SimStadt Next: Urbane Energiesimulation und digitale Zwillinge für nachhaltige und resiliente Städte

Wie können urbane Simulationen und digitale Zwillinge dazu beitragen, Städte nachhaltiger, energieeffizienter und widerstandsfähiger zu gestalten? Dies war die Leitfrage der Veranstaltung SimStadt Next 2026. Rund 55 Teilnehmende aus der SimStadt-Community kamen zusammen, darunter Studierende, Forschende, Softwareentwickler:innen und Fachleute aus der Praxis. Zwei Tage lang befassten sich die Teilnehmenden mit aktuellen Forschungsarbeiten und Anwendungen, diskutierten neue Methoden und tauschten sich über die Zukunft von SimStadt aus.

SimStadt ist eine urbane Simulationsumgebung, die an der HFT Stuttgart im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte und Partnerschaften entwickelt wurde. Sie ermöglicht Energieanalysen auf Gebäude-, Quartiers-, Stadt- und regionaler Ebene. Grundlage sind 3D-Stadtmodelle nach dem CityGML-Standard des Open Geospatial Consortium. Zu den Anwendungen zählen z.B. Berechnungen des urbanen Energiebedarfs (Wärme und Strom), Szenarien für Gebäudesanierungen, Analysen des Potenzials erneuerbarer Energien sowie Simulationen von Energienetzen.

Ein wichtiger Meilenstein für die weitere Entwicklung: Seit September 2026 ist SimStadt als Open-Source-Software unter der MIT-Lizenz verfügbar. Dadurch wird die Software leichter zugänglich. Nutzer:innen und Entwickler:innen können bestehende Arbeitsabläufe erweitern und neue Anwendungen beisteuern. Weitere Informationen zu SimStadt sind auf der folgenden Website verfügbar: https://simstadt.hft-stuttgart.de/

Der erste Tag begann mit einem optionalen Tutorial „SimStadt for Beginners“ von Eric Duminil und Matthias Betz. Es bot neuen SimStadt-Nutzer:innen eine praktische Einführung in die Software und ihre wichtigsten Funktionen. Prof. Dr. Volker Coors eröffnete SimStadt Next offiziell mit einem kurzen Rückblick auf die Entwicklung von SimStadt – vom ursprünglichen SimStadt-Projekt (2012–2015) über SimStadt 2.0 (2017–2020) bis zum heutigen Einsatz in mehreren nationalen und internationalen Forschungsprojekten. SimStadt und SimStadt 2.0 wurden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.

Die erste Keynote befasste sich mit der Rolle der Digitalisierung in der urbanen Energieplanung. Thilo Brüggemann von der GEF Ingenieur AG erläuterte, wie sich digitale Modelle und Simulationswerkzeuge entwickelt haben und warum Werkzeuge wie SimStadt entwickelt wurden. Brüggemann gehört zudem zu den zentralen Partnern bei der Entwicklung von SimStadt und bringt eine praxisorientierte Planungsperspektive in dessen Weiterentwicklung ein. 

Nach der Mittagspause teilte sich das Programm in einen „Data Track” und einen „Simulation Track“. Damit wurden zwei sich ergänzende Seiten urbaner Simulationen behandelt: die Qualität und Anreicherung der Eingangsdaten sowie die Weiterentwicklung der Simulationsmethoden, die diese Daten nutzen. Im Data Track stellte Jeson Lonappan von der Leibniz Universität Hannover LiDAR2UBEM vor. Urban Building Energy Models greifen häufig auf CityGML Level of Detail 2 (LoD2)-Daten zurück, während energierelevante Informationen wie Fenster-Wand-Verhältnisse oder Geschosszahlen fehlen können. Der vorgestellte automatisierte Ansatz verbindet Punktwolken aus Light Detection and Ranging (LiDAR) mit vorhandenen LoD2-Modellen, leitet zusätzliche Fassadeninformationen ab und gibt die angereicherten Gebäudeinformationen als CityGML mit Attributen der Energy Application Domain Extension (Energy ADE) für anschließende urbane Energiesimulationen aus.

Luna Riegel zeigte anschließend, warum die Qualität von 3D-Stadtmodellen ebenso wichtig ist. Ihr Vortrag über die Projekte CityDoctor und UDigiT-Doctor verdeutlichte, dass CityGML-Modelle geometrische oder anwendungsspezifische semantische und topologische Fehler enthalten können, selbst wenn sie formal schemakonform sind. Da die Verlässlichkeit von Analyseergebnissen wesentlich von der Qualität der Eingangsdaten abhängt, sind Verfahren zur Validierung und Modellkorrektur eine wichtige Voraussetzung für robuste Simulationsabläufe.

