Städte der Zukunft

Die Intelligenz hinter der Smart City

Derzeit findet die größte Stadtwachstumswelle der Geschichte statt.

Mit der wachsenden Stadtbevölkerung müssen sich auch die städtischen Landschaften physisch und technologisch weiterentwickeln. Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung – rund 4 Milliarden Menschen – leben heute in städtischen Siedlungen, so das UN-Hauptquartier für Wirtschaftliche und Soziale Angelegenheiten. Und dieser Anteil dürfte weiter steigen.

Bis zum Jahr 2030 werden laut UN-Prognosen fast 601TP34Billionen oder mehr als 5 Milliarden Menschen in Städten leben. Bis 2050 wird diese Zahl sogar auf 701TP34Billionen oder fast 6,8 Milliarden ansteigen.

Ein so schneller Bevölkerungszuwachs wirft eine Frage auf: Was braucht es, damit die städtischen Gebiete der Welt in etwas mehr als einem Jahrzehnt fast eine Milliarde zusätzliche Menschen aufnehmen können? In den heutigen Stadtzentren zeigen sich bereits Spannungsrisse, und diese Risse werden sich voraussichtlich weiter ausbreiten, wenn sich unsere Städte nicht weiterentwickeln. Physische Veränderungen werden auf lange Sicht erforderlich sein, und technologische Veränderungen schon jetzt.

Carlo Ratti, der Architekt des MIT Sinnvolles Stadtlabor und Gründungspartner des Designunternehmens Carlo Ratti Associati, ist überzeugt, dass Daten ein Schlüsselfaktor für die Gestaltung besserer Städte sind. Sie bieten Einblicke, sodass Stadtplaner besser verstehen, wie Räume bereits genutzt werden.

Die tatsächlichen Kosten des Stadtlebens ermitteln

Obwohl es keine allgemeingültige Definition für „städtische Siedlung“ gibt, wird das Leben in der Stadt laut der UN-Studie über die weltweiten Urbanisierungsaussichten tendenziell mit einem höheren Alphabetisierungs- und Bildungsgrad, einer besseren Gesundheitsversorgung, einem besseren Zugang zu sozialen Diensten und verbesserten Möglichkeiten zur kulturellen und politischen Teilhabe in Verbindung gebracht. Dieselbe Studie weist jedoch darauf hin, dass Städte auch für höhere Umweltverschmutzung, Verkehrsstaus, Umweltzerstörung und nicht nachhaltige Produktions- und Konsummuster bekannt sind.

Der Atlas of Population and Environment der American Association for the Advancement of Science zeigt, dass Stadtbewohner rund 751 TP34T der natürlichen Ressourcen des Planeten verbrauchen. Wenn der Wasserverbrauch unverändert weitergeht, wird die Hälfte der Weltbevölkerung laut Vorhersage der Weltgesundheitsorganisation bis 2025 in wasserarmen Gebieten leben, und die UNO schätzt, dass bis 2050 mindestens 251 TP34T keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser haben werden. Die Expansion der Städte wird die Wasserprobleme wahrscheinlich verschärfen und elf weitere Problembereiche offenlegen, wie etwa eine knappe Nahrungsmittelversorgung, schwindende Energiequellen, begrenzte Arbeitsplätze in einer sich rasch verändernden Wirtschaftslandschaft, zunehmende Wohnungsknappheit und überlastete Verkehrssysteme.

Einige Stadtplaner sind in unterschiedlichem Maße davon überzeugt, dass diese Probleme durch den Einsatz intelligenterer Infrastruktur, Designs und Planungstechniken gelöst werden können, um etwas zu schaffen, das sie als lebendigen, atmenden Organismus beschreiben, statt des ausgedehnten Betondschungels aus reglosen Gebäuden und unverbundenen Systemen, den wir heute haben. Sie argumentieren, dass intelligente Städte erforderlich sind, um eine lange Liste von Problemen zu lösen, darunter Energieerzeugung, Abfallwirtschaft, Wasserversorgung und Mobilität.

Auf der Suche nach der Definition einer Smart City

Keine dieser Antworten ist endgültig, denn Smart Cities sind erst seit kurzem in der Entwicklung. „Es ist, als würde man jemanden bitten, ein Aquarell in einen Bach zu malen“, sagt Mitchell Joachim, Architekt und Mitbegründer von Terreform ONE, eine in Brooklyn, New York ansässige gemeinnützige Architekturforschungs- und -beratungsgruppe, die sich auf sozioökologisches Design konzentriert.

