Digitale Zwillinge als Werkzeuge für klimaresiliente Stadtplanung Digitaler Zwilling, Blau-grüne Infrastruktur, Extremwetter, Klimaresilienz, Stadtplanung, Thermischer Komfort Theresa Münzenberger, Sarah Müller Mikroklimatische Analysen gewinnen in der Stadtentwicklung zunehmend an Bedeutung. Mit der Planungsplattform Buildplace hat die Form Follows You GmbH einen Digitalen Zwilling entwickelt, der klimatische Faktoren bereits in frühen Planungsphasen berücksichtigt und Planer: innen dabei unterstützt, Maßnahmen zur Klimaanpassung fundiert abzuwägen. Der Artikel zeigt im Hinblick auf Klimaanpassungsmaßnahmen und die Analyse des thermischen Komforts, wie mikroklimatische Aspekte in digitalen Planungsprozessen sichtbar und bewertbar werden und welche Potenziale sich für eine klimaresiliente Quartiersentwicklung ergeben. Unsere Städte stehen vor einem tiefgreifenden Wandel. Während die Nachfrage nach Wohnraum in Ballungsräumen stetig wächst und der Druck auf die Planung neuer Quartiere steigt, werden zugleich die Folgen des Klimawandels immer spürbarer. Extremwetterereignisse wie Starkregen, Überflutungen, Hitzeperioden und lange Trockenzeiten belasten nicht nur die städtische Infrastruktur, sondern auch die Lebensqualität der Bewohner: innen. Die Ursachen dafür sind bekannt: Ein Großteil der städtischen Flächen in Deutschland ist versiegelt, vielerorts liegt der Versiegelungsgrad bei über 70 %. Wo Asphalt und Beton dominieren, kann Wasser nicht mehr versickern, die Kanalisation wird bei Starkregen überlastet und bei Hitze heizen sich die Flächen massiv auf. Diese strukturellen Bedingungen verschärfen den Effekt des sogenannten „urban heat island (UHI)“- Phänomens, welcher in dicht bebauten Quartieren zu deutlich höheren Temperaturen führt als im Umland. Die Folgen sind spürbar: Zunehmende Hitzebelastung, ein wachsender Energiebedarf für Kühlung, eingeschränkte Aufenthaltsqualität im Freien und eine steigende Zahl hitzebedingter Erkrankungen [1]. Schon heute zeigt sich, dass viele städtische Quartiere den klimatischen Veränderungen nicht mehr gewachsen sind. Wenn Städte auch künftig lebenswerte Orte bleiben sollen, muss Klimaanpassung zu einem integralen Bestandteil der Planung werden. Quartiere der Zukunft müssen gleichzeitig Schutz vor Extremwetter bieten, Aufenthaltsqualität sichern und Ressourcen 50 4 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0076 Gutachten beauftragen zu müssen. Zwei solcher Module sind das ClimateTOOL und der thermische Komfort in Buildplace, die den Einstieg in die klimabezogene Quartiersbewertung schaffen. Klimawirksamkeit von Freiflächen sichtbar machen Das ClimateTOOL als ein Modul von Buildplace wurde gemeinsam mit der TU Berlin und dem Bezirk Charlottenburg-Wilmersdorf im Rahmen des Forschungsprojekts ClimateHOOD entwickelt. Ziel war es, ein praxistaugliches Werkzeug zu schaffen, das planerische Entscheidungen zur Klimaanpassung datenbasiert unterstützt. In Buildplace können Nutzende den einzelnen Flächen im digitalen Quartiersmodell sogenannte Flächentypen zuweisen, wie etwa versiegelte Parkfläche, Wiese, Versickerungsmulde oder Gründach. Jeder Flächentyp ist mit wissenschaftlich validierten Kennwerten hinterlegt. Diese umfassen z. B. Versiegelungsgrad, Einflusstiefe, Kühlvolumen, Volumetrische Wärmekapazität, Emissivität, Biotopfaktor sowie Investitions- und Betriebskosten. Die Parameter der geplanten Flächen können so automatisch mit der Größe der jeweiligen Fläche verrechnet werden. Daraus ergibt sich eine Vielzahl relevanter Indikatoren, die auf Ebene einzelner Grundstücke oder ganzer Quartiere ausgewertet werden