Getrieben durch den Klimawandel und die voranschreitende Digitalisierung und zusätzlich befeuert von den Auswirkungen der Corona-Pandemie, haben Stadtforschung sowie Computer- und Sozialwissenschaften in Zusammenarbeit mit Kommunen den Einsatz von neuen Datenanalyse-Methoden und digitalen Planungswerkzeugen in den vergangenen zehn Jahren maßgeblich pioniert. Neben dem Klimawandel und der nachhaltigen Gestaltung unserer Lebensräume hat auch das Thema „Well-Being“ in der Entwicklung einen zunehmenden Stellwert eingenommen.
Künstliche Intelligenz in der Verwaltung
Der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) oder die Analyse großer digitaler Datensätze sind längst kein reines Forschungsthema mehr. Mittlerweile wurde eine Vielzahl von Anwendungsbeispielen in die Praxis überführt. So kommen diese Ansätze bereits bei verschiedenen Aufgaben des kommunalen Managements wie auch der kommunalen Entwicklungsplanung zum Einsatz.
Bei der Übersicht dieser Dimensionen wird klar: Digitale Technologien bieten im Rahmen von „Smart City“-Initiativen eine Vielzahl an Möglichkeiten, kommunale Herausforderungen zu meistern, um die Lebensqualität für die Bewohner zu verbessern.
Kleine Gemeinden als „Smart Cities“
In den vergangenen Jahren lag der Fokus der Smart-City-Diskussion stark in den Großstädten. Bei genauerer Betrachtung wird jedoch klar, dass viele der pionierten Anwendungsbereiche auch für kleinere Kommunen relevant und hilfreich sind.
Kleinere Städte und Orte haben sich zweifelsohne auch anderen Herausforderungen und Problemen zu stellen als Großstädte, bleiben dabei aber in der Diskussion meist weniger beachtet, wobei Digitalisierung auch hier wichtige Lösungsvorschläge liefern kann.
Der Grund hierfür liegt oft darin, dass die Ressourcen limitiert sind und nicht klar ist, welche Ziele bzw. Chancen in der Anwendung von Daten und KI-gestützten Methoden liegen. Eines ist dabei klar, die Digitalisierung wird kommen – auch in kleineren Kommunen.
Eine Blaupause für digitale Raumentwicklung in Heidelberg
Bei der Nutzung von Daten und künstlicher Intelligenz die richtigen Weichen zu stellen, ist sicherlich eine der anspruchsvollsten Aufgaben, aber eine der wichtigsten, wenn man sich des Themas als Kommune verantwortungsvoll und ressourceneffizient annehmen möchte.
Im Rahmen der Internationalen Baustellung 2022 in Wien hat man sich der Frage angenommen, wie eine alte US-Kaserne, das Patrick-Henry-Village (PHV) im deutschen Heidelberg, zu einem neuen digitalen Quartier entwickelt werden kann. Das ca. 100 ha große Areal liegt als bebautes Archipel im Landschaftsraum der ländlich bis hoch urbanisierten deutschen Rhein-Neckar-Region.
Ziel des Projektes war es, eine Blaupause zur Gestaltung der „Europäischen Smart City“ zu schaffen und damit den Weg einer zukunftsorientierten digitalen Stadtentwicklung zu beschreiben.
Welche Aufgaben können digitalisiert werden?
Zusammen mit der Stadtverwaltung von Heidelberg hat das Austrian Institute of Technology (AIT) in einem co-kreativen Prozess die Leitgedanken der zukünftigen Digitalisierung sowie die Ziele erarbeitet. Ein erster wichtiger Schritt dazu war eine Bedarfserhebung, die in enger Zusammenarbeit zwischen den Experten des AIT und der Kommunalverwaltung entstanden ist. Durch diese wurde über die Zuständigkeits- und Domänengrenzen hinweg erfasst, welche kommunalen Aufgaben und Themen sich für eine Digitalisierung eignen. Darüber hinaus wurden die vorhandenen Ressourcen und Prozesse beleuchtet, um eine umsetzungsorientierte und realistische Roadmap zu entwerfen.
Daraus entstand durch Foren mit der Stadtverwaltung und der Öffentlichkeit ein Bild, welche Themen prioritär behandelt werden sollen. Das Ergebnis war, neben der Bestimmung der Leitplanken der Digitalisierung, ein Konzept, wie die Kommune das PHV in Zukunft digital betreibt und plant. Dabei standen der Komfort der Bewohner sowie die Nachhaltigkeit im Vordergrund.
Ein Regiebuch beschrieb für die Kommune die Umsetzungsschritte. Um diese zum direkten Umsetzungsstart zu befähigen, wurden dafür auch die Aspekte der notwendigen Ressourcen, technisch-infrastrukturellen Anforderungen, Prozessanpassungen sowie die rechtlichen und Governance-bezogenen Aspekte adressiert.
Komfort der Bewohner im Vordergrund
Neben der digital gemanagten Konversion des PHVs anhand eines digitalen Zwillings stand der Komfort der Bewohner im Vordergrund. So wurden in Zusammenarbeit mit den städtischen Betrieben neue Service-Abomodelle erarbeitet, die die Bereiche Energie, Mobilität und Entsorgung vereinen und in neue On-Demand-Modelle bündeln, die von den Bewohnern per Applikation gebucht werden können.
Der gezielte Diskurs via öffentliche Foren hat gezeigt, dass die Bewohner in die Diskussion eingebunden sein müssen, um eine Akzeptanz und insbesondere aber auch ein Vertrauen zum kommunalen Umgang mit neuen Technologien und den Daten aufzubauen.
Ein Beispiel dazu ist der Einsatz von Daten zum Beispiel beim städtischen Management der Verkehrsmittel.
Ob die Zahlen zur Fahrgastauslastung eines Verkehrsmittels aus einer kommunalen Smartphone-App oder aus in den Fahrzeugen verbauten Sensoren kommen, macht für die Bewohner im Sinne der Anonymität einen maßgeblichen Unterschied.
Insgesamt konnte für das PHV ein gesamthaftes Vorgehen erarbeitet werden, bei dem für die Kommune die Leitplanken und Schlüsselthemen für die nächsten Jahre definiert wurden.
Ein Kernergebnis des Projektes ist, neben der Sicherheit, wie und wo priorisiert wird, dass eine Vielzahl gemeinsamer Erkenntnisse in der Verwaltung und Stadtöffentlichkeit geschaffen werden konnte. So wurde das Bild geschärft, wo die Kommune mit dem Einsatz von Daten, künstlicher Intelligenz, Datenplattformen etc. im Alltag ansetzen möchte und wie sie mit den Chancen und Risiken dieser Entwicklung umgeht.
KI-unterstützte Flächenwidmung
Das im Zusammenhang mit Digitalisierung wohl prominenteste Beispiel der Digitalisierung ist die digitale Baueinreichung. Aus Sicht der Planungspraxis stellt sie jedoch nur einen sehr kleinen Teil des gesamten Planungsprozesses dar. Dessen weiterführende Digitalisierung ist eine weitreichende Aufgabe, die neue Standards für die gesamte Branche erfordert.
Eines ist jedoch klar, es entstehen eine Vielzahl von Chancen. Für Kommunen ergeben sich diese vor allem bei planerischen Alltagsaufgaben wie der Flächenwidmung.
Diese kann durch intelligente Planungsinstrumente weitreichend informiert und beschleunigt werden. Das AIT unterstützt Kommunen zum Beispiel dabei, verschiedene Planungsszenarien zu erstellen und diese unterstützt durch KI zu optimieren.
Die Besonderheit dieser Szenarien beruht auf zwei Neuerungen.
- Zum einen werden die Szenarien nicht mehr wie üblich in rein händischer Arbeit (CAD-Programme o. Ä.), sondern parametrisch erstellt. So lassen sich Pläne und Modelle ohne großen Aufwand sofort verändern. Als ein Beispiel sei die Anpassung von Straßengrößen, Baublöcken etc. genannt.
- Zum anderen werden die Auswirkung der Planung auf die Dimensionen Verkehr, Energie, Klima, Umwelt, Ökonomie bereits während des Entwerfens dargestellt. Somit kann bei der Planerstellung sofort festgestellt werden, inwieweit sich eine Planung zum Beispiel auf das übergeordnet Verkehrsnetz auswirkt oder ob sich das lokale Klima maßgeblich verschlechtern wird. Dafür kommt KI zum Einsatz. Sie kann die Auswirkung der Planung auf lokalem bis regionalem Maßstab vorhersagen. Im Gegensatz zu aufwendigen Simulationen sind die Ergebnisse auf Anhieb verfügbar.
