Bienvenue dans le bâtiment du futur
Digitalisation
Bienvenue dans les bâtiments du futur
De la maquette numérique au BIM (Building Information Modeling), les nouvelles technologies révolutionnent la conception et la construction des bâtiments. Cette approche n’en est qu’à ses débuts, mais en matière de digitalisation dans le secteur de la construction, Hager Group a pris une longueur d’avance.
Frédéric Bastin se souvient encore avec précision du temps où il devait démonter des installations électriques qu’il venait juste de mettre en place sur des chantiers de construction. C’était le cas, par exemple, lorsqu’un concepteur n’avait pas prévu que la gaine de ventilation devait passer au même endroit que le conduit de câbles installé par F. Bastin. « Pour les projets de bâtiments complexes, ces dysfonctionnements sont presque inéluctables, même avec une planification minutieuse », indique F. Bastin. « Pour les artisans, c’est un pénible contre-temps. Pour le constructeur, cela coûte cher. Et pour le projet lui-même, l’impact est considérable en coût et en délai. »
À l’avenir, non seulement ces erreurs pourraient être évitées, mais l’ensemble de la planification et de la construction pourrait franchir un nouveau cap grâce au virtuel. Cette évolution est à rapprocher des technologies numériques que F. Bastin et son équipe sont actuellement en train de mettre en place chez Hager Group. Grâce à la maquette numérique et au BIM, de nombreux bâtiments pourront être créés sous forme d’images virtuelles, pendant et même avant le processus de construction à proprement parler. Ces « jumeaux numériques » sont déjà largement répandus dans les industries automobile et manufacturière, par exemple. Désormais, ils sont également en passe de conquérir le secteur de la construction.
Le BIM permet de simuler des espaces qui ne sont pas (encore) disponibles dans la vraie vie, mais qui devront être pleinement fonctionnels dans un futur proche.
Une technologie prometteuse
Un jumeau numérique est une réplique numérique d’un objet, d’un processus, d’un système. La représentation numérique renseigne à la fois sur les éléments et la dynamique du fonctionnement de l’objet tout au long de son cycle de vie. Pour un industriel, fini les batteries de tests pour faire évoluer un produit et lui apporter des modifications. Les données recueillies sur l’évolution de l’objet permettent d’en anticiper et d’en optimiser les performances.
General Electric, par exemple, utilise déjà la technologie du jumeau numérique pour 800 000 usines industrielles dans le monde. Ces outils virtuels permettent à ses équipes d’animer des moteurs d’avion, des éoliennes et des centrales électriques complexes. Elles acquièrent ainsi des connaissances précieuses sur le fonctionnement d’une centrale électrique, le besoin de maintenance d’un moteur ou l’optimisation d’une installation éolienne.
Les jumeaux numériques sont plus que de simples images virtuelles : ce sont des répliques vivantes en trois dimensions de l’objet ou du processus d’origine. Tout comme des jumeaux humains, non seulement ils ressemblent à leurs frères et sœurs, mais réagissent également de la même manière. Les jumeaux numériques et réels partagent le même ADN et les mêmes caractéristiques.
C’est aussi ce qui les rend si précieux. Grâce à eux, le monde réel, même celui en train d’éclore, peut être reproduit numériquement. Avec eux, nous pouvons même expérimenter le futur lointain. Une avancée considérable, notamment dans le secteur de la construction, où la modélisation des informations du bâtiment s’est développée dans les années 1980 mais qui commence seulement maintenant à prendre de l’ampleur.
Révolution dans la construction
« Le BIM permet de simuler des espaces qui ne sont pas (encore) disponibles dans la vraie vie, mais qui devront être pleinement fonctionnels dans un futur proche », explique F. Bastin. Dans les répliques numériques tridimensionnelles, les corps de métier impliqués dans la construction peuvent ajuster leurs composants et les tester en interaction. Les concepteurs peuvent explorer et corriger les fonctions et les dimensions du bâtiment avant même le premier coup de pelle. Ainsi, avant qu’un ingénieur en climatisation et un ingénieur électricien ne s’opposent sur le vrai chantier, ils auront identifié et évité le danger de collision dans la réplique virtuelle. F. Bastin l’affirme : « Le BIM est idéal pour les métiers du bâtiment. Il permet d’associer et de confronter sa propre conception à celle des artisans déjà actifs dans la phase de construction. »
Pour l’instant, dans l’industrie, nous n’en sommes qu’à nos débuts !
Le ZVE (Centre d’ingénierie virtuelle) de l’Institut Fraunhofer de Stuttgart en est un exemple. Au cours de l’étape de planification, une réplique du bâtiment de 3 200 mètres carrés, conçu par UNStudio et Asplan Architekten, a été recréée en réalité virtuelle tridimensionnelle à l’échelle. Toutes les deux à quatre semaines, des architectes, des concepteurs, des artisans et des clients se sont réunis dans cette réplique de bâtiment simulée pour discuter de la construction. Lunettes 3D à l’appui et projecteurs haute performance afin d’afficher la réplique tridimensionnelle sur un immense powerwall. Pendant que les participants à la réunion regardaient la réplique virtuelle, des caméras avec détecteur de mouvements captaient chacun de leurs gestes et adaptaient la perspective d’affichage sur le powerwall selon leur angle de vision. De cette façon, les concepteurs et les utilisateurs pouvaient explorer, enregistrer et optimiser le bâtiment. Cela leur permettait de le « connaître » avant même sa construction. Des facteurs tels que la taille des pièces, les voies de circulation, la disposition des fenêtres et d’autres éléments peuvent ainsi être adaptés à leurs besoins.
