Expo 2020

Zentralintelligenz für Weltausstellung und Zukunftsbezirk in Dubai

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Die Expo 2020 im Südwesten Dubais bedeckt eine Fläche von 4,3 km². 3D-Rendering des physischen Designs Bild: Siemens Smart Infrastructure
Die Expo 2020 im Südwesten Dubais bedeckt eine Fläche von 4,3 km². 3D-Rendering des physischen Designs Bild: Siemens Smart Infrastructure

Die Weltausstellung in Dubai wurde von Anfang an als zukünftiger Stadtbezirk geplant. Ihre smarte Basis und übergreifende IoT-Intelligenz kommt von Siemens Smart Infrastructure. Ende 2021 lud das Unternehmen auf einen Besuch vor Ort ein.

Dubai wird als Dreh- und Angelpunkt für die westasiatische Geschäftswelt und Umschlagplatz für Waren und Passagiere gehandelt. Befeuert von Öl-Millionen und dem Zusammenschluss der Arabischen Emirate, entwickelte es sich in den letzten sechzig Jahren zur heute bevölkerungsreichsten Stadt der Region. Die ressourcenverschlingende Metropolis aus Beton, Stahl und Glas ist für das Auto gebaut, mit schnurgeraden Highways und zugestautem Straßennetz.

Arabisches Flair präsentiert sich dem flüchtigen Auge dabei bestenfalls spärlich. Die Architektur ebenso wie die klimatisierten Mega-Einkaufsmalls sind von globalen Marken und Mindsets bestimmt. Zum Gelände der Expo 2020 führen drei Autobahnen, die auf weiten Strecken von Brachen für potenzielle Entwicklungsgebiete flankiert sind. Öffentliche Verkehrsmittel gibt es auch: Die seit 2009 existierende Metrolinie wurde 2020 um einen Zubringer zur Weltausstellung erweitert.

Blaupause Expo 2020

Die Expo 2020, aufgrund der Corona-Pandemie um ein Jahr verschoben, wurde am 30. September 2021 eröffnet und läuft noch bis Ende März. Dubai siegte 2013 im Auswahlverfahren mit seinem Konzept „Connecting Minds, Creating the Future“ über Russland, Brasilien und die Türkei. Es dreht sich u. a. um das Thema Nachhaltigkeit und wie der Planet erhalten werden kann, während die Menschheit weiterhin nach Fortschritt strebt.

Die Weltausstellung, von Anfang an als zukünftiger Stadtteil Dubais geplant, bedeckt eine Fläche von 4,3 km2 im Südwesten von Dubai auf halbem Wege nach Abu Dhabi und wurde zum Preis von ca. 6,8 Mrd. Dollar errichtet. Über 190 Länder nehmen daran teil, darunter einige, die in ihren Pavillons innovative Technologien für die Begrenzung und Schadensmilderung des Klimawandels vorstellen.

Digitalisierung für zunehmende Komplexität

„Siemens Smart Infrastructure sieht den Weg zu Fortschritt und Nachhaltigkeit etwa in der Digitalisierung und der Schaffung digitaler Zwillinge von Gebäuden, Campusanlagen und Infrastruktur und hat dies zu seinem Geschäftsfeld gemacht“, sagt CTO Thomas Kiessling.

Abgebildet werde die komplette Kette von der Energieproduktion bis hin zu Gebäudeinfrastruktur und Gebäudebetrieb. Das heißt, neben den statischen Daten zum Gebäude werden auch die dynamischen der technischen Systeme und des Nutzungsverhaltens erfasst.

Trotz beginnender Fernauslesung von Energie- und Wasserverbrauch seien heute erst 5 % aller Gebäude wahrhaft smart und 30 % der in Gebäuden genutzten Energie werde regelmäßig verschwendet, führt er aus. Weit über die Schaffung von Gebäudezwillingen hinaus sieht das Unternehmen die Zukunft in automatisierter Analytik und selbstlernender, künstlicher Intelligenz für Gebäude, die sich eigenständig an Umwelt- und Nutzungsparameter anpassen. Im Bereich der Gebäudeautomation werden etwa TGA-Systeme nicht lediglich vernetzt, sondern über alle Ebenen in Gesamtsysteme integriert.

