Potenziale des digitalen Zwillings für eine nachhaltige und klimaangepasste Stadtentwicklung
- Projektteam:
Marlène de Saussure (Projektleitung), Sonja Kind, Tobias Hungerland, Susann Bernhold
- Themenfeld:
- Themeninitiative:
Ausschuss für Wohnen, Stadtentwicklung, Bauwesen und Kommunen
- Analyseansatz:
TA-Kompakt
- Starttermin:
Mai 2025
- Endtermin:
2026
In Kürze
Urbane digitale Zwillinge (UDZ) sind dynamisch aktualisierte digitale Abbilder von Stadt- und Kommunalsystemen. In UDZ können Geobasisdaten, IoT-Sensorik und KI kombiniert werden, um Emissionen zu senken, Ressourcen effizienter zu nutzen und Bürger/innen stärker in Planungsprozesse einzubeziehen. Ihre Umsetzung wird durch verschiedene Hürden gebremst: mangelnde Skalierbarkeit, fehlende Interoperabilität, hohe Investitions- und Betriebskosten sowie Probleme bei Datenqualität und Datenschutz. Auf Basis von 37 Einflussfaktoren lassen sich drei realistische Zukunftsbilder für 2035 entwickeln: (1) flächendeckende, gesetzlich verankerte UDZ-Nutzung, (2) fragmentierte Insellösungen mit verpassten Chancen und (3) reaktive, kaum genutzte UDZ. Daraus abgeleitet können konkrete Handlungsoptionen formuliert werden, wie etwa klare Governance-Strukturen, langfristige Finanzierungsmodelle, einheitliche Rechts- und Standardrahmen sowie ethische Leitlinien. So können UDZ effektiv, sozial gerecht und nachhaltig in die Stadtentwicklung integriert werden.
Was sind urbane digitale Zwillinge (UDZ) und welche technischen Voraussetzungen sind notwendig für UDZ?
- UDZ werden als virtuelle, dynamisch aktualisierte Abbilder von Stadt- und Kommunalsystemen definiert, die Geobasisdaten und bereichsspezifische Fachinformationen modular kombinieren.
- UDZ bieten deskriptive, diagnostische, prädiktive und simulationsbasierte Funktionen, visualisieren komplexe Zusammenhänge (2D-/3D-Karten, Dashboards, AR/VR) und nutzen künstliche Intelligenz (KI) für Mustererkennung, Prognosen und teilautonome Entscheidungen.
- Der Aufbau von UDZ erfordert die Integration heterogener Daten (zu Geobasis, Mobilität, Energie, Klima, soziale Infrastruktur etc.) aus öffentlichen und privaten Quellen.
Welche Potenziale bieten UDZ für eine nachhaltige Stadtentwicklung?
- UDZ können durch Emissionsreduktion, Ressourceneffizienz und transparente Bürgerbeteiligung ökologische, ökonomische und soziale Mehrwerte schaffen.
- Durch die Verknüpfung von Daten- und Simulationstools können UDZ konkrete Beiträge zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele leisten, insbesondere zur Erreichung von Ziel 11 (nachhaltige Städte und Gemeinden) und 13 (Maßnahmen zum Klimaschutz), aber auch zur Erreichung weiterer ökologischer, sozialer und ökonomischer Ziele beitragen.
Was sind Hemmnisse für die Entwicklung von UDZ?
- Die Skalierbarkeit und technische Leistungsfähigkeit von UDZ wird durch begrenzte Hardware- und Netzwerkinfrastruktur, anspruchsvolle Datenerfassung, -übertragung, -verarbeitung und -visualisierung sowie den hohen Ressourcen- und Energieverbrauch eingeschränkt.
- Fragmentierte Datenquellen, unterschiedliche Datenformate und mangelnde Standards erschweren den Datenaustausch, die Integration und die bidirektionale Anbindung von UDZ.
- Die hohen Anfangsinvestitionen sowie laufende Betriebs- und Folgekosten von UDZ, die Unsicherheit der langfristigen Finanzierung und bislang fehlende quantifizierte Nutzennachweise stellen vor allem kleinere Kommunen mit begrenzten Haushaltsmitteln vor finanzielle Herausforderungen.
Welche Rahmenbedingungen sind für die Entwicklung von UDZ förderlich?
- Klare Governance-Strukturen, insbesondere ein robustes Datengovernance-Framework mit definierten Rollen, Verantwortlichkeiten und einer zentralen Koordinierungsstelle, sind unverzichtbar, um Datenqualität, Interoperabilität, rechtliche Vorgaben und die effektive Nutzung UDZ in kommunalen Prozessen zu gewährleisten.
- Zwar existieren verschiedene Finanzierungsmodelle und Förderprogramme (öffentliche Subventionen, Public Private Partnerships, EU- und Bundesprogramme), aber die notwendige, langfristige Finanzierung für den Aufbau, Betrieb und die Weiterentwicklung von UDZ wird noch unzureichend unterstützt.
