Smart Cities

Eine Bestandsaufnahme von Smart City-Konzepten in der Praxis

von

Tobias Hadzik

Smart Cities - Eine Bestandsaufnahme von Smart City-Konzepten in der Praxis, Masterthesis im weiterbildenden Verbundstudiengang MBA Betriebswirtschaft für New Public Management, Fachhochschule Dortmund, Fachbereich Wirtschaft, Wintersemester 2015/2016.

© 2016 Tobias Hadzik
Verleger: Tobias Hadzik
Zollstockgürtel 35
50969 Köln
E-Mail: Tobias@Hadzik.eu

ISBN Taschenbuch: Erscheint demnächst
ISBN Hardcover: Erscheint demnächst
ISBN eBook: 978-3-7418-4223-8

Vertrieb/Druck: epubli, ein Service der neopubli GmbH, Berlin

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Für Julia

Abstract

Die Smart City ist das ganzheitliche Konzept, mit dem Städte zukunftsfähig, lebenswerter, nachhaltiger, partizipativer, wettbewerbsfähiger, in ihren politischen Entscheidungen und Prozessen transparenter und im Regieren leistungsfähiger gemacht werden sollen. Mit Smart City soll den Herausforderungen urbaner Zentren begegnet werden. Das Konzept durchdringt als ein integrierter Ansatz alle Lebensbereiche der Stadt. Vernetzung durch Informations- und Kommunikationstechnologie ist ein wesentlicher Bestandteil der Smart City.

Auf der Grundlage einer breiten Recherche gibt diese Arbeit einen Überblick über das Themenfeld. Für Praktiker soll sie einen Ausgangspunkt für die Konzeption eines eigenen Smart City-Vorhabens schaffen und den Zugang zum tiefergehenden Studium der Thematik bieten. Der Arbeit wird eine abgewägte Smart City-Definition zu Grunde gelegt, die um die Beschreibung der Smart City-Handlungsfelder und exemplarischen Services ergänzt wird. Die Bestandsaufnahme umfasst die Darstellung von für die Praxis relevanten theoretischen Überlegungen und Modellen sowie der Aktivitäten internationaler Konzerne, der Europäischen Union, der Bundesrepublik Deutschland und ausgewählter deutscher Städte.

Es wurde festgestellt, dass die theoretischen Ansätze und Modelle für das städtische Management ein Instrumentarium liefern können, um den Weg hin zur Smart City methodisch und zielgerichtet zu beschreiten. Weltweit werden bereits viele Smart City-Vorhaben umgesetzt und es werden in den kommenden Jahren weitere Smart Cities entstehen. Die europäischen Städte weisen aktuell in einem objektivierten Bewertungsmaßstab höchstens einen mittleren Level der Smart City-Transformation aus. Deutsche Städte gehören nicht zu den am weitesten entwickelten Smart Cities, dennoch haben sie bereits Smartness zu bieten. Unternehmen sind als Treiber der Entwicklung zu sehen, haben aber eigene Interessen und häufig einen technologischen Fokus. EU und Bund fördern die Entwicklung smarter urbaner Zentren auf vielfältige Weise, um die Zukunftsfähigkeit der Städte im globalen Wettbewerb zu lancieren. Aufgrund der Diversität der Städte kann es kein allgemeingültiges Konzept der Smart City geben. Daher können ganzheitliche Konzeption und Steuerung, bei denen ein bürgerzentriertes, widerstandsfähiges und lernendes Gesamtsystem Stadt im Vordergrund steht, allein auf der urbanen Ebene erreicht werden. Der Erfolg von Smart City-Vorhaben liegt hier in einer ganzheitlichen, partizipationsorientierten und strategischen Herangehensweise.

Inhaltsverzeichnis

Abstract

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Allgemeiner Hinweis

1   Smart Cities: Ein Lösungsansatz für die Herausforderungen der Gegenwart und der Zukunft

1.1   Gegenstand der Arbeit

1.2   Zielsetzung und Vorgehensweise

2   Smart City - die intelligente Stadt

2.1   Die Stadt und die Herausforderungen für die Zukunft

2.1.1   Das Wesen der Stadt

2.1.2   Problemlagen und Herausforderungen urbaner Zentren

2.2   Smart City als ein umfassender Lösungsansatz

2.3   Klärung der Begrifflichkeit und Definition der Smart City

2.4   Handlungsfelder der Smart City

2.5   Exemplarische Darstellung von Elementen der Smart City

2.5.1   Vernetzung in der Smart City

2.5.2   Smart Grid

2.5.3   Smart Buildings

2.5.4   Smart Mobility und Logistics

2.5.5   Weitere Beispiele und Elemente

3   Smart City in der wissenschaftlichen Forschung

3.1   Wissenschaftliche Forschung zu Smart Cities

3.2   Die Architektur einer Smart City

3.3   Smart City-Rankings und Reifebestimmung

3.3.1   Rankings

3.3.2   Bewertung der Reife einer Smart City

3.4   Die Transformation einer Smart City

3.4.1   Smart City-Handlungsempfehlungen

3.4.2   Smart City-Transformationsmodell

3.5   Zwischenfazit zum Stand der Wissenschaft im Themenkomplex Smart City

4   Smart City in der Praxis

4.1   Ein Einblick in den globalen Trend

4.2   Skizzierung ausgewählter Smart City-Konzepte internationaler Konzerne

4.2.1   IBM

4.2.2   Microsoft

4.2.3   Deutsche Telekom AG - T-City Friedrichshafen

4.2.4   Cisco

4.2.5   Siemens

4.2.6   Bewertung der Konzepte der Konzerne

4.3   Smart City-Aktivitäten auf europäischer Ebene und in Deutschland

4.3.1   Smart City-Aktivitäten auf europäischer Ebene

4.3.2   Smart City-Aktivitäten auf nationaler Ebene in Deutschland

4.3.3   Bewertung der Aktivitäten auf europäischer Ebene und in Deutschland

4.4   Smart City-Aktivitäten ausgewählter Städte

4.4.1   Bayerische Landeshauptstadt München

4.4.2   Deutsche Bundeshauptstadt Berlin

4.4.3   Bewertung der Aktivitäten der betrachteten deutschen Großstädte

4.5   Gesamtwertung der Bestandsaufnahme

5   Fazit und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Characteristics and factors of a Smart City.

Abbildung 2: Perspektivische Adaption der Handlungsfelder einer Smart City.

Abbildung 3: Bereiche von SMART Life mit Anwendungsbeispielen.

Abbildung 4: Smart Grid im Überblick.

Abbildung 5: SmartHome Geräte: Kommunikation zwischen den Geräten.

Abbildung 6: Die holistische Architektur des Smart City-Ökosystems.

Abbildung 7: Die perspektivisch erweiterte, holistische Architektur des Smart City.

Abbildung 8: Technische Universität Wien: Beispiel Benchmarking Smart Cities.

Abbildung 9: Smart City Wheel Framework.

Abbildung 10: CIMI: Darstellung der relativen Performance – Beispiele London und New York.

Abbildung 11: The Smart City Staircase Roadmap towards Maturity.

Abbildung 12: Die schematischen Bausteinkomponenten des Smart City-Reifegradmodells.

Abbildung 13: SCID Conceptual Model for Smart City Initiatives.

Abbildung 14: The SCID Framework.

Abbildung 15: Das CAF-Modell.

Abbildung 16: Das schematische Smart City-Transformationsmodell.

Abbildung 17: Action Clusters – EIP.

Abbildung 18: Fünf Säulen der neuen Hightech-Strategie der Bundesregierung.

Abbildung 19: Bayerische Landeshauptstadt München: Verknüpfung der Leitlinien mit Smart City.

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: IDC Government Insights' Smart City Maturity Model Overview.

Tabelle 2: Beispiel: Level of Maturity – Characteristc Funding.

Tabelle 3: Das schematische Smart City-Reifegradmodell.

Tabelle 4: Beispiel: Reifegradmodell nach Jaekel – Bausteinkomponente Stakeholder Management.

Allgemeiner Hinweis

Aus Gründen der Praktikabilität und besseren Lesbarkeit wird darauf verzichtet, jeweils weibliche und männliche Personenbezeichnungen zu verwenden. So können z.B. Mitarbeiter, Arbeitnehmer, Vorgesetzter grundsätzlich sowohl weibliche als auch männliche Personen sein.

1   Smart Cities: Ein Lösungsansatz für die Herausforderungen der Gegenwart und der Zukunft

1.1   Gegenstand der Arbeit

Eine der zentralen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts ist die Urbanisierung.¹ Während im Jahr 1950 lediglich 30 % der Weltbevölkerung in den Städten lebten, sind es im Jahr 2014 bereits 54 %. Im Jahr 2050 werden prognostiziert 66 % der Weltbevölkerung in urbanem Raum leben.² Mit der fortschreitenden Urbanisierung gehen vielfältige Problemlagen einher, denen begegnet werden muss. Es kommt zu einem Mangel an Wohnraum, die Infrastruktur wird überlastet, die Wasser- und Energieversorgung sind gefährdet. Ohne eine Gegensteuerung wird die Umweltverschmutzung zunehmen, das Ökosystem, und damit die Lebensgrundlage der Stadtgesellschaft, ist bedroht. Ebenfalls muss mit logistischen Engpässen gerechnet werden. Die Urbanisierung bedingt eine Nachfrage nach Wohn- und Lebensraum durch alle demographischen Gruppierungen. So muss eine Gesellschaft auf demographische Veränderungen reagieren.³ Staatliches Handeln muss die Daseinsvorsorge ggf. anpassen.

