Aufbau der intelligenten Städte der Zukunft

Nach Schätzungen der Vereinten Nationen werden bis 2030 60 Prozent der Weltbevölkerung in städtischen Gebieten leben, wobei jeder dritte Mensch in Städten mit mindestens einer halben Million Einwohnern zu Hause sein wird.

Matti Mikkola, CEO von Eastern Pretech mit Sitz in Malaysia, hat in den letzten 25 Jahren in Asien gelebt. Er hat die Veränderungen, die die Urbanisierung für die gebaute Umwelt mit sich bringt, aus erster Hand miterlebt. "In den Entwicklungsländern, in denen wir die Auswirkungen der Verstädterung sehr deutlich sehen, wird die Fertigteiltechnologie immer beliebter. In China beispielsweise werden jedes Jahr Hunderte von neuen Fertigteilwerken gebaut. Wenn eine große Zahl von Menschen in die Städte zieht, muss man in der Lage sein, schnell und in großem Umfang Wohnraum zu schaffen. Die Verwendung von Betonfertigteilen für diese Art von Bauwerken ist die offensichtliche Wahl, da die Bauzeit im Vergleich zum Gießen an Ort und Stelle kürzer ist."

Der zunehmende Zuzug von Menschen in städtische Gebiete führt zu Herausforderungen, die über das Wohnen hinausgehen. Die wachsende Notwendigkeit, Dienstleistungen für Millionen von Menschen bereitzustellen, hat dazu geführt, dass das Konzept der intelligenten Stadt immer beliebter wird.

"Auf die Städte entfallen 80 Prozent des weltweiten BIP. Das bedeutet, dass die Urbanisierung eine Menge Marktchancen mit sich bringt. Die Kehrseite der Medaille ist, dass dichte menschliche Siedlungen ihren Teil der Herausforderungen mit sich bringen - CO2-Emissionen, Umweltverschmutzung und Verkehrsstaus", erklärt Dr. Martin Brynskov, Vorsitzender des Netzwerks Open and Agile Smart Cities (OASC) und außerordentlicher Professor an der Universität Aarhus in Dänemark.

"Im Rahmen der Smart-Cities-Bewegung definieren wir die Bausteine einer zukünftigen Gesellschaft, in der die physischen durch digitale Infrastrukturen ergänzt werden. Es besteht ein globaler Konsens darüber, dass der Begriff 'intelligente Städte' in gewisser Weise unvollständig ist. Es geht um 'intelligente Städte und Gemeinden'. Wir müssen von der kommunalen Ebene ausgehen, wenn wir verstehen wollen, wie sich der digitale Wandel vollzieht."

"Die Welt hat sich inzwischen auf eine vielversprechende Definition der intelligenten Stadt geeinigt: Es geht darum, physische, menschliche und technische bzw. digitale Systeme in der bebauten Umwelt optimal zu nutzen, um eine wohlhabende, nachhaltige und integrative Zukunft für die Bürger zu schaffen", erklärt Dr. Brynskov.

"Beton macht einen großen Teil der bebauten Umwelt aus. Er hat die Welt seit etwa einem Jahrhundert infrastrukturell geprägt. Was wir suchen, ist in gewisser Weise das digitale Äquivalent zu Beton. Wir verwenden Beton überall. Man kann keine Gesellschaft, nicht einmal eine Barackensiedlung, ohne Beton bauen. Wir brauchen für digitale Systeme etwas so Einfaches wie Beton in der physischen Welt. In unserer Organisation nennen wir diese minimalen Interoperabilitätsmechanismen (MIM), und unser Ziel ist es, Menschen mit ganz einfachen Bedürfnissen - vor allem in Gebieten wie Afrika und Asien, wo die Urbanisierung nicht sehr strukturiert verläuft - in die Lage zu versetzen, an dieser Urbanisierung teilzunehmen."

Miimu Airaksinen, CEO des finnischen Verbands der Bauingenieure, betont die Notwendigkeit der Nachhaltigkeit. "Eine intelligente Stadt ist zuallererst eine nachhaltige Stadt - ökologisch, wirtschaftlich und sozial. Wir dürfen nicht vergessen, dass Städte für Menschen gemacht sind, und 'smart' ist so etwas wie der Klebstoff, der die für die Verwaltung der Stadt wichtigen Dienste miteinander verbindet."

"Das Ziel von Smart Cities ist es, den Alltag der Menschen in den Städten zu erleichtern, aber auch dazu beizutragen, dass die Städte wirtschaftlich und ökologisch funktionieren. Das bedeutet, dass wir nach Wegen suchen müssen, um sicherzustellen, dass wir die Ressourcen effizient nutzen und die Städte nachhaltig gestalten", so Airaksinen.

Pratap Padode, Gründer und Direktor des Smart Cities Council India, stimmt dem zu. "Wir müssen zuerst die Grenze ziehen, wo wir ein nachhaltiges Leben möglich machen können. Beton zum Beispiel ist ein langlebiges Baumaterial, das gut für die Dauerhaftigkeit von Städten ist. Er ist eine absolute Notwendigkeit, um ein geeignetes Umfeld zu schaffen, in dem Menschen leben und arbeiten. In überfüllten Städten ist die Verwendung von Beton sogar noch nützlicher, weil man damit in der gewünschten Höhe bauen kann, so dass mehr Platz zur Verfügung steht, ohne dass landwirtschaftliche Flächen geopfert werden müssen. Beton ist das modernste Material, um so schnell wie möglich und mit so wenig Unannehmlichkeiten wie möglich eine bebaute Umwelt zu schaffen.