Die Definition einer Smart City ist nach wie vor so weit gefasst, dass ein antiker Ort wie Istanbul durchaus als eine solche Stadt gelten könnte. „[Sie] hat Tausende von Jahren Krieg, Religion und verschiedene Arten von Planungsmorphologien überlagert“, sagt Joachim. „Und sie Ist immer noch super funktionsfähig.“

Joachims persönliche Definition einer Smart City kombiniert soziologische Planung mit mobiler Technologie, die sicherstellt, dass fast alles – ein Gerät, ein Objekt, eine Entität – sich mit dem Internet der Dinge. Dieser Ansatz der Stadtplanung und -verwaltung geht auf die Bedürfnisse der Bewohner großer, schnell wachsender Städte ein. Er berücksichtigt die symbiotische Beziehung zwischen einer Stadt und dem Ökosystem, in dem sie sich befindet.

Der rote Faden, der sich durch zukunftsorientierte Stadtgestaltungsphilosophien zieht, Ist Technologie. Eine Smart City sollte über eine vollständig integrierte Infrastruktur mit fortschrittlichen Kommunikationsnetzwerken, automatisierten Transportsystemen, Wasserversorgungssystemen und Stromnetzen verfügen, die alle miteinander verbunden und einheitlich sind.

Grundlegende technologische Infrastruktur

Im Mittelpunkt einer Smart City steht ein grundlegendes Kommunikationssystem, das ein „offenes Internet, drahtlose Breitbandkommunikation zur Unterstützung des Wachstums des Internets der Dinge, sichere verteilte Systeme, die dem Gemeinwohl dienen und die Belastbarkeit und Notfalldienste verbessern, Zugang zu Informationen und Daten für Analysen“ umfasst, sagt Shawn Chandler, ein hochrangiges IEEE-Mitglied und Direktor bei Navigant-Beratung.

Die Implementierung eines solchen Systems ist schwieriger als es klingt, da solche Bemühungen durch veraltete Infrastrukturen behindert werden können. Nicht so bei Amsterdam und seinem einzigartigen, gemeindeeigenen drahtlosen IoT-System. Das Things-Netzwerk, ein Bürgerprojekt, das 2015 vorgestellt wurde und vom niederländischen Unternehmer geleitet wird Wienke Giezeman, hat per Crowdsourcing eine Reihe von Gateway-Geräten entwickelt, die ein Hochfrequenzprotokoll mit geringem Stromverbrauch, großer Reichweite und geringer Bandbreite verwenden, um die Stadt mit einem Signal abzudecken. Dieses Signal ermöglicht die Verbindung sensorbestückter Objekte wie Straßenlaternen und Mülltonnen ohne WLAN oder Mobilfunk. Zehn vom Things Network entwickelte Geräte boten in nur sechs Wochen eine relativ einfache Lösung für ein Konnektivitätsproblem.

Das kostenlose, offene und gemeinschaftlich betriebene Things Network bietet Softwareentwicklern die Möglichkeit, Daten von allem, was damit verbunden ist, zu nutzen, seien es Boote oder Gebäude. Neue Anwendungen könnten dazu beitragen, Abläufe wie Abfallwirtschaft und Stromverteilung effizienter und umweltfreundlicher zu gestalten.

Songdo International Business District in Südkorea ist eine Planstadt in der Freihandelszone Incheon westlich von Seoul. Die Planungen begannen 2001, die Bauarbeiten begannen vier Jahre später. Sie wurde von Grund auf so konzipiert, dass sie nachhaltiges Leben in der Stadt fördert. Sensoren überwachen den Zustand in der Stadt und regeln den Autoverkehr, indem sie die Ampeln entsprechend anpassen. Ein unterirdisches pneumatisches Müllentsorgungssystem holt den Müll direkt aus den einzelnen Häusern und schickt ihn an Zentren, die den Müll automatisch sortieren und verarbeiten. Schließlich könnte dieser Müll als erneuerbare Energie genutzt werden.

In neuen Smart Cities muss die Rechenleistung erheblich verbessert werden, damit die riesigen Datenmengen, die von allen Sensoren und Stadtsystemen kommen, verarbeitet werden können. In einem Turm in Songdo gibt es beispielsweise ein Datenmanagementzentrum, das die aus der ganzen Stadt eingehenden Echtzeitinformationen überwacht.

Die Zukunft der Mobilität

Einige der größten Probleme, denen sich Städte der Zukunft gegenübersehen, hängen mit dem Auto zusammen. So Der Verkehrssektor ist für 29% des nationalen Energieverbrauchs verantwortlich, so die US-Umweltschutzbehörde. Die weltweiten Emissionen aus Elektrizität und Verkehr werden bis 2050 voraussichtlich fast 521.000 Tonnen aller Kohlendioxid-Emissionen ausmachen, berichten Forscher des MIT.

Während Energieverbrauch und Umweltverschmutzung drängende Probleme sind, ist auch Verkehrsstauung ein wichtiges Problem. Allein in den Vereinigten Staaten verbringt der durchschnittliche Pendler jährlich 42 Stunden in der Hauptverkehrszeit, so die Urban Mobility Report des Texas A&M Transportation InstituteDas universitätsnahe Forschungsinstitut prognostiziert, dass diese Zahl weiter steigen und im Jahr 2020 auf 47 Stunden anwachsen wird.