Hintergrund ist etwa, dass die so genannten Grid-Edge-Technologien wie Solar- und Windparks oder auch E-Autos außerhalb des bisher üblichen Standardstromnetzes operieren. Noch kommen weltweit 80–85 % der Energie aus fossilen Quellen, aber fluktuierende Energieangebote und -nachfragen sind im Aufwind. Zudem kann der Ressourcenverbrauch in Gebäuden, Städten und Regionen allein durch Monitoring und smartes Management signifikant gesenkt werden. Auch indirekt rechnen sich digitale Gebäude mit einem kleineren ökologischen Fußabdruck zunehmend: Sie weisen 4 % weniger Leerstand auf und generieren höhere Einnahmen. Sie helfen Angestellte zu behalten. Zudem resultieren gutes Design und damit bessere Arbeitsbedingungen in einem niedrigeren Krankenstand.

„Das Expo-Gelände, entworfen, um bis zu 300.000 Besucher:innen pro Tag zu empfangen, ist eine mögliche ‚Blaupause’ der smarten Stadt der Zukunft“, erklärt Oliver Kraft, Executive Vice President Expo 2020. 130 der Gebäude und Pavillions seien digital vernetzt und das gesamte Ausstellungsgelände ist mit Siemens-Technologie versehen. „Über die Partnerschaft mit Expo hinaus stattete Siemens 16 Länderpavillons mit Gebäudemanagementsystemen aus – Aufträge, die auf Ausschreibungsverfahren der 16 einzelnen Länder zurückgehen“, so Kraft.

Das Smart City System der Expo sorgt nicht nur für effizientes Energie- und Ressourcenmanagement, sondern bedient auch das besondere Sicherheitsbedürfnis einer Großveranstaltung in den Emiraten. Unauffällig sammeln 15.000 Kameras und tausende Sensoren und Fühler, Zähler und Regler innerhalb und außerhalb der Gebäude Daten zu Personenanwesenheit, -dichte und -bewegungen, Fahrzeug- und Ladestationenauslastung, Straßenbeleuchtung und Grünanlagenbewässerung, Energieverbrauch und Wassermanagement, Müllaufkommen und Brandschutz, Geräuschbelastung und Wetterdaten, Innen- und Außentemperaturen, Luftfeuchte und Luftqualität. Das Desigo CC Gebäudemanagementsystem koordiniert Gebäudesensoren und Energiemanagement einschließlich der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USP), regelt präsenzbasiert die Klima- und Lüftungstechnik, Kühlanlagen, Beleuchtung, Wasser und Abwasser.

Expo 2020: Grob-Schema des digitalen Designs Bild: Siemens Smart Infrastructure
Expo 2020: Grob-Schema des digitalen Designs Bild: Siemens Smart Infrastructure

Die Sicherheit liegt zudem in den „Händen“ des so genannten Siveillance Control Pro Managementsystems, das Lösungen für das Identifikationsmanagement, das Zugangsmanagement an ca. 5.000 Türen, automatische Nummernschilderkennung (ANPR), Vorfallmanagement und Alarmsysteme sowie Mess-, Steuer- und Regelungstechnik umfasst.

Das übergreifende offene Siemens IOT Betriebssystem, das alle Daten aus allen angeschlossenen Systemen auf dem Gelände verarbeitet, integriert und analysiert, um auf dieser Basis intellgente Entscheidungen für das Management der komplexen Infrastruktur zu treffen, nennt sich MindSphere. Die durch Siemens implementierten Technologien sollen künftig auch Lebensqualität, Nachhaltigkeit und Sicherheit der Einwohner des neuen Stadtteils von Dubai – Distrikt 2020 sichern. Seit dem Einsetzen der Corona-Pandemie wurde zudem die Resilienz zur Kernaufgabe: So kann die IoT-Technologie des smarten Gebäudes etwa Luftqualität und Raumhygiene durch zusätzliche Maßnahmen verbessern, die Virenverbreitung eindämmen, die Raumbelegung wie auch die Hygienestandards der sanitären Anlagen der jeweiligen Covid19-Updates anpassen sowie die Kontaktverfolgung übernehmen.

Die explodierende Komplexität lässt sich u. a. in der SmartCity-App überblicken. Die digitalen Zwillinge der Strukturen, Gebäude und Stadtteile und darin stattfindenden Abläufe können in verschiedenen Zeitintervallen betrachtet und Leistungen mit Soll-Werten verglichen werden. Werden etwa im Gebäude kritische Temperaturwerte erreicht, löst das System einen Alarm aus und leitet auch Lösungsmaßnahmen in die Wege.