Padode hält die Flexibilität von Beton für einen wichtigen Faktor für die Rolle, die er in den intelligenten Städten der Zukunft spielen wird. "Strukturen erfordern ein hohes Maß an Präzision, und die Präzision, die sich aus der Digitalisierung ergibt, kann in Betonstrukturen sehr gut umgesetzt werden, da Beton jede beliebige Form annehmen kann. Ich denke, dass Fertigteile, die in den Industrieländern bereits weit verbreitet sind, eher die Norm als die Ausnahme sein werden. In den Entwicklungsländern wird die Fertigteiltechnologie immer häufiger eingesetzt, da sie die Möglichkeit bietet, Projekte in kürzester Zeit zu realisieren. Die Elemente werden standardisiert, auf die Baustelle gebracht und montiert. Das ist ein großer Vorteil, vor allem in Ballungsgebieten, in denen viele Menschen unterwegs sind, weil es für die Stadt und ihre Bürger weniger störend ist.

Mikkola sieht auch die Vorteile des Einsatzes von Fertigteilen beim Bau der nachhaltigen intelligenten Städte der Zukunft. "Die Fertigteilbauweise ist umweltfreundlicher als herkömmliche Bauverfahren, weil weniger Abfall entsteht und sie produktiver und effizienter ist. Wenn ein Fertigteilgebäude richtig konzipiert ist, kann man es sogar so bauen, dass man es abbauen und an einen anderen Ort versetzen kann. Wir haben zum Beispiel ein mehrstöckiges Parkhaus mit vollständig verschraubten Verbindungen gebaut. Wenn es an diesem Ort nicht mehr gebraucht wird, kann man die gesamte Struktur abschrauben, an einen anderen Ort versetzen und wieder verwenden, was den Bedarf an neuen Konstruktionen verringert", sagt Mikkola.

IoT-und KI-gestützte Dienste werden in intelligenten Städten und Gemeinden eine Schlüsselrolle spielen. Deshalb muss ein Weg gefunden werden, sie einfach in die gebaute Umwelt zu integrieren, betont Dr. Brynskov. "Im Rahmen des von der EU finanzierten Projekts SynchroniCity haben wir 50 Produkte und Dienste in 21 Städten eingesetzt. Mit Hilfe des SynchroniCity-Rahmens, der auf den OASC MIMs basiert, haben diese Pilotprojekte gezeigt, wie Kommunalverwaltungen Sensoren und Daten effektiv nutzen können, um Dienstleistungen anzubieten, die sich positiv auf das Wohlbefinden ihrer Bürger auswirken."

Airaksinen weist darauf hin, dass wir von der bestehenden baulichen Umwelt profitieren können. "Angesichts der Tatsache, dass ein Großteil der Welt bereits in Beton gebaut wurde, besteht der Schlüssel darin, die Strukturen an die jetzt und in Zukunft benötigten Standards anzupassen. Wir können die gebaute Umwelt um uns herum als eine Art Skelett für intelligente Technologie betrachten. Es wäre eine Materialverschwendung, das Skelett zu zerstören, aber wir können es auf den neuesten Stand bringen. Wir können zum Beispiel gedruckte Sensoren auf Betonoberflächen anbringen, die uns frühzeitig vor Überschwemmungen oder dem Zustand der Straßen warnen. In neue Betonstrukturen können Chemikalien eingearbeitet werden, die der Struktur helfen, sich selbst zu heilen oder Signale zu geben, ohne dass separate Sensoren erforderlich sind. Beton als Material wird wirklich immer intelligenter.

Padode räumt auch ein, dass die Integration bestehender Strukturen in das Smart-City-Konzept gewisse Probleme mit sich bringt. "Eine der Herausforderungen beim Bau von Smart Cities ist, dass die alten Strukturen nicht komplett herausgerissen werden können. Wir müssen ältere Strukturen nachrüsten, aber auch dafür gibt es Lösungen - Betonträger zum Beispiel können ganz systematisch angepasst werden."

Mikkola zählt eine Reihe von Vorteilen auf, die vorgefertigte Elemente bereits heute bieten und die sie zum perfekten Baustein für intelligente Städte machen. "Hohlkörper, durch die man Drähte und andere Verbindungen führen kann, sind ein gutes Baumaterial für intelligente Städte. Außerdem hat er den Vorteil, dass er bis zu 40 Prozent weniger Beton benötigt als andere Materialien", sagt er. "Beton ist auch sehr flexibel, wenn es darum geht, die Technologie zu integrieren, die in intelligenten Städten benötigt wird. Wenn der Beton noch nass ist, kann man Kohlenstoffnanoröhren einbauen, die beim Trocknen des Betons Teil der Struktur werden. Und je fortschrittlicher die Technologie wird und je kleiner die Sensoren werden, desto einfacher wird es, sie in Beton zu integrieren.