Digitaler Zwilling: Verbindung von realer und virtueller Welt

Im Rahmen des Strategie-Schwerpunktes (SSP) «Digitale Stadt» ist das räumliche Abbild der Stadt Zürich, der sogenannte «Digitale Zwilling», einer von sechs Teilbereichen. Im Interview erzählen Katrin Gügler, Direktorin Amt für Städtebau, und Dr. Gerhard Schrotter, Direktor Geomatik + Vermessung, wie der Digitale Zwilling entsteht und welchen Nutzen er für Verwaltung und Bevölkerung bringen kann.

Artikel erschienen am 26. Mai 2020

Die Stadt Zürich ist im Umbruch: die Bevölkerung wächst, es wird viel gebaut und zukünftig soll Zürich den Titel «Smart City» tragen. Der Bedarf an digitalen Geodaten steigt. Kein Wunder also, dass Lösungen entwickelt werden, welche die Planung und Visualisierung der Stadt so einfach und digital wie möglich machen. Ausgehend vom und ergänzend zum digitalen Geländemodell und den 3D-Gebäudedaten wird an der Vision des Digitalen Zwillings für die Stadt Zürich gearbeitet.

Portrait Schrotter Gügler
Dr. Gerhard Schrotter, Direktor Geomatik + Vermessung, und Katrin Gügler, Direktorin Amt für Städtebau

Was ist der Digitale Zwilling und was bringt er?

Dr. Gerhard Schrotter: Der Digitale Zwilling ist ein räumliches, digitales Abbild der Stadt Zürich. Er erweitert die bestehende Geodateninfrastruktur für «GIS Stadt Zürich» mit einer 3D-Geodatenbasis und einer technischen Plattform für deren Nutzung. Das ultimative Ziel ist eine digitale Repräsentation der Stadt, um Fragestellungen beispielsweise der Stadtplanung im Klimawandel zu simulieren. Hierfür müssen Komponenten des Digitalen Zwillings mit unterschiedlicher Frequenz nachgeführt und wo sinnvoll mit Echtzeitdaten bereichert werden. Zudem ermöglicht die technische Plattform die ortsbezogene Zusammenarbeit mit internen und externen Anspruchsgruppen.

Katrin Gügler: Die Daten bieten optimale Voraussetzungen für die Darstellung, Diskussion und Mitgestaltung des öffentlichen Raumes. Es können zudem Szenarien der städtebaulichen Entwicklung integriert werden. Mit dem Digitalen Zwilling ist die Grundlage für diverse Analysen und Berechnungen wie Klima-, Sichtbarkeits-, Lärmausbreitungs-und Solarpotentialanalysen, Schattenberechnungen, Überflutungssimulationen, usw. geschaffen.

Verlässliche digitale Daten bilden unverzichtbare Grundlagen für neue Geschäftsmodelle, beispielsweise für Startups bei der Entwicklung von Smart-City-Lösungen.

Dr. Gerhard Schrotter, Direktor Geomatik + Vermessung

Wurden bereits Projekte umgesetzt?

Dr. Gerhard Schrotter: Mit «Zürich virtuell» können die vorhandenen 3D-Modelle im Intra- und Internet interaktiv betrachtet und genutzt werden. Die Anforderungen der Dienstabteilungen flossen dabei in die Umsetzung mit ein. Neben dem öffentlichen Zugang wird es auch exklusive Räume geben, mit welchen z. B. Bauprojekte visualisiert und einem ausgewählten Personenkreis zur Verfügung gestellt werden.

Katrin Gügler: Das Amt für Städtebau hat im Hinblick auf die Aktualisierung der Hochhausrichtlinien einen webtauglichen Hochhausviewer entwickelt, welcher eine gesamtstädtische Übersicht aller bestehenden und einigen geplanten Hochhäusern zeigt. Ein zweites Beispiel ist die interaktive App «Zürich 4D», welche die bauliche Entwicklung der Stadt von der Vergangenheit über die Gegenwart bis zur Zukunft zeigt. Aktuell ist stadtintern eine erste Version verfügbar, eine Veröffentlichung ist geplant. In beiden Fällen ist der Digitale Zwilling die wichtigste Datengrundlage.

Hochhausviewer
Hochhausviewer

Das tönt nach einer engen Zusammenarbeit innerhalb der Stadt Zürich. Wer ist/ war alles bei der Entwicklung und Umsetzung des Digitalen Zwilling involviert?

Dr. Gerhard Schrotter: Von Anfang an hat Geomatik + Vermessung intensiv mit dem Hochbaudepartement, insbesondere mit dem GIS-Kompetenzzentrum vom Amt für Städtebau, dem Sicherheitsdepartement, dem Tiefbauamt, Entsorgung + Recycling, Umwelt- und Gesundheitsschutz und den Verkehrsbetrieben zusammengearbeitet. Jetzt wird das Vorhaben von GIS Stadt Zürich und damit von 25 Dienstabteilungen getragen. Die OIZ unterstützt uns bei dem Aufbau der technischen Umgebung. Die Hochschulen ETH, FHNW und TU München sind ebenso involviert.