Joachim geht davon aus, dass manuelles Fahren in Zukunft sogar illegal werden könnte. Er geht davon aus, dass Gesetze erlassen werden, um Mobilitätskonfigurationen festzulegen, und dass der Verkehrsfluss an ein intelligentes Netz angeschlossen und optimiert wird.

Um Verkehr und Staus zu reduzieren, sind manche Städte sogar so weit gegangen, Autobahnen zu schließen. Es scheint widersinnig, aber die Verringerung der Kapazität von Straßensystemen verbessert tatsächlich deren Effizienz, da die Fahrer dazu angeregt werden, sich effizienter fortzubewegen. Der Bau des $900 Millionen teuren Cheonggyecheon-Flusses in Seoul erforderte den Abriss der erhöhten Cheonggye-Schnellstraße und ersetzte sie durch fast 7 Meilen Wasserweg, Vegetation und öffentlichen Raum. Seit seiner Eröffnung im Jahr 2005 ist der Fluss nicht nur zu einem beliebten Teil der Stadt geworden, der mehr Vögel, Fische und andere Wildtiere in den Stadtkern lockt, sondern er hat auch die Temperatur der Innenstadt um mehrere Grad gesenkt, so ein am Projekt beteiligter Stadtplaner.

Gleichzeitig setzen viele Automobilhersteller und Unternehmer auf Autonome Technologien um die Mehrheit der Probleme im Automobiltransport zu lösen. Unser Partner, Savari, ein Autotechnologieunternehmen aus dem Silicon Valley, entwickelt Software für vernetzte und selbstfahrende Autos. Die als V2X (Vehicle-to-Everything Communication) bekannte Technologie ermöglicht es Autos, über ihre Smartphones Daten mit anderen Autos, Ampeln und Fußgängern auszutauschen. Die Technologie könnte Fahrern und selbstfahrenden Autos helfen, Daten auszutauschen, um Kollisionen zu vermeiden und den Verkehr am Laufen zu halten, während gleichzeitig Energie gespart wird, indem die Zahl der im Leerlauf fahrenden Autos auf der Straße reduziert wird. Das Versprechen von V2X ist, dass Staus, Unfälle und durch Fahrzeugabgase verursachte Umweltverschmutzung der Vergangenheit angehören, sagt Ravi Puvvala, CEO von Savari.

Obwohl Puvvala die Technologie für autonome Fahrzeuge als wichtigen Schritt in die richtige Richtung ansieht, räumt er ein, dass sie kein Allheilmittel ist. Die Lösung muss multimodal sein, weshalb Autohersteller in Bikesharing investieren, sagt er.

Auch die Verbesserung des Verkehrs zwischen Städten ist für das Smart City-Konzept wichtig. Dies erfordert jedoch erhebliche Investitionen in die Infrastruktur, deren Aufbau wahrscheinlich länger dauern wird als die bloße Verbesserung des bereits vorhandenen Systems. Eine der ehrgeizigsten geplanten Verbesserungen ist Der Hyperloop von Elon Musk: eine ultraschnelle Fortbewegungsart mit Vakuumröhrenzügen. Sie würde die Stadt in den Mittelpunkt rücken. Doch eine der Konsequenzen ist Joachim klar.

Auf Twitter fördert Musk die Entwicklung von Hyperloop-Systemen, die New York, Philadelphia, Baltimore und Washington, DC verbinden sollen. Eine Reise vom Big Apple in die Hauptstadt des Landes würde nur 29 Minuten dauern, sagt er. Wenn Musks Konzept Wirklichkeit wird, könnte der Hyperloop eine Vielzahl neuer Lebensmöglichkeiten schaffen. So könnte beispielsweise eine Person, die in New York lebt, Vollzeit in DC arbeiten

Wann werden wir die Entstehung intelligenter Städte erleben?

Die Innovationen einer Smart City mögen revolutionär und verfolgenswert sein, aber eine ganze Stadt intelligent zu machen, ist kein kurzfristiges Unterfangen.

Man muss sich nur einmal ansehen, wie lange es gedauert hat, bis Hybridautos marktfähig wurden, sagt Joachim. Er sagt, es dauert mindestens 40 bis 50 Jahre, bis sich die grundlegende Architektur einer Stadt grundlegend ändert, und 100 bis 150 Jahre, bis die neue Version einer zukünftigen Stadt entsteht. Aber die Auswirkungen der Technologie auf eine Stadt werden viel schneller sichtbar.

„Innerhalb von fünf bis sieben Jahren wird es in der Handy-Technologie zu rasanten Veränderungen kommen“, prognostiziert Joachim. Das bedeutet viel schnellere Schnittstellen und Breitbandzugang weil die Infrastruktur dahinter keine großen Veränderungen erfordert. Diese Technologie kann sogar dazu genutzt werden, die Mobilität in 15 bis 20 Jahren zu verändern, gerade rechtzeitig für die nächste Evolutionsstufe, Zivilisation 2.0.