City Information Modeling (CIM): Die digitale Revolution für intelligente Städte

Die Städte weltweit stehen vor wachsenden Herausforderungen bei der Verwaltung der betrieblichen Effizienz städtischer Dienstleistungen und der Verbesserung der Lebensqualität der Bürger. In diesem Kontext erweist sich das City Information Modeling (CIM) als mächtiger Verbündeter bei der Transformation von Städten in intelligentere und funktionalere Orte.

Dieser Artikel wird untersuchen, wie die Integration von Building Information Modeling (BIM) und CIM das Stadtmanagement revolutioniert und informiertere Entscheidungen ermöglicht, dank der Nutzung von Online-Plattformen, die BIM-Modelle, GIS-Karten und digitale Zwillinge ganzer Städte verwalten.

Was ist City Information Modeling (CIM) und welche Rolle spielt es in intelligenten Städten?

Um den Veränderungen in den Städten und der zunehmenden Schwierigkeit, immer komplexere, heterogene und großflächige städtische Szenarien zu verwalten, zu begegnen, entsteht das CIM, City Information Modeling.

Dieser Ansatz erweitert das Konzept des Building Information Modeling (BIM) von der Ebene des einzelnen Gebäudes auf die Stadt und umfasst verschiedene Phasen der Planung und des Lebenszyklus städtischer Systeme im Ganzen und bietet eine ganzheitliche Sicht auf die Stadt. Ein CIM-Modell, genau wie ein BIM-Modell, ist ein Informationscontainer und umfasst verschiedene Daten, die beispielsweise Infrastrukturen, öffentliche Dienstleistungen, Verkehr, Umwelt und vieles mehr betreffen. Dieses synergetische Informationssystem ermöglicht eine umfassendere, informierte und nachhaltige Planung für die zukünftige städtische Entwicklung.

Tatsächlich liegt das Herzstück des CIM in der Planung und Verwaltung urbaner Räume: Es ist ein leistungsstarkes Werkzeug, das Stadtplanern und Planern eine multidimensionale Sicht auf die Städte ermöglicht, verschiedene Szenarien simulieren und analysieren, die Auswirkungen städtischer Projekte vorhersagen und bewusstere Entscheidungen treffen kann.

In der Praxis wurde das CIM als eine Fusion der BIM-Methodologie mit dem GIS konzipiert, und das Ergebnis ist ein Modell, das alle Informationen in einer Datenbank sammelt und organisiert, die der Schlüssel zur Verwaltung von intelligenten Städten ist.

Unter intelligenten Städten oder Smart City versteht man eine Stadt, die Ressourcen intelligent, wirtschaftlich nachhaltig, energetisch autark und auf die Lebensqualität und das Wohlbefinden ihrer Nutzer bedacht verwaltet.

Um diese Ziele zu erreichen, nutzt das City Information Modeling eine Vielzahl von Technologien, Systemen, Werkzeugen, Modellen und Standards, die im Rahmen der Planung und Verwaltung von Städten vorgeschlagen und implementiert werden. CIM ist der Schlüssel, um Informationen direkt aus dem virtuellen Modell zu erhalten, um die Leistung der Vermögenswerte zu überwachen und angemessene Entscheidungen zu treffen, um die von den Bürgern geforderten Dienstleistungen aufrechtzuerhalten.

Vorteile des City Information Modeling für das urbane Management

Die Nutzung des CIM durch Planer und Stadtplaner revolutioniert die Art und Weise der Planung vollständig und bietet zahlreiche Vorteile für den Arbeitsablauf.

Durch die Verwendung des CIM ist es möglich, eine zentralisierte Umgebung zu schaffen: Alle Informationen, Produkte und Systeme werden in Beziehung zueinander und zur umgebenden Umgebung angezeigt, was die Zusammenarbeit, den Austausch und das Management von Informationen zwischen den verschiedenen beteiligten Teams verbessert.