können. Auf Knopfdruck lassen sich so Kennzahlen ablesen wie der Gesamtversiegelungsgrad, die potenzielle Retentionskapazität (durch Versickerung und Verdunstung), die Kühlleistung der Begrünung oder der Anteil ökologisch wirksamer Flächen. Ein Beispiel aus der Praxis Das untersuchte Quartier in Szenario 1 weist einen Versiegelungsgrad von rund 90 % auf, in dem Gebäude, Parkplätze und Asphaltflächen dominieren (s. Bild 1). Die Sommerhitze staut sich, Regenwasser fließt oberflächlich ab. Ziel der Kommune ist es, die Aufenthaltsqualität zu verbessern, Überhitzung zu reduzieren und mehr Grünflächen zu schaffen. In Buildplace lassen sich auf Basis integrierter Geo- und Gebäudedaten Stadtquartiere mit wenigen Klicks digital erzeugen und mithilfe eines assistierten Zeichentools präzise nachbilden. Neben der Abbildung des Status quo können Planungsszenarien erstellt werden. Szenario 2 (s. Bild 1) zeigt beispielsweise ein Entsiegelungskonzept, bei dem Parkplätze in Grünflächen umgewandelt, Wege mit versickerungsfähigem Belag ausgestattet und Retentionsmulden integriert werden. Buildplace ermöglicht eine Echtzeitauswertung der Wirkung dieser Maßnahmen: Der Versiegelungsgrad sinkt um etwa 42 % und die Retentionskapazität steigt um das 12-Fache. Durch diese unmittelbare effizient nutzen. Dafür sind fundierte Daten und interdisziplinäre Werkzeuge notwendig, die Klimafaktoren sichtbar und Planungsentscheidungen nachvollziehbar machen. Vor allem in der frühzeitigen Abschätzung der Klimawirksamkeit von Planungsvorhaben ist der Einsatz Digitaler Zwillinge besonders wirkungsvoll. Digitale Zwillinge ermöglichen es, gebäude- und freiraumbezogene Entwürfe mit simulationsgestützten Analysen zu verknüpfen und Faktoren wie thermischen Komfort, Luftzirkulation, Verschattung oder Wasserretention bereits in frühen Planungsphasen sichtbar und vergleichbar zu machen. Die webbasierte Plattform Buildplace bietet bereits heute Werkzeuge und Analysefunktionen, die es ermöglichen, verschiedene Aspekte der Klimaanpassung in einer Anwendung zu untersuchen. Anhand von zwei entwickelten Tools soll im Folgenden aufgezeigt werden, wie Klimaanpassungsmaßnahmen konkret in frühphasige digitale Planungsprozesse integriert werden können: Das ClimateTOOL analysiert Versiegelung, Wasserretention und Kühlleistung von Flächen, während die Analyse des thermischen Komforts Aufschluss über Wärmebelastung und Aufenthaltsqualität in Quartieren gibt. Digitale Zwillinge in der Stadtplanung Digitale Zwillinge können Geodaten, Gebäudemodelle, Umweltparameter und Planungsinformationen in einem interaktiven 3D-Modell verbinden. Sie schaffen eine gemeinsame Datengrundlage, auf der verschiedene Akteur: innen, von Stadtplanungsämtern über Planungsbüros und Wohnungsunternehmen bis zu Beteiligungsprozessen mit Bürger: innen zusammenarbeiten können. Im Gegensatz zu klassischen Planungsdarstellungen bieten Digitale Zwillinge räumliche Kontextualisierung und Echtzeitauswertung. In den letzten Jahren hat sich der Einsatz Digitaler Zwillinge in der Stadtplanung deutlich weiterentwickelt: Mit Buildplace lassen sich reale Stadtquartiere auf Basis amtlicher 3D-Gebäudemodelle (LoD2) digital abbilden und mit Planungsdaten verknüpfen. Das System bildet die Grundlage für verschiedene Fachmodule, etwa für die Prüfung planungsrechtlicher Festsetzungen, Flächenwerte und Ökologie, und ermöglicht so einen fachübergreifenden Zugang. Der zentrale Mehrwert von Buildplace liegt in der Integration und Automatisierung. Alle relevanten Daten sind an einem Ort gebündelt, Analysen werden automatisch durchgeführt und Ergebnisse stehen unmittelbar