Pourquoi parler de BIM sur ce site dédié à la numérisation 3D ? Il s’agit de deux sujets dissociables. La numérisation 3D ne s’inscrit pas forcément dans une démarche BIM, a contrario, un chantier suivant ce processus collaboratif n’a pas nécessairement besoin de convertir un espace existant en numérisation 3D. Combiner ces deux domaines d’activité s’avèrera nécessaire dans un grand nombre de cas . Il est donc utile de bien comprendre le BIM pour percevoir les opportunités d’applications de la numérisation 3D au bâtiment.
La maquette numérique 3D
La conception de bâtiments reposant sur la modélisation 3D informatique de l’ouvrage n’a rien de nouveau. Depuis plusieurs décennies, les architectes et bureaux d’étude utilisent des logiciels fonctionnant sur ce principe. Et pour cause, un ouvrage ne saurait être représenté en un nombre suffisant de vues bi-dimensionnelles sans augmenter le risque d’incohérence entre les plans, façades et coupes.
Si vous devez dessiner les plans de votre future maison pour en demander le permis de construire, vous devrez dessiner une multitude de vues 2D :
- plan de rez-de-chaussée,
- plan de l’étage,
- plan de masse représentant la toiture et le terrain,
- quatre façades,
- une ou plusieurs coupes verticales.
Sans modélisation 3D, chacun de ces documents est isolé des autres, et le produire est une tâche à part entière. Vous passerez probablement autant de temps à dessiner le plan de l’étage qu’à dessiner le plan du RDC; et si vous aviez prévu un second étage, celui-ci aurait constitué un fardeau supplémentaire aussi chronophage que ses deux prédécesseurs. Sur des projets de taille conséquente, travailler de façon aussi empirique n’est plus envisageable depuis de nombreuses années, car le coût du temps humain associé serait colossal. La concurrence n’existe pas seulement au niveau des entreprises de construction, les concepteurs doivent également être performants pour remporter des marchés.
Dès lors que le matériel informatique a su offrir des performances suffisantes aux architectes, la modélisation numérique des bâtiments a commencé à adopter la 3D. On ne modélisa plus des vecteurs mais bien des objets tridimensionnels. Le travail de conception se recentra alors autour des modèles 3D qui servirent alors à extraire des vues bidimensionnelles.
Appliqué à votre demande de permis de construire, modéliser en 3D revient à ne travailler qu’une seule fois. Générer des vues 2D de type façades, coupes ou plans étant alors totalement automatisé par le logiciel de maquette numérique. On comprend aisément l'intérêt de l’adoption de tels outils ! Imaginez, qui-plus-est, que votre demande de permis de construire ait été refusée et qu’il vous soit demandé de modifier la largeur des fenêtres. Une telle mise à jour impacterait chacun des plans d’étage, les façades et les coupes verticales.
En travaillant en 3D, la modification n’est à faire que sur la maquette, et les plans sont alors automatiquement actualisés. Un gain de temps non négligeable !
Mais en étant un peu rêveur, on se dit qu’on peut faire encore mieux. Pourquoi modéliser manuellement les fenêtres en 3D alors que le fournisseur a déjà réalisé ce travail ? Dessiner ce qui l’a déjà été par quelqu’un d’autre n’est-il pas une perte de temps ?
De la maquette 3D à la maquette BIM
La transition de la 3D vers le BIM s’est faite progressivement. Un grand nombre de personnes qualifie cette évolution d’opération marketing de grande ampleur, pour promouvoir des logiciels qui existaient déjà par le passé, et dont ils étaient les utilisateurs depuis de nombreuses années. Ils ont raison.