Tatsächlich ist das CIM eine kooperative Technologie: Es erfasst rgeospatiale Daten von überall platzierten Sensoren und kombiniert diese mit GIS-Datensätzen, was einen kollaborativen Ansatz fördert. Dies ermöglicht die koordinierte Planung ganzer Stadtviertel und einzelner Gebäude und ermöglicht integrierte Dienstleistungen sowie koordinierte Wartungspläne für spezifische Ressourcen.

Das CIM verbessert zudem die Produktivität und Effizienz. Tatsächlich gingen bei der traditionellen Projektentwicklung oft Informationen zwischen den Phasen des Bauprozesses verloren, während das City Information Modeling dies verhindert, indem es die Informationen zentralisiert und deren vollständigen Austausch gewährleistet.

Neben der Einsparung von Zeit und Geld und der Maximierung der Ergebnisse verbessert das Teilen von Ressourcen und die Förderung einer größeren Zusammenarbeit auch die öffentlichen Dienstleistungen, indem sie besser mit Daten und Echtzeitanalysen integriert werden, eine entscheidende Komponente der Smart City.

Das Management der Stadt mit CIM-Modellen hilft auch, die Unannehmlichkeiten zu reduzieren, die während der Entwicklung eines Infrastrukturprojekts entstehen, indem alternative Routen und Bereiche entwickelt werden, um Staus, Umweltverschmutzung und andere Probleme zu vermeiden.

Schließlich erhöht die Modellierung eines echten digitalen Zwillings Ihrer Stadt sicherlich die Sicherheit der Stadt und verringert die Risiken. Stellen Sie sich vor, Sie könnten Fehler oder Vorfälle erkennen, bevor sie auftreten, indem Sie die städtischen Strukturen und Anordnungen virtuell testen! Viele Risikoszenarien werden so vermieden!

Schlüsseltechnologien, die die Modellierung von Stadtinformationen ermöglichen

Wenn die Modellierung einer Struktur oder eines Gebäudes mit dem BIM recht schnell und einfach ist, erfordert die präzise Modellierung des urbanen Raums die Interaktion mehrerer Schlüsseltechnologien.

Die Modellierung von Stadtinformationen muss nahtlos viele Datensätze, die aus verschiedenen Quellen gesammelt wurden, kombinieren, und hier kommen BIM, GIS, LiDAR und IoT ins Spiel:

1. Der erste Schritt bei der Verwendung von CIM zur Erstellung eines virtuellen Modells eines städtischen Kontexts besteht darin, die GIS-Kartierung zu betrachten. Dieses digitale Kartierungstool speichert institutionelle, historische und räumliche Daten zu Eigentum, Strukturen und Grundstücken. Wenn es darum geht, die genauen Positionen der Strukturen zueinander zu bestimmen, kann GIS im Prozess der Modellierung urbaner Informationen hilfreich sein. Darüber hinaus verbreitet sich in den letzten Jahren zunehmend die Integration zwischen GIS und CDE (Common Data Environment) zur Erstellung und Verwaltung von Stadtmodellen, um die räumlichen Analyse- und Datenmanagementfähigkeiten optimal zu nutzen;
2. Der nächste Schritt besteht darin, über die Funktion des BIM nachzudenken. Die effektivste Methode, um das genaueste Bild jeder einzelnen Struktur bei der Schaffung einer völlig neuen Stadt zu erhalten, besteht darin, sie zunächst mit Building Information Modeling (BIM) zu erstellen. Wenn die Gebäude neu gebaut sind, ist es sehr wahrscheinlich, dass sie mit Building Information Modeling (BIM) entworfen und gebaut wurden;
3. Wenn die Gebäude jedoch älteren Datums sind, ist es viel wahrscheinlicher, dass ihre Entwürfe auf Papier vorliegen und sowohl BIM-Modelle als auch andere digitale Unterstützungsmodelle fehlen. Und hier kommt der nächste Schritt ins Spiel. Mit modernen Schnellscantechnologien zur Erfassung der inneren und äußeren Geometrien von Strukturen, wie LiDAR (Light Detection and Ranging) oder Photogrammetrie, ist es ein Weg, das Problem zu lösen. Ältere Gebäude können dann einfach mit dem CIM-Modell verbunden werden, indem 3D-Modelle von ihnen erstellt werden.