Die SmartCity-App verknüpft Expo 2020 Dubai mit dem Internet of Things und hat das Potenzial, dies auch für ganze Städte zu tun. Bild: Siemens Smart Infrastructure
Die SmartCity-App verknüpft Expo 2020 Dubai mit dem Internet of Things und hat das Potenzial, dies auch für ganze Städte zu tun. Bild: Siemens Smart Infrastructure

IT-Sicherheit und Datenschutz

„Alle Daten der verschiedenen Datenquellen der Expo 2020 werden der MindSphere zugeführt, dort verarbeitet und liegen in der Amazon Web Services (AWS) Public Cloud auf Servern im AWS Data Center Frankfurt a. M.“, sagt Afzal Mohammed, Vice President IoT and Technology & Innovation, Siemens Industrial UAE.

Digitalisierung funktioniere nicht ohne IT-Sicherheit, sagt CTO Thomas Kiessling. „Um dem steigenden Risiko von Cyberattacken zu begegnen, müssen die 1.300 IT-Sicherheitsexperten, die Siemens Infrastructure beschäftigt, der Bedrohung immer einen Schritt voraus sein“, so Kiessling. „Siemens wird von der Regierung der Emirate intensiv geprüft.“ Kritische Daten verließen das lokale System nicht und seien auch nur lokal zugänglich. Ein- und ausgehende Daten würden zudem durch die Expo gescannt. Bisher habe das Unternehmen keine Datenpannen oder -lecks verzeichnet.

Die Verantwortung für den Schutz personenbezogener Daten, die durch Expo gesammelt werden, liege bei Expo 2020 als Auftraggeber. Siemens Technologien hingegen fokussierten auf die Auswertung und Analyse nicht-personenbezogener Daten wie Energieverbrauch, Luftqualität und dergleichen, heißt es bei Siemens. Dabei würden lokale Vorgaben und Regularien berücksichtigt.„Technologiebausteine werden unter Abwägungen von Kosten und Nutzen lokal angepasst bzw. neu entwickelt“, so Kraft. Für ein soziales Wohnungsbauprojekt wie die Wiener Seestadt Aspern oder ein gemischtes Quartier wie die Siemensstadt 2.0 in Berlin könnte das smarte Siemens Gesamtsystem andere Technologiebausteine beinhalten, basierend auf den dort geltenden Kriterien und gesetzlichen Vorgaben.

Die SmartCity-App sammelt, analysiert und visualisiert Daten für eine intelligente Enscheidungsfindung. Bild: Siemens Smart Infrastructure
Die SmartCity-App sammelt, analysiert und visualisiert Daten für eine intelligente Enscheidungsfindung. Bild: Siemens Smart Infrastructure

Entwicklungsprozess

Bei der Erarbeitung einer kundenspezifischen Lösung werden fallweise bestehende Technologien mit einbezogen und/oder neue entwickelt. Siemens erarbeitet im Vorfeld in einem so genannten Discovery Workshop mit dem Auftraggeber, sei dieser Entscheidungsträger nun eine Kommune oder ein Smart City Council, ein Projektwickler oder ein Unternehmen, die genauen Wünsche, Prioritäten und Vorstellungen zum Ziel des Unterfangens, erklärt er. Im Workshop werden dann z. B. Anwendungsfälle betrachtet und untersucht, wie genau die Realität in verschiedenen Gebäuden oder Anlagen aussieht und warum. Oft ergeben sich dabei völlig neue Ideen. Einen Smart City Council haben ca. 153 von 4.000 Megastädten weltweit. Eine eventuelle Bürgerbeteiligung oder eine Quartiersentwicklung von unten obliegt dabei dem Auftraggeber.

