In den letzten Jahren ist das Konzept der Smart City zu einem zentralen Thema unter Stadtplanern, Technologieexperten, Architekten, Designern, Soziologen und öffentlichen Verwaltungen geworden. Dennoch scheint sich ein Großteil der Diskussion ausschließlich auf die Implementierung digitaler Tools zur Datenerfassung und -verwaltung zu konzentrieren.

Dieser enge Ansatz kann frustrierend sein, insbesondere wenn klar ist, dass die Städte der Zukunft innovative, umfassende Lösungen benötigen, um die tiefgreifenden Veränderungen zu bewältigen, die vor ihnen liegen. Auch wenn es ums Bauen geht.

Während Smart Cities zweifellos Datenanalysen, KI, vernetzte Geräte und Automatisierungsprozesse nutzen werden, müssen sie auch nachhaltig, sicher und wirklich lebenswert sein. Eine der größten Herausforderungen wird darin bestehen, effizientere, schnellere und kostengünstigere Baumethoden zu entwickeln, ohne dabei die wesentlichen Eigenschaften der Nachhaltigkeit und des menschlichen Wohlbefindens zu beeinträchtigen.

Die Schaffung dynamischer Gebäude erfordert eine völlige Neukonzeption des Städtebauprozesses – von den verwendeten Materialien und dem Designansatz bis hin zur Zusammenarbeit mit Lieferanten, dem Transport und den Abläufen vor Ort. In diesem Zusammenhang wird sich die modulare Bauweise als unschätzbar wertvoll erweisen.

Materialien sind genauso wichtig wie Technologie

Zukünftige modulare Entwicklungen werden voraussichtlich durch die Verwendung robusterer, leichterer und nachhaltigerer Materialien in Verbindung mit Technologien wie digitalen Zwillingen und KI vorangetrieben. So könnten Stahl und Beton beispielsweise nach und nach durch Holz ersetzt werden und herkömmliche Solarmodule auf Hausdächern könnten auf Fassaden ausgeweitet werden, um die Energiegewinnung zu maximieren.

Darüber hinaus werden künstliche Intelligenz und Analysetools für Zulieferer immer wichtiger, da sie ihnen eine optimierte Integration verschiedener Komponenten ermöglichen. Dies führt zu einem Bauprozess, der nicht nur effizienter und kostengünstiger, sondern auch flexibler ist.

Im Gegensatz zur traditionellen modularen Bauweise, bei der die Komponenten in einer einzigen Fabrikhalle zusammengebaut werden, ähneln diese neuen Ansätze einem Fließband für Autos oder Flugzeuge. Die Fertigungsanweisungen sind so präzise, dass Module und andere Bauelemente wie Legosteine zusammenpassen und so überall auf der Welt problemlos zusammengebaut werden können. Diese Methode minimiert menschliche Fehler, verkürzt die Projektlaufzeiten und bietet von Anfang an mehr Kostensicherheit.

Digitale Zwillinge nutzen

Wir haben bereits Beispiele – etwa die postmodulare Konstruktionsmethode von Assembly –, die digitale Zwillingsmodelle nutzen, um die Transparenz hinsichtlich Materialien, Arbeitskräften, Qualität, Terminen und Kosten zu verbessern.

Ein digitaler Zwilling ist eine Software, die eine exakte digitale Nachbildung einer gesamten Stadtlandschaft einschließlich Gebäuden, Straßen und unterirdischer Infrastruktur erstellt. Diese Nachbildung ist äußerst detailliert und wird in Echtzeit aktualisiert, um alle Änderungen widerzuspiegeln. Das Hauptziel besteht darin, Städten die Möglichkeit zu geben, Infrastruktur-, Bau- und andere Veränderungen an der gebauten Umwelt zu simulieren und so ihre Auswirkungen auf die reale Welt einzuschätzen, bevor mit den eigentlichen Arbeiten begonnen wird.

Künstliche Intelligenz zur Prozessoptimierung

Der Einsatz künstlicher Intelligenz revolutioniert die Baubranche, indem sie komplexe Aufgaben automatisiert und es Systemen ermöglicht, vorgefertigte Komponenten zu entwerfen, die auf spezifische Projektanforderungen zugeschnitten sind. KI kann Produktions- und Montageaufgaben planen, um die Effizienz zu maximieren und Designs in Echtzeit an sich entwickelnde Projektbedingungen anzupassen.