All diese Daten, all diese Modelle und all diese Informationen können im CIM kombiniert werden, das dann verwendet und modifiziert werden kann, um Aktivitäten in Echtzeit automatisch zu verfolgen und zu bewerten in realen Städten, wodurch ein dynamisches Modell entsteht, das sich dem sich ändernden Verhalten von Zeit und Mensch anpasst.

Die Integration von BIM und CIM für eine intelligentere Stadtplanung

Es wurde erwähnt, dass die Integration von Building Information Modeling (BIM) und City Information Modeling (CIM) einen bedeutenden Schritt in der Transformation von Städten in intelligentere und effizientere Orte darstellt. Tatsächlich schafft diese Integration eine Umgebung, in der Informationen über Bau und städtische Infrastruktur zentral und strukturiert verwaltet werden, was eine genauere und informierte Verwaltung städtischer Ressourcen ermöglicht.

Hier sind einige Schlüsselaspekte dieser Integration:

• Datenzentralisierung – Die Integration von BIM und CIM ermöglicht die Erstellung eines vollständigen dreidimensionalen Modells der Stadt, das sowohl detaillierte Informationen über Gebäude und Infrastrukturen als auch Daten über den städtischen Kontext umfasst. Dieses zentralisierte Modell wird zu einer grundlegenden Ressource für alle an der Stadtverwaltung beteiligten Parteien, von den lokalen Regierungen bis zu den Bauprofis;
• Effiziente Zusammenarbeit – Ein entscheidender Vorteil der Integration von BIM und CIM ist die Möglichkeit, in Echtzeit auf einer einzigen Datenquelle zusammenzuarbeiten. Manager, Ingenieure, Architekten, Fachplaner und Stadtplaner können gemeinsam planen, Projekte umsetzen und überwachen, wobei sie eine gemeinsame Sichtweise haben. Diese Zusammenarbeit verbessert die Konsistenz und Qualität der getroffenen Entscheidungen und reduziert Fehler und Verschwendung;
• Informierte Entscheidungen – Die Verfügbarkeit detaillierter und aktueller Daten ermöglicht informiertere Entscheidungen. Beispielsweise können lokale Regierungen CIM-Modelle nutzen, um die Auswirkungen neuer städtischer Projekte auf die Umwelt, die bestehende Infrastruktur und die Lebensqualität der Bürger zu bewerten. Dies ermöglicht es, reaktive Entscheidungen zu vermeiden und strategisch für die Zukunft der Stadt zu planen;
• Überwachung und Wartung – Die Integration von BIM und CIM bietet fortschrittliche Werkzeuge zur Überwachung der Leistung städtischer Vermögenswerte. Beispielsweise können IoT-Sensoren in Echtzeit Daten über Gebäude und Infrastrukturen sammeln, was eine ständige Analyse der Bedingungen und die Planung präventiver Wartung ermöglicht. Dieser Ansatz senkt die langfristigen Verwaltungskosten und erhöht die Betriebseffizienz;
• Nachhaltigkeit – Die Integration von BIM und CIM ist entscheidend für die Schaffung nachhaltiger Städte. Diese Modelle ermöglichen es, die Umweltauswirkungen städtischer Projekte zu bewerten und Strategien zur Reduzierung der Verschmutzung, Verbesserung der Energieeffizienz und Förderung nachhaltiger Mobilität zu entwickeln. Nachhaltigkeit ist zu einem vorrangigen Ziel vieler Städte geworden, und BIM und CIM sind wesentliche Werkzeuge, um diese Ziele zu erreichen.

Um mehr zu erfahren, lesen Sie auch „Vom BIM zum CIM„.

