Das Beispiel einer mittelgrossen Stadt im Südwesten Deutschlands verdeutlicht, dass Smart Cities nicht nur aus vernetzter Technik bestehen, sondern aus einem Zusammenspiel von KI, nachhaltigem Städtebau und einer Datenarchitektur, die Informationen in Echtzeit zwischen vielen Systemen verteilt. Beschrieben werden drei konkrete Anwendungen: ein autonomer Roboter für das Facility Management, sensorbasierte Energieoptimierung auf einem Bildungscampus und digitale Zwillinge im Weinbau. Gemeinsam zeigen sie, wie ereignisgesteuerte Plattformen Datensilos überwinden, Prozesse beschleunigen und kommunale Infrastruktur effizienter, sicherer und anpassungsfähiger machen können. Damit entsteht ein Vorbild für andere mittelgrosse Städte in Europa.
Häufig wird das Bild der «Smart City» von expandierenden Megastädten wie Singapur, Tokio oder Zürich dominiert. Doch im Südwesten Deutschlands sorgt eine stille Revolution dafür, dass sich diese Vorstellung verändert. Denn die Stadt Heilbronn, die früher vor allem für ihre mittelalterlichen Wurzeln und den Weinbau am Neckar bekannt war, hat sich zu einem der führenden europäischen Zentren für Künstliche Intelligenz (KI) und ökologischen Städtebau entwickelt.
Der Fokus der Stadt, die zur Grünen Hauptstadt Europas 2027 gewählt wurde, liegt längst nicht mehr nur auf der technischen Konnektivität. Heute ist Heilbronn ein lebendiges Labor, in dessen Zentrum der Campus des Innovationsparks Künstliche Intelligenz (Innovation Park Artificial Intelligence, IPAI) steht. In diesem neuartigen Ökosystem haben menschenzentrierte Technologien Vorrang vor dem Sammeln von Daten. Es werden nicht einfach nur Sensoren installiert. Vielmehr werden die Bürger durch digitales Empowerment dabei unterstützt, sich physisch besser mit ihrer Stadt zu verbinden.
Smartes Leben betrifft alle Bürger
Smart Cities zielen darauf ab, alle Aspekte des städtischen Lebens zu verbessern: vom Verkehrsmanagement und Energieverbrauch über die Sicherheit und Gesundheitsversorgung der Bürger bis hin zur Ressourceneffizienz und Qualität der Infrastruktur. Studien zeigen, dass Europa eine Schlüsselrolle in der Smart-City-Bewegung spielt: 60% der weltweiten Investitionen in Smart Cities konzentrieren sich auf Asien und Europa. Das deckt sich mit dem Ziel der Europäischen Union, bis 2030 einhundert klimaneutrale Smart Cities zu schaffen – als Pilotprojekte für alle europäischen Städte, die bis 2050 nachziehen sollen.
Technologieanbieter stehen nun unter Zeitdruck, wenn sie mit der wachsenden Nachfrage Schritt halten wollen. Angesichts der schieren Grösse und Komplexität urbaner Systeme gibt es einige Herausforderungen zu bewältigen. Insbesondere fünf zentrale Probleme müssen gelöst werden, damit Smart Cities ihr volles Potenzial entfalten können:
- Datensilos: Traditionelle Infrastrukturen führen häufig zu isolierten Datenspeichern. Das behindert eine ganzheitliche Entscheidungsfindung und steht dem Bedarf an sofortiger Datenverarbeitung und Reaktion entgegen.
- Skalierbarkeit: Mit dem Wachstum und der Weiterentwicklung von Städten muss auch ihre Dateninfrastruktur kontinuierlich ausgebaut werden, um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden.
- Veraltete Infrastruktur: Veraltete Verkehrs-, Energie- und Wasserversorgungssysteme können Schwierigkeiten haben, mit der modernen Nachfrage Schritt zu halten, was zu Störungen und Überlastungen führt. So wurde 2024 in Atlanta der Notstand ausgerufen, weil nach einem grossen Wasserrohrbruch Teile der Innenstadt ohne Wasserversorgung waren. Ein grosses Krankenhaus musste deshalb sogar Patienten in andere Einrichtungen verlegen.
- Mangelnde Interoperabilität: Verschiedene Systeme und Technologien müssen effektiv miteinander kommunizieren, damit ein wirklich integriertes städtisches Ökosystem entsteht.