Die Bekämpfung des Klimawandels in Form eines weltweiten Temperaturanstiegs wird ebenfalls als zentrale gesellschaftliche Herausforderung betitelt. Ein Temperaturanstieg um 4°C bis zum Jahr 2100 gegenüber dem vorindustriellen Niveau, auf den die Menschheit aktuell zusteuert, wäre mit sehr hohen Risiken verbunden, die insbesondere die Lebensbereiche Stadt, menschliche Gesundheit, Verkehr und Landwirtschaft betreffen. Dies zeigen bereits heute die Auswirkungen des Klimawandels auf Mensch und Ökosystem. Aktuelle Prognosen zeigen, dass eine Erderwärmung von ca. 2°C nicht zu verhindern ist. Um die weitere Erderwärmung zu begrenzen, sind dringend wirksame Anpassungsstrategien zu entwickeln und Aktionspläne umzusetzen.⁴

In städtischen Regionen wurden im Jahr 2011 rund 75 % der erzeugten Energie verbraucht und etwa 80 % aller Treibhausgase emittiert.⁵ Die CO₂-Emission durch den Energieverbrauch gerade von Gebäuden und durch Verkehr überwiegen. Eine Verknappung von Wasser als Lebensmittel, seine Verteilung, seine Qualität und eine mögliche Nutzungssicherung bergen globales Konfliktpotential.⁶

Die Urbanisierung birgt hier Chancen: Ballungsräume bieten gute Rahmenbedingungen für Wachstum und Produktivität und können somit zur Verbesserung der Lebensbedingungen beitragen. Es bestehen geringe Kosten für logistische und Individualmobilität aufgrund allgemein hoher Konzentration auf relativ geringem (Lebens-) Raum.⁷ Die Umsetzung von Strategien und Programmen in einem urbanen Raum kann somit eine relativ große Wirkung erzielen. Als eine Antwort auf die oben genannten Problemstellungen und Herausforderungen für die Zukunft einer modernen Stadtgesellschaft werden unterschiedlich ausgestaltete Ansätze und Konzepte von intelligenten Städten propagiert. Sie werden u. a. als Smart Cities bezeichnet. Smart City ist eine vielfältig verwendete Begrifflichkeit, die hauptsächlich gesamtheitliche Entwicklungskonzepte für die Begegnung von Herausforderungen in einer urbanen Stadtgesellschaft, insbesondere durch den Einsatz von smarten Technologien, bezeichnet.⁸ Weltweit werden Konzepte für neue intelligente Städte entwickelt und umgesetzt. Sogenannte Green Fields („Städte vom Reißbrett“), die hauptsächlich in Entwicklungs- und Schwellenländern entstehen, sind beispielsweise neue High-Tech-Öko-Städte, wie Dongtan (China) oder New Songdo (Südkorea).⁹ Aber nicht nur neue Städte sind auf die Implementierung neuer Technologien bedacht. Metropolen, wie Amsterdam, Kopenhagen oder Barcelona, verfolgen entsprechende Zukunftsvisionen und setzen diese sukzessive um.¹⁰ Die Anzahl smarter Städte auf der ganzen Welt wird in den nächsten zehn Jahren stetig ansteigen.¹¹

1.2   Zielsetzung und Vorgehensweise

Diese Arbeit soll eine Ausgangsbasis bilden, um einen Überblick über das Themenfeld zu erlangen. Aufgrund der hohen Aktualität des Themas und seiner ständigen Fortentwicklung müssen theoretische Überlegungen und wissenschaftliche Begleitung von Praxisvorhaben ein wesentlicher Bestandteil bei der Entwicklung und Umsetzung von Smart City-Vorhaben sein. Wissenschaftliche Ansätze sind eng mit der Praxis verbunden und erhalten daher für die Bestandsaufnahme eine hohe Bedeutung. Für Praktiker soll ein Ausgangspunkt für die Konzeption eines eigenen Smart City-Vorhabens geschaffen und der Zugang zu einem tiefergehenden Studium der Thematik geboten werden.

Nach einer Darstellung der zukünftigen Herausforderungen, deren Bedeutung und Auswirkungen auf das gesellschaftliche Leben und insbesondere die Urbanisierung wird das Thema Smart City im Kapitel 2 anhand einschlägiger Begrifflichkeiten vorgestellt. Sie bilden die Ausgangslage für die inhaltliche Entwicklung des Themas der Arbeit. Im wissenschaftlichen Diskurs existieren unterschiedliche Ansätze, um Modelle für Smart Cities zu schaffen, die für Entscheidungsträger in Regierung, Wirtschaft und Gesellschaft eine Hilfestellung auf dem Weg hin zu einer Smart City geben. Darüber hinaus wird angestrebt, das neue wissenschaftliche Feld um die Thematik intelligenter Städte weiter zu erschließen, neue Elemente zu erforschen und bisherige fortzuentwickeln. Im Kapitel 3 werden die Thematik und damit verbundene Begrifflichkeiten genauer beleuchtet. Praxisrelevante Konzepte und Modelle werden vorgestellt. Ausgehend von einem holistischen Smart City-Gedanken werden die Modelle mit ihrer Zielsetzung, ihren Inhalten und der Relevanz für die Praxis beschrieben. Kapitel 4 gibt einen Einblick in Smart City-Aktivitäten und -Konzepte in der Praxis. Es wird zunächst der globale Trend skizziert. Die Bestrebungen engagierter, transatlantischer Konzerne, europäischer und deutscher Initiativen werden umrissen. Ein Fazit fasst die wesentlichen Ergebnisse der Arbeit zusammen und schließt mit einem Ausblick auf die notwendige Entwicklung der Smartness urbaner Zentren und Regionen.

Die Informationsgrundlage für diese Arbeit liefert eine breite Literaturrecherche zur Thematik Smart City. In die Recherche sind neben wissenschaftlicher Literatur ebenfalls Zeitschriftenaufsätze, Berichte und Internetquellen eingegangen. Aufgrund der hohen Aktualität und Dynamik des Themas wird neben Literatur aus Wissenschaft und Praxis ebenfalls auf Presseinhalte zurückgegriffen.

2   Smart City - die intelligente Stadt

2.1   Die Stadt und die Herausforderungen für die Zukunft

2.1.1   Das Wesen der Stadt

Der Begriff Stadt beschreibt eine verdichtete Siedlung mit spezifischen Funktionen in der räumlichen Arbeitsteilung und politischen Herrschaft, abhängig von der gesellschaftlichen Organisation und Produktionsform.¹² Ihren Bewohnern bietet die Stadt ein vielfältiges Angebot, wie beispielsweise den Zugang zu Arbeit und eventuell Wohlstand, Marktzugang, Zugang zu Wasser, Nahrung, Wohnung, medizinischer Versorgung, Elektrizität, Wärme, sanitären Anlagen, Entsorgungseinrichtungen. Über diese Art Grundversorgung hinaus ermöglicht sie den Zugang zu Informationen, Wissen, technischem Fortschritt, eventuell Bildung und anderen sozialen, kulturellen oder religiösen Angeboten. Sie ist ein Ort, der das Zusammentreffen von Gruppierungen, Gleichgesinnten und Gemeinschaften fördert, aber auch ein Ort von Anonymität, Rechten und Pflichten, Sicherheit, Stabilität und Planbarkeit. In einer Stadt können physische und möglicherweise soziale Mobilität (z. B. über Produkte, ein Kino, Kunden-/Lieferantenbeziehungen, Touristen, durch einen Bahnhof oder Flughafen) eröffnet werden.¹³ Als Stadtsysteme gelten z.B. Sicherheit/Schutz, Konsum/Lebensmittel, Information/Kommunikation und Beleuchtung/öffentlicher Raum.¹⁴

Der Erfolg einer Stadt ist von der Zufriedenheit der Bürger, ihrer Identität, ihrer Zukunftsfähigkeit, einer nachhaltigen Ökologie, einer positiven Ökonomie, ihrer Wettbewerbsfähigkeit und ihrer Sicherheit abhängig.¹⁵ Städte haben emotionalen Charakter und Identität. Sie sind die Summe von Wohlgefühl, Behaglichkeit, Kreativität, Individualität, sozialen Verbindungen und regionalkultureller Zugehörigkeit. Somit prägt der Mensch – mit seinen Eigenschaften, Bedürfnissen und seiner Schöpfungskraft – die Stadt.¹⁶

Städte sind eine Kombination aus historisch gewachsenen, kulturellen, politischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Wandlungsprozessen. Sie sind Motoren wirtschaftlichen Wachstums und Brutstädten der Kultur. Sie sind Plattformen für Ideen, Orte geistiger Spannung und technischer sowie sozialer Innovation. Durch die Verdichtung menschlichen Lebens werden Wege für die Versorgung mit Gütern oder Dienstleistungen verkürzt, wodurch die Energieeffizienz pro Einwohner steigt.¹⁷ Die Stadt ist die ökologischste und effektivste Form der Siedlungsentwicklung: Städte beherbergen 50 % der Weltbevölkerung und nehmen lediglich 3 % der Erdoberfläche ein.¹⁸

Die Dichte im urbanen Raum intensiviert die Interaktion der Menschen, fördert die Diversität und hält Verbindung zu anderen Städten. Es findet ein Austausch von Ideen aus den Bereichen Kunst, Kultur, Architektur, Wirtschaft, Forschung, Technologie und gesellschaftliches Leben statt. Menschen interagieren im privaten und öffentlichen Raum, aber gerade im öffentlichen Raum manifestiert sich die Stadt.¹⁹

Wegen der vielfältigen Interaktion zwischen Menschen und Institutionen, zwischen Lebensbereichen sowie Stadtsystemen und weiteren Elementen einer Stadt sind ihre Strukturen einem Wandel unterworfen. Die Stadt kann damit als ein wandelnder Organismus verstanden werden, in dem mehrere Systeme und Technologien zusammenwirken. In Städten unterstützt Technologie insbesondere in den Bereichen Energieversorgung und -speicherung, Versorgung mit Ressourcen, Entsorgung, Informationsbeschaffung und -austausch, Sicherheit, Gesundheit, Verwaltung und Bebauung den reibungslosen Ablauf der städtischen Prozesse.²⁰

2.1.2   Problemlagen und Herausforderungen urbaner Zentren

Im Jahr 2014 lebten 54 % der Weltbevölkerung in Städten. Bis zum Jahr 2050 soll dieser Anteil auf 66 % ansteigen.²¹ Von rd. 7,2 Mrd. Menschen in 2014²² (in 2015 waren es rd. 7,3 Mrd. Menschen) wird die Weltbevölkerung auf rd. 9,7 Mrd. Menschen in 2050 anwachsen.²³ Die Städte unserer Welt werden zu diesem Zeitpunkt rd. 6,4 Mrd. Menschen beherbergen. Bislang leben in urbanen Zentren rd. 3,9 Mrd. Menschen. Die zunehmende Urbanisierung stellt die Städte, aber auch Gesellschaften als Ganzes, vor große Herausforderungen. Die städtischen Systeme einschließlich der Daseinsvorsorge werden in hohem Maße belastet und ggf. überlastet. Wohnraummangel, eine Gefährdung der Wasser- und Energieversorgung, logistische Engpässe, eine steigende Umweltverschmutzung und weitere negative Effekte können die Folge sein. Städte müssen aber auch auf weitere gesellschaftliche Entwicklungen, wie den demographischen Wandel, reagieren.²⁴

In der EU und in China hat die zunehmende Verstädterung u. a. zu Energie- und Wasserknappheit, Verkehrsstaus, Problemen mit der Müllentsorgung sowie Gefahren durch die Beanspruchung und Alterung der Infrastruktur geführt.²⁵