[qodef_blockquote text="D’une certaine façon le BIM n’apporte rien de révolutionnaire à la modélisation 3D, si ce n’est un packaging plus vendeur." title_tag="p" width=""]
Les éditeurs de logiciels dits “de BIM” n’ont finalement fait qu'apposer un nom nouveau sur un concept déjà bien établi. L’idée que nous entrions dans une nouvelle ère a commencé à se répandre au gré des évolutions des logiciels de modélisation. Pour reprendre l’exemple des fenêtres à modifier dans votre demande de permis de construire: Devoir modifier individuellement chaque fenêtre a vite provoqué la grogne des dessinateurs, et les éditeurs ont alors offert la possibilité de créer des entités nommées “groupes” ou “blocs”.
Puis, les utilisateurs ont voulu plus de flexibilité. Plutôt que de changer les blocs à modifier, pourquoi ne pas instaurer un système de paramètres ? Dans notre cas, il suffirait de modifier un simple champ numérique pour définir la nouvelle largeur des fenêtres, le logiciel se chargeant ensuite de modifier le modèle 3D en conséquence.
Dans certains cas, le souhait était plus complexe : pouvoir lier certains objets aux autres. “Si je rehausse le toit de la maison, j’aimerais que les murs soient étirés automatiquement de sorte que le toit ne se trouve pas en lévitation, et que toutes les vues 2D associées à mon modèle soient actualisées de manière cohérente.”
Est né alors l’attachement des éléments 3D les uns aux autres. Face aux nouvelles capacités ainsi conférées à nos modèles numériques, il devenait alors de plus en plus naturel de parler “d’objets” plutôt que de “dessins”. Le vent commença alors à tourner.
Les concepteurs voulurent toujours plus de capacités logicielles. L’évolution exponentielle des performances informatiques et de la capacité à échanger des données numériques à distance par Internet a laissé entrevoir de nouvelles perspectives. Pourquoi un architecte et un bureau d’études devraient-ils continuer à s’envoyer des données de manière asynchrone et travailler isolément sur leurs propres maquettes numériques, alors qu’ils pourraient unir leurs forces sur un modèle central partagé ?
Le BIM : un processus collaboratif
Pendant longtemps l’utilisateur a été au centre de plusieurs sources de données, qu’il avait à charge de compiler. La prise de conscience collective de la perte de temps que cela engendre a conduit à de nouvelles ambitions. Désormais les utilisateurs veulent une collaboration autour d’un modèle central. Le BIM, en tant que processus, se répand, et avec lui l’idée qu’une façon plus efficiente de collaborer est possible autour des projets de construction.
Il convient donc de ne pas considérer le BIM comme une maquette 3D d’un bâtiment et encore moins, contrairement à ce que beaucoup font encore, comme un simple logiciel.
[qodef_blockquote text="Le BIM est plus qu’un outil ou une méthode : c’est un principe de collaboration visant à atteindre une vision du travail plus efficiente. La maquette numérique n’est que le bras armé du Building Information Modeling." title_tag="p" width=""]
D’ailleurs, il est utile de rappeler que l’acronyme “BIM” renvoie volontairement à plusieurs définitions :
- Building Information Modelling,
- Building Information Management,
- Building Information Model.
En anglais, “Building” désigne à la fois l’ouvrage et l’acte de construire. Le “M” désigne simultanément la Modélisation et le Modèle, l’action et son résultat. Cette multiplicité de sens est exploitée par les anglophones, ce qui rend le terme pratiquement intraduisible hors de tout contexte. A défaut d’avoir trouvé un consensus autour d’une traduction francophone, il a été finalement décidé de garder ce terme multiforme, mais la barrière de la langue nous empêche d’en saisir toute la subtilité, sans explications préalables. Il s’agit d’un des éléments qui explique la difficulté de percevoir cette notion de processus.
C’est probablement sur le terme “Management” que les freins à l’approbation sont les plus nombreux. En effet, on ne parle plus d’un simple changement d’outil ou de méthode de modélisation.
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Convaincre les modeleurs des atouts d’un nouveau logiciel et les former à son utilisation n’est pas toujours aisé compte tenu du nécessaire abandon de certaines habitudes de travail que cela implique, et de la baisse de productivité (temporaire) qui en découle.
