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29-05-2015 | Bauphysik | Schwerpunkt | Article

Modellierung komplexer Stadtstrukturen

Author: Christoph Berger

2:30 min reading time

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Eine neue Studie beschäftigt sich mit dem Aufbau neuer Smart Cities beziehungsweise dem Umbau bereits bestehender Städte. Ein mehrschichtiges Konzept soll dabei eine Antwort auf die komplexen Herausforderungen sein.

Im Kern geht es um einen Modellierungsansatz, der die Entwicklung bereichsübergreifender Lösungen unterstützt. Mit einem standardisierten und modularem Konzept möchte man die einzelne Elemente, Infrastrukturen und Ressourcen einer Smart City definieren und klassifizieren: Es geht zum Beispiel um die Elementarbausteine Straßen, Gebäude, Heizungssysteme, Beleuchtung, dezentrale Erzeugungsanlagen, thermische oder elektrische Speicher.

Diese Vorgehensweise soll ermöglichen, exakte virtuelle Abbildungen von Städten in ihrer Vielfalt zu kreieren. Dann könne der Bedarf an Maßnahmen ermittelt werden.

Es mangelt an Gesamtmodellen

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Entwickelt wurde dieses Konzept von Experten des Verbands der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (VDE). „Was den Fortschritt von Smart Cities behindert, ist der Mangel an Gesamtmodellen“, erklärt Rainer Speh, Mitglied des VDE-Präsidiums und Co-Autor der Studie. Man zeige in der Studie mit dem Titel „Smart City – Herausforderungen und Potenziale einer lebenswerten Stadt von morgen“ daher, wie der Aufbau neuer Smart Cities, bekannt als Green-Field-Ansatz, und der Umbau bestehender Städte, oft als Brown-Field-Ansatz bezeichnet, gelingen könne.

So analysierten die Autoren zum einen einzelne Stadtviertel mit ihren zellularen Strukturen, etwa Häuser und andere Gebäude, zum anderen die Datenplattformen zum interaktiven Betrieb und zur Optimierung der einzelnen Subsysteme darin. Gerade die Datenplattformen seien eine unabdingbare Voraussetzung für eine intelligente Stadt und müssten daher Bestandteil der Infrastruktur werden.

Das Zusammenspiel der Subsysteme muss betrachtet werden

Speh ist sich sicher: „Die Smart City muss die Versorgungs- und Infrastrukturen koppeln und übergreifend steuern.“ Die einzelnen Subsysteme – wozu zum Beispiel die Strom-, Gas- und Wasserversorgung, Gebäude oder Mobilität gehören – müssten in ihrer unterschiedlichen Dynamik und ihrem Zusammenspiel betrachtet werden. Bisher sei jedoch immer individuell geplant worden. Doch nun sei der Aufbau einer intelligenten Infrastruktur zur effizienten Vernetzung, Interaktion und Steuerung von Stadt- und Versorgungsstrukturen erforderlich.

Hintergrund sind stark anwachsenden Städte

Prognosen gehen davon aus, dass 2050 etwa 70 Prozent der Weltbevölkerung in Städten leben werden – derzeit sind es zirka 52 Prozent. Diese Zunahme der Urbanisierung hat unterschiedliche Gründe, die zudem noch regional bedingt sind. Die Menschen in Schwellen- und Entwicklungsländern erhoffen sich durch das Leben in den Städten vor allem bessere Lebensbedingungen. Daher werden dort vor allem intelligente, effiziente und kostengünstige Infrastrukturen benötigt, um der Bevölkerung, dem Handel und Gewerbe sowie der Industrie gute Bedingungen zu bieten.

Weniger schnell werden in den Industrienationen die Städte wachsen. In diesen Ländern geht es vor allem um Lebensqualität, Nachhaltigkeit und attraktive Infrastrukturen – jedoch ebenfalls, um für die Wirtschaft zu punkten.

Gerade im Bereich Sensorik bedarf es noch weiterer Forschungsarbeit

Die Experten sehen neben der Modulierung von Stadtstrukturen zudem noch weiteren Forschungsbedarf im Bereich der Sensoren und der sie verbindenden Netzwerke. Diese seien als Datenlieferanten für die Steuerung der Infrastruktur zwingend notwendig. Entscheidende Faktoren dabei seien die Datensicherheit, die drahtlose Kommunikation sowie eine effiziente Stromversorgung der Sensoren.

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