Die Beiträge von Muhammad Alfakhori, Juan Sardi Barzallo und Céphas Mwimangire brachten eine Mixed-Reality-Perspektive ein. Ihre Arbeiten untersuchten, wie sich heterogene urbane Informationen unmittelbar in ihrem räumlichen Kontext visualisieren und interaktiv nutzen lassen. Der vorgestellte Ansatz verbindet immersive Anwendungen mit 3D-Stadtmodellen und Geodatenbanken und ermöglicht so den Austausch von Gebäude- und Energieinformationen zwischen einer Mixed-Reality-Umgebung und der zugrunde liegenden Dateninfrastruktur.

Parallel dazu befasste sich der Simulation Track mit der Erweiterung der Modellierungsmöglichkeiten von SimStadt. Sathyapriya Perumal stellte einen Ansatz vor, mit dem SimStadt durch dynamische Energiesimulationen mit EnergyPlus erweitert wird. EnergyPlus ist dabei als eigener Schritt in den SimStadt-Arbeitsablauf integriert und verarbeitet die bereits von SimStadt aufbereiteten Gebäudeinformationen.

Am Beispiel des Forschungsprojekts SektorSim³ zeigte Janine Singer, wie sich hochaufgelöste Gebäudelastprofile mit Verteilnetzmodellen koppeln lassen. Das Projekt untersucht die Verbreitung von Elektrofahrzeugen, Wärmepumpen und Photovoltaikanlagen auf Dächern und verknüpft die daraus resultierenden Strombedarfsprognosen mit einem Verteilnetzmodell.

Benjamin Hueber erweiterte die Diskussion um die Perspektive der städtischen Klimaanpassung mit seiner Arbeit zu einem Ansatz für die aktive Kühlung von Bodenoberflächen. Sein Beitrag verdeutlichte die engen Zusammenhänge zwischen Energie, Gebäuden und Stadtklima, bei denen die thermischen Bedingungen nicht nur von der Lufttemperatur, sondern auch von Faktoren wie Strahlung, Luftströmung und Luftfeuchtigkeit beeinflusst werden.

Der letzte Vortrag des ersten Tages befasste sich mit der Rolle der Bürgerbeteiligung bei der urbanen Energiewende. Amando Reber präsentierte Erkenntnisse aus dem europäischen Projekt DigiTwins4PEDs zur Ko-Kreation und Bürgerbeteiligung bei der Planung sogenannter Positive Energy Districts. Damit ergänzte der Beitrag die technischen Sessions um einen wichtigen Aspekt: Eine nachhaltige urbane Energiewende hängt nicht nur von besseren Daten und Simulationsmodellen ab, sondern auch davon, wie unterschiedliche Akteur:innen in Planungsprozesse einbezogen werden. Digitale Werkzeuge wie urbane digitale Zwillinge können daher nicht nur Analysen unterstützen, sondern auch Szenarien vermitteln und die gemeinsame Diskussion über alternative Entwicklungspfade für Quartiere und Städte fördern.

Sally Köhler von der FÜNF PROZENT GmbH brachte mit ihrem Vortrag „Research Meets Practice: Use cases from FÜNF PROZENT“ eine praxisorientierte Perspektive ein. Sie erläuterte, wie Ergebnisse aus SimStadt genutzt werden, um Energieeffizienzprofile für Wohngebäude zu erstellen. Der Ansatz bietet Eigentümer:innen eine erste gebäudespezifische Orientierung zu energetischen Verbesserungen und unterstützt Kommunen dabei, Möglichkeiten der Energiewende in größerem Maßstab zu vermitteln. Ihr Vortrag hob außerdem Erfahrungen aus der praktischen Umsetzung hervor, darunter die Bedeutung verständlicher Informationen, skalierbarer Lösungen für viele Gebäude und deren kontinuierlicher Verbesserung durch Nutzerfeedback.

Anschließend folgten ein zweites Tutorial „SimStadt for Beginners“ und eine offene Diskussion unter der Leitung von Eric Duminil und Matthias Betz. Dabei konnten die Teilnehmenden mit eigenen Daten arbeiten. Aufbauend auf der praktischen Einführung des ersten Tages wendeten sie das Gelernte auf ihre eigenen Datensätze an und diskutierten Fragen aus ihren jeweiligen Anwendungsfällen.