- Künstliche Intelligenz: Der Einsatz von KI in Smart Cities stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber einfachen LLM-Anwendungen dar, muss jedoch den anhaltenden Sicherheitsbedenken durch verlässlichen Datenschutz Rechnung tragen.
Daraus lässt sich ableiten, dass eine robuste, skalierbare und in Echtzeit reagierende Dateninfrastruktur für den Erfolg unerlässlich ist. Eine ereignisgesteuerte Integrationsplattform mit Event-Broker- und Event-Mesh-Funktionen bietet sich hier als ideale Grundlage für den Aufbau wirklich «smarter» Städte an.
Betrachten wir nun drei konkrete Anwendungen der Smart-Campus-Initiative in Heilbronn, bei denen eine mit Solace erstellte ereignisgesteuerte Integrationsplattform hochmoderne, intelligente Entwicklungen unterstützt.
Der Roboter als Facility-Manager
Auf dem Bildungscampus ist ein KI-gesteuerter Roboter namens Loomi zu einem wichtigen Mitglied des Facility-Management-Teams geworden. Unbeeindruckt von den Wetterbedingungen bewegt sich Loomi autonom über den Campus, auf einer festgelegten Route, die durch GPS-Koordinaten definiert ist, und führt verschiedene Aufgaben durch. So überprüft er beispielsweise die Einstellungen der Klimaanlagen, die Funktionsfähigkeit von Pollern, die Zugänglichkeit von Fluchtwegen und den Zustand der Beleuchtung.
Entscheidungen, die innerhalb von Sekundenbruchteilen getroffen werden müssen, können erhebliche Auswirkungen auf die öffentliche Sicherheit, den Verkehr und die Erbringung von Dienstleistungen haben. Deshalb ist die Fähigkeit, Daten ereignisgesteuert in Echtzeit zwischen verschiedenen Systemen zu verteilen und zu verarbeiten, für das Funktionieren einer Smart City von entscheidender Bedeutung. Loomi nutzt hierfür ein Event-Mesh, das Statusaktualisierungen und Anomalien sofort an relevante Systeme und Personen weiterleitet – als Grundlage für ein proaktives Facility Management.
Stellt Loomi beispielsweise eine Abweichung bei den Notfallwegen fest, macht der Roboter vor Ort ein Foto und leitet diese Information an das Team weiter. Seine menschlichen Kollegen können den Handlungsbedarf einschätzen und bei Bedarf Massnahmen zur Lösung des Problems einleiten. Ein hervorragendes Praxisbeispiel für die Zusammenarbeit zwischen Mensch und KI!
Minimierung der Energieverschwendung in allen Campusgebäuden
Die Campusgebäude in Heilbronn sind mit Sensortechnologie ausgestattet, die den Strom-, Heizungs- und Wasserverbrauch überwacht. Die Daten werden für das Energiemanagement und die ESG-Berichterstattung genutzt.
Anders als bei herkömmlichen städtischen Infrastrukturen mit isolierten Datenspeichern nutzt Heilbronn ein Event-Mesh, um über MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) eine direkte Verbindung herzustellen. Dadurch wird ein effizienter Datenaustausch zwischen verschiedenen Systemen ermöglicht und die Gebäudeautomation von Neuberger unterstützt, welche die Heizung, Kühlung und Stromversorgung auf dem gesamten Campus überwacht und steuert.
In Zukunft wird der Energieverbrauch optimiert und die Nebenkosten der Mieter in Echtzeit abgerechnet. Die geschäftlichen Auswirkungen liegen auf der Hand: Kosteneinsparungen, erhöhte Nachhaltigkeit und verbesserte Betriebsabläufe.
Digitale Zwillinge für die Weinberge
Eine weitere Leistung der Smart-Campus-Initiative besteht darin, den Ruf der Stadt als Weinbauregion zu stärken. In landwirtschaftlichen Gebieten rund um Heilbronn betreibt The Things Network LoRaWAN-Netzwerke (Long Range Wide Area Networks). Ein LoRaWAN-Netzwerkserver ist über MQTT mit dem von uns aufgebauten Event-Mesh verbunden und fungiert als Gateway. Sensoren, die über die Weinberge verteilt sind, liefern Daten von Feuchtigkeits- und Temperaturmessungen, Regen- und Bodenanalysen an The Things Network. Das Ziel besteht darin, die Winzer in dieser Region dabei zu unterstützen, ihren Ertrag zu optimieren, ihre Effizienz zu steigern und kostengünstiger zu produzieren.