zur Verfügung. Damit entfallen viele aufwendige und kostenintensive Einzelschritte klassischer Fachplanungen. Kommunen können eigenständig Voruntersuchungen und Szenarien entwickeln, Varianten vergleichen und fundierte Entscheidungen vorbereiten, ohne externe THEMA Digitalisierung und Sicherheit 51 4 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0076 Mithilfe flächenbezogener Darstellungen in Buildplace lässt sich über die Analyse das thermische Empfinden sichtbar machen (s. Bild 2) und bereits in frühen Planungsphasen gezielt berücksichtigen. In den Analysen werden Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit, Sonneneinstrahlung und Verschattung berücksichtigt. Diese Faktoren haben gemeinsam Auswirkungen darauf, wie lebenswert ein Quartier an heißen Tagen ist. Die Basis der Berechnung des thermischen Komforts bildet der Universal Thermal Climate Index (UTCI). Er beschreibt, wie stark Menschen unterschiedlichen Kälte- und Hitzebelastungen ausgesetzt sind [2]. Der Ansatz stammt ursprünglich aus der biometorologischen Forschung und findet heute insbesondere in der Stadtplanung Anwendung. Der UTCI basiert auf einem thermoregulatorischen Modell, das die Reaktionen des menschlichen Körpers auf verschiedene klimatische Bedingungen simuliert. In Bild 2 wird der Unterschied zwischen zwei Szenarien deutlich: Im ersten Szenario führen die überwiegend versiegelten Flächen zu einer starken Hitzebelastung im Quartier. Im zweiten Szenario hingegen verschieben sich die Temperaturzonen, Bereiche mit intensiver Wärmebelastung werden deutlich reduziert, während zunehmend Zonen mit komfortablem thermischem Komfort entstehen. Diese Verbesserung resultiert aus gezielten Maßnahmen wie der Entsiegelung und Begrünung von Flächen sowie dem Platzieren von Bäumen und Wasserflächen. Potenziell kann auch die Anpassung von Baukörpern zur Verbesserung der Luftzirkulation und zur Ausbildung von Windleitbahnen beitragen. Diese Analyse erlaubt es Planer: innen, die Wirkung geplanter Maßnahmen nicht nur abstrakt, sondern räumlich konkret nachzuvollziehen und ermöglicht so weitere Optimierungen, beispielsweise durch zu- Rückkopplung wird deutlich, wie Veränderungen auf Quartiersebene klimatisch wirken können. Ein wesentlicher Vorteil des ClimateTOOL ist die offene Systematik. Der integrierte Flächentypenkatalog kann von Kommunen und Planungsbüros an lokale Gegebenheiten angepasst und durch eigene Materialtypen oder regionale Kennwerte ergänzt werden. Auch wirtschaftliche Parameter wie Investitions- und Betriebskosten können hinterlegt werden, sodass erste Kosten-Nutzen-Abwägungen automatisch erfolgen können. Damit wird das ClimateTOOL zu einem Instrument, das nicht nur ökologische, sondern auch ökonomische Dimensionen der Klimaanpassung integriert. Nachdem im ClimateTOOL die Effekte von Entsiegelung, Begrünung und neuer Wegeführung quantifiziert wurden, kann im nächsten Schritt der thermische Komfort im selben Quartiersmodell analysiert werden. Auf Basis der neu geplanten Flächen und Strukturen wird das Mikroklima auf Basis des UTCI- Index [2] im Digitalen Zwilling simuliert, also wie sich Temperatur, Sonneneinstrahlung, Wind und Verschattung im Quartier verteilen. Thermischer Komfort als Planungsindikator Für die integrative und hitzeresiliente Gestaltung von Quartieren erweist sich der thermische Komfort als zentraler Indikator, der frühzeitig mitgedacht und berücksichtigt werden muss. Der thermische Komfort beschreibt, wie Menschen die klimatischen Bedingungen ihres Umfeldes wahrnehmen und ist damit ein entscheidender Faktor für Aufenthaltsqualität und Gesundheit in urbanen