Smart City – Buzzword oder Business Case?

BU 1: Vernetzte Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) bilden das Rückgrat einer Smart City.

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Digitalisierung, Industrie 4.0, digitales Selbstmarketing, profitables Wachstum, Business Case, BIM, künstliche Intelligenz, Deep Learning, IoT, Awareness, Stakeholder, disruptive Innovation – solche Fremd- und Schlagwörter (engl. buzzwords) kennen und schätzen wir alle zur Genüge. Hinlänglich präsent sind auch „Smart Home“ und „Smart Building“. Jetzt taucht der Begriff „Smart City“ immer häufiger auf. Doch was verbirgt sich dahinter? Die gute Nachricht zuerst: Die smarte neue Welt funktioniert zum großen Teil mit Strom. Goldene Zeiten also für Elektroplaner, Facherrichter und Installateure der Gebäudetechnik? Das kommt darauf an, denn zu einer Smart City gehören auch IP-vernetzte Sensoren und deren Auswertung mit ausgefeilter Informationstechnik. Doch der Reihe nach.

Weltweite Herausforderungen

Das globale Bevölkerungswachstum verursacht einen gewaltigen Zustrom von Menschen in die Ballungszentren und stellt Städte und Gemeinden weltweit vor große Herausforderungen. Bereits heute leben im Großraum Tokio rund 38 Millionen Menschen und in Delhi 32 Millionen. Insgesamt existierten im Jahr 2018 weltweit 33 Megastädte mit mehr als 10 Millionen Einwohnern. Nach Schätzungen der Vereinten Nationen werden es im Jahr 2030 bereits 43 Städte mit insgesamt fünf Milliarden Menschen sein. Für Europa wird ein Anstieg der Stadtbevölkerung auf etwa 80% im Jahr 2050 prognostiziert. Die negativen Begleiterscheinungen dieser Urbanisierung wie Slumbildung, hohe Umweltverschmutzung und Entvölkerung ländlicher Gebiete sind bereits heute zu beobachten.

Was ist eine „Smart City“?

Lösbar sind diese Herausforderungen nach allgemeiner Auffassung nur, wenn das Leben in Städten „effizienter, technologisch fortschrittlicher, grüner und sozial inklusiver“ gestaltet wird. Das Konzept der „Smart City“ gilt dabei als Sammelbegriff für ganzheitliche Entwicklungsstrategien, um diese Ziele zu erreichen. Die Ansätze dazu sind zwar so vielfältig wie die Anforderungen jeder einzelnen Stadt. Allen gemeinsam ist jedoch das Sammeln und intelligente Auswerten von Daten zahlreicher Sensoren („Ubiquitous Computing“) aus allen Lebensbereichen. Dazu notwendig ist die Vernetzung von Menschen, Gebäuden und Infrastrukturen („Smart Connectivity“), beispielsweise im „Internet of Things“ (IoT), und die Auswertung der immensen Datenströme durch automatisierte Technologien wie maschinellem Lernen (ML) und künstlicher Intelligenz (KI). Smart Cities sollen nicht nur mehr Nachhaltigkeit, Komfort und Sicherheit bieten, sondern werden zunehmend auch als bedeutender Wirtschaftsfaktor gesehen. Experten der Unternehmensberatung Frost & Sullivan prognostizieren bereits bis zum Jahr 2025 ein Marktvolumen von rund zwei Billionen US-Dollar weltweit in Zusammenhang mit Smart Cities.

Schlüsselfaktor Innovation

Technologische Entwicklungen und Innovationen spielen eine Schlüsselrolle in den Konzepten zu Smart Cities. Zwar können deren Umsetzung und damit einhergehende gesellschaftliche Herausforderungen nur politisch gelöst werden. Technik und Innovationen ermöglichen jedoch völlig neue Lösungsansätze, mit denen Politik und Gesellschaft zuvor undenkbare Wege einschlagen können. So ermöglichte erst die jüngst nobelpreisgekrönte Erfindung der Lithium-Ionen-Batterie den Einstieg in eine nachhaltige Elektromobilität. Die wirtschaftliche Nutzung von Wind und Sonne als regenerative Energien ist nur durch technische Höchstleistungen bei Erzeugung, Übertragung und Verteilung („Smart Grid“) möglich. Innovationen werden dabei nicht nur von marktführenden großen und mittelständischen Unternehmen entwickelt, sondern auch von flexiblen Start-Ups. Beispiele dafür sind neue Mobilitätskonzepte wie Car Sharing, Ruf- und Sammeltaxis („Ride Sharing“), die Nutzung von LED-Leuchten zur Datenübertragung („LiFi“) oder Fischzucht und Gemüseanbau in der Stadt („Smart Farming“).

