Von:
Markus Tum,
Leiter Smart Cities
bei RIWA
Einrichtungen der öffentlichen Hand stehen vielfach erst am Anfang ihrer digitalen Transformation. Deshalb erscheint vielen von ihnen ein digitaler Zwilling noch wie ein vages Trugbild aus ferner Zukunft. Dabei befinden sich digitale Zwillinge bereits im Einsatz und bieten auch Stadtwerken viele unmittelbare Vorteile und sind die Grundlage einer weitreichenden Digitalisierung ihrer Organisationen.
Grundsätzlich handelt es sich bei einem digitalen Zwilling um eine virtuelle Repräsentation eines physischen Objekts, Prozesses oder Systems. Diese kann von einfachen Produkten bis hin zu komplexen Systemen wie Gebäuden, Infrastrukturen oder ganzen Städten reichen. Digitale Zwillinge werden mit Daten aus der realen Welt gefüttert, um das Verhalten und die Leistung ihres physischen Gegenstücks zu simulieren, zu kommunizieren und zu analysieren.
Das dreidimensionale Abbild der Realität kann mit relevanten Fachinformationen angereichert werden und ist typischerweise an externe Datenquellen gekoppelt, z. B. Geodaten oder Live-Daten aus Sensoren. Digitale Zwillinge sind eine derart leistungsstarke und flexible Technologie, dass sich ihr Nutzen und Funktionsumfang stark, je nach jeweiligem Einsatzszenario beziehungsweise Anwenderkreis, unterscheiden kann. Beginnen wir mit den unterschiedlichen Anwendergruppen und den jeweils für sie maßgeschneiderten digitalen Zwillingen:
Verwaltungszwilling
Dieser dient der internen Nutzung durch die Spezialisten zur Visualisierung und Analyse von Daten, beispielsweise zu Energie- und (Ab-)Wassernetzen oder der Verkehrs- und Bauplanung. Die dreidimensionale Darstellung ermöglicht eine realitätsnahe Betrachtung und erleichtert die Planung und Entscheidungsfindung. Der Verwaltungszwilling bietet seinem Anwenderkreis die volle Funktionalität des Tools und bildet die Basis für den Räte- und Bürgerzwilling.
Rätezwilling
Dem Rat einer Kommune oder dem Management der Stadtwerke bietet der digitale Zwilling einen erweiterten Informationszugang. Fachleute können den digitalen Zwilling nutzen, um geplante Veränderungen und Neubauten für den Rat oder die Unternehmensleitung zu visualisieren und so besser zu kommunizieren. Durch die Bereitstellung von Daten und Analysen über den digitalen Zwilling können die Verantwortlichen fundierte Entscheidungen treffen und die Entwicklung der Organisation aktiv gestalten.
Bürgerzwilling
Sehr viele Planungen und Entscheidungen der Stadtwerke haben einen direkten Einfluss auf den Alltag von Bürgern. Ein digitaler Zwilling kann Stadtwerken als öffentliche Plattform dienen, über die sie Änderungen z. B. am Energienetz nachvollziehbar machen und Bürger über geplante Maßnahmen ebenso informieren wie über erzielte Resultate. Der Bürgerzwilling fördert die Transparenz und stärkt das Vertrauen zwischen Bürgern und Stadtwerken.
Das Leitungsnetz im Blick
Unter den Einsatzszenarien ist die Nutzung eines digitalen Zwillings durch Energieversorger ein gutes Beispiel. So setzen Energieversorger einen digitalen Zwilling von RIWA ein, um den Energieverbrauch pro Gemeinde in ihrem Zuständigkeitsbereich zu visualisieren und über verschiedene Zeiträume hinweg zu vergleichen. Dabei ermöglicht der digitale Zwilling beispielsweise, Vergleiche anzustellen und Trends zu identifizieren. So können Engpässe erkannt, die Netzstabilität verbessert und der Ausbau des Netzes optimiert werden, was die allgemeine Effizienz des Energieversorgers steigert und sein Serviceniveau optimiert.
Bei Wartung und Reparatur der Infrastruktur leistet ein digitaler Zwilling ebenfalls gute Dienste. Zum einen lassen sich im digitalen Zwilling Probleme sehr schnell identifizieren und verorten. Zum anderen können Techniker über Mobilgeräte auf den digitalen Zwilling zugreifen, um den Weg zur Problemstelle zu finden, z. B. einer Umspannstation oder einem Strommast, und auf die hinterlegten Hintergrundinformationen wie technische Details zuzugreifen. Und die Instandhaltung sowie gegebenenfalls schnelle Reparatur der kritischen Infrastruktur darf als wesentlicher Beitrag zu Sicherung des Wirtschaftsstandorts aufgefasst werden.
