Was ist ein digitaler Zwilling?
Digitale Zwillinge sind virtuelle Abbilder eines Objekts, Prozesses oder Systems, in unserem Kontext also virtuell gespiegelte reale Städte oder Regionen. Man kann sie sich als virtuelle Kopien vorstellen, die möglichst genau zeigen, wie eine Stadt aufgebaut ist und wie sie funktioniert. Dazu gehören Gebäude, Straßen, Entwässerungssysteme und andere wichtige Teile der Infrastruktur. Je nach Zweck können auch Informationen über die dort lebenden Menschen und die Nutzung von Stadtteilen einbezogen werden.
Ständiger Datenaustausch
Ein zentrales Merkmal eines digitalen Zwillings ist der ständige Austausch von Daten zwischen der realen Welt und dem digitalen Modell – und zwar in beide Richtungen. Aktuelle Informationen aus der Realität werden laufend in den Zwilling eingespielt. Umgekehrt können mit dem digitalen Modell Berechnungen und Simulationen durchgeführt werden, die reale Entscheidungen unterstützen. Der Begriff „virtueller Zwilling“ wird häufig gleichbedeutend verwendet.
Schon Apollo 13 hatte einen digitalen Zwilling
Die Grundidee digitaler Zwillinge ist nicht neu. Bereits während des Apollo-Programms der NASA wurden digitale Abbilder von Raumfahrzeugen genutzt, um bei der havarierten Apollo-13-Mission fundierte Entscheidungen zu treffen und die Astronauten sicher zur Erde zurückzubringen.
Welche Daten fließen in einen digitalen Zwilling ein?
Welche Daten ein digitaler Zwilling enthält, hängt davon ab, wofür er genutzt werden soll. In vielen Fällen werden zunächst grundlegende Informationen über den Aufbau einer Stadt erfasst. Dazu gehören zum Beispiel Gebäude, Straßen, Brücken, Gewässer sowie technische Anlagen wie Kanalisation oder Stromnetze. Diese Daten können sehr detailliert sein und bis hin zu einzelnen Häusern und deren Bewohner reichen.
Wichtig: Echtzeitdaten
Ergänzt werden diese Informationen in der Regel durch Umwelt- und Messdaten, idealerweise in Echtzeit. Dazu zählen etwa Niederschläge, Wasserstände, Temperaturen oder Verkehrsdaten. Für den Katastrophenschutz sind außerdem Angaben zur Nutzung von Gebäuden, zur Verteilung der Bevölkerung oder zur Lage wichtiger Einrichtungen wie Krankenhäuser, Schulen oder Notunterkünfte relevant.
Gerade in Katastrophenfällen spielt auch die Einspeisung von Beobachtungen durch Menschen eine wichtige Rolle, etwa über SMS, Apps oder andere Kommunikationsmittel. Entscheidend ist, dass sich der digitale Zwilling schnell an eine sich rasch verändernde Lage anpassen kann.
Wie funktioniert der digitale Zwilling im Krisenfall?
Digitale Zwillinge arbeiten mit einem kontinuierlichen Rückkopplungsprozess zwischen Realität und digitalem Modell. Neue Informationen aus Sensoren, Wetterdiensten, Satellitenbildern oder Lageberichten werden fortlaufend in den Zwilling übernommen. Dadurch bleibt das digitale Abbild möglichst aktuell.
Auf dieser Grundlage können verschiedene Szenarien simuliert werden. So lässt sich zum Beispiel berechnen, welche Bereiche bei starkem Regen überflutet werden oder wie sich bestimmte Maßnahmen auf den Verlauf einer Krise auswirken könnten. Gerade in Katastrophensituationen ist diese kontinuierliche Aktualisierung entscheidend, da sich die Lage häufig innerhalb kurzer Zeit verändert.
Mit Absicht immer dabei: der menschliche Faktor
Moderne digitale Zwillinge nutzen Verfahren der Künstlichen Intelligenz und automatisierte Auswertungen, um große Datenmengen schnell zu verarbeiten. Diese Technologien helfen dabei, Zusammenhänge zu erkennen und/oder mögliche Gefahren frühzeitig sichtbar zu machen.
Wichtig ist jedoch: Die Auswertung der Daten erfolgt nicht vollständig automatisch. Der Mensch bleibt bewusst Teil des Prozesses. Fachkräfte prüfen die Ergebnisse, bewerten sie und entscheiden, welche Informationen für das weitere Vorgehen relevant sind. Die Verantwortung für Entscheidungen im Katastrophenschutz liegt stets beim Menschen. Digitale Zwillinge liefern Entscheidungsgrundlagen, ersetzen aber nicht das fachliche Urteil. Diese Kombination aus technischer Unterstützung und menschlicher Kontrolle ist besonders in Krisensituationen von großer Bedeutung.
Anwendungsbereiche digitaler Zwillinge im Katastrophenschutz
Digitale Zwillinge können in allen Phasen des Katastrophenmanagements eingesetzt werden. Bereits in der Vorsorge helfen sie dabei, mögliche Gefahren zu analysieren und sich auf unterschiedliche Szenarien vorzubereiten. Risiken können früher erkannt und Schutzmaßnahmen gezielter geplant werden.
Im akuten Krisenfall unterstützen digitale Zwillinge die Einsatzplanung. Sie ermöglichen es, verschiedene Maßnahmen miteinander zu vergleichen und deren mögliche Wirkung nahezu in Echtzeit zu bewerten. Dadurch lassen sich Einsatzkräfte, Material und Hilfsmittel besser koordinieren.