Schlüsselfaktor Elektrotechnik

Die Bedeutung von elektrischem Strom und damit auch der Elektrotechnik wird zukünftig deutlich zunehmen. So werden nicht nur regenerative Energien fast ausschließlich in Form von Strom bereitgestellt, auch andere für Smart Cities unverzichtbare Konzepte wie Elektromobilität, der Betrieb von Wärmepumpen, die Wasserstoffwirtschaft oder die Herstellung „klimaneutraler“ synthetischer Kraftstoffe aus CO₂ basieren auf der extensiven Nutzung von elektrischem Strom. Dazu gehört auch das Sammeln und Auswerten von Sensordaten sowie deren Auswertung. Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) samt umfassend vernetzter Systeme werden das Rückgrat einer Smart City bilden. Die Kehrseite der Medaille: Errichterbetriebe und Planungsbüros ohne umfassende IT-Kenntnisse und entsprechend ausgebildete Mitarbeiter werden zukünftig nur noch geringqualifizierte Tätigkeiten ausführen können.

Beispiel Smart Security

Intelligente Gebäude sind die Keimzellen einer Smart City. Dort verbringen die Bewohner einen Großteil ihrer Zeit, sei es beim Wohnen („Smart Home“) oder beim Arbeiten in Zweckgebäuden („Smart Building“). Gleichzeitig werden Gebäude durch knappe Flächen immer größer, höher und komplexer. Wohnen und Arbeiten wachsen immer mehr zusammen („Home Office“, „Co-Working“, „mobile Telearbeit“), wodurch sich die Anforderungen der Nutzer an ein Gebäude ebenfalls ändern. Andererseits stehen durch die umfassende Vernetzung große Datenmengen unzähliger Sensoren allen Gewerken zur Verfügung. Damit lassen sich beispielsweise Sicherheitssysteme realisieren, die Gefahren wie Feuer oder Einbruch nicht nur erkennen, sondern vorhersagen können („Predictive Security“). Selbstlernende Systeme ermöglichen die intensive Einbindung der Gebäudenutzer, beispielsweise durch die Anzeige individueller Fluchtrouten auf Mobilgeräten oder durch bedarfsgerechte Steuerung von Licht, Klima und Heizung. Durch intelligente Gebäudeautomation sind laut ZVEI Einsparungen von 20 bis 30 % des Energiebedarfs und der CO₂-Emissionen möglich.

Beispiel Smart Lighting

Licht beeinflusst unter anderem das Wohlbefinden und das Sicherheitsgefühl von Menschen auf drastische Weise. Die Einführung der LED-Leuchten bedeutete für die Lichttechnik einen Quantensprung. Sie sparen bis zu 80 % an Energie, verglichen mit herkömmlichen Leuchten. Durch die Einstellung von Lichttemperatur und Lichtfarbe lassen sich zudem individuelle Szenarien realisieren, die Wohlbefinden und Produktivität steigern („Human Centric Lighting“). In Smart Cities können LED-Straßenleuchten das Rückgrat einer intelligenten Stadt bilden. Ausgerüstet mit WLAN, Ladefunktion für E-Autos, Notrufknopf oder Sensoren zur Verkehrs- und Wettermessung sind sie wichtiger Bestandteil des vernetzten IoT. Pilotprojekte wurden bereits in Berlin-Adlershof und im spanischen Santander installiert.

Datensicherheit und Datenschutz

In Smart Cities läuft der Datenfluss über allgemein genutzte Datenleitungen des Gebäudes und über das Internet. Eine starke IT- und Cybersicherheit sowie ein starker Datenschutz sind daher unabdingbare Voraussetzungen, um Sicherheitsanlagen vor ungewollten Rückwirkungen aus dem Netz und vorsätzlichen Cyber-Attacken zu schützen. Weltweit sind die Schäden durch Cyberkriminalität bereits heute stark angestiegen. Nach einer Studie des Beratungsunternehmens Accenture drohen Unternehmen weltweit in den kommenden fünf Jahren Mehrkosten und Umsatzverluste durch Cyberangriffe in Höhe von rund 5,2 Billionen US-Dollar. Unternehmen und Gebäudebetreiber sind sich der Gefahren dabei zunehmend bewusst. So sind Cybervorfälle laut Allianz Risk Barometer 2019 der am meisten gefürchtete Auslöser von Betriebsunterbrechungen (50% der Antworten), gefolgt von Feuer/Explosion (40%) und Naturkatastrophen (38%). Erstmals gehören Cybervorfälle damit weltweit zu den größten Geschäftsrisiken.