Wie man City Information Modeling in städtischen Projekten implementiert

In städtischen Projekten kann das City Information Modeling zunächst in verschiedenen Planungsphasen implementiert werden, wie zum Beispiel:

• Planung, in der auf der Grundlage detaillierter Modelle städtischer Gebiete verschiedene Szenarien simuliert und die Auswirkungen neuer Entwicklungsprojekte auf die Umgebung getestet werden können;
• Entwurf, in dem neue Infrastruktur- oder Strukturprojekte in das CIM-Modell eingefügt und deren Auswirkungen auf den umgebenden Raum überprüft werden;
• Management und Wartung, um Gebäude und Infrastrukturen effizienter in städtischen Gebieten zu verwalten und zu warten.

Gleichzeitig ist es von großem Nutzen für verschiedene Planungsstudien:

• im Verkehrswesen: Straßen, Brücken und andere Elemente der Verkehrsinfrastruktur werden in den CIM-Modellen detailliert behandelt, was es den Beteiligten ermöglicht, die Auswirkungen vorgeschlagener Änderungen zu sehen und Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistung zu identifizieren. CIM-Modelle können beispielsweise verwendet werden, um die Planung des Straßennetzes zu optimieren und den Verkehrsfluss zu simulieren, was Staus reduziert und die Fahrzeiten verkürzt;
• bei Wasserversorgungsnetzen: Details des Wasserversorgungssystems, der Verteilung und der Behandlung können in die CIM-Modelle aufgenommen werden, was es den Beteiligten ermöglicht, den Wasserverbrauch zu optimieren und Kosten zu senken;
• bei Energienetzen: CIM-Modelle sind nützlich, um den Energieverbrauch zu simulieren und Bereiche zu identifizieren, in denen die Effizienz gesteigert werden kann, wie bei Smart Grids und Energiespeichersystemen;
• zu Umweltwirkungen: Reduzierung von Emissionen, Optimierung von Parks, Grünflächen und öffentlichen Räumen sind alles Themen, die in einem CIM implementiert werden;
• zur Reduzierung von Abfällen und umweltschädlichen Materialien: Durch die Optimierung des Bauprozesses kann der Einsatz umweltschädlicher Materialien reduziert werden.

Die Rolle der digitalen Zwillinge in der Modellierung urbaner Informationen

Die Rolle der „digitalen Zwillinge“ in Smart Cities ist von grundlegender Bedeutung, insbesondere in Bezug auf das Internet der Dinge (IoT). Diese digitale Zwillinge stellen eine präzise digitale Nachbildung einer realen Stadt dar, einschließlich Gebäude, Infrastruktur, Verkehrsnetze und anderer städtischer Elemente.

Dank der Vernetzung mit IoT-Geräten, die in der gesamten Stadt verteilt sind, können digitale Zwillinge in Echtzeit Daten von Sensoren und verbundenen Geräten erfassen, was es den Verantwortlichen im Management ermöglicht, den Betrieb der Stadt äußerst detailliert zu überwachen, zu analysieren und zu optimieren. Dies erleichtert die Stadtplanung, das Ressourcenmanagement und die Reaktion auf Notfälle und trägt dazu bei, effizientere, nachhaltigere und lebenswertere Städte zu schaffen. Digitale Zwillinge, die mit dem IoT integriert sind, spielen eine entscheidende Rolle in der Entwicklung von Smart Cities, indem sie informiertere Entscheidungen ermöglichen und die Lebensqualität der Bürger verbessern.

Verwaltung von Smart Cities mit IoT-Systemen

Auch in diesem Fall ermöglichen IoT-Plattformen die Kontrolle von IoT-Geräten direkt aus dem BIM/CIM-Modell, aus der Ferne und in Echtzeit.

Die digitalen Zwillinge ermöglichen es:

• die Planung und das Design in einer Smart City zu verbessern;
• die betriebliche Effizienz der öffentlichen Dienste zu steigern;
• städtische Operationen vorherzusagen und zu optimieren;
• eine stärkere Einbindung der Bürger zu gewährleisten;
• das Ressourcenmanagement zu optimieren;
• die Resilienz und das Risikomanagement zu verbessern.