Aufzonung in Wien-Meidling
Ein Beispiel für solche Planungen ist ein Projekt zur Aufzonung im 12. Wiener Gemeindebezirk. Zur Vorbereitung der neuen Flächenwidmung wurden verschiedene Entwicklungsszenarien untersucht.
Maßgeblich waren die politisch festgelegten Vorgaben zur Schaffung neuer Wohn- und Arbeitsflächen. Durch die Darstellung der Auswirkung auf die verschiedenen Dimensionen konnten die Zielkonflikte genau analysiert und die jeweiligen optimalen Planungslösungen gefunden werden.
So konnten auch gezielte Aufzonungen verfolgt werden, um zum Beispiel einer Lärmbelästigung durch Zugverkehr entgegenzuwirken.
Zudem wurden wichtige Hinweise für den städtischen Betrieb aus dieser hochinformierten Planung abgeleitet. So konnten Takterhöhungen und Haltestellenverlegungen im öffentlichen Nahverkehr mitgeplant werden, die den neuen Bewohnerdichten Rechnung tragen. Dieser Planungszugang unterstützt die Planer durch einen sonst nicht verfügbaren Informationsgehalt und entlastet sie, da manuelle Arbeiten reduziert werden können.
Entscheidungsträger aus Politik können solide und hochinformierte Grundlagen vorgelegt werden, auf deren Basis fundierte und nicht ideologisch getriebene Diskussionen geführt werden können.
Künstliche Intelligenz gegen den Klimawandel
Auch wenn die Aufmerksamkeit der letzten vielen Monate auf der Pandemiebekämpfung lag, ist die Anpassung an den Klimawandel das bestimmende Zukunftsthema. Denn eines ist klar, der Klimawandel kann die soziale und wirtschaftliche Stabilität einer Kommune nachhaltig verändern. Bereits vor der Pandemie ist die Erwartungshaltung der Bevölkerung an Politik und Verwaltung gestiegen, lokale Antworten auf den Klimawandel zu finden.
Doch wie gestaltet man eine Kommune in Zeiten des Klimawandels? Wie sieht eine resiliente Stadt aus und wie erklärt man den Bürgern, welche Maßnahmen wirken?
Ein Beispiel für einen neuen Ansatz bietet die Stadt Wiesbaden mit der Entwicklung des Ostfeldes. Es gilt nicht nur als das größte Erweiterungsgebiet der Stadt, es ist zugleich auch ein lokal und regional klimatisch wichtiges Areal. Daher entschied man sich, nicht nur klassische Klimagutachten, die den Status quo darstellen, zu beauftragen und dann mit den üblichen städtebaulichen Wettbewerben fort-zufahren, sondern dem Areal von vornherein eine Klima-DNA einzuschreiben.
Diese soll die klimaverträgliche Entwicklung des Areals garantieren und zum anderen die lokale Lebensqualität an einem angenehmen Wohnort gewährleisten. Die DNA definiert faktenbasiert den klimaverträglichen städtebaulichen Rahmen für die Entwicklung des Areals und gilt als Richtlinie für die weiteren städtebaulichen und architektonischen Wettbewerbe.
Für die Erstellung der Richtlinie wurde ein digitaler Zwilling, ein digitales Abbild des Areals und der weiteren Umgebung aufgelegt. Anhand dessen wurden die Klimaauswirkungen bei verschiedenen Bebauungsvarianten festgestellt und neben den rahmengebenden städtebaulichen Parametern auch konkrete Handlungsanweisungen für die weitere Entwicklung abgeleitet. Im nächsten Schritt ist es so möglich, ein digitales datenbasiertes Klima-Qualitätsmanagement aufzulegen. Das heißt konkret, dass in der nächsten Entwicklungsphase des Areals die Wettbewerbsteilnehmer digitale Modelle einreichen müssen. Diese werden im Hinblick auf ihre Klimaauswirkungen evaluiert. So kann sichergestellt werden, dass der Sieger nicht nur einen städtebaulich-architektonisch guten Entwurf vorlegt, sondern dieser auch negative Klimaauswirkungen, wie lokale Überhitzung oder Starkregenschäden, vermeidet.
Mit diesem Vorgehen ist es Wiesbaden möglich, das recht komplexe Thema Klima für die breite Öffentlichkeit greifbar zu machen und ideologischen Diskussionen mit Fakten zu begegnen.
