Eine hohe Lebensqualität bei minimalem Ressourcenverbrauch – so lautet das Versprechen der Städte der Zukunft an ihre Bewohnerinnen und Bewohner. Auf dem Weg dorthin müssen sich künftige Smart Cities einigen Trends und Herausforderungen stellen, wie der Urbanisierung mit ihrem wachsenden Ressourcenverbrauch oder der Energiewende und damit verbundenen Veränderungen in der Energieversorgung und Mobilität. Bisherige Stadtkonzepte sind zu überdenken und neue Lösungen zu entwickeln.

Der Weg hin zu einer Smart City

Die Bedürfnisse verschiedener Anspruchsgruppen in einer Stadt sind vielfältig. Um sie zu erfüllen, sollten Städte auf Basis von Szenarien neue Leitbilder, Strategien und Massnahmenpläne entwickeln. Innovationsführer wie Wien, Amsterdam oder Santander setzen sie systematisch und strategisch um und leiten damit – angetrieben vom Digitalisierungstrend – einen langfristigen Transformationsprozess hin zu einer Smart City ein. Smart City wird international als Zukunftskonzept für fortschrittliche Städte verstanden. Gemäss Smart City Schweiz werden «Städte dann als smart bezeichnet, wenn sie ihre Aufgaben mittels eines partizipativen Ansatzes unter Einbezug verschiedenster Anspruchsgruppen und mit der Nutzung von neuen Technologien lösen». Es geht darum, die Handlungsbereiche Infrastruktur (Energie, Gebäude, Mobilität, ICT) untereinander so zu verknüpfen, dass insgesamt ein tieferer Energie- und Ressourcenverbrauch und eine höhere Lebensqualität resultiert (vgl. Abb. 3). Nehmen wir das Beispiel der Strassenbeleuchtung. Die Beleuchtung in Städten ist für 20-50% des Gesamtenergieverbrauchs verantwortlich. Eine mögliche Lösung für die Reduktion dieses Energieverbrauchs sind smarte LED-Leuchten, die nur dann leuchten, wenn jemand die Strasse benutzt. Aber es geht noch weiter: Die Strassenleuchte könnte über ein IoT-Netz mit anderen Leuchten und Verkehrssensoren kommunizieren, mit einer PV-Anlage selber Strom produzieren oder als Elektromobil-Ladestation Fahrzeuge mit Strom versorgen. Es braucht neue Geschäftsmodelle und partizipative Ansätze, um nicht nur die Bedürfnisse der Bewohnenden abzuholen, sondern sie durch Co-Creation in den Entwicklungsprozess von Lösungen einzubinden.

Die Entwicklung einer Stadt hin zu einer Smart City ist ein langfristiger und komplexer Innovations- und Transformationsprozess (vgl. Abb. 5). Der erste Schritt ist die Analyse der Ausgangsbedingungen. Darauf aufbauend können der Strategierahmen erarbeitet, die digitale Infrastruktur – beispielsweise ein Glasfasernetz oder IoT-Funknetz – aufgebaut, Pilotprojekte umgesetzt, Use Cases identifiziert und Dienstleistungen angeboten sowie eine Innovationscommunity entwickelt werden. Letzteres bedeutet zum Beispiel, dass durch die Kooperation von verschiedenen Akteuren wie Unternehmen, Stadtverwaltung, Forschungsinstituten und besonders durch die Aktivierung der Bevölkerung, eine «Smart City Kultur» entsteht, aus welcher wiederum innovative Bottom-Up-Projekte resultieren können.

Förderung der Partizipation durch Virtual Reality

Bei Entwicklungen von Smart Cities ist der Dialog mit der Bevölkerung zentral. Arbeiten alle Anspruchsgruppen zusammen, so wird die Stadtentwicklung smart und breit akzeptiert – dies war eine der Erkenntnisse an der Konferenz «SmartSuisse», die im Frühling 2018 stattgefunden hat. Trotzdem haben erst wenige Städte ihre Bürger-Partizipation mit der Stadtplanung verknüpft. Hier setzt das Projekt «Virtual Smart City Hero» der ZHAW an. Im Rahmen des Forschungsprojekts soll ein Virtual-Reality-Spiel entwickelt werden, welches es den Bewohnenden einer Stadt ermöglicht, mit einer aufstrebenden Technologie (VR) zu experimentieren und gleichzeitig die Potenziale einer Smart City zu erkennen, zu erfahren und weiter zu entwickeln. Dank des technischen Fortschritts im Bereich von Virtual Reality möchte dieses Forschungsprojekt die BürgerInnen nicht nur abholen, sondern sie direkt in die entstehende Zukunft integrieren.

Der «Virtual Smart City Hero» baut auf dem bereits von der ZHAW entwickelten VR-Spiel, dem «Virtual Energy Hero», auf. Der Spieler oder die Spielerin erhält durch die VR-Umgebung eine neue Perspektive in komplexe Themen einer Smart City. Als Basis für das Spiel werden 3D-Stadtmodelle herangezogen, welche in mehreren Städten schon als Open Source verfügbar sind. Ein «Begleitavatar» führt den Spieler durch das Spiel, fliegt mit ihm in einem Heissluftballon über die Stadt und lässt ihn mit aktuellen und zukünftigen Smart-City-Themen (Energie, Mobilität, IoT etc.) an verschiedenen Orten der Stadt interagieren. Der Spieler erhält ein Gefühl für das Leben in einer Smart City, was der Nutzen von Smart Buildings ist und welche Technologien zum Einsatz kommen, welche Rolle die erneuerbaren Energien spielen, wie ein Smart Grid funktionieren könnte und wie adaptive Strassenbeleuchtung aussehen kann. Am Schluss des Spiels wird der Spieler informiert, wie er oder sie selber aktiv eine Smart City mitgestalten und dadurch zu einem Leben mit hoher Lebensqualität beitragen kann.

ZHAW bietet Unterstützung für Smart-City-Projekte

Die ZHAW unterstützt Städte, Gemeinden und Unternehmen auf dem Weg zur Smart City und den damit verbundenen Lösungsansätzen. Mit der eigens geschaffenen ZHAW-Forschungsplattform Smart Cities & -Regions bündelt die ZHAW institutsübergreifend Kompetenzen und Erfahrungen, um sie für die Identifizierung zukünftiger Geschäftsfelder und Innovationsprojekte (z.B. aus Open City Data), die Implementierung von Co-Creation-Plattformen oder für partielle Lösungsansätze von zukunftsorientierten Smart-City-Entwicklungen (siehe z.B. BICAR für die letzte Meile in Abb. 4) einsetzen zu können.