Nach einer Katastrophe bieten digitale Zwillinge die Möglichkeit, den Ablauf systematisch auszuwerten. Es kann analysiert werden, was gut funktioniert hat und wo Verbesserungsbedarf besteht. Diese Erkenntnisse fließen in zukünftige Planungen ein und stärken langfristig die Widerstandsfähigkeit von Städten und Regionen.
Vorteile digitaler Zwillinge gegenüber klassischen Systemen
Im Vergleich zu herkömmlichen Planungs- und Informationssystemen bieten digitale Zwillinge mehrere Vorteile. Bei ausreichender Datenlage können Warnzeiten verlängert werden, da kritische Entwicklungen früher erkannt werden. Während eines Ereignisses lassen sich Einsatzplanung und Ressourcenverteilung flexibler anpassen, da aktuelle Informationen kontinuierlich zur Verfügung stehen.
Das dauerhafte Beobachten relevanter Daten erleichtert es zudem, Maßnahmen während einer Krise laufend zu überprüfen und bei Bedarf anzupassen. Nach einem Ereignis können Entscheidungen und Abläufe umfassend ausgewertet werden. Unabhängig von konkreten Katastrophen unterstützen digitale Zwillinge außerdem die langfristige Planung baulicher und organisatorischer Schutzmaßnahmen.
Digitale Zwillinge in Deutschland: Beispiele aus Städten und Regionen
In Deutschland beschäftigen sich zunehmend Städte und Regionen mit dem Aufbau digitaler Zwillinge. Zu den ersten Anwendern solcher Zwillinge zählen unter anderem die Bundesländer Sachsen und Rheinland-Pfalz, sowie die Städte Dresden, Wuppertal sowie Hamburg, München und Leipzig. Letztere haben im gemeinsamen Projekt „Connected Urban Twins“ (CUT) zusammengearbeitet.
Mit dem „HydroZwilling Rheinland-Pfalz“ lassen sich auch für den privaten Nutzer Auswirkungen von Sturzfluten und Flusshochwasser am Computer simulieren und anschaulich dreidimensional visualisieren. In Dresden wurde eine öffentlich zugängliche digitale Plattform entwickelt, mit der sich die Auswirkungen von Starkregenereignissen anschaulich darstellen lassen. Bürgerinnen und Bürger können dort nachvollziehen, welche Bereiche besonders betroffen sind. Der digitale Zwilling umfasst derzeit mehrere Stadtteile, soll aber schrittweise auf das gesamte Stadtgebiet und perspektivisch auf ganz Sachsen ausgeweitet werden.
Das Projekt „Connected Urban Twins“ wiederum hatte seinen Schwerpunkt zunächst in der Stadtplanung. Die dort entwickelten Strukturen und Werkzeuge eignen sich jedoch auch für die Katastrophenvorsorge, etwa durch Simulationen und die gemeinsame Nutzung von Daten.
Zentrale Erkenntnisse aus bisherigen Projekten
Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass der größte Nutzen digitaler Zwillinge nicht allein in anschaulichen 3D-Darstellungen liegt. Besonders wichtig ist die Zusammenführung von Daten aus unterschiedlichen Verwaltungsbereichen. Wenn verschiedene Stellen auf derselben, aktuellen Datenbasis arbeiten, lassen sich Entscheidungen besser abstimmen.
Das CUT-Projekt hat hat durch den Aufbau der digitalen Zwillinge diese ressortübergreifende Zusammenarbeit überhaupt erst ermöglicht. Unter den davor herrschenden Bedingungen wäre dies wohl kaum erreicht worden.
Erfolgreich waren vor allem digitale Zwillinge, die konkrete Fragestellungen adressierten, wie etwa eine verbesserte Starkregenprävention. Reine Technikprojekte ohne klaren Anwendungsfall führten dagegen selten zu einer dauerhaften Nutzung. Zudem zeigt sich, dass einfache und leicht zugängliche Werkzeuge in der Praxis oft wirksamer sind als komplexe Spezialsoftware.
Ein weiterer zentraler Punkt ist der organisatorische Wandel. Der Aufbau gemeinsamer Datenstrukturen, klarer Zuständigkeiten und einer vertrauensvollen Zusammenarbeit zwischen Behörden ist häufig anspruchsvoller als die technische Umsetzung selbst. Für eine langfristige Nutzung sind zudem gemeinsame Standards und offene Formate entscheidend, damit Lösungen auf andere Städte übertragbar bleiben. Kommerzielle, proprietäre Lösungen haben sich aus diesem Grund nur eingeschränkt bewährt.
Digitale Zwillinge als dauerhafte Aufgabe für Kommunen
Digitale Zwillinge sind kein kurzfristiges Projekt, sondern das sprichwörtliche dicke Brett, das es zu bohren gilt. Sie müssen kontinuierlich gepflegt, aktualisiert und weiterentwickelt werden. Ihr voller Nutzen entfaltet sich erst dann, wenn sie fest in Planungs- und Entscheidungsprozesse integriert sind.
Richtig umgesetzt können digitale Zwillinge dazu beitragen, Risiken frühzeitig zu erkennen, Entscheidungen transparenter zu machen und Städte besser auf zukünftige Krisen vorzubereiten.
