Smart Cities: Eine Bestandsaufnahme von Smart City-Konzepten in der Praxis

Von Tobias Hadzik

Die Smart City ist das ganzheitliche Konzept, mit dem Städte zukunftsfähig, lebenswerter, nachhaltiger, partizipativer, wettbewerbsfähiger, in ihren politischen Entscheidungen und Prozessen transparenter und im Regieren leistungsfähiger gemacht werden sollen. Mit Smart City soll den Herausforderungen urbaner Zentren begegnet werden. Das Konzept durchdringt als ein integrierter Ansatz alle Lebensbereiche der Stadt. Vernetzung durch Informations- und Kommunikationstechnologie ist ein wesentlicher Bestandteil der Smart City.
Auf der Grundlage einer breiten Recherche gibt diese Arbeit einen Überblick über das Themenfeld. Für Praktiker soll sie einen Ausgangspunkt für die Konzeption eines eigenen Smart City-Vorhabens schaffen und den Zugang zum tiefergehenden Studium der Thematik bieten. Der Arbeit wird eine abgewägte Smart City-Definition zu Grunde gelegt, die um die Beschreibung der Smart City-Handlungsfelder und exemplarischen Services ergänzt wird. Die Bestandsaufnahme umfasst die Darstellung von für die Praxis relevanten theoretischen Überlegungen und Modellen sowie der Aktivitäten internationaler Konzerne, der Europäischen Union, der Bundesrepublik Deutschland und ausgewählter deutscher Städte.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: epubli
• Erscheinungsdatum: 24. Aug. 2016
• ISBN: 9783741842238

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Abstract

Die Smart City ist das ganzheitliche Konzept, mit dem Städte zukunftsfähig, lebenswerter, nachhaltiger, partizipativer, wettbewerbsfähiger, in ihren politischen Entscheidungen und Prozessen transparenter und im Regieren leistungsfähiger gemacht werden sollen. Mit Smart City soll den Herausforderungen urbaner Zentren begegnet werden. Das Konzept durchdringt als ein integrierter Ansatz alle Lebensbereiche der Stadt. Vernetzung durch Informations- und Kommunikationstechnologie ist ein wesentlicher Bestandteil der Smart City.

Auf der Grundlage einer breiten Recherche gibt diese Arbeit einen Überblick über das Themenfeld. Für Praktiker soll sie einen Ausgangspunkt für die Konzeption eines eigenen Smart City-Vorhabens schaffen und den Zugang zum tiefergehenden Studium der Thematik bieten. Der Arbeit wird eine abgewägte Smart City-Definition zu Grunde gelegt, die um die Beschreibung der Smart City-Handlungsfelder und exemplarischen Services ergänzt wird. Die Bestandsaufnahme umfasst die Darstellung von für die Praxis relevanten theoretischen Überlegungen und Modellen sowie der Aktivitäten internationaler Konzerne, der Europäischen Union, der Bundesrepublik Deutschland und ausgewählter deutscher Städte.

Es wurde festgestellt, dass die theoretischen Ansätze und Modelle für das städtische Management ein Instrumentarium liefern können, um den Weg hin zur Smart City methodisch und zielgerichtet zu beschreiten. Weltweit werden bereits viele Smart City-Vorhaben umgesetzt und es werden in den kommenden Jahren weitere Smart Cities entstehen. Die europäischen Städte weisen aktuell in einem objektivierten Bewertungsmaßstab höchstens einen mittleren Level der Smart City-Transformation aus. Deutsche Städte gehören nicht zu den am weitesten entwickelten Smart Cities, dennoch haben sie bereits Smartness zu bieten. Unternehmen sind als Treiber der Entwicklung zu sehen, haben aber eigene Interessen und häufig einen technologischen Fokus. EU und Bund fördern die Entwicklung smarter urbaner Zentren auf vielfältige Weise, um die Zukunftsfähigkeit der Städte im globalen Wettbewerb zu lancieren. Aufgrund der Diversität der Städte kann es kein allgemeingültiges Konzept der Smart City geben. Daher können ganzheitliche Konzeption und Steuerung, bei denen ein bürgerzentriertes, widerstandsfähiges und lernendes Gesamtsystem Stadt im Vordergrund steht, allein auf der urbanen Ebene erreicht werden. Der Erfolg von Smart City-Vorhaben liegt hier in einer ganzheitlichen, partizipationsorientierten und strategischen Herangehensweise.