Kann die Bevölkerung im Bereich Städtebau mit einbezogen werden?

Katrin Gügler: Für die Stadtverwaltung eröffnen digitale Welten neue Möglichkeiten, die Bevölkerung für das aktive Mitgestalten in der Planung zu gewinnen. Eine etwas andere Möglichkeit ergibt sich mit dem Computerspiel «Minecraft», in dem SpielerInnen ihre eigene Welt aus unterschiedlichen «Würfeln» kreieren. Das Spiel wurde in anderen Städten bereits genutzt, um insbesondere jüngere Personen für partizipative Verfahren zu gewinnen. Jugendliche entwickeln in Workshops, Schulen oder Zuhause ihre eigene Vorstellung, beispielsweise eines neuen Quartierzentrums und reichen es der Stadt als Idee ein. Testweise hat das AfS Teile von Zürich auf Basis des Digitalen Zwillings in eine Minecraft-Welt verwandelt, um die Anwendbarkeit für zukünftige Mitwirkungsverfahren auszuprobieren.

Für die Stadtverwaltung eröffnen digitale Welten neue Möglichkeiten, die Bevölkerung für das aktive Mitgestalten in der Planung zu gewinnen.

Katrin Gügler, Direktorin Amt für Städtebau

In Planung ist ausserdem das Projekt «Strassenraum 3D». Was ist damit gemeint?

Dr. Gerhard Schrotter: Um digitale Geodaten effizient zu erfassen oder einfach um Begehungen zu reduzieren, wird der öffentliche Raum der Stadt Zürich bildgebend in drei Dimensionen erfasst und im Intranet zur Verfügung gestellt. Mit dem Projekt «Strassenraum 3D» wird ab 2021 allen städtischen Mitarbeitenden ein bildgebender Service zur Verfügung stehen, in welchem der Strassenraum, ähnlich wie bei Google Street View, betrachtet werden kann. Zudem wird es möglich sein, Objekte in 3D zu erfassen, oder bestehende Daten darin zu visualisieren.

Katrin Gügler: Im Rahmen des SSP «Digitale Stadt» wird die Nutzung des Digitalen Zwillings mit immersiven Technologien, beispielsweise der sogenannten «Augmented Reality», weiter ausgebaut. Mit immersiven Technologien tauchen Nutzende in künstliche Welten ein und können mit der virtuellen Realität interagieren. Immersive Technologien helfen, komplexe räumliche Zusammenhänge anschaulich und leicht verständlich zu vermitteln – so wie z. B. beim «HoloPlanning», einem Visualisierungstool für städtebauliche Studien, Architekturwettbewerbe, Tiefbauprojekte und für die Archäologie. In Zusammenarbeit mit der Stadt- und Unterwasserarchäologie und unterstützt durch den Innovationskredit von Smart City Zürich wird zudem der Digitale Zwilling mit historischen Stadtmodellen angereichert. Damit wird die Geschichte der Stadt in Zeitständen interaktiv erlebbar werden: Von den ersten Pfahlbauten über das römische Zürich und das Mittelalter bis heute.

Rekonstruierte Pfahlbausiedlungen mit bestehenden Komponenten des Digitalen Zwillings
Rekonstruierte Pfahlbausiedlungen mit bestehenden Komponenten des Digitalen Zwillings

Wer profitiert von den Möglichkeiten des Digitalen Zwillings? Wie wird dieser zugänglich gemacht?

Dr. Gerhard Schrotter: Ein Teil des Digitalen Zwillings, das digitale Geländemodell und die 3D-Gebäudedaten, ist bereits Open Data. Es sind die meist heruntergeladenen Datensätze (ca. 5 000 Downloads in einem halben Jahr). Die Daten werden beispielsweise von Bauherrinnen und Bauherren, Architektinnen und Architekten und anderen genutzt. Mit dem geplanten Ausbau zu einem umfangreichen Digitalen Zwilling wird sich die Nutzung dieser Daten intensivieren und ausbreiten – für verwaltungsinterne und -externe Nutzungen. Im Zusammenhang mit der Digitalisierung im Bauwesen (Stichwort BIM - Building Information Modelling) werden Digitale Zwillinge an Bedeutung gewinnen. Diese Daten sind öffentlich und kostenlos verfügbar, was die Nutzung enorm vereinfacht. Es eröffnen sich neue Wertschöpfungsmöglichkeiten für Private und neue Möglichkeiten bei der Zusammenarbeit von Projektbeteiligten. Zudem bilden verlässliche digitale Daten unverzichtbare Grundlagen für neue Geschäftsmodelle, beispielsweise von Start-ups rund um ortsbezogene Spielewelten und Smart-City-Lösungen.

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Dieser Artikel erschien erstmals im November 2019 in einer stadtinternen Publikation und wird hier leicht überarbeitet und aktualisiert zum ersten Mal öffentlich publiziert.