Autre exemple : le nouveau bâtiment situé sur le campus de Boskalis à Papendrecht, aux Pays-Bas. Celui que l’on appelle le « Bâtiment 6 » a été conçu par le cabinet d’architectes OPL. Visser & Smit Bouw B.V. Il est équipé des composants électrotechniques de HOMIJ Technische Installaties ; Hager a fourni différentes armoires de distribution principales et secondaires, ainsi qu’un système de barres omnibus. « En étroite collaboration avec notre partenaire, nous avons déterminé l’emplacement du système de barres omnibus », explique Martwin de Man, chef de projet chez Hager. « Nous avons ensuite élaboré le système complet de barres omnibus en 3D/BIM et l’avons intégré au modèle architectural, afin d’éviter les retards et les coûts d’indisponibilité sur site. »
Cette approche permettra, par exemple, aux électriciens de gagner du temps lors de l’installation et de la maintenance, de planifier plus précisément leurs actions et d’obtenir de meilleurs résultats.
Un immense défi technique
Parmi les avantages majeurs des modèles BIM figure leur niveau de précision très élevé, puisqu’une impressionnante quantité de données et d’informations converge dans une seule solution logicielle tirant parti de la technologie de modélisation des informations du bâtiment. Les données intégrées au système contiennent tous les détails de production et de construction, jusqu’aux plus petites connexions.
Mais cela représente aussi un immense défi. En effet, les modèles BIM se composent de nombreuses images numériques miroirs composites. Si vous voulez reproduire numériquement un bâtiment de manière réaliste, vous devez être capable de représenter numériquement tous ses matériaux, composants et dimensions. En clair, vous avez besoin de données complètes, comparables et pouvant être mises en relation.
« Pour le moment, l’industrie n’en est qu’à ses débuts », déclare Valerian Timm, BIM Expert chez Hager en Allemagne. « Avant de pouvoir répliquer des projets de construction complets, les fabricants et les artisans doivent d’abord vérifier et compléter toutes leurs bases de données. » L’équipe « One Spot » de Hager Group y travaille actuellement et va standardiser et restructurer toutes les données produits d’ici 2022. En parallèle, l’équipe de F. Bastin étudie les besoins des concepteurs d’installations électriques, des artisans et des architectes afin d’adapter en permanence les solutions BIM de Hager Group à leurs attentes.
Dans l’étape suivante, les données produits sont complétées par ce que l’on appelle des « logiques » : un enregistrement de données d’un coffret de commande, par exemple, « saura » automatiquement qu’une base correspond aussi à ce coffret de commande. Si un concepteur d’installations électriques l’utilise dans sa planification de projet BIM, la base est automatiquement ajoutée.
Toutefois, cela crée un deuxième problème. Plus les modèles BIM sont élaborés, plus le volume de données auquel les ordinateurs des artisans concernés doivent faire face est important. Les ordinateurs d’aujourd’hui sont tout simplement submergés par ces montagnes de données. « Les données d’un simple canal de parapet s’élèvent à elles seules à 200 Mo », explique Valerian Timm. « Pour pouvoir consulter et traiter l’ensemble du bâtiment, chaque corps de métier impliqué aurait besoin d’une puissance de calcul énorme, entraînant en permanence des bugs dans leurs ordinateurs. »
À l’heure actuelle, les modèles BIM ne sont donc principalement utilisés que pour l’application la plus simple, à savoir la planification des collisions. Pour l’utilisation de modèles BIM complexes, de nouvelles solutions sont encore nécessaires dans de nombreux cas.
Le futur virtuel
Cependant, les experts BIM de Hager Group estiment que leur potentiel est très prometteur. Si les modèles BIM se répandent au cours de la décennie, les artisans spécialisés pourraient simuler leur installation cible de manière totalement virtuelle et vérifier si elle est sûre et efficace. Lors des travaux de maintenance, ils pourraient utiliser des lunettes de réalité virtuelle pour afficher l’ensemble de l’installation électrique sur site. Par ailleurs, plus le nombre de composants reliés à des applications faisant appel à l’Internet des objets (IoT) sera important, plus ils pourront consulter des données telles que les capacités actuelles d’un composant, l’historique des performances et les séquences de maintenance. Les bâtiments et leurs installations électriques deviendraient ainsi des entités transparentes beaucoup plus faciles à entretenir et à optimiser.
« Nous voyons le BIM comme un processus avec lequel nous accompagnons nos clients dans leur parcours numérique », explique F. Bastin. Cette approche permettra, par exemple, aux électriciens de gagner du temps lors de l’installation et de la maintenance, de planifier plus précisément et d’obtenir de meilleurs résultats. Et ils ne seront plus amenés à l’avenir à extraire un conduit de câbles flambant neuf. »