Ausblick
Die Digitalisierung und mit ihr die Möglichkeiten, Daten und künstliche Intelligenz für kommunale Management- und Planungsaufgaben einzusetzen, schreiten in einem hohen Tempo voran. Es gibt eine Vielzahl an Anwendungsfällen, die bereits heute in vielen Kommunen eingesetzt werden. Diese Anwendungen werden die kommunale Planung und den Betrieb effizienter, nachhaltiger und auch transparenter machen. Für die Bewohnerinnen und Bewohner einer Stadt bieten sie die Möglichkeit, den Lebensstil und die Lebensumgebung gesünder und komfortabler zu machen.
Mittelfristig wird der voranschreitende Einsatz aber nicht nur unser Handeln, sondern auch das Erscheinungsbild unserer Städte beeinflussen, zum Beispiel, wenn der lokale Hauptplatz nicht mehr nur aus der Architektenhand kommt, sondern anhand der kommunalen Klimabewertung und des Feedbacks der Bürger zukunftsfit gestaltet wird.
Das Ausmaß und die Herangehensweise im Themenkomplex unterscheiden sich zwischen den Kommunen teils erheblich. Dabei müssen Chancen und Risiken richtig eingeschätzt werden.
Die Praxis zeigt, dass es keine Lösungsschablonen gibt, die von Kommune zu Kommune kopiert werden können. Die wahrscheinlich größte Herausforderung ist es, die grundsätzlichen Themen um Zielsetzung, Ressourcenaufwand, Prozessanpassungen, rechtliche Einschränkungen, Datenschutz und Kompetenzen zu klären. Dafür braucht es Bedarfserhebungen entlang der kommunalen Aufgabenbereiche, die zu klaren Zielperspektiven führen. Nur so können teure Ausflüge oder Digitalisierungsmosaike im Sinne von sich konterkarierenden Initiativen vermieden werden.
Eine Schlüsselfrage wird sein, wie der Umgang mit Daten und KI in Zukunft aussehen wird.
Welche Charakteristika hat die smarte Kommune in Österreich und Europa? In diesem Sinne gilt es auch, die Bewohner frühzeitig mitzunehmen, denn die Ausgangslage ist denkbar komplex. Große Technologiekonzerne besitzen bereits weit mehr Detailwissen über die Bürger als lokale Verwaltungen. Nutzer teilen bereitwillig ihre persönlichen Daten mit den Konzernen im Tausch gegen zumeist kostenfreie Serviceangebote. Bei städtischen Digitalisierungsabsichten stellt sich die Lage hingegen schwieriger dar.
Befürchtungen zu Überwachung oder Datenverlust sind immens. Wie können Kommunen das Vertrauen der Bürger in puncto Datenmanagement und Sicherheit gewinnen? Dafür braucht es eine klare Haltung der Kommune, einen Diskurs, der Transparenz herstellt, und die klare Darstellung, welchen Mehrwert die neuen Anwendungen für die Bürger darstellen. Auch wenn der Aufwand teilweise groß erscheint, die Chance, die Digitalisierung für das Gemeinwohl und somit für die Bürgerschaft zu nutzen, darf nicht verpasst werden.
Übersicht zu den prominentesten Anwendungsdimensionen
Kommunale Quartiersplanung
KI-gestützte Methoden kommen zum Teil schon in sehr frühen Planungsphasen von neuen Stadtvierteln zum Einsatz. Diese ermöglichen es, nachhaltige Quartiere und Nachbarschaften zu planen, die unter anderem auch die körperliche Aktivität und soziale Kontakte der Bewohner fördern. Die Entwicklung solcher Methoden, die Einführung in den kommunalen Planungsprozess der Vorhaben zusammen mit der Einbindung einzelner Entscheidungsträger werden seit einigen Jahren national wie auch international umgesetzt und vorangetrieben.
Partizipative Bürgerbeteiligungen
Weiters wird mit digital unterstützten partizipativen Prozessen die Bevölkerung im Planungsprozess vermehrt eingebunden. Per Smartphone-Applikation können Bürger zum Beispiel bei der Umgestaltung eines Platzes mitplanen und ihre Anregung einbringen. Diese Feedback-Daten können von der Kommune gesammelt werden und erlauben es den lokalen Entscheidungsträgern, stärker auf die Bedürfnisse der Bevölkerung einzugehen.
