Digitale Zwillinge sind virtuelle, dynamische Abbildungen physischer Objekte, Prozesse oder Systeme. Sie entstehen durch die Erfassung von Eigenschaften und Zustandsveränderungen mittels Sensoren sowie manueller Eingaben und sind über einen bidirektionalen Datenaustausch mit ihren physischen Repräsentanzen verbunden.

Die im Februar 2025 veröffentlichte Studie „Digitale Zwillinge für Bau, Infrastrukturmanagement und -betrieb: Chancen, Anwendungsbereiche, Umsetzungsoptionen“ untersucht Einsatzmöglichkeiten und Herausforderungen bei der praktischen Umsetzung. Eine Zusammenfassung der Studie veröffentlicht das iRights.Lab. Grundlage sind eine qualitative Analyse der Fachliteratur, die Auswertung von Anwendungsprojekten und 49 Interviews mit Expert*innen aus Praxis, Forschung, Verwaltung und Wirtschaft.

Von Überwachung bis zu Prognosen

Das Funktionsspektrum Digitaler Zwillinge reicht von Überwachungsfunktionen bis zu komplexen Simulationen und Prognosen. Die Studie identifiziert Potenziale unter anderem für Ressourcenschonung, Effizienzsteigerung und die Unterstützung von Entscheidungen beim Management von Infrastrukturanlagen.

Untersucht werden Anwendungen in der Schienen- und Straßeninfrastruktur, Verkehrssteuerung, bei Wasserstraßen und im Gewässermanagement, in der Energie- und Wärmeversorgung, in Kommunalverwaltungen sowie im Bauwesen. Viele Anwendungen befinden sich noch in einer frühen Testphase oder sind Prototypen. Verbreitet sind insbesondere Modellierungen und Visualisierungen. Die Verknüpfung mit Echtzeitdaten befindet sich dagegen häufig noch in der Entwicklung.

Für prädiktive Instandhaltung und vorausschauende Wartung sehen die befragten Expert*innen Anwendungspotenziale in sämtlichen Infrastrukturbereichen.

Herausforderungen bei der Umsetzung

Die Studie ordnet die Herausforderungen in acht zentrale Handlungsbereiche ein.

• Gemeinsames Verständnis und Zielstellung:
  Beteiligte benötigen ein gemeinsames Verständnis davon, was ein Digitaler Zwilling leisten soll. Anwendungsfälle und Ziele sollen frühzeitig konkretisiert werden.
• Organisatorische Voraussetzungen:
  Relevante Akteur*innen sollen früh eingebunden, Organisationsprozesse gegebenenfalls angepasst und Ressourcen für das Projektmanagement bereitgestellt werden.
• Operative Umsetzung:
  Nutzergruppen und Anforderungen müssen bestimmt sowie technische und personelle Ressourcen und Kapazitäten geprüft werden.
• Etablierung einer Dateninfrastruktur:
  Erforderlich sind aktuelle, integrierte und qualitativ aufbereitete Daten. Dazu nennt die Studie Dateninventuren, skalierbare Data-Governance-Strukturen und Data Literacy.
• Aufbau der technischen Infrastruktur:
  Für Datenverarbeitung, Visualisierung und Analyse können neue Systeme notwendig sein. Bei Hard- und Software spielen offene Standards, Schnittstellen und Sicherheitsanforderungen eine Rolle.
• Klarheit über rechtliche Regelungen:
  Dazu gehören Datenbereitstellung und -zugang, Datenschutz, Rechts- und Genehmigungsverfahren sowie die rechtliche Absicherung von Entscheidungen auf Grundlage Digitaler Zwillinge.
• Digitalethische Fragestellungen:
  Zu berücksichtigen sind unter anderem Nachvollziehbarkeit, Diskriminierungsarmut, Privatsphäre und Nachhaltigkeit. Leitfäden, Checklisten und Beteiligungsformate können die Reflexion unterstützen.
• Förderstrukturen, Akteursvernetzung und Skalierbarkeit:
  Die Studie thematisiert Anschlussfinanzierung, flexible Fördermittel, Vernetzung und die Überführung von Pilotprojekten in nachnutzbare Lösungen.

Kompetenzen und Wissenstransfer

Besonderen Stellenwert hat der Kompetenzaufbau. Beschäftigte sollen nicht nur Daten erfassen, aufbereiten und visualisieren können, sondern auch deren Qualität, Stärken und Schwächen einschätzen. Entsprechende Grundkenntnisse werden auch auf Führungsebene benötigt. Die Studie empfiehlt kontinuierliche Schulungen, Workshops und eine Qualifizierungsoffensive für Fachkräfte im Bereich digitaler Infrastrukturtechnologien, einschließlich spezifischer technischer Weiterbildung und gegebenenfalls neuer Rollen in Organisationen.

Für den Wissenstransfer nennt die Studie Kompetenzzentren, Netzwerke und Plattformen, den Austausch von Best Practices sowie die Dokumentation von Projektergebnissen. Standardisierte Implementierungsleitfäden und Blueprints sollen Erfahrungen verfügbar machen und Doppelarbeit vermeiden

Weitere Informationen zum zugrunde liegenden Vorhaben bietet die Projektseite des iRights.Lab.

Die iRights.Lab GmbH ist Mitglied des Nationalen Bündnisses Digitale Kompetenzen für Beruf und Alltag.