Am Nachmittag stellte Eric Duminil in der Session „SimStadt in Research“ Arbeitsabläufe aus dem Projekt CircularGreenSimCity vor. Das Projekt betrachtet nachhaltige Quartiersentwicklung aus einer stärker integrierten Perspektive und untersucht die Wechselwirkungen zwischen Energie, Mobilität, Lebenszyklusanalyse, Stadtgrün und Wasser. Ein neuer GreenWater-Arbeitsablauf in SimStadt verknüpft Stadtbäume mit dem Energie- und Wasserbedarf von Gebäuden. Berücksichtigt werden dabei unter anderem Evapotranspiration, der Bewässerungsbedarf, Verdunstungskühlung und Auswirkungen auf den Gebäudeenergiebedarf. Das Projekt untersuchte außerdem, wie Veränderungen in der Mobilität städtische Flächen für zusätzliches Grün freisetzen können. Vorgestellt wurde auch ein webbasiertes Werkzeug, mit dem sich Quartiersszenarien zu Mobilität, Stadtgrün, Gebäuden und Energie konfigurieren, vergleichen und visualisieren lassen.

Rushikesh Padsala präsentierte anschließend Ansätze, mit denen sich Energiedaten und Simulationsergebnisse mithilfe der CityGML Energy ADE systematisch in urbane digitale Zwillinge integrieren lassen. Zudem stellte er einen Prototyp eines digitalen Zwillings vor, mit dem integrierte Energiewendeszenarien für ein Stadtquartier schnell verglichen werden können. Nutzer:innen können zentrale Parameter verändern, darunter die Belegung von Dachflächen mit Solaranlagen, die Verbreitung energieeffizienter Geräte, deren flexible Nutzung, das Laden von Elektrofahrzeugen sowie Gebäudesanierungsraten von bis zu vier Prozent pro Jahr. Auch der Wechsel des Heizsystems zu Wärmepumpen lässt sich berücksichtigen. Der Schwerpunkt lag nicht nur auf der 3D-Visualisierung, sondern auch darauf, heterogene urbane und energierelevante Informationen über standardisierte Datenmodelle und Schnittstellen zusammenzuführen, damit sie die Energieplanung und Entscheidungsfindung auf Quartiersebene für Positive Energy Districts (PEDs) unterstützen können.

Im Abschlussvortrag gab Prof. Dr. Bastian Schröter einen Ausblick auf die künftige Entwicklung von SimStadt. Dazu zählen skalierbare Ansätze zur Bewertung des Kühlbedarfs, die Ausweitung von Stromnetzanalysen auf Industrie- und Gewerbegebiete sowie Surrogatmodelle für rechenintensive Simulationen zur Klimaanpassung. Beispiele sind städtische Wärmeinseln und die Wechselwirkungen zwischen Wasser, Grünflächen und Gebäuden. Auf Basis der Ergebnisse detaillierter SimStadt- und gekoppelter Simulationen trainiert, könnten diese Modelle eine deutlich schnellere Bewertung urbaner Szenarien ermöglichen.

SimStadt Next zeigte damit die wachsende Bandbreite urbaner Simulationen: von 3D-Stadtmodellen sowie der Qualität und Anreicherung urbaner Daten über physikbasierte und dynamische Energiesimulationen bis hin zu GeoAI, urbanen digitalen Zwillingen und Bürgerbeteiligung. Die Verbindung von Daten, Modellen, Software, Forschung, Praxis und Gesellschaft ist entscheidend, damit die urbane Energiewende nicht nur analysiert, sondern gemeinsam gestaltet werden kann.

Da SimStadt nun als Open-Source-Software verfügbar ist, erstreckt sich die Zusammenarbeit auch auf die Software selbst. Neue Nutzer:innen, Forschende, Entwickler:innen und Fachleute aus der Praxis können SimStadt anwenden, bestehende Ansätze weiterentwickeln und zur künftigen Entwicklung der Plattform beitragen. SimStadt Next präsentierte somit nicht nur aktuelle Forschung und Anwendungen, sondern bildete zugleich den Ausgangspunkt für eine offenere und stärker vernetzte SimStadt-Community.

Die Veranstaltung SimStadt Next 2026 wurde im Rahmen des HIRE-Projekts organisiert. Dieses wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) unter dem Förderkennzeichen 03FHP206 gefördert.

Das vollständige Programm von SimStadt Next 2026 finden Sie hier:

Programm SimStadt Next 2026 (Hinweis: nicht barrierefrei)