Mais cette difficulté n’est rien en comparaison de ce qu’occasionne un changement de “Management” dans la collaboration inter-entreprises. Ce changement des règles régissant un ordre interpersonnel et interentreprises bouscule toute une profession faite de personnes physiques et morales, de normes, de savoir-faire et de règles plus ou moins formelles, le tout encadré par un cadre réglementaire et juridique , ainsi qu'un contexte économique variable.
Le concept du BIM est ambitieux, mais il engendre beaucoup de changements auxquels tous les professionnels ne sont pas encore préparés. Pourtant, l’idée de posséder un avatar numérique de bâtiment a de nombreux avantages, notamment en termes de cycle de vie d’un bâtiment.
BIM et cycle de vie d'un bâtiment
Les Maîtres d’Ouvrages ont parfois des centaines d’immeubles à gérer dans leur parc immobilier, charge à eux de veiller à l’entretien et aux réparations de ces ouvrages. Ce travail impliquant de monitorer et centraliser les informations dans une base de données rationnelle et exploitable. La maquette numérique 3D est parfaitement adaptée à cet usage.
De fait, une démarche BIM complète ne saurait se limiter à la conception puis à la construction de bâtiments, sans s'intéresser aux évolutions intervenant au cours de la vie de l’ouvrage : rénovation, démolitions partielles, extensions, modifications, réparations, sinistres… Les Maîtres d’Ouvrages doivent documenter leurs bâtiments tels qu’ils ont été réellement construits. D’où l'intérêt des Dossiers des Ouvrages Exécutés (DOE) qui sont remis par les entreprises en fin de chantier.
Malheureusement , les entreprises ne prennent que très rarement au sérieux la réalisation de ces dossiers, et c’est finalement le dernier indice des plans d’exécution qui se transforme en plan estampillé “DOE” sans aucune réalité physique post-chantier.
[qodef_blockquote text="Dans le bâtiment, nous faisons encore la distinction entre les DOE et le TQC (Tel Que Construit, parfois nommé “As-Built”) alors même que dans une démarche BIM, ces deux notions devraient renvoyer à une vérité unique !" title_tag="p" width=""]
Il s’agit probablement d’un des enjeux du BIM auxquels il est le plus complexe de répondre. Produire une maquette numérique reflétant la réalité telle que construite implique de réaliser des campagnes de relevés aux différentes étapes de la construction, avant que certains ouvrages n’en masquent d’autres. Dès lors, numériser le “tel que construit” devient un prérequis pour entrer dans une démarche de cycle de vie (souvent nommée “Lifecycle”) liée à la maquette numérique. Ainsi, la numérisation 3D permet d’offrir aux Maîtres d’Ouvrages tous les bénéfices de la complémentarité entre BIM et PLM (Product Lifecycle Management).
De nombreux outils de GMAO (Gestion de Maintenance Assistée par Ordinateur) et de Facility Management (processus d’exploitation des bâtiments) sont créés. Combinés au développement de l’IoT (Internet Of Things, en français Internet des Objets), ces stratégies d’exploitation des ouvrages participent à la construction d’un continuum numérique centré sur la nature évolutive des bâtiments, devant s’adapter à la vie de leurs utilisateurs et aux aléas extérieurs. L'avatar numérique de l’ouvrage est alors la clé de voûte du processus global.
Le concept de jumeau numérique
Numériser un ouvrage au cours de sa construction permet l’obtention d’un DOE numérique 4D (des informations en trois dimensions physiques auxquelles est ajoutée la temporalité des données) et permet de recréer des “Jumeaux Numériques” (ou “Digital Twins”) des ouvrages.
Les gestionnaires peuvent alors exploiter le potentiel du PLM en se reposant sur cet avatar numérique. Les caméras de surveillance, compteurs de visites, thermostats et autres objets connectés, en lien avec la domotique et l’intelligence des bâtiments, peuvent alors être reliés à la maquette numérique et offrir une réponse efficace à un monitoring en temps réel des ouvrages. L’analyse des données hébergées au cours des années laisse entrevoir une infinité d’applications en termes de maintenance des ouvrages.