In der dritten Welt vollzieht sich das Wachstum der Städte unkontrolliert. Verstärkt sind Menschen in diesen Städten konfrontiert mit Ausbeutung, Krankheit, Gewaltverbrechen, Arbeitslosigkeit, Unterbeschäftigung und extremer Armut. Gerade für diese Städte ist es eine Herausforderung, das weitere Wachstum von Elendsvierteln zu verhindern, sauberes Wasser bereitzustellen, Abwässer und Abfälle hygienisch zu entsorgen und die Luftqualität zu verbessern.²⁶ Der Umgang mit Slums führt aber weltweit vor Augen, dass Staat und Stadtregierung in diesen Vierteln nur fiktiv und sehr punktuell die Kontrolle haben. Es sind eher sogenannte Slum Lords oder das organisierte Verbrechen. Die Lebenswirklichkeit des Großteils der Bevölkerung ist durch Selbstorganisation, Schutzlosigkeit, Gewalt, Willkür und Perspektivlosigkeit geprägt.²⁷

Um die negativen Folgen der Urbanisierung zu reduzieren, benötigen Städte effizientere Infrastruktursysteme.²⁸ Besonders in Afrika und Asien sind die Infrastruktur, die öffentlichen Dienstleistungen und die Absatzmärkte aufgrund des rapiden Bevölkerungswachstums häufig überfordert.²⁹

In städtischen Regionen wurden im Jahr 2011 rund 75 % der erzeugten Energie verbraucht und etwa 80 % aller Treibhausgase emittiert.³⁰ Europäische Städte mit mehr als 5.000 Einwohnern beherbergen circa 350 Mio. Menschen, also rd. drei Viertel der Europäer. Auf diese Siedlungen entfallen rd. 70 % des Energieverbrauches der EU.³¹ Die Energie wird gerade durch den Betrieb von Gebäuden und im Verkehr verbraucht. Auf diese städtischen Systeme lässt sich ein hoher Anteil der CO₂-Emmissionen zurückführen.³²

Die Freisetzung von Treibhausgasen, insbesondere Kohlendioxid (CO₂), ist die Hauptursache für den Klimawandel. Der Weltklimarat, Intergovernmental Panel of Climate Change (IPCC), hat die weitere Erderwärmung in seinem fünften Sachstandsbericht nach unterschiedlichen Szenarien prognostiziert. Er geht lediglich für ein Szenario mit sehr ambitionierter Klimapolitik von einer Erwärmung um weniger als 2°C aus. Für das schlechteste Szenario mit fast ungebremsten Emissionen kann der Wert gegen Ende des Jahrhunderts 5,4°C übersteigen.³³

In Deutschland haben auch andere Faktoren Einfluss auf die Anforderungen an urbanes Leben bzw. die hierfür erforderlichen Entwicklungen. Nach der Reaktorkatastrophe in Fukushima im Jahr 2011 hat die Bundesregierung beschlossen, den Atomausstieg bis zum Jahr 2022 zu vollziehen. Für die stärkere Nutzung von erneuerbaren Energien sollen vor allem die Stromnetze ausgebaut werden.³⁴ Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG 2014) schreibt vor, insbesondere im Interesse des Klima- und Umweltschutzes eine nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung zu ermöglichen. Dazu soll der Anteil des aus erneuerbaren Energien erzeugten Stroms am Bruttostromverbrauch in Deutschland auf 18 % im Jahr 2020, 40 % bis 45 % bis zum Jahr 2025, 55 % bis 60 % bis zum Jahr 2035 und 80 % im Jahr 2050 erhöht werden.³⁵

Vor dem Hintergrund der wirtschaftlichen, sozialen und technologischen Veränderungen sowie der Globalisierung stehen Städte vor der Herausforderung, gleichzeitig ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten und nachhaltige Stadtentwicklung zu betreiben. Dies wird einen massiven Einfluss auf alle Fragen zur urbanen Qualität, wie Wohnen, Wirtschaft, Kultur, Sozial‐ und Umweltbedingungen, haben.³⁶ Konkrete Fragen sind beispielsweise, wie das urbane Verkehrs- und Transportwesen effizient gestaltet, die Energieversorgung organisiert oder der Zugang zu Bildung sichergestellt werden können. Dies sind nur einige Problematiken, mit denen sich eine Stadt auseinandersetzen muss.³⁷

2.2   Smart City als ein umfassender Lösungsansatz

Die natürlichen Lebensgrundlagen zu erhalten, erfährt gesamtgesellschaftlich ein gesteigertes Interesse. Den Menschen wird bewusst, dass mit Blick auf die Endlichkeit der natürlichen Ressourcen eine Änderung des Umgangs mit der Umwelt vollzogen werden muss.³⁸

Aus der Erkenntnis, dass den Herausforderungen einer Stadt mit einem umfassenden Ansatz begegnet werden muss, entstand die Idee der intelligenten Stadt. Die Idee äußert sich in vielen unterschiedlich ausgestalteten Ansätzen und Konzepten. Im Kern sollen durch ein hohes Maß an Technologieeinsatz die Lebensbedingungen der Bewohner verbessert und die Umwelt geschützt werden.³⁹ Städte sollen smart werden. Die Entwicklung der Stadt in Bezug auf Gesellschaft, Wachstum, Funktionen, Service, Verschmelzung von Technologiefeldern etc. soll nachhaltig, intelligent, lösungsorientiert und effizienzsteigernd sein.⁴⁰ Mit einem gleichen oder geringeren Ressourceneinsatz soll die smarte Stadt einen deutlich höheren und stabilen Standard an Lebensqualität erzielen. Dazu soll das Stadtmanagement durch eine innovative und technisch unterstützte Vernetzung nutzenstiftende Synergien schaffen. Moderne Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) soll die Stadtsysteme und ihre Informationsquellen miteinander verknüpfen. So soll die Stadt für Bürger und Investoren attraktiv, zukunftsfähig, resilient und gemeinwohlorientiert gestaltet werden und ihre Lebensqualität steigern.⁴¹

Nach dieser Idee steht den Bewohnern alles zur Verfügung, was sie zum Leben brauchen: Sauberes Wasser, gesunde Nahrung, umweltfreundliche Energie, effiziente Verkehrskonzepte und gute Luft. Zu ihrer Realisierung entwickeln Forscher in interdisziplinären Teams Konzepte und erproben innovative Technologien.⁴²

Städte, die derartige Initiativen umsetzen, werden u. a. als Smart Cities bezeichnet. Smart City ist eine vielfältig verwendete Begrifflichkeit, die hauptsächlich gesamtheitliche Entwicklungskonzepte für die Begegnung von zukünftigen Herausforderungen in einer urbanen Stadtgesellschaft, insbesondere durch den Einsatz von smarten Technologien, betitelt.⁴³ Die Smart City kann beschrieben werden als eine Stadt, in der durch den Einsatz von IKT intelligente Lösungen für unterschiedliche städtische Bereiche (z.B. Infrastruktur, Gebäude, Mobilität, Energie, Dienstleistungen oder Sicherheit) eingesetzt werden. Dabei steht die sinnvolle Vernetzung innerhalb dieser Bereiche und zwischen ihnen im Fokus, um zu einer Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz, der Wettbewerbsfähigkeit sowie der Lebensqualität zu führen.⁴⁴ Als übergeordnete Wirkungsziele der Smart City können grob zusammengefasst werden:

Die Lebensqualität und Möglichkeiten der gesellschaftlichen Teilhabe der Bürger soll verbessert werden.

Die Nutzung von endlichen Ressourcen soll verringert und die Nutzung erneuerbarer Ressourcen soll etabliert werden.

Die Daseinsvorsorge soll langfristig gesichert und optimiert werden.

Die Überlebens-, Anpassungs- und Widerstandsfähigkeit (Resilienz) des Siedlungsraums sollen gestärkt werden.

Eine transparente Entscheidungskultur und Wissensgesellschaft sollen geschaffen werden.

Die Wettbewerbsfähigkeit des Wirtschaftsstandortes soll dauerhaft erhalten und gestärkt werden.

Insgesamt werden mit der zu erzielenden Wirkung die Zukunftsfähigkeit des Siedlungsraums verbessert und die negativen Folgen der Urbanisierung gemindert oder vermieden.⁴⁵

Damit umfasst die Smart City nahezu alle Lebensbereiche, wie z.B. Daseinsvorsorge, stoffliche Ver- und Entsorgung (Wasser, Abfall), Mobilität und Verkehr, Information und Kommunikation, Produktion und Logistik, Soziale Infrastruktur (Bildung, Gesundheit, Kultur), Politik und Verwaltung, Energie, natürliche Umwelt, Gebäude und bauliche Infrastrukturen, Sicherheit und Schutz, Handel und Dienstleistungen, Stadtentwicklungs- und Stadtplanung.⁴⁶ Die dazugehörigen Aufgaben einer Stadt werden ohne den Einsatz technischer Innovationen, insbesondere in großen und in schnell wachsenden Städten, nicht zu bewältigen sein. Technische Lösungen, nicht als Selbstzweck, sondern als befähigendes Element, werden in Städten für die Funktionsfähigkeit der Stadtsysteme benötigt.⁴⁷