Sicherheits- und Datenschutzbedenken stehen aktuell auch einer Vermarktung und Weiterentwicklung des Smart Home im Wohnbereich entgegen. Zwar stehen nach einer repräsentativen Umfrage des Marktforschungsinstituts Ipsos im Auftrag des TÜV-Verbands (VdTÜV) 61 % der Befragten einer Weiterentwicklung künstlicher Intelligenz im Smart Home grundsätzlich positiv gegenüber. Nur jeder dritte (35 %) würde allerdings sofort in ein Smart Home mit künstlicher Intelligenz ziehen. Wichtigster Grund für die Zurückhaltung von knapp der Hälfte der Befragten ist die Angst, dass künstliche Intelligenz Entscheidungen trifft, die die Befragten nicht gut finden. 47 % haben Sorge vor einer unrechtmäßigen Verwendung ihrer persönlichen Daten und 44 %, dass sie sich zu stark von digitaler Technik abhängig machen.

Smart Cities sind schon da

Smart Cities sind keine Zukunftsmusik, sondern heute bereits Realität. Schon 2014 hat die EU 240 europäische Städte benannt, die mehr oder weniger fortgeschrittene Smart City-Konzepte verfolgen. Im spanischen Santander sind Straßen, Lampen, Müllcontainer und Wasserleitungen mit insgesamt 12.000 Sensoren ausgestattet, um Staus, überquellende Müllcontainer und Wasserverschwendung zu vermeiden. In Wiesbaden wird mit „DIGI-V“ gerade ein Verkehrsmanagementsystem installiert, das Staus auf Basis von neuronalen Netzen bis zu einer Stunde im Voraus vorhersagt und mit digitalen Verkehrsschildern den Verkehr lenken soll, vor allem zur Senkung der Schadstoffbelastung. Das System verwendet neben zahlreichen elektrischen Sensoren auch Video- bzw. Wärmebildkameras. In Berlin-Adlershof sind intelligente, vernetzte Straßenlaternen installiert, die neben LED-Leuchten mit WLAN, Verkehrssensoren und Gateways ausgestattet sind. Im erstmals in diesem Jahr erhobenen Smart City Index vom Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien Bitcom werden 81 deutsche Städte über 100.000 Einwohnern hinsichtlich ihrer Smart City-Aktivitäten bewertet. Hamburg erreicht danach mit knapp 80 Punkten den ersten Platz, während Salzgitter mit etwas über 20 Punkten die rote Laterne hält. Der Index soll zukünftig jährlich aktualisiert werden.

Der Markt verändert sich

Vernetzung und Digitalisierung ändern die Marktstrukturen der Sicherheits- und Gebäudetechnik. Experten gehen davon aus, dass Unternehmen aus dem IT- bzw. Netzwerksektor sowie Firmen, die Daten sammeln und auswerten (Google, Amazon), zunehmend als Wettbewerber auftreten. Bereits heute bieten große Hersteller sowie Unternehmen aus dem Bewachungs- und Facility Management-Umfeld „Sicherheit as a Service“ an. Heute vermutlich noch mehr als Leasing-Modell ausgelegt, sollen zukünftig keine bestimmten Produkte und Dienstleistungen mehr bezahlt werden, sondern nur noch das Erreichen eines zuvor festgelegte Sicherheitslevels. Als „Security as a Service“ in der IT-Branche bereits weitverbreitet, werden es Dienstleister der Gebäudetechnik deshalb verstärkt mit „Generalunternehmen“ bzw. „Systemhäusern“, und nicht mehr mit Endkunden zu tun haben.

Selbst das lukrative Instandhaltungsgeschäft könnte sich verändern. Anstelle von festen Wartungsintervallen setzt sich nicht nur in der Industrieautomation immer mehr die vorausschauende Wartung („Predictive Maintenance“) durch. Dabei soll durch das Sammeln und Auswerten zahlreicher Daten ein Handlungsbedarf bereits vor dem Auftreten einer Störung erkannt werden. Doch mit wem schließt der Betreiber zukünftig einen Instandhaltungsvertrag? Mit einem Dienstleister oder mit dem Hersteller der Anlage, der über eine breite Datenbasis und die Möglichkeiten zur Auswertung verfügt? Bereits heute läuft der „Remote Service“ von Gefahrenmeldeanlagen häufig über einen Server der Anlagenhersteller.

Fazit und Ausblick

Smart City ist kein sinnfreies Schlagwort mehr, sondern intelligente Städte sind bereits heute Realität. Die Konzepte dazu sind so unterschiedlich wie die Städte selbst. Für Planer und Errichter der Gebäudetechnik erschließen sich durch die verstärkte Fokussierung auf elektrischen Strom und elektrotechnische Dienstleistungen neue Geschäftsfelder. Da sich der Markt durch Vernetzung und Digitalisierung verändert, ist dazu jedoch eine sorgfältige Wettbewerbsbeobachtung und die Justierung des eigenen Geschäftsmodells notwendig. Ohne gute informationstechnische Kenntnisse und entsprechend ausgebildete Mitarbeiter werden Dienstleister zukünftig jedoch nur untergeordnete Tätigkeiten ausführen.

Die umfangreichen Literaturhinweise sind auf Anfrage erhältlich. oder: