität geführt. In der Stadtplanung sind solche Technologien zwar bisher noch nicht weit verbreitet, aber eine geschickt programmierte Plattform könnte hier ähnliche Erfolge bewirken, glaubt Thomas Gruenewald, Projektmanager für die CLM-Plattform bei Siemens in Princeton – und letztlich nachhaltigere Stadtviertel und Städte ermöglichen.

Vorerst konzentrieren sich die CT-Forscher auf die Planungsphase von städtischen Infrastrukturen. Da gibt es reichlich Raum für Verbesserungen: So werden drei Viertel der Entscheidungen, die die Lebenszyklus-Kosten eines Gebäudes bestimmen, getroffen, ehe detailliert ausgearbeitete Pläne vorliegen, sagt Dr. George Lo, CT-Experte in Princeton. Gleichzeitig tragen 57 Prozent der in ein Bauprojekt investierten Zeit, nach einer Studie der Universität von Texas in Austin, nichts zum Endprodukt bei, beispielsweise weil ein Entwurf immer wieder aufwändig geändert werden muss. Wer ein urbanes Bauprojekt nachhaltig gestalten will, trifft also gerade in der Entwurfsphase die wichtigsten Entscheidungen – und muss darauf achten, dass es auch die richtigen sind.

Bei der Modellierung komplexer Stadtprojekte hat den Wissenschaftlern geholfen, dass Siemens bereits über langjährige Erfahrungen bei der Planung, dem Bau und dem Betrieb von Systemen für die Wasser- oder Energieversorgung und der Verkehrsinfrastruktur verfügt. „Wir können eine so hohe Komplexität erfassen, weil wir wissen, wie wir das physikalische Verhalten dieser Systeme mathematisch abbilden müssen“, sagt der Modellierungsexperte Tim Schenk von CT in München. Zudem können die Forscher eine Vielzahl von Daten nutzen, die immer mehr Städte seit einigen Jahren zugänglich machen, etwa zu ihrer demographischen Struktur und Entwicklung, dem Energieverbrauch oder dem Verkehr.

Zusammen genommen ergeben sich daraus mithilfe von CLM realistische Modelle, die allen Beteiligten den Blick in eine mögliche Zukunft erlauben. Es ist ein Paradigmenwechsel: Planer können jetzt fast in Echtzeit sehen, wie ihre Entscheidungen in einem Bereich – etwa die Höhe eines Gebäudes – sich auf den Ortsverkehr oder die Energiebilanz eines Viertels auswirkt. Inzwischen ist die CLM-Arbeitsgruppe in Gesprächen mit zwei Großprojekten in China und Mitteleuropa, die diese Technologie voraussichtlich erstmals einsetzen wollen.

Lebensqualität simulieren. „Das ist aber nur der Anfang“, meint Wachmann. „Derzeit arbeiten wir daran, aus den verfügbaren ‚Key Performance Indicators’ (KPIs) wie Energieverbrauch, Verkehrsaufkommen oder CO₂-Bilanz auch sozioökonomische Indikatoren abzuleiten.“ Damit sind Leistungskennzahlen gemeint, die die Lebensqualität oder die Wirtschaftsentwicklung erfassen. Dazu entwickeln die Siemens-Forscher derzeit Schätzmodelle, die auf Expertenmeinungen und statistischen Studien beruhen. Bei der Lebensqualität sind beispielsweise Faktoren wie öffentliche Sicherheit, Luftverschmutzung und Wasserqualität wichtig? Zudem berücksichtigen die Experten auch kulturelle Rahmenbedingungen.

Auch lokale Randbedingungen sollen in die Simulationen einfließen, darunter lokale Baubestimmungen oder Energieeffizienzvorgaben. Darüber hinaus soll auch übergreifenden Faktoren Rechnung getragen werden, etwa Klimatrends – denn von der Entwicklung des Klimas hängt der künftige Energieverbrauch eines Gebäudes ebenfalls ab. Oder demographischen Entwicklungen: Überaltert eine Gesellschaft in einem Wohngebiet, stellt das bestimmte Anforderungen an den öffentlichen Raum, wenn er etwa mehr rollstuhl- und rollatorfreundlich gestaltet werden soll. „Solange die Faktoren quantifizierbar sind“, sagt Wachmann, „können wir sie auch modellieren.“

Mit der virtuellen Planung ist das Potenzial von CLM bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Über Jahrzehnte hinweg kann ein solches digitales Werkzeug helfen, nicht nur neue Stadtteile zu planen oder Städte umzugestalten, sondern auch Gebäude und Viertel nach der Fertigstellung weiter zu betreuen. Will man beispielsweise wissen, welchen Effekt eine neue Straßenbahn oder selbst nur neue Fenster auf ein Stadtviertel haben werden, braucht es nur ein paar Mausklicks, schon hat man eine Antwort zur Hand.