Die voranschreitende Entwicklung der Technologien, insbesondere in der IKT, und ihre Verbreitung ermöglichen erst eine Smart City nach einem integrierten Ansatz. Im Jahr 2015 verfügten 43 % der Weltbevölkerung über einen regulären Internetzugang.⁴⁸ Nach Angaben der Cisco Internet Business Solutions Group (IBSG) wird die Anzahl von insgesamt 25 Mrd. mit dem Internet verbunden Geräten im Jahr 2015 auf rd. 50 Mrd. im Jahr 2020 steigen.⁴⁹ Die Möglichkeiten für Menschen, sich über das Internet zu informieren, mit anderen auszutauschen, Geschäfte abzuwickeln etc., bilden eine Grundlage für smarte Entwicklungen. Über das Internet interagieren aber nicht nur Menschen. Mit dem Internet verbundene Geräte verfügen teilweise über Sensoren und Aktoren. Über Sensoren sammeln sie Informationen über ihre Umwelt (z.B. die Temperatur oder den CO₂-Gehalt in der Luft) und über Aktoren beeinflussen sie diese (z.B. Regulation der Heizung). Vernetzte technische Komponenten und Geräte tauschen selbständig Daten aus und setzen Steuerungsfunktionen um.⁵⁰ Man spricht vom sogenannten Internet der Dinge. Einsatz finden diese Technologien im öffentlichen und im privaten Bereich beispielsweise in Smartphones, PCs, Telekommunikationsgeräten, mit Sensorik und Rechenkapazitäten ausgerüsteten Haushaltsgeräten und Privatfahrzeugen.⁵¹ Smart Home-Lösungen etablieren sich. Im Zusammengang mit Smart Home und Smart Building ist eine intelligente Stadt als Erweiterung des intelligenten Raumes auf die gesamte Stadt zu sehen.⁵² Es besteht eine relativ preisgünstige Verfügbarkeit für immer leistungsfähigere und zunehmend kleinere Sensoren, Prozessoren und Aktoren. Übertragungsgeschwindigkeiten von netzgebundenen und drahtlosen Kommunikationskanälen, die Speicherung von großen Datenmengen und Rechenkapazitäten werden rapide ausgebaut. Diese Entwicklung ermöglicht heute und noch mehr in der Zukunft eine weitestgehend automatisierte Steuerung einzelner Prozesse und Verfahrensabläufe.⁵³ Dies führt zu einer Digitalisierung zahlreicher Lebensbereiche mit einer zunehmenden Humanisierung der Technologie, das heißt, sie ist ohne Expertenwissen bedienbar, sie agiert weitgehend im Hintergrund und ist in den Alltag integriert.⁵⁴ In diesem Zusammenhang kann auch die Entwicklung künstlicher Intelligenz im Internet der Dinge und Services als bedeutsam betrachtet werden.⁵⁵ Durch die Digitalisierung besteht für Städte großes Potential ihre Leistungsfähigkeit in den einzelnen Stadtsystemen und als Ganzes zu steigern. Beispiele aus aller Welt zeigen die Entwicklung und Erprobung von innovativen Lösungen, etwa in den Bereichen Mobilität, Energie oder Gesundheit. Gemeinsam haben sie alle, dass sie auf zahlreiche, zum Teil ausgewählte Lebensbereiche ganzer Städte abzielen und Synergien schaffen wollen.⁵⁶

Die Zukunft liegt in der Nutzung von Synergieeffekten, der Koordination und einem Management der zunehmenden Vernetzung, damit wertvolle Ressourcen nachhaltig genutzt werden.⁵⁷ In einer immer stärker vernetzten Stadt entsteht ein paralleler, virtueller Raum, in dem städtische Funktionen ablaufen. Die neue Urbanität durch das Internet, Social Media, Smartphones und Tablets sowie PCs stellt eine Kombination aus physischer Realität und virtueller Realität dar.⁵⁸ Die Stadt wird damit ein HybridKonzept, das aus einer Realität mit ihren natürlichen Personen und realen Einwohnern und einer parallelen virtuellen Stadt mit Pendants von realen Unternehmen und Personen besteht.⁵⁹

Für viele nationale Regierungen hat das Thema Smart City eine hohe Priorität. Ihm wird insbesondere mit Blick auf den zunehmenden globalen Wettbewerb um gut ausgebildete und leistungsfähige Arbeitskräfte, Unternehmen und Investitionen eine hohe wirtschaftliche Bedeutung zugesprochen.⁶⁰ Für Deutschland besteht beispielsweise die Empfehlung, sich als Leitmarkt und Leitanbieter für smarte Technologien und Know-How zu positionieren. Die Schwerpunkte bei diesen Empfehlungen liegen auf den Bereichen Demographie, Mobilität, Energie, Umwelt, Sicherheit, Kommunikation, Gesundheit, Verwaltung und Bildung.⁶¹

Als Treiber der Smart City-Entwicklung wird neben den dringenden Handlungsbedarfen hinsichtlich eines nachhaltigen Umgangs mit natürlichen Ressourcen, infrastruktureller, sozialer und wirtschaftlicher Herausforderungen die Digitalisierung angesehen. Sie bietet Möglichkeiten, erweckt aber auch eine Erwartungshaltung in der Stadtgesellschaft.⁶²

2.3   Klärung der Begrifflichkeit und Definition der Smart City

Die Idee einer intelligenteren, vernetzteren Stadt findet in unterschiedlichen Ansätzen und Konzepten Ausdruck. Ihre Bezeichnungen führen oftmals Begriffe wie knowledge, digital, Cyber, Eco-City, Green City oder Ubiquitous City (U-City). Die Bezeichnungen lassen häufig den Schluss auf die Schwerpunktsetzung des jeweiligen Konzeptes zu. Bei der U-City beispielsweise haben Sensorik, Vernetzung und die Allgegenwärtigkeit der Technologien eine herausgehobene Bedeutung.⁶³

Das Konzept Smart City wird überwiegend als ein ganzheitlicher Ansatz verstanden, der Synergieeffekte zwischen unterschiedlichen Bereichen nutzt und damit zu einer Steigerung von Effizienz beitragen soll.⁶⁴ Eine Sicht auf die Smart City als ein technologisches Konzept, wie es bei oben genannten Bezeichnungen vorkommen kann, wird ihr nicht gerecht.⁶⁵

Für den Begriff Smart City fehlt es bisher an einer eindeutigen und allgemein anerkannten Definition.⁶⁶ Auch die Abgrenzung zu verwandten Begriffen, wie Intelligent City, Information City und anderen, ist meist unscharf.⁶⁷ Die Definition der Smart City wurde in der Wissenschaft viel diskutiert. In der einschlägigen Literatur werden häufig die Definitionen nach Giffinger et al. und Caragliu et al. aus den Jahren 2007 und 2009 sowie nach den Stadtwerken Wien (Rohde und Loew) von 2011 wiedergegeben und bilden den Ausgangspunkt der näheren Betrachtung:

„A Smart City is a city well performing in a forward-looking way in these six characteristics, built on the ‘smart’ combination of endowments and activities of self-decisive, independent and aware citizens.“⁶⁸

„We believe a city to be smart when investments in human and social capital and traditional (transport) and modern (ICT) communication infrastructure fuel sustainable economic growth and a high quality of life, with a wise management of natural resources, through participatory governance.“⁶⁹

„Smart City bezeichnet eine Stadt, in der systematisch Informations- und Kommunikationstechnologien sowie ressourcenschonende Technologien eingesetzt werden, um den Weg hin zu einer postfossilen Gesellschaft zu beschreiten, den Verbrauch von Ressourcen zu verringern, die Lebensqualität der BürgerInnen und die Wettbewerbsfähigkeit der ansässigen Wirtschaft dauerhaft zu erhöhen, – mithin die Zukunftsfähigkeit der Stadt zu verbessern. Dabei werden mindestens die Bereiche Energie, Mobilität, Stadtplanung und Governance berücksichtigt. Elementares Kennzeichen von Smart City ist die Integration und Vernetzung dieser Bereiche, um die so erzielbaren ökologischen und sozialen Verbesserungspotenziale zu realisieren. Wesentlich sind dabei eine umfassende Integration sozialer Aspekte der Stadtgesellschaft sowie ein partizipativer Zugang.“⁷⁰

Giffinger et al. betonen mit ihrer Definition die Leistungsfähigkeit bzw. die Leistungen einer Stadt zur Nutzung, zum Ausbau und zur Pflege von Potentialen in den sechs Handlungsfeldern Smart Economy (Konkurrenzfähigkeit), Smart People (Sozial- und Humankapital), Smart Governance (Partizipation), Smart Mobility (Transport sowie IKT), Smart Environment (natürliche Ressourcen), Smart Living (Lebensqualität).⁷¹ Dabei heben sie den selbstbestimmten und aufgeklärten Bürger als wesentliche Grundlage hervor. Die Kernelemente bei Caragliu et al. sind die Nachhaltigkeit sowie der ganzheitliche Ansatz, der die benannten Handlungsfelder umfasst.⁷² Explizit genannt wird zudem der Beitrag zur Zielerreichung durch „participative governance“. In der Definition der Stadt Wien und der Wiener Stadtwerke spiegeln sich die Ansätze von Giffinger et al. einschließlich seiner Handlungsfelder, aber auch von Caragliu et al. wider.⁷³ Als elementar oder wesentlich werden die Aspekte Integration und Vernetzung zwischen den Bereichen, umfassende Integration sozialer Aspekte der Stadtgesellschaft und ein partizipativer Zugang herausgestellt.

Die Wichtigkeit sozialwissenschaftlicher Aspekte für die Innovation und Gestaltung im Rahmen der Entwicklung einer Stadt hin zu einer Smart City wird in der aktuellen Literatur zunehmend betont und führt nach Jaekel zu einer Empfehlung, die Definition der Wiener Stadtwerke zu ergänzen:

„[…] ‚Wesentlich sind dabei eine umfassende Integration sozialer Aspekte der Stadtgesellschaft‘ auch in Form sozialer Innovation ‚sowie ein partizipativer Zugang‘ in Form aktiver, konstruktiver Gestaltungsmöglichkeit mit und durch den Bürger, eingebettet in einem dynamischen Innovations- und Lernmilieu aller Akteure einer Smart City.“⁷⁴

Das Erfordernis wird dabei hergeleitet aus der notwendigen Nutzung des gesellschaftlichen Potentials. Damit spezifiziert Jaekel das Element des Bürgers, das schon Giffinger et al. als Basis für eine Smart City-Entwicklung angesprochen haben. Die Erkenntnis zu dieser Notwendigkeit wird aus dem Ergebnis der Studie zur T-City Friedrichshafen abgeleitet. Darin wird der Schluss gezogen, dass es an einem kreativen Innovationsmilieu mangelt, das in urbanen Qualitäten und einer damit verbundenen Vielfalt und Offenheit gegenüber dem Fremden in der Stadtgesellschaft verwurzelt ist.⁷⁵ Dieses kreative Milieu als Biotop unterschiedlichster Auffassungen, Disziplinen, Netzwerke und Dynamiken ist ein elementarer Bestandteil von Smart Cities.⁷⁶

Die damit vorliegende Definition der Stadtwerke Wien und der Stadt Wien, ergänzt durch Jaekel, fasst die benannten Handlungsfelder, den holistischen Aspekt der Smart City sowie die Betonung der Integration und Vernetzung, des Regierens, der Partizipation und besonderer sozialer Aspekte, insbesondere das Erfordernis eines kreativen Innovationsmilieus, zusammen. Sie bildet die Grundlage dieser Arbeit.