Bei einer solchen Entwicklung kann von einem Arbeiten mit getrennten Datensilos heute keine Rede mehr sein, betont Afzal Mohammed. „Dabei gibt es einfach zu hohe Datenverluste. Heute fragen wir die Kunden, wo ihre Schwachpunkte sind, wer ihre Stakeholder und mit welchen Systemen sie bereits wo Daten erheben. Und dann finden wir eine integrierte Lösung, die die Komplexität abbildet. Das ist jedes Mal neu und spannend und in der Regel auf einem ganz anderen Level als alles zuvor Dagewesene.“

Gelände mit Zukunft

Die Weltausstellung wurde „mit dem Blick auf die Zukunft“ geplant, sagt Nadimeh Mehra, Vizepräsidentin der Expo 2020, bei der es sich um eine Regierungsbehörde der Arabischen Emirate handelt. Das Gelände soll sich nach ihrem Ende nahtlos in ein nachhaltiges Stadtquartier namens District 2020 verwandeln. Damit unterscheide sie sich von World Fairs in anderen Ländern der Welt. Gemäß dem Masterplan für die nächsten zehn Jahre soll, anders als der Rest von Dubai, die neue grüne Stadt der Zukunft so fußgängerfreundlich bleiben wie das Ausstellungsgelände. Sie werde ein ausgedehntes Radwegenetz und ein autonom operierendes Transportsystem besitzen. Die so genannte 15-Minuten-Stadt soll eine gute Work-Life-Balance bieten und Wohnen und Arbeiten, Bildung, Kultur und Einkaufen an einem Ort vereinen, so dass das Pendeln in andere Viertel überflüssig wird.

80 % der existierenden physischen und digitalen Infrastruktur sollen weitergenutzt werden, erklärt Mehra. Auch eine Reihe der jetzigen Ausstellungspavillions bleiben erhalten, darunter der Sustainability Pavillion mit seinen Gärten unter riesigen Solarschirmen. Die meisten der zahlreichen Strukturen, die Alleen und Verbindungsgassen Schatten spenden, sollen das auch in Zukunft tun. Asphalt sei keine Option, dafür weitere Wasserbecken und Springbrunnen. Die überwiegende Mehrheit der Gebäude sei LEED-zertifiziert und mit Photovoltaik versehen, auch den Feldern Energie, Wasser und Abfallmanagement ziele man auf den höchsten LEED-Score ab.

Der Sustainability Pavillon mit den Photovoltaikschirmen ist eine der Strukturen, die für den Zukunftsbezirk District 2020 erhalten bleiben. Bild: Dany Eid/Expo 2020 Dubai
Der Sustainability Pavillon mit den Photovoltaikschirmen ist eine der Strukturen, die für den Zukunftsbezirk District 2020 erhalten bleiben. Bild: Dany Eid/Expo 2020 Dubai

„Das Budget für diese Transformation wird im Vergleich zu den 7 Mrd. Dollar, die für die bestehenden Bauten der Expo ausgegeben wurden, minimal ausfallen“, so Nadimeh Mehra.

Ein guter Teil der für die Expo-Phase errichteten Parkplätze werde mit dreigeschossigen Wohnhäusern zur Miete bebaut, deren Wohnungsgrundrisse sich an westeuropäischen Standards für mittelständische Familien orientieren. Die jungen Menschen, die dort Expo-Studien zufolge erwartet werden, kommen in der Regel auch aus Regionen mit westlichen Standards und 1-Kind-Familien, denn Dubai lädt, wie auch schon für seine vier zuvor entstandenen Hubs, erneut die globale Wirtschaftswelt zur Ansiedlung ein. District 2020 soll sich zum Innovationszentrum für die Region Mittlerer Osten und Nordafrika (MENA) entwickeln. Hier sollen Universitäten, Industrie und Regierung Forschung und Entwicklung betreiben und sich jede Menge Start-ups ansiedeln. Als Schlüsselsektoren dieses „Living lab for solutions to a smarter sustainable environment“ nennt Nagimeh Mehra künstliche Intelligenz, smarte Städte, Mobilität und Logistik. Die Ansiedlung wird gefördert: Start-ups zahlen zwei Jahre keine Miete. „Die bisher eingegangenen Bewerbungen – aus ca. 90 Ländern – entsprechen dem erwarteten Profil“, so Mehra.

District 2020 mit Siemens?