Inhaltsverzeichnis

Abstract

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Allgemeiner Hinweis

1   Smart Cities: Ein Lösungsansatz für die Herausforderungen der Gegenwart und der Zukunft

1.1   Gegenstand der Arbeit

1.2   Zielsetzung und Vorgehensweise

2   Smart City - die intelligente Stadt

2.1   Die Stadt und die Herausforderungen für die Zukunft

2.1.1   Das Wesen der Stadt

2.1.2   Problemlagen und Herausforderungen urbaner Zentren

2.2   Smart City als ein umfassender Lösungsansatz

2.3   Klärung der Begrifflichkeit und Definition der Smart City

2.4   Handlungsfelder der Smart City

2.5   Exemplarische Darstellung von Elementen der Smart City

2.5.1   Vernetzung in der Smart City

2.5.2   Smart Grid

2.5.3   Smart Buildings

2.5.4   Smart Mobility und Logistics

2.5.5   Weitere Beispiele und Elemente

3   Smart City in der wissenschaftlichen Forschung

3.1   Wissenschaftliche Forschung zu Smart Cities

3.2   Die Architektur einer Smart City

3.3   Smart City-Rankings und Reifebestimmung

3.3.1   Rankings

3.3.2   Bewertung der Reife einer Smart City

3.4   Die Transformation einer Smart City

3.4.1   Smart City-Handlungsempfehlungen

3.4.2   Smart City-Transformationsmodell

3.5   Zwischenfazit zum Stand der Wissenschaft im Themenkomplex Smart City

4   Smart City in der Praxis

4.1   Ein Einblick in den globalen Trend

4.2   Skizzierung ausgewählter Smart City-Konzepte internationaler Konzerne

4.2.1   IBM

4.2.2   Microsoft

4.2.3   Deutsche Telekom AG - T-City Friedrichshafen

4.2.4   Cisco

4.2.5   Siemens

4.2.6   Bewertung der Konzepte der Konzerne

4.3   Smart City-Aktivitäten auf europäischer Ebene und in Deutschland

4.3.1   Smart City-Aktivitäten auf europäischer Ebene

4.3.2   Smart City-Aktivitäten auf nationaler Ebene in Deutschland

4.3.3   Bewertung der Aktivitäten auf europäischer Ebene und in Deutschland

4.4   Smart City-Aktivitäten ausgewählter Städte

4.4.1   Bayerische Landeshauptstadt München

4.4.2   Deutsche Bundeshauptstadt Berlin

4.4.3   Bewertung der Aktivitäten der betrachteten deutschen Großstädte

4.5   Gesamtwertung der Bestandsaufnahme

5   Fazit und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Characteristics and factors of a Smart City.

Abbildung 2: Perspektivische Adaption der Handlungsfelder einer Smart City.

Abbildung 3: Bereiche von SMART Life mit Anwendungsbeispielen.

Abbildung 4: Smart Grid im Überblick.

Abbildung 5: SmartHome Geräte: Kommunikation zwischen den Geräten.

Abbildung 6: Die holistische Architektur des Smart City-Ökosystems.

Abbildung 7: Die perspektivisch erweiterte, holistische Architektur des Smart City.

Abbildung 8: Technische Universität Wien: Beispiel Benchmarking Smart Cities.

Abbildung 9: Smart City Wheel Framework.

Abbildung 10: CIMI: Darstellung der relativen Performance – Beispiele London und New York.

Abbildung 11: The Smart City Staircase Roadmap towards Maturity.

Abbildung 12: Die schematischen Bausteinkomponenten des Smart City-Reifegradmodells.

Abbildung 13: SCID Conceptual Model for Smart City Initiatives.

Abbildung 14: The SCID Framework.

Abbildung 15: Das CAF-Modell.

Abbildung 16: Das schematische Smart City-Transformationsmodell.

Abbildung 17: Action Clusters – EIP.

Abbildung 18: Fünf Säulen der neuen Hightech-Strategie der Bundesregierung.

Abbildung 19: Bayerische Landeshauptstadt München: Verknüpfung der Leitlinien mit Smart City.

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: IDC Government Insights' Smart City Maturity Model Overview.

Tabelle 2: Beispiel: Level of Maturity – Characteristc Funding.

Tabelle 3: Das schematische Smart City-Reifegradmodell.

Tabelle 4: Beispiel: Reifegradmodell nach Jaekel – Bausteinkomponente Stakeholder Management.

Allgemeiner Hinweis

Aus Gründen der Praktikabilität und besseren Lesbarkeit wird darauf verzichtet, jeweils weibliche und männliche Personenbezeichnungen zu verwenden. So können z.B. Mitarbeiter, Arbeitnehmer, Vorgesetzter grundsätzlich sowohl weibliche als auch männliche Personen sein.