Smart Cities lassen sich kaum miteinander vergleichen. Es bestehen häufig schon wesentliche Unterschiede hinsichtlich des Ansatzes, der Zielsetzung, des Investitionsumfangs, der Kooperationsformen etc. Smart Cities können grob klassifiziert werden. Sogenannte Greenfield Smart City-Initiativen bezeichnen vollständig neu entworfene intelligente Städte. Bekannte Beispiele dafür sind New Songdo City (Südkorea) oder Masdar City (Vereinigte Arabische Emirate). Aber nicht nur neue Städte sind auf die Implementierung neuer Technologien bedacht. Bestehende Metropolen verfolgen entsprechende Zukunftsvisionen und setzen diese sukzessive um. Diese Smart Cities werden als Retrofitting Smart City-Initiativen bezeichnet. Als Städte, die diese Smart City-Transformation vollziehen, werden häufig Barcelona oder London genannt.⁷⁷ Für sie gelten die besonderen Anforderungen, bestehende Rahmenbedingungen (u. a. infrastrukturelle oder gesellschaftliche) in dem integrativen Entwicklungsprozess zu berücksichtigen.

2.4   Handlungsfelder der Smart City

Die Bestimmung von Schlüsselbereichen oder Handlungsfeldern ist meist der erste Schritt in der Entwicklung einer Smart City-Strategie.⁷⁸ Die von Giffinger et al. formulierten Handlungsfelder fasst die Abbildung 1 zusammen.

Abbildung 1: Characteristics and factors of a Smart City.⁷⁹

Unter Smart Economy werden gesteigerte Produktivität, IKT-gestützte und erweiterte Herstellung und Lieferung von Dienstleistungen, IKT-gestützte Innovationen sowie neue Produkte, neue Dienstleistungen und Geschäftsmodelle, wie eBusiness und eCommerce, verstanden. Es umfasst auch intelligente Cluster⁸⁰ und Ökosysteme (z.B. digital Business und Unternehmertum). Smart Economy beinhaltet zudem lokale und globale Vernetzung sowie internationale Waren-, Leistungs- und Wissensströme.⁸¹

Smart People leben in der intelligenten Stadt, teilen ihre Ziele und handeln in ihrem Sinne. Sie nutzen die Smart City-Services und erhalten Zugang zu Bildung. Sie sind das Humankapital der Smart City und stellen die Kapazität innerhalb einer integrativen Gesellschaft, die Kreativität hervorbringt und Innovation fördert. Charakteristisch für Smart People ist, dass sie – ob Personen oder Gemeinschaften – Daten eingeben, bearbeiten und personalisieren. Beispielsweise verwenden sie geeignete Werkzeuge zur Datenanalyse und Dashboards, die unterstützen, Entscheidungen zu treffen und Produkte und Dienstleistungen zu erzeugen.⁸²

Smart Governance, innerhalb der Smart City und überregional, meint alle behördlichen Leistungen und Interaktionen, welche die relevanten öffentlichen, privaten und zivilen Organisationen und jene der EU so miteinander verbinden, dass die Stadt wie ein effektiver und effizienter Organismus funktioniert. Um dies zu erreichen, nutzt Smart Governance IKT, die über intelligente Prozesse, Interoperabilität und entsprechende Daten verfügt. Internationale, nationale und regionale Netzwerke sind vor dem Hintergrund, dass eine Smart City als globale Schnittstelle fungiert, ebenfalls von wesentlicher Bedeutung. Auf städtischer Ebene arbeiten öffentliche, private und zivile Partnerschaften und Kollaborationen bei der Verfolgung von Smart City-Zielen zusammen. Sie sorgen für Transparenz und schaffen Open Data. Durch den Einsatz von IKT, eGovernment im Rahmen einer partizipativen Entscheidungsfindung und gemeinsam entwickelter eServices soll die Smart City realisiert werden. Smart Governance als übergreifender Faktor wirkt wesentlich auf die Smart City-Entwicklung ein und treibt diese voran.⁸³

Smart Mobility betrifft IKT-unterstützte und integrierte Transport- und Logistiksysteme. Nachhaltige, sichere und vernetzte Verkehrssysteme umfassen beispielsweise Straßenbahnen, Busse, Züge, U-Bahnen, Autos, Motorräder und Fußgänger in Situationen mit einem oder mehreren Verkehrsträgern. Smart Mobility bevorzugt saubere und oft nicht motorisierte Transportmittel. Sie sorgt dafür, dass auf relevante Informationen in Echtzeit zugegriffen werden kann. Die Zielsetzung in diesem Handlungsfeld ist, Verkehrs- und Transportwege zu optimieren, um damit Zeit zu sparen, Wege für Pendler zu verbessern sowie Kosten und CO₂-Emissionen zu reduzieren. Dabei soll die Verkehrsleitung Bürgerinformationen nutzen, um die Leistungen kontinuierlich zu verbessern. Darüber hinaus können die (Echtzeit-) Mobilitätsdaten der Nutzer dazu beitragen, die städtische Mobilität langfristig zu planen und nachhaltig zu verbessern.⁸⁴

Smart Environment zielt auf Smart Energy, Smart Buildings, grüne Stadtplanung sowie effiziente Ressourcennutzung, Recycling und die Wiedergewinnung von Ressourcen ab. Smart Energy beinhaltet dabei erneuerbare Energien, IKT-gesteuerte Stromnetze und intelligente Energie-Verteilung. Smart Buildings betrifft intelligente Vernetzung und Steuerung in Gebäuden. Es beinhaltet die Sanierung von Gebäuden und Einrichtungen sowie die Errichtung grüner Gebäude. Die Kontrolle und Überwachung unter Gesichtspunkten des Umweltschutzes ist von maßgeblicher Bedeutung. Städtische Dienstleistungen, wie Straßenbeleuchtung, Abfallwirtschaft, Wasser- und Entwässerungssysteme, werden überwacht. Auf der Basis der Echtzeitdaten werden die Systeme bewertet, um z.B. Verschmutzung zu erkennen und auf die Wasserqualität hinzuwirken.⁸⁵

Smart Living bezeichnet Lebensweisen, Verhalten und Verbrauch im Sinne der Smart City. Intelligentes Wohnen als ein Bestandteil von Smart Living ist gesundes und sicheres Leben in einer kulturell lebendigen Stadt mit vielfältigen, kulturellen Einrichtungen und hochwertigen Wohnungen und Unterkünften. Es geht einher mit einem hohen sozialen Zusammenhalt.⁸⁶

Die abgewägte Definition trägt den Einfluss jüngster Ergänzungen in sich. Diese Aspekte wirken sich im Beziehungsgeflecht zwischen den Handlungsfeldern mit ihren Attributen aus. Zwischen den Handlungsfeldern bestehen Interdependenzen. Veränderungen innerhalb der Felder haben Auswirkungen auf das betroffene Handlungsfeld selbst, aber auch auf die jeweils anderen. Mit der definitorischen Ergänzung wird auch die Übersicht der Handlungsfelder um die Dimension der Beziehungen untereinander ergänzt, wie Abbildung 2 verdeutlicht.

Abbildung 2: Perspektivische Adaption der Handlungsfelder einer Smart City.⁸⁷

2.5   Exemplarische Darstellung von Elementen der Smart City

Vorstehend wurde das grobe Gerüst der Smart City beschrieben. Um die Smart City greifbarer zu machen, werden in diesem Unterkapitel exemplarisch die Elemente einer Smart City und mögliche Smart City-Services dargestellt.

2.5.1   Vernetzung in der Smart City

Die enge inhaltliche und technische Verzahnung der Systeme in der Smart City erfordert Analyse und Steuerung in Echtzeit. Aber auch für die Voraussicht zukünftiger Entwicklungen und Bedarfe, werden mannigfaltige Informationen über alle Lebens- und Wirtschaftsbereiche der Stadtgesellschaft und der Umwelt benötigt. Das Internet der Dinge wird als wesentliche Evolutionsstufe für die Herausbildung von Smart Cities betrachtet. Vernetzte Sensoren und Aktoren⁸⁸ in Gebäuden, Alltagsgegenständen und anderen Komponenten der städtischen Infrastruktur tauschen untereinander bidirektional Informationen aus. Die technischen Komponenten interagieren vollkommen selbständig. Menschliches Handeln tritt hierbei in den Hintergrund. Das Internet der Dinge stellt für die Smart City-Entwicklung eine elementare Grundlage dar, die jedoch um einen Fokus auf beispielsweise soziale, partizipative, ökologische und weitere Anforderungen an eine smarte Stadtgesellschaft erweitert werden muss.⁸⁹

Menschliche Kommunikation und Interaktion – ob in der Bedienung von Geräten oder im Zusammenspiel mit anderen Menschen – in Verbindung mit dem Internet der Dinge erzeugt wertvolle Daten. Es stehen Massendaten bereit, die für Smart City-Technologien genutzt werden können.⁹⁰ In diesem Zusammenhang spielt Big Data eine besondere Rolle. Der Terminus Big Data bezeichnet kurz gefasst die Verfügbarkeit riesiger Mengen maschinenlesbarer Informationen, die von soziotechnischen Systemen generiert werden, u. a. über Mobiltelefonnetzwerke, Kreditkartensysteme oder soziale Netzwerke. Dies bietet eine Ressource für die Beobachtung von Prozessen und Interaktionen in einer Stadt, die sich auf Beziehungen zwischen Menschen, Orten, Geräten und Institutionen konzentrieren können. Die allgegenwärtige Integration von Technologien in Alltagsgeräte kann eine Echtzeit-Darstellung des Zustandes von Städten ermöglichen, was dazu beitragen kann, das Management von Städten zu verbessern. Die städtische Infrastruktur wird anpassungsfähiger, indem sie sich auf der Grundlage des Zustandes des Gesamtsystems selbst reguliert.⁹¹ Bei einem Wasserrohrbruch wird beispielsweise ein Druckabfall in einer Wasserleitung gemessen, der Leitungsweg wird automatisch verschlossen und bis der Schaden behoben ist eine alternative Wasserversorgung sichergestellt. In einem anderen Beispiel kann der Technologie-Einsatz einen Beitrag leisten, das städtische Verkehrssystem zu verbessern. Über mobile Endgeräte und persönliche Informationstechnologien können Nutzer über den aktuellen Zustand der Infrastrukturen und der Ressourcen informiert werden. Dies können Staureports, GPS-gestützte Informationen über Ankunftszeiten öffentlicher Verkehrsmittel, Luftgütemessungen und weitere Auskünfte sein.⁹²

