Die Stadt Paderborn hat sich im Rahmen des Bundesförderprojekts "Modellprojekte Smart City (MPSC)" auf den Weg gemacht, um eine technologische Grundlage (Infrastruktur) für zahlreiche digitale Anwendungen im Kontext einer Smart City zu schaffen. Als eine von insgesamt 73 Kommunen, die Teil dieses Förderprojekts sind, werden in den nächsten Jahren Smart City-Anwendungen mit verschiedenen Schwerpunkten umgesetzt. Dabei ist eine zentrale Vorgabe, dass alle Lösungen Open Source umgesetzt werden, was eine Implementierung dieser Anwendungen bei weiteren Kommunen ermöglicht. Gleichzeitig hat die Stadt Paderborn die Möglichkeit Anwendungsfälle anderer Modellkommunen zu übernehmen.

Der Fokus des "Modellprojekts Smart City" in Paderborn liegt auf dem Aufbau einer digitalen Infrastruktur. Dies umfasst unter anderem eine Urbane Datenplattform, die städtische Daten zentral zusammenführt, speichert und für Anwendungen bereitstellt. Zusätzlich zur Urbanen Datenplattform (UDP) werden separate Plattformen für Energiedaten und Verkehrsthemen aufgebaut. Darüber hinaus wird ein City Information Model (CIM) und ein digitaler Zwilling als Infrastruktur erarbeitet, wobei zunächst der fachliche Schwerpunkt auf der Stadtentwicklung liegt.

Durch die Schaffung dieser Infrastruktur soll die Stadt Paderborn langfristig in die Lage versetzt werden, innovative und maßgeschneiderte Lösungen zur Unterstützung kommunaler Aufgaben hervorzubringen. Dies beinhaltet die schnelle Anpassung an Veränderungsprozesse sowie die Möglichkeit, redundant und medienbruchfrei mit Bürger*innen und anderen Beteiligten zu interagieren.

Organisiert ist das Projekt in verschiedene Teilbereiche, welche unterschiedliche Aspekte der Infrastruktur betrachten und aufeinander aufbauen oder sich gegenseitig ergänzen. Die Hauptaufgabe des Aufbaus einer Urbanen Daten Plattform (UDP) besteht darin, alle relevanten städtischen oder externen Daten zentral bereitzustellen. Von Bedeutung ist dabei die langfristige Planung des Plattformbetriebs. Dies betrifft alle geförderten Kommunen. Um die Ressourcen zu bündeln, hat das Projekt aktiv eine Entwicklungsgemeinschaft aus Stadtwerken und Städten mit ins Leben gerufen, um in den kommenden Jahren gemeinsam einen zentralen Datenraum zu entwickeln (UDP). Diese Kooperation bietet zahlreiche Vorteile. Während des Entwicklungsprozesses können Wissen und Fachkompetenzen gebündelt werden, was das Risiko von Fachkräfteausfällen minimiert und deren Bedarf geringhält. Zudem werden die Entwicklungskosten, sowohl finanzieller als auch personeller Natur, drastisch reduziert. Die anfallenden Kosten für die Weiterentwicklung der UPD, die Erstellung weiterer Smart City Anwendungen sowie der Pflege- und Supportaufwand können im Vergleich zur Eigenentwicklung gesenkt werden. Darüber hinaus ermöglicht die Nutzung derselben Infrastruktur den Austausch bestehender Anwendungen zwischen den Städten.

Der Aufbau des City Information Models (CIM) und des Digitalen Zwillings fokussieren sich auf die Stadtentwicklung. Das CIM stellt eine zentrale Komponente von Smart Cities dar und bildet die digitale Repräsentation der städtischen Umgebung ab, einschließlich Gebäuden, Straßen, und anderen Bereichen. Im Gegensatz zu einem typischen 3D-Model, bei dem es vor allem um die Visualisierung der Stadt geht, können beim CIM zusätzlich Daten zu den Objekten abgefragt werden, wie beispielsweise die Nutzung der Gebäude oder Informationen zu einzelnen Straßen.