Darüber hinaus erhöhen sie die Transparenz des Prozesses und erlauben der Kommune auch, das Bewusstsein zu gewissen Problemstellungen (Stichwort urbane Hitzeinseln) zu erhöhen. So können zum Beispiel bei der genannten Platzumgestaltung den Bürgern auch die Kosten oder die Klimaeffekte ihrer Anregungen dargelegt werden.
Mobilität & Verkehr
Die stetig wachsende Nutzung digitaler Methoden und Technologien in unserer Gesellschaft führt weiter dazu, dass Unmengen generierter und georeferenzierter Daten mittels Big-Data-Analyse und KI neue Einblicke in die Dynamiken einer Gemeinde erlauben. Mit diesen Einblicken bieten sich Stadt- und Gemeindeverwaltungen neue Möglichkeiten, ihre Aufgaben (von der Ver- und Entsorgung bis zur dynamischen Verkehrslenkung) zu optimieren und flexibel auf auftretende Herausforderungen zu reagieren. Solche Einblicke können zum Beispiel vorhersehbare verkehrliche Engpässe durch die Analyse von Mobilfunkdaten sein.
Soziale & ökonomische Entwicklung
Das Analysieren von großen Datenmengen, wie zum Beispiel Social-Media- oder Zensusdaten, kann weiter Zusammenhänge und Kausalitäten von kommunalen Dynamiken – von der frühen Erkenntnis krimineller Aktivitäten bis zur Entwicklung des Grund- oder Immobilienwertes in einer Kommune über die nächsten Jahre – sichtbar machen. Ein solcher datenbasierter Ansatz bietet Kommunen und deren Verwaltungen die Möglichkeit, quantifizierte Entscheidungen zu treffen und maßgeschneiderte Strategien zu erarbeiten.
Energie
Ein weiterer Anwendungsbereich liegt im Bereich des Ressourcenmanagements. So kann zum Beispiel der Energieverbrauch einer Gemeinde räumlich-zeitlich festgehalten, analysiert und die Ergebnisse visualisiert werden. Auf Basis eben jener kann eine Optimierung zwischen Energiebedarf und Nachfrage erarbeitet werden und ein wichtiger Beitrag zum kommunalen Klimaschutz erreicht werden.
Durch die Visualisierung von Verbrauchsdaten können auch verhaltensverändernde Initiativen (Behaviour-Change) oder Anstoß gebende Strategien (Nudging) für die Bevölkerung geplant und umgesetzt werden und die Verbraucher aktiv in Klimaschutzstrategien miteingebunden werden.
Wasser
Der wachsende Zugang zu immer günstiger werdender Hardware, wie Sensoren und Prozessoren, eröffnet Start-ups und Kleinunternehmen eine flexible Entwicklung von Technologien, die auch abseits finanziell geförderter Leuchtturmprojekte der Großstädte eingesetzt werden können. So entwickelt beispielsweise ein Start-up eine KI-unterstützte Plattform, die in der Lage ist, die Wasserqualität z. B. von Trinkwasserquellen für Kommunen anhand der identifizierten Partikel kostengünstig zu bestimmen (AI-supported approaches for sustainable urban development, GIZ Studie, 2021).
Entsorgung
Ein weiteres Beispiel einer dynamischen „Low-cost“-Lösung gibt es für das Problem der illegalen Müllablagerungen. Algorithmen können genutzt werden, um bestehendes und öffentlich zugängliches Fotomaterial, wie zum Beispiel aus den sozialen Netzwerken, zu analysieren und auf Müllablagerungen im Foto zu prüfen. Gewonnene Erkenntnisse können zum einen von lokalen Verwaltungen zur Effizienzsteigerung der Müllbeseitigung genutzt werden, zum anderen, um ortsspezifische Maßnahmen zu setzen, die dem Problem entgegenwirken.
-Nikolas Neubert und Martin Traunmüller (AIT)
Über die Autor:innen
Dieser Beitrag basiert auf dem Aufsatz „Abseits der Smart City: KI und Big Data im kommunalen Alltag“ von Nikolas Neubert, Leiter Abteilung digitale und resiliente Stadtentwicklung beim Austrian Institute of Technology (AIT) und Martin Traunmüller, Forschungsingenieur AIT, für den kommunalen Zukunftsbericht des Österreichischen Gemeindebundes.