Räumen. Die Analyse des thermischen Komforts ist Teil des Ökologietools, eines von drei Modulen, welches in einer Entwicklungspartnerschaft mit der Stadt Halle (Saale) für den Digitalen Zwilling „HAL-Plan“ auf Basis von Buildplace entwickelt wird. Bild 1: Planung und Prüfung von Klimaanpassungsmaßnahmen in Buildplace (Quelle: Buildplace / Form Follows You) THEMA Digitalisierung und Sicherheit 52 4 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0076 verkürzt so Planungszeiten deutlich. Dies erweist sich als entscheidender Vorteil angesichts steigender Baukosten und des Drucks, klimaangepassten Wohnraum schneller zu realisieren. Auf dieser Basis sind künftig weitere Anwendungen wie die Simulation von Energieflüssen, Mobilität oder Biodiversität denkbar. Damit wird deutlich: Der Digitale Zwilling ist weit mehr als ein technisches Werkzeug. Er ist ein strategisches Instrument für die Stadt der Zukunft, das Klimaanpassung konkret planbar, gestaltbar und umsetzbar macht. LITERATUR [1] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMUKN). 2020: Den Klimawandel gesundheitlich meistern! Empfehlungen zur Vorsorge. [2] Bröde, P., B. Kampmann, G. Havenith, G. Jendritzky. 2008: Effiziente Berechnung des klimatischen Belastungs-Index UTCI. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaft (ed.): Produkt- und Produktions-Ergonomie - Aufgabe für Entwickler und Planer, GfA-Press, Dortmund, S. 271-274. Eingangsabbildung: © Buildplace / Form Follows You GmbH sätzliche Verschattung oder die gezielte Anordnung von Vegetation entlang von Luftleitbahnen. So greifen die Erkenntnisse aus ClimateTOOL und thermischem Komfort unmittelbar ineinander und bilden gemeinsam eine datenbasierte Grundlage für klimaresiliente Quartiersgestaltung. Zusammenfassung Digitale Zwillinge eröffnen der Stadtplanung neue Wege, um Klimaanpassung sichtbar, nachvollziehbar und bewertbar zu machen. Sie ermöglichen, Faktoren wie Versiegelung, Wasserhaushalt und thermischen Komfort bereits in der frühen Entwurfsphase zu berücksichtigen und Varianten direkt zu vergleichen. Am Beispiel des ClimateTOOL und der thermischen Komfortanalyse in Buildplace zeigt sich, wie diese Werkzeuge datenbasierte Entscheidungen unterstützen. Ein zentraler Vorteil von Buildplace liegt in der permanenten Verfügbarkeit und automatisierten Auswertung der Daten. Analysen und Simulationen lassen sich mit wenigen Klicks, unabhängig von Zeit und Ort, durchführen. So können Planer: innen Risiken wie Überhitzung, mangelnde Durchlüftung oder unzureichende Retention frühzeitig erkennen, Maßnahmen gezielt priorisieren und deren Wirkung unmittelbar im räumlichen Kontext nachvollziehen. Folglich schaffen Digitale Zwillinge eine gemeinsame Datengrundlage für die Zusammenarbeit zwischen Fachämtern, Planungsbüros, Politik und Zivilgesellschaft. Sie fördern Transparenz, beschleunigen Abstimmungen und erleichtern die Kommunikation mit Entscheidungsträger: innen und Förderstellen. Auch ökonomisch bieten Digitale Zwillinge Potenziale. Bereits heute ermöglicht Buildplace Simulationen für eine frühe Bewertung von Maßnahmen, reduziert den Bedarf an externen Gutachten und AUTOR: INNEN Theresa Münzenberger, Buildplace c/ o Form Follows You GmbH Grunewaldstraße 18, 10823 Berlin mail@formfollowsyou.com www.buildplace.io Sarah Müller, Buildplace c/ o Form Follows You GmbH Grunewaldstraße 18, 10823 Berlin mail@formfollowsyou.com www.buildplace.io Bild 2: Überprüfung des thermischen Komforts in Buildplace (Quelle: Buildplace / Form Follows You) THEMA Digitalisierung und Sicherheit 53 4 · 2025 TR ANSFORMING CITIES DOI: 10.24053/ TC-2025-0076