Toutefois, pour que ce système de “Product Life Management” puisse fonctionner, il est nécessaire de veiller à ce que le Jumeau Numérique d’un bâtiment reste bien son jumeau ! Toute modification de l’ouvrage devra être injectée à la maquette numérique afin d’assurer la pertinence des analyses, et ce jusqu’à la fin de vie du bâtiment. En effet, posséder une maquette numérique à jour d’un bâtiment lorsque l’heure de sa démolition a sonné, permet non seulement de connaître les quantités de chaque matériau et de fiabiliser le chiffrage des travaux de démolition, mais également d’anticiper la présence de certains matériaux sensibles.
Prenons l’exemple de l’amiante : ce matériau de construction est désormais interdit en raison de ses conséquences néfastes sur la santé. Actuellement, des chantiers se trouvent bloqués, des mois durant, lorsque la présence d’amiante est détectée au cours des travaux de rénovation. Les conséquences sont dévastatrices : retards de livraison, travaux de confinement coûteux, suivi accru des moindres faits et gestes des entreprises, traitement improvisé des déchets.
[qodef_blockquote text="N’aurait-il pas été plus simple de réaliser des travaux de rénovation en connaissant à l'avance la localisation et la quantité d’amiante sur les bâtiments à rénover ?" title_tag="p" width=""]
Ce que nous considérons aujourd’hui comme de “l’ancien” a un jour été du “neuf”. Plutôt que de laisser la charge à nos descendants de documenter, a posteriori, les travaux que nous réalisons aujourd’hui, ne serait-il pas plus prudent de documenter nous-même nos chantiers ? C’est là toute l’ambition du concept de “Digital Twin” reposant sur la numérisation du “Tel Que Construit” et l'établissement de D.O.E. numériques par les entreprises de construction, passant nécessairement par une numérisation 3D de la réalité.
Après le BIM, le Smart Building ?
Le BIM repose sur une base de données 3D et un processus collaboratif. Ce partage de données permet de nouvelles créations de valeur dont l’optimisation repose sur une approche globale « en cycle de vie ».
La gestion numérique des ouvrages reposant sur des maquettes 3D qualifiées de “Digital Twins” ouvre la porte à la quantification de nos environnements. L’IoT (Internet des objets) par ses capteurs et actionneurs accessibles en temps quasi-réel, révèle des phénomènes méconnus. Instrumenter notre environnement permet de nouvelles perceptions et capacités d'analyse, de modélisation et de prédiction.
Ce concept d’analyse reposant sur un modèle numérique et une base de données est assez démocratisé lorsqu’il s’applique aux villes. Il est généralement nommé “Smart City”. A l’échelle d’un bâtiment, on parlera de “Smart Building”. En contextualisant et localisant les données dans une maquette, des perspectives nouvelles s’ouvrent en termes de “Facility Management”, la complexification et la densification des données recueillies avançant de pair avec les progrès de l’intelligence artificielle. Recueillir des données, les croiser et les analyser pour en tirer des conclusions et mener des actions, n’est-ce pas là, finalement, la définition même de l’intelligence?
[qodef_blockquote text="Certains parlent déjà de « bâtiments apprenants » ou « cognitifs »." title_tag="p" width=""]
Ces concepts ambitieux stimulent l’imagination des entrepreneurs et des startups en tout genre, imaginant alors des applications et contribuant, de fait, à la naissance de nouveaux marchés. Aussi nébuleuses ou “perchées” que puissent sembler ces idées futuristes, il n’en demeure pas moins une vérité incontestable : les marchés qui s’établissent ainsi sur ces créneaux ont tous besoin de posséder un modèle numérique tridimensionnel de l’espace.
Une formidable aubaine pour le marché de la numérisation 3D !
Je pense qu’on verra d’autres évolutions technologiques dans ce secteur. le BIM n’est que la première étape.