- Es bedarf klarer und konsistenter rechtlicher Rahmenbedingungen für UDZ, darunter Datenschutz- und Sicherheitsvorgaben, Haftungs- und Genehmigungsregelungen sowie verbindliche Standards und Interoperabilitätsanforderungen.
- Ethische Grundsätze, wie etwa Nichtdiskriminierung, barrierefreie Zugänglichkeit, transparente Entscheidungsprozesse, verantwortungsbewusster Umgang mit Daten und die Vermeidung von Bias, müssen beachtet werden, um soziale Gerechtigkeit und Vertrauen zu sichern.
Wie können künftige Entwicklungspfade für UDZ aussehen?
- Durch eine systematische Analyse von 37 Einflussfaktoren und auf Basis einer Wechselwirkungsanalyse wurden im vorliegenden TA-Kompakt drei plausible Szenarien für das Jahr 2035 entworfen.
- Szenario 1 schildert eine mögliche zukünftige Entwicklung, in der UDZ flächendeckend in allen Kommunen verankert und gesetzlich vorgeschrieben sind sowie finanziell unterstützt werden, sodass daten- und KI-gestützte Planungsprozesse umfassende Klimaanpassungs- und Nachhaltigkeitsmaßnahmen ermöglichen und zugleich aktiv Bürgerbeteiligung sowie offene Datenökosysteme fördern.
- Szenario 2 skizziert eine mögliche Entwicklung, in der UDZ nur sporadisch und fragmentiert in einzelnen Städten eingesetzt werden, finanzielle und institutionelle Hürden zu unzureichender Skalierung führen und dadurch viele Chancen für wirksame Klimaanpassung und nachhaltige Stadtentwicklung verpasst bleiben.
- Szenario 3 beschreibt schließlich eine mögliche Entwicklung, in der UDZ kaum über einzelne Pilotprojekte hinaus genutzt werden, weil fehlende Finanzierung, schwacher politischer Wille und mangelnde Integration zu einer reaktiven, fragmentierten Stadtentwicklung führen, bei der Klimarisiken nur punktuell und ohne langfristige, datengestützte Maßnahmen adressiert werden.
Welche Gestaltungsoptionen lassen sich ableiten und welcher Forschungsbedarf besteht weiterhin?
- Um UDZ flächendeckend und wirkungsvoll für eine klimaangepasste und nachhaltige Stadtentwicklung einsetzen zu können, sollten verschiedene technische, organisatorische und politische Gestaltungsoptionen miteinander verknüpft werden. Dazu gehören beispielsweise die Schaffung einer standardisierten Systemarchitektur, der Ausbau von IoT-Sensornetzwerken und skalierbaren Recheninfrastrukturen, die Umsetzung nutzungsfreundlicher Bedienschnittstellen, Einhaltung einer klaren Datengovernance, Etablierung nachhaltiger Finanzierungsmodelle, Schaffung eines verbindlichen Rechtsrahmens und die Gestaltung, orientiert an ethischen Leitlinien.
- Weiterer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich robuster Mess- und Bewertungsmetriken, mit denen der tatsächliche Mehrwert, die Kosteneffizienz, die gesellschaftlichen Auswirkungen und die langfristige Wirksamkeit von UDZ-basierten Maßnahmen quantifiziert und deren Integration in Verwaltungs- und Planungsprozesse systematisch untersucht werden.
Methodisches Vorgehen
Die Studie kombiniert qualitative und explorative Forschungsmethoden. Grundlage bildet eine systematische Analyse der aktuellen Fachliteratur sowie Interviews mit Expertinnen und Experten aus den Bereichen Stadtentwicklung, Kommunalpolitik, Technologieentwicklung, Forschung und Planung. Darauf aufbauend wurden mithilfe der Szenariotechnik sieben zentrale Schlüsselfaktoren für den Einsatz von UDZ im Kontext einer klimaangepassten und nachhaltigen Stadtentwicklung identifiziert. Auf dieser Basis wurden drei mögliche Zukunftsszenarien entwickelt, von denen aus methodischen Gründen zwei im Rahmen eines Fokusgruppenworkshops mit Vertreter/innen der Zivilgesellschaft diskutiert wurden, um Einschätzungen, Bedarfe und Vorbehalte zu erfassen.
Download
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TA-Kompakt Nr. 7 In der Reihe TA‑Kompakt werden aktuelle Themen wissenschaftlich fundiert für den Deutschen Bundestag in konzentrierter Form aufbereitet und unterstützen politische Entscheidungsprozesse. |
Im Bundestag
Der Abschlussbericht zum TA-Projekt wurde am 10. Juni 2026 vom Ausschuss für Forschung, Technologie, Raumfahrt und Technikfolgenabschätzung abgenommen und geht damit in die parlamentarische Arbeit ein.
Vorgang - Bericht auf dem Parlamentsserver (DIP)
Technikfolgenabschätzung (TA)
Potenziale des digitalen Zwillings für eine nachhaltige und klimaangepasste Stadtentwicklung (Link erfolgt nach Veröffentlichung)
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Themenkurzprofil Nr. 82 |
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