Darüber hinaus trägt die Fähigkeit der KI, erweiterte Simulationen durchzuführen – wie etwa Strukturfestigkeitsanalysen, Wettereinflussbewertungen und Bewertungen der Wärmeeffizienz – dazu bei, potenzielle Probleme zu erkennen und zu lösen, bevor überhaupt mit dem Bau begonnen wird. Dieser proaktive Ansatz spart nicht nur Zeit und Ressourcen, sondern verbessert auch die allgemeine Zuverlässigkeit und Leistung von Bauprojekten.

Herausforderungen für die Entwicklung von Smart Cities

Für die moderne Stadtentwicklung ist die modulare Bauweise eine klare Wahl, doch die Einführung intelligenter Technologien ist noch immer mit erheblichen Hindernissen verbunden. Hierzu zählen hohe Implementierungskosten, erhebliche Investitionen in Forschung und Entwicklung sowie Einschränkungen bei den erforderlichen Kenntnissen und Fähigkeiten.

Weitere Herausforderungen sind Hardwareanforderungen und Probleme im Zusammenhang mit der Netzwerkinteroperabilität und -konnektivität. Darüber hinaus ist es wichtig, bei der Datenerfassung und -verarbeitung die Sicherheit und den Datenschutz zu gewährleisten und gleichzeitig verschiedene gesetzliche Rahmenbedingungen einzuhalten.

Darüber hinaus müssen beim Transport wichtiger Elemente modularer Konstruktionen, bei denen es sich häufig um große Blöcke handelt, zur Baustelle Verkehrsbeschränkungen in verschiedenen Ländern, die Einholung der erforderlichen Genehmigungen, die Nutzung autorisierter Straßen und die hohen Kosten berücksichtigt werden, die mit Schwerlast-LKWs verbunden sind.

Intelligente Technologien wie Building Information Modeling (BIM) und Geografische Informationssysteme (GIS) bieten Lösungen durch die Optimierung und Visualisierung von Modulinstallationsprogrammen und der Transportlogistik. GIS, das Daten zu Standorten auf der Erde erfasst, speichert, überprüft und anzeigt, spielt in diesem Prozess eine entscheidende Rolle.

Eine GIS-Plattform kann eine Vielzahl von Daten auf einer Karte anzeigen – darunter Straßen, Gebäude, Wege, Brücken und Vegetationsflächen – und gleichzeitig Echtzeitinformationen zu Verkehrsaufkommen, Baustellen und Netzüberlastungen bereitstellen.

Darüber hinaus kann eine in GIS integrierte Logistikkartierungssoftware optimierte Zugangsrouten zu Baustellen vorschlagen, um die verfügbaren Ressourcen optimal zu nutzen und die Kosten zu minimieren. Gleichzeitig erleichtert es die effektive Kommunikation und Koordination mit den Lagerbereichen am Montageort.

Automatisierung und Nachhaltigkeit

Modulares Bauen in Kombination mit intelligenten Technologien ist zur treibenden Kraft hinter der Entwicklung intelligenter Städte geworden, deren Ziele darin bestehen, Prozesse zu optimieren, Nachhaltigkeit zu fördern und ihren Bewohnern eine hohe Lebensqualität zu gewährleisten.

In Japan hat die Fujisawa Smart Sustainable Town – eine spezielle Smart-City-Zone – bereits mit autonomen Lieferrobotern experimentiert. In größerem Maßstab erforschen Frachtführer weiterhin die autonome Fahrzeugtechnologie für selbstfahrende Lkw, um den effizienten Transport großer Frachtmengen über weite Entfernungen zu ermöglichen.

Intelligente Baupraktiken sind auch für die Erreichung mehrerer Ziele für nachhaltige Entwicklung von zentraler Bedeutung, insbesondere in Bezug auf Stadtentwicklung, Innovation bei Herstellungsprozessen, Reduzierung der Kohlendioxidemissionen und Verbesserung der Gesundheit und des Wohlbefindens der Gemeinschaften.