City Information Modeling: die Zukunft der intelligenten Städte

CIM entsteht als eine echte Weiterentwicklung des BIM-Konzepts, da es auf der Verwaltung eines 3D-Modells basiert, jedoch im städtischen Maßstab und mit einem datenzentrierten Ansatz. Diese Integration bietet eine systemische Sicht auf die Stadt, die es verschiedenen Fachleuten ermöglicht, in Echtzeit auf einer einzigen Datenquelle zu kollaborieren und zu arbeiten, wodurch die Planung, Ausführung und Wartung der Stadt verbessert wird. Praktisch kombiniert CIM die Vorteile von BIM, wie die Visualisierung und Analyse von Daten, mit denen von Geografischen Informationssystemen (GIS), wie der raum-zeitlichen Lokalisierung. CIM integriert Informationen BIM und GIS, wodurch alle städtischen Daten verfügbar und referenziert werden. Dieser Ansatz revolutioniert die Art und Weise, wie Städte die Herausforderungen der schnellen Urbanisierung und des demografischen Wachstums angehen.

Für das optimale Management intelligenter Städte ist es mittlerweile unerlässlich, Informationen und Vorteile aus der Anwendung der Technologien BIM, GIS und CIM zu vereinen.

Wie wir gesehen haben, impliziert das Konzept von CIM die Modellierung der Informationen von städtischen und infrastrukturellen Modellen, wobei eine große Menge multidisziplinärer Daten verwendet wird. Durch die Integration dieser Daten mit denen aus Geografischen Informationssystemen (GIS) und dem BIM (Building Information Modeling) ist es möglich, ein strukturiertes System zu generieren, das die Infrastruktur mit ihrem städtischen Kontext verbindet und in dem alle BIM-Modelle auf einer Karte georeferenziert sind.

Integrierte GIS-Karten im BIM-Prozess

Nehmen Sie in der Praxis eine Vielzahl von Daten auf, um harmonisierte Prozesse durchzuführen, um Fehler zu vermeiden und eine effektivere Entscheidungsplanung zu fördern. Um dies zu erreichen, gibt es BIM-GIS-Softwares, die es Ihnen ermöglicht, BIM-Modelle direkt auf einer GIS-Karte hochzuladen und anzuzeigen sowie fortgeschrittene Analysen zu den Beziehungen zwischen Gebäude und Kontext zu entwickeln.

Zu den zukünftigen Perspektiven für die Anwendung des CIM gehören insbesondere digitale Technologien wie Künstliche Intelligenz (KI) und das Internet der Dinge (IoT).

Diese Entwicklungen ermöglichen eine größere Datenintegration und ein effizienteres urbanes Management, wodurch die Schaffung von „intelligenten“ Städten erleichtert wird, in denen Infrastruktur, Verkehr, Energie und Dienstleistungen miteinander verbunden sind, was die Lebensqualität verbessert und die Umweltbelastung reduziert.

Darüber hinaus ist es möglich, sich mit modernsten Lösungen auszustatten, um geospatiale digitale Zwillinge der Projekte zu erstellen und zu verwalten, indem GIS-Daten mit openBIM-IFC-Modellen integriert werden.

Zusammenfassend ermöglicht dieser Prozess informierte Entscheidungen für alle beteiligten Akteure und vereinfacht die geplanten Entscheidungen. Zum Beispiel stellt es das ideale System dar, um die optimale Position eines bestimmten Gebäudes basierend auf seinem Zweck und den potenziellen Änderungen in der umliegenden städtischen Umgebung (wie der Nähe zu Schulen oder öffentlichen Verkehrsmitteln) zu bestimmen.

Zusätzlich ist es möglich, Simulationen für das Management von Notfallsituationen wie Bränden, terroristischen Angriffen oder Naturkatastrophen durchzuführen, indem Fluchtwege, Evakuierungspläne und Sicherheitsbereiche vorhergesehen werden.