1   Smart Cities: Ein Lösungsansatz für die Herausforderungen der Gegenwart und der Zukunft

1.1   Gegenstand der Arbeit

Eine der zentralen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts ist die Urbanisierung.¹ Während im Jahr 1950 lediglich 30 % der Weltbevölkerung in den Städten lebten, sind es im Jahr 2014 bereits 54 %. Im Jahr 2050 werden prognostiziert 66 % der Weltbevölkerung in urbanem Raum leben.² Mit der fortschreitenden Urbanisierung gehen vielfältige Problemlagen einher, denen begegnet werden muss. Es kommt zu einem Mangel an Wohnraum, die Infrastruktur wird überlastet, die Wasser- und Energieversorgung sind gefährdet. Ohne eine Gegensteuerung wird die Umweltverschmutzung zunehmen, das Ökosystem, und damit die Lebensgrundlage der Stadtgesellschaft, ist bedroht. Ebenfalls muss mit logistischen Engpässen gerechnet werden. Die Urbanisierung bedingt eine Nachfrage nach Wohn- und Lebensraum durch alle demographischen Gruppierungen. So muss eine Gesellschaft auf demographische Veränderungen reagieren.³ Staatliches Handeln muss die Daseinsvorsorge ggf. anpassen.

Die Bekämpfung des Klimawandels in Form eines weltweiten Temperaturanstiegs wird ebenfalls als zentrale gesellschaftliche Herausforderung betitelt. Ein Temperaturanstieg um 4°C bis zum Jahr 2100 gegenüber dem vorindustriellen Niveau, auf den die Menschheit aktuell zusteuert, wäre mit sehr hohen Risiken verbunden, die insbesondere die Lebensbereiche Stadt, menschliche Gesundheit, Verkehr und Landwirtschaft betreffen. Dies zeigen bereits heute die Auswirkungen des Klimawandels auf Mensch und Ökosystem. Aktuelle Prognosen zeigen, dass eine Erderwärmung von ca. 2°C nicht zu verhindern ist. Um die weitere Erderwärmung zu begrenzen, sind dringend wirksame Anpassungsstrategien zu entwickeln und Aktionspläne umzusetzen.⁴

In städtischen Regionen wurden im Jahr 2011 rund 75 % der erzeugten Energie verbraucht und etwa 80 % aller Treibhausgase emittiert.⁵ Die CO2-Emission durch den Energieverbrauch gerade von Gebäuden und durch Verkehr überwiegen. Eine Verknappung von Wasser als Lebensmittel, seine Verteilung, seine Qualität und eine mögliche Nutzungssicherung bergen globales Konfliktpotential.⁶

Die Urbanisierung birgt hier Chancen: Ballungsräume bieten gute Rahmenbedingungen für Wachstum und Produktivität und können somit zur Verbesserung der Lebensbedingungen beitragen. Es bestehen geringe Kosten für logistische und Individualmobilität aufgrund allgemein hoher Konzentration auf relativ geringem (Lebens-) Raum.⁷ Die Umsetzung von Strategien und Programmen in einem urbanen Raum kann somit eine relativ große Wirkung erzielen. Als eine Antwort auf die oben genannten Problemstellungen und Herausforderungen für die Zukunft einer modernen Stadtgesellschaft werden unterschiedlich ausgestaltete Ansätze und Konzepte von intelligenten Städten propagiert. Sie werden u. a. als Smart Cities bezeichnet. Smart City ist eine vielfältig verwendete Begrifflichkeit, die hauptsächlich gesamtheitliche Entwicklungskonzepte für die Begegnung von Herausforderungen in einer urbanen Stadtgesellschaft, insbesondere durch den Einsatz von smarten Technologien, bezeichnet.⁸ Weltweit werden Konzepte für neue intelligente Städte entwickelt und umgesetzt. Sogenannte Green Fields („Städte vom Reißbrett"), die hauptsächlich in Entwicklungs- und Schwellenländern entstehen, sind beispielsweise neue High-Tech-Öko-Städte, wie Dongtan (China) oder New Songdo (Südkorea).⁹ Aber nicht nur neue Städte sind auf die Implementierung neuer Technologien bedacht. Metropolen, wie Amsterdam, Kopenhagen oder Barcelona, verfolgen entsprechende Zukunftsvisionen und setzen diese sukzessive um.¹⁰ Die Anzahl smarter Städte auf der ganzen Welt wird in den nächsten zehn Jahren stetig ansteigen.¹¹

1.2   Zielsetzung und Vorgehensweise

Diese Arbeit soll eine Ausgangsbasis bilden, um einen Überblick über das Themenfeld zu erlangen. Aufgrund der hohen Aktualität des Themas und seiner ständigen Fortentwicklung müssen theoretische Überlegungen und wissenschaftliche Begleitung von Praxisvorhaben ein wesentlicher Bestandteil bei der Entwicklung und Umsetzung von Smart City-Vorhaben sein. Wissenschaftliche Ansätze sind eng mit der Praxis verbunden und erhalten daher für die Bestandsaufnahme eine hohe Bedeutung. Für Praktiker soll ein Ausgangspunkt für die Konzeption eines eigenen Smart City-Vorhabens geschaffen und der Zugang zu einem tiefergehenden Studium der Thematik geboten werden.