Mittels umfassend eingesetzter Sensortechnologien werden Prozesse im Stadtraum sichtbar, die üblicherweise unsichtbar sind. Das können etwa Schwankungen der Luftqualität oder Verkehrsstaus auf Straßen sein. Aber auch langfristigere Prozesse, wie beispielsweise zunehmende Kriminalität oder Klimawandel, können überwacht werden. So kann das Bewusstsein für ein spezielles Problem geschärft und eine bestimmte Reaktion auf Seiten der Bürger ausgelöst werden. Es kann zu einem Meinungswandel oder einer Verhaltensänderung kommen. Eine breite Debatte oder positive Handlungen könnten angestoßen werden. Die hierfür erforderliche Sensorik-Infrastruktur kann aufgrund hoher Kosten kaum durch staatliche Investitionen allein aufgebaut werden. Zusätzlich ist daher u. a. die freiwillige Datenerfassung von Akteuren in der Gemeinschaft z.B. Bürgerinitiativen erforderlich.⁹³ Diese Teilhabe (-möglichkeit) von allen gesellschaftlichen Akteuren schafft einen Informationsaustausch und damit Wertschöpfung. Dies könnte als eine weitere Evolutionsstufe im Entwicklungsprozess hin zu einer Smart City bezeichnet werden: Vom Internet der Dinge zum Internet der Dinge und Services sowie zu Applikationen (Apps)-basierten Cloud-Computing-Community-Plattformen.⁹⁴ Grundlage hierfür sind offene Daten (Open Data), die durch jedermann genutzt, weiterverarbeitet und verbreitet werden dürfen. Realisiert werden könnte dies durch eine City Data Cloud, die Unternehmen, Organisationen und Bürgern einen vertrauenswürdigen Zugriff auf öffentliche Daten für eine gemeinsame Gestaltung von städtischen Prozessen bietet.⁹⁵ Sie ist ein Werkzeug für Open Government, also für transparentes, kooperatives und partizipatives Verwaltungshandeln.⁹⁶

Die Integration, im Sinne einer reibungslosen Vernetzung und Kommunikation in einer Smart City, benötigt eine gut ausgebaute Infrastruktur. Die Verfügbarkeit einer hochwertigen und flächendeckenden IP-Breitbandkommunikation ist daher elementar.⁹⁷

Wie die hoch vernetzte Smart City das Leben in der Stadt berührt, wird anhand der Abbildung 3 verdeutlicht. Sie zeigt einen Ausschnitt der Smart City aus der Perspektive des Handlungsfelds Smart Living anhand von Anwendungsbeispielen, denen bestimmte Begriffen zugeordnet werden können. Das im Kapitel 2.4 benannte Beziehungsgeflecht innerhalb der Smart City kann anhand der Abbildung nachvollzogen werden.

Abbildung 3: Bereiche von SMART Life mit Anwendungsbeispielen.⁹⁸

2.5.2   Smart Grid

Die Heterogenität von Energiequellen erhöht sich im Zuge der Energiewende in Deutschland. Zur konventionellen Energie-Erzeugung, also zu Verbrennungs- und Kernkraftwerken, treten alternative Energiequellen hinzu. Erneuerbare Energie aus Wind- oder Wasserkraft sowie Solarenergie wird vermehrt dezentral erzeugt. Diese Energie ist fluktuierend bzw. unstetig. Die bedarfsgerechte Bereitstellung von Strom stellt vor diesem Hintergrund besondere Anforderungen an ein Energieversorgungssystem. Alternative, regionale und überregionale Energiequellen müssen integriert und miteinander vernetzt werden. Die Erzeugung, Verteilung, Speicherung und der Verbrauch müssen abgestimmt und koordiniert werden. Mittels Unterstützung durch IKT können in einem Smart Grid in Echtzeit Informationen über den Verbrauch (Smart Meter), Netz- und Speicherzustände genutzt werden. Über Markt- und Steuersignale werden diese an die Erzeugungs- und Lastsituationen angepasst. Diese Mechanismen können auch im Bereich von Wasser-, Gas- und Wärmeverbrauch zur Anwendung kommen.⁹⁹ Die Abbildung 4 zeigt das Konzept Smart Grid im Überblick.

Abbildung 4: Smart Grid im Überblick.¹⁰⁰

2.5.3   Smart Buildings

Als Smart Building wird in erster Linie ein Gebäude bezeichnet, das einerseits mit einer Gebäudeautomation ausgestattet ist und andererseits Teil eines Smart Grid ist.¹⁰¹ Es erhält durch bauliche Maßnahmen eine hohe Energieeffizienz. Smart ist es aufgrund einer intelligenten Steuerung der eingesetzten Gebäudetechnik.

Der Anteil des Gebäudesektors am Energieverbrauch in Deutschland beträgt rund 40 %. Bei Privathaushalten entfallen etwa 85 % auf die Heizung und die Warmwasseraufbereitung. Mit Blick auf das Ziel der Bundesregierung, dass der Gebäudebestand bis zum Jahr 2050 klimaneutral wird, muss der Primärenergiebedarf hier um 80 % gesenkt werden.¹⁰²

Durch die Anwendung von Smart Home- und Smart Office-Technologien lässt sich das Nutzerverhalten signifikant verbessern. Gerade für Bürogebäude wird das Einsparpotential des gesamten Energiebedarfs auf 50 % bis 60 % geschätzt.¹⁰³ Sie bieten eine Heizungsregelung und eine Gerätesteuerung mittels eines untereinander vernetzten Geräte-Systems. Mit Hilfe von einer zentralen Steuerungseinheit und kompatiblen Heizkörperthermostaten, Steckdosenadaptern, angeschlossenen Photovoltaik-Anlagen, Sicherheitsgeräten, wie Rauch- und Bewegungsmeldern, sowie angeschlossenen Kameras und vielem mehr können Gebäude energieeffizienter und sicherer werden.¹⁰⁴ Weitere Sensoren bzw. Aktoren, wie Sonnenschutzeinrichtungen, Tür- und Fenstersensoren, Beleuchtungsmesser, können das smarte Umfeld ergänzen. Das System kann z.B. via Browser-Oberfläche, Smartphone-App oder fest installiertem (Touch-) Interface gesteuert werden.¹⁰⁵ Die Funktionsweise eines Smart Building kann anhand der kleineren Einheit Smart Home erklärt werden. Die Abbildung 5 zeigt die Kommunikation im Sinne des Internet der Dinge in einem Smart Home.

Abbildung 5: SmartHome Geräte: Kommunikation zwischen den Geräten.¹⁰⁶

Neben Privathaushalten und Büros müssen auch Technikgebäude, wie Kraftwerke oder Verbrennungsanlagen, durch Energieeffizienzsteigerungen einen Beitrag leisten.¹⁰⁷

Unter Smart Buildings werden u. a. die Themenfelder energieeffiziente Transportmittel (Aufzüge, Rolltreppen), Energieeffizienz für Temperaturbehaglichkeit, Echtzeitfeedbacksysteme, Nutzerinformationssysteme, Nutzerbefähigung, Gerätesteuerung, smarte Beleuchtung, betreutes Wohnen, effizientes Wassermanagement sowie Smart Grid-Energieversorgung gefasst.¹⁰⁸

2.5.4   Smart Mobility und Logistics

Ein Lösungsansatz für die mit einem erhöhten Verkehrsaufkommen in den Städten verbundenen Problemlagen ist eine Verringerung des automobilen Individualverkehrs. Automobiler Individualverkehr sollte in urbanen Regionen nur dort stattfinden, wo andere Mobilitätsangebote nicht zur Verfügung stehen. Eine Verringerung des Energieverbrauchs, des CO₂-Ausstoßes sowie die Abmilderung der Verkehrsbelastung in den Städten soll erreicht werden durch eine Kombination aus

Car on Demand-Modellen (Car Sharing),

City Maut,

Projekten für den öffentlichen Verkehr sowie Rad- und Fußgängerkonzepte,

Lastenfahrrädern,

Mitfahrsystemen und

Elektroverkehr.

Die sich so ergebende Patchworkmobilität bietet ein hohes Maß an Flexibilität und kann von den Bürgern in beliebiger Weise spontan genutzt werden. Erfolgt mittels IKT eine benutzerfreundliche Vernetzung und Vertaktung aller Verkehrsmittel, inklusive intelligenter Miet- bzw. Abrechnungssysteme, entsteht ein wirksames und effizientes Verkehrsmanagementsystem, das für eine optimale Lenkung und Auslastung der Verkehrsmittel sorgt und Engpässe vorhersieht. Einen benutzerfreundlichen Zugang erlauben u. a. durch Smartphone-Apps bereitgestellte nutzerindividuelle Routen, die unterschiedliche Verkehrsmittel auch in Kombination miteinander berücksichtigen, Parkraummanagement-Systeme oder Informationen über die Verkehrssituation.¹⁰⁹

Ein erhöhter Einsatz von Elektrofahrzeugen in Städten könnte zudem – in Abhängigkeit von ihren Ladebedürfnissen und ihrer Speicherverfügbarkeit – einen Beitrag zum Lastenmanagement im lokalen Stromnetz leisten (siehe Smart Grid).¹¹⁰

Auf die Logistik können die für die Personenbeförderung aufgezeigten Maßnahmen grundsätzlich übertragen werden. In ihrer Ausgestaltung beziehen sich diese im Bereich Logistik z.B. auf Kooperationsmodelle zur Stadtbelieferung, Zeitzonen- und Lieferzonenmanagement, stadtnahe Konsolidierungszentren, Packstationen sowie innovative Transport‐ und Behältersysteme (ggf. durch eine Verknüpfung des ÖPNV mit logistischen Prozessen). Die größten CO₂-Einsparpotentiale können dabei durch den Einsatz von Logistikapplikationen, die Beeinflussung des Fahrverhaltens, intelligente Navigation, eine Städtemaut und eine sinnvolle Verkehrsflusssteuerung realisiert werden.¹¹¹

Die Verbesserung und Steuerung des urbanen Verkehrs bedürfen einer informatorischen Grundlage. Dabei werden Daten durch Sensoren in der Infrastruktur erhoben oder/und durch Nutzer und die Sensoren in ihren mobilen Geräten oder Fahrzeugen bereitgestellt. Im Wesentlichen werden Echtzeitdaten benötigt, welche die moderne IKT liefern kann. Die hier generierten Informationen schaffen eine Grundlage, die in der Zukunft auch für autonomes Fahren genutzt werden könnte. Mit Konzepten dieser Art werden ebenfalls positive Effekte verbunden, wie die Verringerung von Staus und der Emissionsbelastung. Entsprechende Technologien werden derzeit in der Praxis erprobt, z.B. in der Stadt Somerville in den USA.¹¹²