Ein häufig wiederkehrendes Problem lässt sich durch den Einsatz eines digitalen Zwillings ebenfalls weitgehend vermeiden: Das versehentliche Kappen von Leitungen, vor allem im Untergrund. Durch die genaue Verortung von Strom-, Gas- oder Kommunikationsleitungen und Kanalisation im digitalen Zwilling können sich Bauarbeiter über ein Mobilgerät vor Ort genau orientieren, bevor sie einen Spatenstich tun oder den Bagger einsetzen. So lassen sich ärgerliche und kostspielige Unfälle bei Erdarbeiten vermeiden.
Visualisierung und Kommunikation
Seinen Nutzen für alle Anwendergruppen kann der digitale Zwilling insbesondere bei Neubauprojekten unter Beweis stellen. So lassen sich die Auswirkungen jedes Neubauprojekts auf die Umgebung vorab im Digitalen Zwilling simulieren. Vor allem bei Großprojekten kann dabei die Funktion als Bürgerzwilling in den Vordergrund rücken: Werfen die geplanten Windräder im Westen des Dorfes wirklich Schlagschatten auf bestehende oder geplante Siedlungen? Wie fügen sich die Leitungen und Masten einer geplanten Stromtrasse in das Landschaftsbild ein? Fragen wie diese lassen sich über einen digitalen Zwilling eindrücklich beantworten. Das kann Missverständnissen und unangebrachten Befürchtungen vorbeugen.
Dabei ist die Simulation beziehungsweise Visualisierung keineswegs auf die Betrachtung am heimischen Rechner begrenzt. Vielmehr lässt sich ein digitaler Zwilling auch nutzen, um eine Augmented Reality zu erschaffen. Verantwortliche, Betroffene und Interessenten können sich also auf die "grüne Wiese" begeben und über ihr Smartphone die geplante Konstruktion – ein Windrad, einen Strommast oder ein geplantes Umspannwerk – in die Umgebung einblenden lassen und so ein möglichst realistisches Bild des geplanten Projekts gewinnen. Auch sind die Möglichkeiten nicht auf die Außenansicht beschränkt. Ein geplantes Schwimmbad beispielsweise lässt sich über eine 3D-Brille bereits im Planungsstadium virtuell begehen. Mit einem digitalen Zwilling muss ein derart mitreißendes Erlebnis keine Zukunftsmusik bleiben.
Verkehrsplanung
Auf dem Weg zur nachhaltigeren Smart City bietet die Verkehrsplanung Kommunen und Stadtwerken wichtige Optimierungspotenziale. Auch hier können digitale Zwillinge eine wesentliche Rolle spielen. Durch die Einbindung entsprechender Sensoren, die für Echtzeitinformationen sorgen, lassen sich dynamische Systeme besonders gut mit einem digitalen Zwilling kontrollieren, analysieren und optimieren. So können die Verantwortlichen im digitalen Zwilling nicht nur die aktuellen Verkehrsströme einsehen, sondern auch die Auswirkungen z. B. einer veränderten Ampelschaltung oder geplanten Baumaßnahme simulieren und dadurch voraussehen. Das Ergebnis ist ein effizienterer Verkehr, der weniger CO2, Feinstaub und Lärm verursacht.
Routenoptimierung
Häufig geht es im Zuständigkeitsbereich der Stadtwerke auch um die Optimierung von Routen, sodass unnötige Fahrten vermieden und die vorhandenen Ressourcen so effizient wie möglich eingesetzt werden können. Zwar mag es ein etabliertes Verfahren sein, routinemäßig bestimmte Routen abzufahren, um Abfallcontainer zu leeren. Häufig rücken die Fahrzeuge allerdings aus und leeren dann bestenfalls halbgefüllte Container. Werden die Behältnisse mit entsprechenden Sensoren ausgestattet, die ihre Informationen an den digitalen Zwilling liefern, lassen sich solch unnötige Fahrten vermeiden und die Fahrzeuge rücken jeweils nur noch aus, wenn dies notwendig ist. So lassen sich signifikante Kosten einsparen, ohne Gefahr zu laufen, beispielsweise Anwohner zu verärgern, die sich an überfüllten Containern stören.
Gegenwart und Zukunft der Digitalisierung
Digitale Zwillinge können bei Stadtwerken die Grundlage für eine tiefgreifende digitale Transformation bilden. An dieser Stelle konnten die Möglichkeiten lediglich angerissen werden. Digitale Zwillinge von RIWA helfen bereits vielen Organisationen, Abläufe effizienter zu gestalten, besser begründete Entscheidungen zu treffen, Kosten einzusparen und für Transparenz zu sorgen. Unsere Kunden berichten bei Bedarf gerne von ihren Erfahrungen und können bestätigen, dass ein digitaler Zwilling schnellen Nutzen in der Gegenwart liefert und eine Investition in die Zukunft mit hoher Rentabilität darstellt.