Nach einer Darstellung der zukünftigen Herausforderungen, deren Bedeutung und Auswirkungen auf das gesellschaftliche Leben und insbesondere die Urbanisierung wird das Thema Smart City im Kapitel 2 anhand einschlägiger Begrifflichkeiten vorgestellt. Sie bilden die Ausgangslage für die inhaltliche Entwicklung des Themas der Arbeit. Im wissenschaftlichen Diskurs existieren unterschiedliche Ansätze, um Modelle für Smart Cities zu schaffen, die für Entscheidungsträger in Regierung, Wirtschaft und Gesellschaft eine Hilfestellung auf dem Weg hin zu einer Smart City geben. Darüber hinaus wird angestrebt, das neue wissenschaftliche Feld um die Thematik intelligenter Städte weiter zu erschließen, neue Elemente zu erforschen und bisherige fortzuentwickeln. Im Kapitel 3 werden die Thematik und damit verbundene Begrifflichkeiten genauer beleuchtet. Praxisrelevante Konzepte und Modelle werden vorgestellt. Ausgehend von einem holistischen Smart City-Gedanken werden die Modelle mit ihrer Zielsetzung, ihren Inhalten und der Relevanz für die Praxis beschrieben. Kapitel 4 gibt einen Einblick in Smart City-Aktivitäten und -Konzepte in der Praxis. Es wird zunächst der globale Trend skizziert. Die Bestrebungen engagierter, transatlantischer Konzerne, europäischer und deutscher Initiativen werden umrissen. Ein Fazit fasst die wesentlichen Ergebnisse der Arbeit zusammen und schließt mit einem Ausblick auf die notwendige Entwicklung der Smartness urbaner Zentren und Regionen.

Die Informationsgrundlage für diese Arbeit liefert eine breite Literaturrecherche zur Thematik Smart City. In die Recherche sind neben wissenschaftlicher Literatur ebenfalls Zeitschriftenaufsätze, Berichte und Internetquellen eingegangen. Aufgrund der hohen Aktualität und Dynamik des Themas wird neben Literatur aus Wissenschaft und Praxis ebenfalls auf Presseinhalte zurückgegriffen.

2   Smart City - die intelligente Stadt

2.1   Die Stadt und die Herausforderungen für die Zukunft

2.1.1   Das Wesen der Stadt

Der Begriff Stadt beschreibt eine verdichtete Siedlung mit spezifischen Funktionen in der räumlichen Arbeitsteilung und politischen Herrschaft, abhängig von der gesellschaftlichen Organisation und Produktionsform.¹² Ihren Bewohnern bietet die Stadt ein vielfältiges Angebot, wie beispielsweise den Zugang zu Arbeit und eventuell Wohlstand, Marktzugang, Zugang zu Wasser, Nahrung, Wohnung, medizinischer Versorgung, Elektrizität, Wärme, sanitären Anlagen, Entsorgungseinrichtungen. Über diese Art Grundversorgung hinaus ermöglicht sie den Zugang zu Informationen, Wissen, technischem Fortschritt, eventuell Bildung und anderen sozialen, kulturellen oder religiösen Angeboten. Sie ist ein Ort, der das Zusammentreffen von Gruppierungen, Gleichgesinnten und Gemeinschaften fördert, aber auch ein Ort von Anonymität, Rechten und Pflichten, Sicherheit, Stabilität und Planbarkeit. In einer Stadt können physische und möglicherweise soziale Mobilität (z. B. über Produkte, ein Kino, Kunden-/Lieferantenbeziehungen, Touristen, durch einen Bahnhof oder Flughafen) eröffnet werden.¹³ Als Stadtsysteme gelten z.B. Sicherheit/Schutz, Konsum/Lebensmittel, Information/Kommunikation und Beleuchtung/öffentlicher Raum.¹⁴

Der Erfolg einer Stadt ist von der Zufriedenheit der Bürger, ihrer Identität, ihrer Zukunftsfähigkeit, einer nachhaltigen Ökologie, einer positiven Ökonomie, ihrer Wettbewerbsfähigkeit und ihrer Sicherheit abhängig.¹⁵ Städte haben emotionalen Charakter und Identität. Sie sind die Summe von Wohlgefühl, Behaglichkeit, Kreativität, Individualität, sozialen Verbindungen und regionalkultureller Zugehörigkeit. Somit prägt der Mensch –