Sowohl die Expo als auch Siemens befürworten Public Private Partnerships; beide ziehen daraus Vorteile. Mit großer Wahrscheinlichkeit bleibt Siemens auch auf dem Weg zum District 2020 ein Partner. Der Plan ist, die Weiterentwicklung des Geländes dem Masterplan entsprechend zur smarten Stadt zu begleiten und auf den Erfahrungen der vier Jahre Planung der Expo aufzubauen. Die MindSphere als Grundlage aller digitalen Prozesse der Stadt existiert bereits und eine „Scheidung“ könnte teurer werden, als damit weiter zu arbeiten und andere Systeme zu integrieren. Zugleich können Siemens Gebäudeautomationstechnologien aber auch in andere Systeme integriert werden, sollte es anders kommen. Siemens jedenfalls bleibt vor Ort und zieht 2023 vollständig in das Gebäude an der Peripherie der Al Wasl Plaza ein.

District 2020 – Eine Blaupause für die Stadt von morgen?

Dubais Wirtschaft soll bis 2050 klimaneutral sein, so der Plan von VAE-Premierminister Sheikh Mohammed bin Rashid Al Maktoum für die Region. Im Oktober 2021 veröffentlichte der Dubai Future Council on Energy dazu eine Umsetzungsstrategie. In einem Siemens Whitepaper heißt es, die Emirate wollen bis 2050 den Anteil grüner Energie im Mix von derzeit 25 % auf 50 % erhöhen. So hat Dubai den weltgrößten Solarpark, in dem nun, in Kooperation der staatlichen Dubai Electricity and Water Authority (DEWA) mit Siemens Energy und Expo 2020, auch die Wasserstoffproduktion getestet und hochgefahren wird.

Welche sonstigen Maßnahmen geplant sind, um Net-Zero zu erreichen, bleibt zunächst unklar – einschließlich der Zukunft der Abu Dhabi National Oil Company, die zu den 20 Firmen gehört, die weltweit die meisten CO2-Emissionen verantworten. Zudem sollte analysiert werden, ob und wie die Stadt ihre Zukunft über 2050 hinaus sichern kann, denn der Klimawandel beschert der klimatisch ohnehin komplizierten Region zusätzliche Herausforderungen.

2050 werden etwa 70 % der Menschheit in Städten leben. Insbesondere die Küstenregionen verzeichnen seit Jahren extreme Zuwachsraten und Dubai treibt eine solche Entwicklung am Persischen Golf aktiv voran. Doch die Stadt ist buchstäblich auf Sand gebaut und kämpft schon heute mit Überflutungen. Teile ihrer künstlichen Inseln sinken. Wie die Umweltdatenplattform earth.org auf Basis des Coastal Risk Screening Tools von Climate Central modellierte, steigt der Meeresspiegel in der Region auch bei Paris-konformen 2 ° um ca. 2 m. Ohne zusätzliche Maßnahmen sind davon weite Teile der Stadt, einschließlich des neuen nachhaltigen Quartiers, betroffen. Fast vernachlässigbar erscheint daneben, dass die Temperaturen im Sommer bereits heute bis zu 50 °C erreichen. Im Durchschnitt stiegen sie in den letzten 60 Jahren um 1,5 °C und könnten 2060 weitere 2,5 °C höher liegen. Hinzu kommt der Hitzeinseleffekt, der die Betonstadt Dubai leicht zum Glühen bringen kann.

Mit dem Blick auf die Zukunft

Der steigende Meeresspiegel wird künftig für Hunderte von Städten weltweit Normalität, ebenso die extreme Hitze im Sommer. Sind wir optimistisch und nehmen an, die Emirate werden klimaneutral und generieren ihre Energie zu 100 % aus erneuerbaren Quellen. Möglicherweise gelingt es ihnen, das Meer auszusperren und auch alle anderen Probleme ohne allzu negative Technikfolgen zu lösen. Als Teil einer übergreifenden Nachhaltigkeitsstrategie könnte das geplante Stadtviertel dann vielleicht wirklich Maßstäbe für Smart Cities der kommenden Jahrzehnte setzen - und vorführen, wie küstennahe und von Hitze geplagte Städte der Klimakrise standhalten und dabei Sicherheit, Lebensqualität und Nachhaltigkeit vereinen. Siemens’ strukturübergreifende MindSphere mag ein Baustein sein, Grundlage ist jedoch ein überlebensfähiges Mindset.

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MSc, Dipl.-Ing. Silke Schilling

Dipl.-Ing. Silke Schilling
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· Artikel im Heft ·

Zentralintelligenz für Weltausstellung und Zukunftsbezirk in Dubai
Seite 14 bis 19
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