2.5.5   Weitere Beispiele und Elemente

Im öffentlichen Raum gibt es bereits Lösungen, durch die eine städtische Infrastruktur modular um smarte Services erweitert werden kann. So hat beispielsweise die EnBW Energie für Baden-Württemberg eine Innovation für den öffentlichen Raum hervorgebracht. SM!GHT ist die Straßenlaterne für Smart Cities. Sie vereint unterschiedliche Funktionen, um die Bedürfnisse einer Smart City maßgeschneidert zu erfüllen. Das alle verfügbaren Funktionen umfassende Komplettsystem SM!GHT Base leistet Straßenbeleuchtung, Public WLAN, Umweltsensorik (die verschiedenste Messdaten liefert, die für die Verbesserung der Ökobilanz einer Stadt genutzt werden können), einen Notrufschalter zur direkten Verbindung mit der Notrufzentrale sowie eine integrierte Ladestation als Bestandteil einer E-Mobility-Infrastruktur zum schnellen und komfortablen Aufladen von E-Fahrzeugen.¹¹³

Für Regionen der Welt, in denen Wasser eine knappe Ressource ist, könnte Smart City-Technologie eingesetzt werden, um mit Hilfe von Sensoren den Wasserverbrauch zu verwalten und wichtige Informationen über die Wasserspeicherung zu liefern. In z.B. Santander (Spanien) können Sensoren zur Messung der Bodenfeuchtigkeit erkennen, wann eine Bewässerung von Agrarflächen tatsächlich erforderlich ist und somit die Wassernutzung nachhaltiger gestalten.¹¹⁴

Ein wesentliches Element der Smart City ist weiterhin der Umgang mit negativen Entwicklungen und Risiken. Als negative Entwicklungen können u. a. sogenannte Rebound-Effekte bezeichnet werden. Das sind mit der Realisierung von Smart Cities einhergehende negative Entwicklungen, die den positiven Effekten von Maßnahmen entgegenstehen und diese teilweise wieder aufheben. Das Phänomen, dass Effizienzsteigerungen mit einem verschwenderischeren Nutzerverhalten einhergehen, wird ebenfalls darunter gefasst.¹¹⁵ Mit der hohen Durchdringung aller Lebensbereiche durch IKT werden Städte verwundbarer und anfällig für Cyberangriffe und Sabotage. Es sind effektive Schutzsysteme erforderlich.¹¹⁶ Unter dem Stichwort „Resilienz“, mit dem die Widerstandsfähigkeit, die Funktionsfähigkeit und der Schutz verbunden werden, sind die oben genannten Aspekte im Konzept Smart City als übergeordnetes Ziel enthalten. Bereits jetzt besteht eine Verpflichtung zu einem angemessenen Risikomanagement für sogenannte kritische Infrastrukturen, deren Beeinträchtigung dramatische Folgen für das Gemeinwohl haben kann.¹¹⁷ Auch wenn ein 100-prozentiger Schutz weder durch den Staat noch andere Akteure gewährleistet werden kann, so ist ein hohes Maß der Absicherung durch ein konsequentes Risikomanagement für diese Infrastrukturen unerlässlich.¹¹⁸

3   Smart City in der wissenschaftlichen Forschung

3.1   Wissenschaftliche Forschung zu Smart Cities

Die wissenschaftliche Forschung will den Weg für die Praxis ebnen, Smart City-Initiativen zu entwickeln, zu planen und erfolgreich umzusetzen. Sie befasst sich im Kern mit den Fragestellungen:

- Was ist eine Smart City?

- Wie bestimmt man die Smartness einer Stadt?

- Wie vollzieht sich die Entwicklung zu einer Smart City?

Was eine Smart City ausmacht, welche Charakteristika sie trägt und welche Handlungsfelder definiert werden, wurde im Kapitel 2 beschrieben. Die damit verbundenen Fragestellungen muss jede Stadt individuell anhand ihrer Rahmenbedingungen beantworten. Zusammenfassend kann der Rahmen einer Smart City durch ein Modell wiedergegeben werden. Das Smart City-Architekturmodell als Symbiose und Ausdifferenzierung der definitorischen Überlegungen wird im Kapitel 3.2 dargestellt.

Wie smart ist eine Stadt? Wo befindet sie sich auf dem Weg hin zu einer Smart City? Und welchen Stand haben andere Städte mit ihren Bemühungen im Vergleich erreicht? Städte und Wissenschaft haben an diesem Themenbereich ein hohes Interesse. In Rankings werden Städte bewertet und mit anderen verglichen. Aus Erfolgen sollen Best Practice-Vorhaben abgeleitet und auf andere Städte übertragen werden. Neben dieser relativen Bewertung liegen Studien vor, welche eine objektive Erkenntnis generieren wollen, wo eine Stadt auf dem Weg zur Smart City steht, also welchen Reifegrad sie hat. Der aktuelle Stand zu diesen Bestrebungen wird im Kapitel 3.3 thematisiert.

Wie wird eine Stadt smart? Welche Rahmenbedingungen müssen vorliegen oder geschaffen werden? Welche Barrieren gilt es zu überwinden? Welche Strukturen müssen etabliert werden? Und welche Prozesse müssen angestoßen und gemanagt werden? Auf diese Fragestellungen wird im Kapitel 3.4 näher eingegangen.

Kapitel 3.5 zieht ein Zwischenfazit und geht auf die Relevanz der Modelle für die Praxis ein.

3.2   Die Architektur einer Smart City

Die Ansätze von Giffinger et al. und Cohen¹¹⁹ liefern eine grundlegende Basisarchitektur. Für die Betrachtung und Analyse aus einer ganzheitlichen Sicht, wie sie die Smart City fordert, bedarf es einer erweiterten Basisarchitektur.¹²⁰ Die Abbildung 6 zeigt das Zusammenspiel der für eine Smart City relevanten Komponenten. Den Kern bilden hier vier der sechs Handlungsfelder einer Smart City nach Giffinger et al. mit ihrem Beziehungsgeflecht. In der Betrachtung sind die Handlungsfelder Smart Living und Smart Governance herausgelöst. Sie werden aufgegliedert in wesentliche Strukturelemente einer Smart City und erweitern gemeinsam mit Elementen des digitalen Netzes und der IKT-Infrastruktur diesen Kern. Insbesondere sind diese Strukturelemente die Smart City-Vision, Strategie, Governance, Stadtstrukturen und Prozesse, Technologien, Ressourcen finanzieller, organisatorischer oder materieller Art, Normen und Regularien etc. Dieser erweiternde Rahmen stellt den holistischen Zusammenhang erst her.¹²¹

Abbildung 6: Die holistische Architektur des Smart City-Ökosystems.¹²²

In der Sicht auf die Smart City in einem holistischen Ansatz ist die Betrachtungsweise multidimensional. Dabei werden drei Perspektiven betrachtet: Die technologische Perspektive, also smarte Technologien, die Human-Resource-Perspektive mit smarten Bürgern im Fokus und die Governance-Perspektive im Sinne von smarten Kollaborationen, das heißt, die Interaktion zwischen Technologien und sozialen Strukturen steht im Vordergrund.¹²³

Die Bürger mit ihren Lebensrealitäten bilden den Kern der Smart City. Er ist über Informationsinfrastrukturen mit den weiteren Smart City-Partnern aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft vernetzt. Die Herausforderung für alle Smart City-Designer besteht immer darin, die Stadtinfrastrukturen so zu entwickeln, dass diese Teil des sozialen Ökosystems einer Stadt werden. Die Nutzerakzeptanz ist der Schlüssel. Die Orientierung am Bürger ist also von entscheidender Bedeutung für den Erfolg aller Smart City-Bemühungen. Eine Smart City-Strategie darf daher nicht nur die harten Infrastrukturen umfassen, sondern muss ebenfalls weiche Infrastrukturen in Verbindung mit den Stadt-Communities beachten. Smart City-Communities bilden ein vitales Element einer Stadtkultur. Sie teilen gemeinsame Werte und Interessen und verkörpern das soziale Leben. Städtische Communities sind Familien, Bildungseinrichtungen, kulturelle Organisationen, lokale Behörden, lokale Wirtschaft, Angestellte etc.¹²⁴

In einer Smart City sind sämtliche Aktivitäten in den Handlungsfeldern darauf ausgerichtet, die Lebensqualität zu erhöhen. Damit kann Smart Living eher als eine übergeordnete Dimension angesehen werden. IKT vernetzt im holistischen Ansatz sämtliche Handlungsfelder und ist daher ebenfalls übergeordnet zu betrachten.¹²⁵ Smart Governance wird einerseits als Handlungsfeld angesehen, andererseits auch als übergeordnete Dimension. Durchdrungen wird die Smart City-Architektur von einem smarten Innovationsmilieu.¹²⁶

Auch wenn Smart Living, Smart Governance und IKT eine übergeordnete Bedeutung haben, müssen ihre Potentiale entwickelt, gepflegt und ausgebaut werden. Es ist erforderlich, sie auch als Handlungsfelder zu betrachten, die einer entsprechend aktiven Bearbeitung bedürfen (siehe Abbildung 7). Diese Sichtweise auf das Design einer Smart City bzw. auf ihre Architektur bildet die Grundlage für die weitere modellhafte Betrachtung in diesem Kapitel.

Abbildung 7: Die perspektivisch erweiterte, holistische Architektur des Smart City.¹²⁷

3.3   Smart City-Rankings und Reifebestimmung

3.3.1   Rankings

Städte‐Rankings sind ein Instrument, Werte zur eigenen Leistungsfähigkeit in Bezug auf bestimmte Faktoren zu identifizieren.¹²⁸ Sie sind ein zentrales Instrument zur Beurteilung der Attraktivität von städtischen Regionen. Die Rankings können dabei inhaltlich sehr unterschiedlich ausfallen. In ihrer Zielsetzung sowie den angewendeten Methoden und Ansätzen sind sie oftmals verschieden. Das ist auch der Grund, warum Städte in den unterschiedlichen Rankings häufig andere Platzierungen erreichen.¹²⁹ Oftmals bieten die sechs Handlungsfelder nach Giffinger et al., ggf. in modifizierter Form, den groben Rahmen, um Smart Cities untereinander zu vergleichen.¹³⁰ Nachstehend werden daher ausgewählte Smart City-Rankings vorgestellt.

