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INIS-Verbundprojekt SinOptiKom: Sektorübergreifende Prozessoptimierung in der Transformation kommunaler Infrastrukturen im ländlichen Raum

Beschreibung

Projektlaufzeit: 05/2013 - 04/2016

Bearbeiter:

Veranlassung

Vor allem für ländliche Regionen werden Bevölkerungsrückgang, Klimawandel oder Energiewende in Zukunft weitreichende Anpassungen der kommunalen Ver- und Entsorgungsinfrastrukturen bis hin zu einem langfristig angelegten, dynamisch vollzogenen Systemwechsel bedingen. Nur durch eine Verzahnung der unterschiedlichen organisatorischen, betriebswirtschaftlichen, planerischen und wissenschaftlichen Disziplinen über Systemgrenzen hinweg können zukunftsfähige Anpassungs- und Transformationsstrategien für die kommunalen Infrastrukturen entwickelt werden. Eine notwendige langfristige Systemtransformation erfordert die Entwicklung innovativer und vor allem optimierter Strategien. Zur methodischen Entwicklung solcher Strategien, die sowohl die planerische, technische als auch die kommunal- und finanzpolitischen Umsetzung innovativer Systemkonzepte umfassen, besteht erheblicher Forschungsbedarf.

Vorgehensweise

Übergeordnetes Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines innovativen softwaregestützten Optimierungs- und Entscheidungssystems zur Bewältigung und Umsetzung einer langfristigen Transformation bestehender Infrastruktursysteme der Ver- und Entsorgung (Wasser, Abwasser, Energie) im ländlichen Raum. Hierin sollen mögliche zukünftige, intelligente Systemstrukturen analysiert und entwickelt werden und optimierte Strategien für die verschiedenen Sektoren in ihrer konkreten zeitlichen Abfolge abgeleitet werden. Die Arbeitsschritte innerhalb von SinOptiKom sind:

  • Arbeitspaket 1: Analyse und Akquise der Datenbasis als Input für die Modellierung: Derzeitige und angepasste und intelligente Siedlungs- und Infrastrukturkonzepte der Ver- und Entsorgung (Fokus Wasser, Abwasser, Energie) einschließlich ihrer Schnittstellen und Verzahnungen untereinander werden analysiert und in einer flexiblen Daten- und Wissensdatenbank strukturiert. Besonderes Augenmerk gilt den Gegebenheiten des ländlichen Raumes hinsichtlich Siedlungsstruktur und Bevölkerungsentwicklung sowie damit verbundener politischer Zielvorgaben und betriebswirtschaftlicher Strukturen.
  • Arbeitspaket 2: Erstellung Modellkonzept und Optimierungsmethoden: Die Modellanwendung soll eine Eingrenzung möglicher Entscheidungen auf der Grundlage einer „intelligenten“ Szenarienanalyse vornehmen, alternative Entscheidungen und notwendiger Umgestaltungen unter Berücksichtigung ihrer räumlichen und zeitlichen Abfolge darstellen sowie die damit verbundenen Auswirkungen aufzeigen. Zur Anwendungen kommen neben Methoden des Daten- und Wissensmanagements, der Prozessanalyse und -simulation innovative Optimierungsmethoden, Softwarearchitekturen und interaktive Visualisierungstechniken
  • Arbeitspaket 3: Entwicklung eines Demonstrators: Zentrales Element in SinOptiKom ist die Entwicklung eines praxisorientierten Demonstrators als innovatives und interaktives Planungsinstrument. Angesichts der komplexen Entscheidungsstrukturen und vielfältigen Einflussfaktoren wird der intuitiven Erfassung der Beurteilungskriterien und dem transparenten Entscheidungsvollzug mit Methoden des Software Engineering und der Visualisierung besonderes Gewicht beigemessen.
  • Arbeitspaket 4: Anwendung und Evaluierung: Das Optimierungs- und Entscheidungsmodell wird an verschiedenen Modellgemeinden angewendet, evaluiert und hinsichtlich seiner Übertragbarkeit bewertet.