Der Digitale Zwilling baut auf den Funktionen und Daten des CIM auf und dient als Visualisierungs-, Analyse- und Simulationstool. Im Rahmen der Stadtentwicklung wird der digitale Zwilling für verschiedene Zwecke genutzt, wie zum Beispiel für die Planung und Entwicklung des städtischen Raums, das Monitoring bereits umgesetzter Maßnahmen und die Überprüfung der Zielerreichung der Maßnahmen.

Um die Komplexität des Themas beherrschbar zu machen, hat sich das Projekt für einige konkrete Anwendungen entschieden, um den Aufbau des Digitalen Zwillings zu entwickeln und zu testen. Die Anwendungsfälle widmen sich dabei verschiedenen Stufen des Digitalen Zwillings. So werden die Analysen mit den Anwendungsfällen "Stadtklimamonitoring" und "Bevölkerungsentwicklung" behandelt. Im Rahmen des Anwendungsfalls "Stadtklimamonitoring" wird z. B. ein digitales Tool zum Analysieren von stadtklimatischen Aspekten wie städtische Wärmeinseln, Vegetationsqualität und Kaltluftentstehungsgebieten mit Hilfe von Satellitendaten und deutschlandweit verfügbaren Geodaten entwickelt. Darüber hinaus werden im weiteren Anwendungsfall die Erkenntnisse daraus genutzt, um den Anwendungsfall von der Analysestufe in die Simulationsstufe zu erweitern. Dabei wird in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Bauphysik deren Simulationstool für Stadtklima "PALM4U" in den Paderborner digitalen Zwilling integriert.

Das Thema Energie, Wärmewende und Klima spielt eine zentrale Rolle im Kontext einer Smart City und wird von Westfalen Weser Netz GmbH bearbeitet. Das Hauptziel ist der Aufbau der Energiedatenplattform als Grundlage zur Implementierung von Anwendungsfällen mit Fokus auf Energie und Stadtentwicklung. Dabei liegt der Schwerpunkt auf Datenaustauschmechanismen, die eine reibungslose Kommunikation zwischen der städtischen Datenplattform (UDP) und der Energiedatenplattform sicherstellen. Die Infrastruktur wird ebenfalls durch im Projekt erarbeitete Anwendungsfälle wie "Potenziale erneuerbarer Energien" oder "Energiestandards" getestet.

Im Smart City Kontext ist auch das Thema Mobilität von grundlegender Bedeutung und wird intensiv im Projekt behandelt. Das Ziel besteht darin, sämtliche Verkehrsdaten der Stadt, einschließlich Beschilderung, Markierung und Ampeln, auf einer transparenten und öffentlich zugänglichen Verkehrsdatenplattform zu konsolidieren. Diese Plattform soll die Stadt- und Verkehrsplanung unterstützen und langfristig zur Entwicklung innovativer Mobilitätsservices beitragen. Die Daten werden über offene Schnittstellen auf der Plattform bereitgestellt, wobei die Verwendung standardisierter und offener Schnittstellen für einen effektiven Datenaustausch von entscheidender Bedeutung ist.

Insgesamt zeigen die Arbeiten in Paderborn, dass durch die konzentrierte Fokussierung auf die Infrastruktur anstelle einer schnellen Schaffung von Einzelanwendungen eine langfristige und nachhaltige Ausrichtung ermöglicht wird, auch wenn kurzfristig keine großen Anwendungen präsentiert werden können. Dieser Ansatz legt den Grundstein für zukünftige Entwicklungen und Innovationen in Richtung einer Smart City. Es ist wichtig anzumerken, dass am Ende des Projekts ein erster Ansatz steht, jedoch kein abgeschlossenes Smart City Ökosystem. Die Weiterentwicklung und Anpassung an sich verändernde Anforderungen und Technologien sind essenziell, um die Smart City Vision kontinuierlich voranzutreiben und den Bedürfnissen der Bürger*innen gerecht zu werden.

Dabei wird die Open-Source Vorgabe der Förderung für die Verstetigung eine wichtige Rolle spielen, da ein interkommunaler Austausch digitaler Tools möglich wird. Da dies jedoch auch mit mehr Implementierungsaufwand und Personalressourcen als bei proprietären Systemen einhergeht, ist eine entsprechende Verstetigungsstrategie notwendig.