Ausserdem wurde ein digitaler Zwilling von zwei weiteren Weinbergen erstellt. Durch die Bestimmung ihres Phosphor- und Kaliumgehalts und des pH-Werts ist es möglich, die Bodenbedingungen georeferenziert genau darzustellen. So können Vorhersagen zur Optimierung der Schädlingsbekämpfung getroffen werden, beispielsweise durch die frühzeitige Erkennung und Verhinderung von Pilzbefall.
Die Smart City einen Schritt weiterbringen
Die drei Anwendungsfälle aus Heilbronn verdeutlichen nur ansatzweise, wie ein ereignisgesteuerter Integrationsansatz zur Realisierung von Smart Cities beitragen kann. Durch die Möglichkeit, Daten in Echtzeit zu übertragen und verschiedene Systeme zu integrieren, ist eine ereignisgesteuerte Plattform einzigartig positioniert, um mit den sich wandelnden Anforderungen von Städten mitzuwachsen und sich anzupassen. Für welche weiteren Herausforderungen intelligenter Städte bietet sie eine Lösung?
Skalierbarkeit zur Unterstützung riesiger Datenströme
Smart Cities generieren eine enorme Datenmenge von IoT-Geräten, Sensoren und Systemen. Allein auf dem Campus Heilbronn liefern derzeit 35.666 Informationspunkte die für eine intelligente Energiesteuerung erforderlichen Daten. Hier hilft eine ereignisgesteuerte Integrationsplattform, die Millionen von Ereignissen pro Sekunde verarbeiten kann und einfache Skalierbarkeit gewährleistet, wenn die Städte wachsen und immer mehr Geräte online gehen.
Sicherheit und Zuverlässigkeit
Smart Cities verarbeiten sensible Daten, die von personenbezogenen Informationen bis hin zur Steuerung kritischer Infrastrukturen reichen. Eine ereignisgesteuerte Integrationsplattform kann Daten sicher übertragen und ist widerstandsfähig gegen Ausfälle – zwei entscheidende Faktoren, um das öffentliche Vertrauen aufrechtzuerhalten und den kontinuierlichen Betrieb städtischer Dienste zu gewährleisten.
Edge-Computing-Fähigkeiten
Für viele Smart-City-Anwendungen, wie die vorausschauende Wartung von Infrastruktur oder das Echtzeit-Verkehrsmanagement, ist eine Verarbeitung am Netzwerkrand erforderlich. Ein Event-Mesh ermöglicht dieses sogenannte Edge-Computing: Dabei werden Daten nahe ihrer Quelle verarbeitet und dann an den Kern des Netzwerks übertragen, damit andere Systeme sie dezentral verarbeiten können. Das reduziert die Latenz, gewährleistet zeitnahe Antworten und ist für Anwendungen, die sich keine Verzögerungen durch eine zentralisierte Verarbeitung leisten können, von entscheidender Bedeutung.
Der neue Prototyp der Smart City
Der Weg Heilbronns von einer historischen Stadt zu einem digitalen Vorreiter ist eine wichtige Fallstudie für mittelgrosse Städte weltweit. Mit ihrer Ernennung zur «Grünen Hauptstadt Europas 2027» hat die Stadt bewiesen, dass Smart-City-Konzepte und Umweltschutz keine konkurrierenden Interessen sind, sondern zwei Elemente derselben Strategie. Die Integration des IPAI-Campus – eines 30 Hektar grossen, kreisförmigen Areals, das sich auf verantwortungsvolle KI fokussiert – zeigt, dass Hightech-Wachstum und klimabewusstes Design nebeneinander bestehen können.
Indem die Stadt ihr industrielles Erbe mit einer zukunftsweisenden KI-Infrastruktur verknüpft, dient sie als Vorbild für andere urbane Zentren, die innovativ sein wollen, ohne ihre kulturelle Identität zu verlieren. Heilbronn zeigt, dass die erfolgreichsten Smart Cities nicht nur auf Programmcode basieren, sondern auch auf Gemeinschaft, Nachhaltigkeit und dem unermüdlichen Bestreben, ungenutztes Potenzial in eine neue urbane Zukunft zu verwandeln – mit ein wenig Hilfe der ereignisorientierten Architektur!
Autoren: Alexander Martens, Director of Solution Engineering, Solace & Christian Harms, Technical Lead for Smart Districts, Bildungscampus Heilbronn.