Ergebnisse

In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme INIS geförderten Projekt „SinOptiKom - Sektorübergreifende Prozessoptimierung in der Transformation kommunaler Infrastrukturen im ländlichen Raum“ wurden Transformationsstrategien in Abhängigkeit von wesentlichen Treibern, wie z.B. der siedlungsstrukturellen und demografischen Entwicklung, unter Berücksichtigung unterschiedlicher Bewertungskriterien entwickelt. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf dem kommunalen Abwassersystem. Für die Trinkwasserversorgung der ländlichen Gemeinden wurde eine weitgehende Beibehaltung der zentralen Versorgungsnetze unterstellt.

Im Projekt wurden für zwei Modellkommunen softwarebasierte Optimierungsrechnungen über einen Betrachtungszeitraum von 50 Jahren mit unterschiedlichen Gewichtungen ausgewählter Bewertungskriterien, mit Hilfe der eigens entwickelten Software SinOptiKom-Demonstrator durchgeführt. Dadurch konnte ein breites Spektrum unterschiedlicher Transformationsszenarien der Abwasserinfrastruktur in ländlichen Räumen unter Einfluss des demografischen Wandels dargestellt und bewertet werden. Die Erstellung dieser Szenarien erfordert eine differenzierte Analyse der lokalen siedlungsstrukturellen Gegebenheiten, die kleinräumig stark variieren können.

Download des Projektberichts

 

Finanzierende Institution(en)

  • BMBF

Partner-Institution(en)

  • TU Kaiserslautern (AG Optimierung, AG Computergrafik & HCI, LS Stadtplanung)
  • Fraunhofer IESE
  • Verbandgemeinden Rockenhausen und Enkenbach-Alsenborn
  • igr AG
  • Mittelrheinische Treuhand GmbH
  • FIRU mbH

Literaturliste

  • Wölle, J.; Dilly, T. C.; Schmitt, T. G.; Holzhauser, M.; Hoek, J. (2016): Strategieentwicklung zur Transformation der ländlichen Abwasserinfrastruktur unter Einfluss des demografischen Wandels. In: Korrespondenz Abwasser, Abfall 63 (11), S. 976–981
  • Worreschk, S.; Hoek, J.; Herz, S.; Kaufmann Alves, I.; Bellefontaine, R. (2015): Comprehensive scenario management of sustainable spatial planning and urban water services. Proceedings Cities of the Future Conference, 28-30 May 2015, Muelheim an der Ruhr, Germany
  • Worreschk, S.; Hoek, J; Kaufmann Alves, I.; Herz, S.; Bellefontaine, R. (2015): Szenarien-Management für die Transformation von Wasserinfrastrukturen unter Berücksichtigung der Siedlungsentwicklung. DVGW energie | wasser-praxis 4/2015 , 25-27
  • Baron S., Holzhauser M., Schöffel S., Schwank J., Wölle J., Kaufmann Alves I., Schmitt T.G. (2015): Modelling Optimized Transformation Strategies of Urban Drainage Systems. Proceedings of the 10th International Conference on Urban Drainage Modelling, September 20-23, 2015, Mont-Sainte-Anne, Québec, Canada
  • Schmitt, T.G.; Worreschk, S.; Kaufmann Alves, I.; Herold, F.; Thielen, C. (2014): An Optimization and decision support tool for long-term strategies in the transformation of urban water infrastructure. Proceedings of the 11th International Conference on Hydroinformatics HIC 2014, August 17-21, 2014, New York City, USA
  • Worreschk, S.; Kaufmann Alves, I.; Schmitt T.G., Thielen, C. (2014): Optimization of transformation processes of drainage systems in rural areas. Proceedings of the 13th International Conference on Urban Drainage, September 7-12, 2014, Sarawak, Malaysia
  • Kaufmann Alves, I.; Worreschk, S.; Schmitt, T.G.; Schöffel, S.; Schwank, J. (2014): Cross-sectoral optimization and visualization of transformation processes in urban water infrastructures in rural areas. Proceedings of the IWA Word Water Congress 2014, September 21-26, 2014, Lisbon, Portugal