European Smart Cities der Technischen Universität Wien

Die Technische Universität Wien erarbeitet seit 2007 in einem interdisziplinären Team ein Ranking von Smart Cities. In Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern, privaten oder öffentlichen Interessengruppen und Akteuren wurde das europäische Smart City-Modell entwickelt. Derzeit ist die vierte Veröffentlichung des Smart City‐Modells verfügbar. Im Versionsverlauf wurde die Datenbasis kontinuierlich optimiert und ggf. verändert, ebenfalls wurden die Definitionen verbessert. Das Modell bietet im Grunde einen integrativen Ansatz, europäische mittelgroße Städte einzuordnen und zu ranken. Es soll als Instrument für einen effektiven Lernprozess in Bezug auf städtische Innovationen in bestimmten Bereichen der Stadtentwicklung betrachtet werden. Dabei sind über alle von Giffinger et al. definierten Handlungsfelder 27 charakterisierende Faktoren bestimmt und insgesamt 90 Indikatoren hinterlegt.¹³¹ So wird beispielsweise intelligente Mobilität durch lokale Erreichbarkeit, internationale Erreichbarkeit, Verfügbarkeit von IKT-Infrastruktur sowie nachhaltige, innovative und sichere Transportsysteme beschrieben. Auswahlkriterien für die zu analysierenden Städte sind, dass die Städte eine bestimmte Größe haben und die erforderlichen Daten in den zugänglichen und relevanten Datenbanken vorgehalten werden. Für die Erhebung der Indikatoren bedient man sich der database of the Urban Audit, einer europaweiten Städtedatenbank sowie weiterer angegliederter Datenquellen.¹³² Ziel dieses Städteranking ist es, Stärken und Schwächen sowie die Chancen für die betrachteten Städte zu identifizieren. Diese Information soll den Städten als Grundlage dienen, ihre Potentiale weiter auszubauen und im Wettbewerb mit anderen Städten Vorteile daraus zu ziehen. Mit Blick auf andere Analyse-Angebote, die ggf. durch die Interessen von Unternehmen geprägt sind, will das Städteranking eine objektive Einschätzung ermöglichen.¹³³

Das Ranking 2014 weist die nachstehenden Städte auf den Plätzen 1 bis 10 aus: 1. Luxemburg (Niederlande), 2 Aarhus (Dänemark), 3. Umeaa (Schweden), 4. Eskilstuna (Schweden), 5. Aalborg (Dänemark), 6. Joenkoeping (Schweden), 7. Odense (Dänemark), 8. Jyväskylä (Finnland), 9. Tampere (Finnland), 10. Salzburg (Österreich).¹³⁴ Die Abbildung 8 demonstriert, wie sich Städte auf der Onlineplattform vergleichen können.

Abbildung 8: Technische Universität Wien: Beispiel Benchmarking Smart Cities.¹³⁵

Smart City-Rankings von Boyd Cohen

In einem anderen Ranking untersucht Boyd Cohen, wie sich Städte mit unterschiedlichen Voraussetzungen zu Smart Cities entwickeln können. Um den unterschiedlichen Voraussetzungen Rechnung zu tragen, erhebt er in seiner jüngsten Untersuchung mit einem Fragebogen Daten zu 62 Indikatoren, insbesondere auch bezogen auf technische Details, z.B. die Verfügbarkeit und die Geschwindigkeit des Internets.¹³⁶ Für das Smart City-Ranking wurden in Zusammenarbeit mit Buenos Aires und Barcelona Indikatoren für ein Benchmarking entwickelt. Auf der Basis der Abfrage können interessierte Städte an dem Vergleich teilnehmen.¹³⁷ In der Methodik folgt das Benchmarking dem sogenannten Smart City Wheel (siehe Abbildung 9). Dieses Schema analysiert Städte anhand von sechs Oberkategorien: Smart Government, Smart People, Smart Living, Smart Mobility, Smart Environment und Smart Economy.¹³⁸ Sie können als annähernd deckungsgleich mit den Handlungsfeldern nach Giffinger et al. verstanden werden. Zur Umsetzung wird jede Oberkategorie in drei Haupttreiber aufgegliedert, die diese charakterisieren. Mit der Erweiterung der Oberkategorien um messbare Treiber und Indikatoren, die entsprechend den Anforderungen an eine Erhebung modifiziert und um weitere Indikatoren ergänzt werden können, ist es grundsätzlich möglich, eine Smart City und ihre Leistungsfähigkeit zu analysieren.¹³⁹ Das Ranking führt separate Ranglisten für die drei Regionen Europa, Nordamerika und Asien/Pazifik. Die Plätze 1 bis 10 im europäischen Ranking 2013 werden wie folgt belegt: 1. Kopenhagen (Dänemark), 2. Amsterdam (Niederlande), 3. Wien (Österreich), 4. Barcelona (Spanien), 5. Paris (Frankreich), 6. Stockholm (Schweden), 7. London (Großbritannien), 8. Hamburg (Deutschland), 9. Berlin (Deutschland), 10. Helsinki (Finnland).¹⁴⁰

Abbildung 9: Smart City Wheel Framework.¹⁴¹

Cities in Motion Index der IESE Business School der University of Navarra

Als weiteres Ranking wurde der Cities in Motion Index (CIMI) durch das Zentrum für Globalisierung und Strategie der IESE Business School der University of Navarra entwickelt. Der CIMI ist ein zusammengesetzter Index, der den Grad der Entwicklung von weltweit 148 Städten mit 66 Indikatoren bewertet. Dabei werden zehn unterschiedliche Themenfelder abdeckt: Humankapital, sozialer Zusammenhalt, Wirtschaft, öffentliche Verwaltung, Governance, Umwelt, Mobilität und Verkehr, Stadtplanung, internationale Reichweite und IKT. Der jüngste Bericht beinhaltet zudem regionale Rankings für Europa, die Asien-Pazifik-Region, Lateinamerika, Nordamerika und den Nahen Osten. Eine Analyse von Verbesserungspotentialen und Empfehlungen ist ebenfalls enthalten.¹⁴² Der Index will über eine Analyse von Stärken und Schwächen der Städte hinaus ihre Smartness und Nachhaltigkeit bestimmen. Dabei will er auch ein Planungswerkzeug bieten, das Daten zu Trends ausweist und Erfolgsmodelle aufzeigt.¹⁴³ In diesem Zusammenhang stellt der IESE Bericht interessante Fallbeispiele vor, darunter sind beispielsweise die Städte Amsterdam, Barcelona, Madrid, London, Paris und Wien. Der CIMI platziert die smartesten Städte der Welt wie folgt: 1. London (Großbritannien), 2. New York (USA), 3. Seoul (Südkorea), 4. Paris (Frankreich), 5. Amsterdam (Niederlande), 6. Wien (Österreich), 7. Tokio (Japan), 8. Genf (Schweiz), 9. Singapur (Singapur), 10. München (Deutschland).¹⁴⁴ Die Abbildung 10 zeigt die Darstellung der relativen Performance an den Beispielen London und New York.

Abbildung 10: CIMI: Darstellung der relativen Performance – Beispiele London und New York.¹⁴⁵

Weitere Rankings

Daneben werden Städte auch ggf. unter der Überschrift „Smart City-Ranking“ o. ä. in unterschiedlichen anderen Rankings miteinander verglichen. Z.B. erstellte die EU den Digital Economy and Society Index, der unter den Bewertungskriterien u. a. die Qualität der Internetverbindung, das Humankapital, die tatsächliche Internetnutzung und digitale Verwaltungsangebote führt.¹⁴⁶ Die jährliche Kür der Smart 21 durch das Intelligent Community Forum zieht die fünf Faktoren Breitband-Verbindungen, Wissen, Arbeitskräfte, digitale Integration, Innovation sowie Marketing- und Interessenvertretung zur Bewertung heran.¹⁴⁷ Eine Studie von PricewaterhouseCoopers aus dem Jahr 2014 weist die digitalsten Städte Deutschlands aus.¹⁴⁸

Beurteilung der Eignung von Rankings für die Verortung einer Smart City

Die zahlreichen Ansätze und Listen, die Städte vergleichen und in Rangfolgen bringen, zeigen, dass es neben dem Fehlen einer einheitlichen Definition für die Smart City oder aufgrund dessen auch sehr unterschiedliche Ansätze für Vergleiche gibt. Hinter den Rankings stehen teilweise sehr unterschiedliche Interessen und Zielsetzungen. Dementsprechend sind die methodischen Ansätze und Indikatoren verschieden und führen zu unterschiedlichen Rangfolgen.¹⁴⁹ Die Analyseschemata objektivieren daher nur bedingt. Die Schwerpunkte der Forscher prägen die Untersuchungen und die Ergebnisse.¹⁵⁰ Giffinger et al. haben ein Ranking für mittelgroße Städte etabliert, da bestehende Rankings keine befriedigenden Aussagen für diese Städte hervorgebracht hatten. Das Ranking wurde entsprechend designt.¹⁵¹ Bei Cohen spielt die Strahlkraft und der Flair einer Stadt eine wichtige Rolle, wie sie sich bei Berlin beispielsweise durch die Attraktivität für kreative Menschen, u. a. durch seine beiden Zoos, drei Opernhäuser oder Orchester und Museen äußert. Andere Bewertungen sehen beim sozialen Zusammenhalt ein besonderes Gewicht.¹⁵² Das Smart City Wheel wurde nicht primär dazu entwickelt, eine holistische Smart City-Modellarchitektur abzubilden. Für den vorgegebenen Zweck der Bewertung von Städten hinsichtlich der Smart City-Leistungsfähigkeit ist der Ansatz als erster Schritt aber durchaus geeignet.¹⁵³ Im CIMI belegt London die Bestplatzierung aufgrund guter Bewertungen in Bezug auf das Humankapital, seine internationale Ausrichtung und die guten Leistungen in den Bereichen Wirtschaft, Technologie, Mobilität und Transport. Eine schlechte Bewertung erhielt die Stadt in der Kategorie sozialer Zusammenhalt.¹⁵⁴

Eine echte Identifikation und Einordnung von Smart City-Initiativen gestaltet sich somit schwierig. Eine Verortung der eigenen Smart City-Initiative ist mit den unterschiedlichen Smart City-Rankings nur tendenziell möglich.¹⁵⁵ Die Städterankings lassen grundsätzlich lediglich eine Einschätzung der Reife der Smart City-Entwicklung einer Stadt im Vergleich mit anderen Städten zu. Sie hat daher nur relativen Charakter. In Anbetracht des sich entwickelnden Forschungs- und Praxisfeldes Smart City ist es ein möglicher Ansatz, sich an einem Benchmarking zu orientieren. Städte müssen sich aber an ihren Smart City-Zielen orientieren, um eine objektive Einschätzung des Erfolgs ihrer Bemühungen zu erlangen. Diese Orientierung muss sich an einem Smart City-Sollkonzept messen lassen. Zwar kann man von den besten Mitbewerbern lernen; bei der rasanten Entwicklung in der IKT als Schlüsselelement einer Smart City und mit Blick auf die individuellen Bedingungen einer urbanen Region müssen jedoch eigene Strategien entwickelt und Wege beschritten werden.

3.3.2   Bewertung der Reife einer Smart City

Städterankings eignen sich nur bedingt für die objektive Bewertung des Erfolgs von Smart City-Initiativen. Es bedarf daher eines objektivierenden Messinstrumentariums.

3.4   Die Transformation einer Smart City