Processus BIM

La réflexion stratégique sur la méthode BIM et sur la transformation numérique est en général l’«affaire du chef» et elle ne peut pas être déléguée. Cela ne veut pas dire que les responsables d’une entreprise de construction doivent traiter ou surveiller tous les détails. Il leur incombe plutôt de créer les meilleures conditions possibles pour faciliter au maximum le changement et donner les moyens aux personnes impliquées. Ce n’est qu’ainsi que des changements et des optimisations créatrices de valeur sont possibles. Il n’est pas rare que les bonnes idées restent lettre morte car les dirigeants se dégagent de leur responsabilité d’en reconnaître la valeur. Or il est essentiel de reconnaître les potentiels et de vouloir les exploiter. C’est pourquoi les tâches liées à la numérisation ne peuvent pas être déléguées à des individus en espérant qu’ils seront capables de mettre en œuvre toutes les exigences. Il faut au contraire un travail permanent et décentralisé dans sa propre entreprise pour pouvoir exploiter les plus-values de ces potentiels.

La nécessité d’analyser les processus d’affaires ainsi que d’examiner leur potentiel de numérisation et d’automatisation est une étape essentielle pour l’introduction du BIM. C’est la seule façon de créer une structure interne à l’entreprise qui permette d’appliquer avec succès la méthode BIM. Sur cette base, il est ensuite possible de mettre à profit des cas d’application individuels et spécifiques («use cases») au niveau du projet.

Penser et agir en termes de cas d’application permet de regrouper des tâches partielles d’un processus donné (p. ex. la pose d’armatures). Les activités peuvent ainsi être structurées et uniformisées au sein d’une entreprise. Une approche commune permet de mieux identifier et d’éliminer les erreurs systématiques. Chaque entreprise peut définir ses propres cas d’application. Pour collaborer au sein d’un projet, il faut cependant que toutes les personnes impliquées dans une étape de travail aient la même compréhension. Il est donc indispensable que les cas d’application communs soient également élaborés et décrits ensemble.

Dans les cas d’application, les objectifs globaux sont décrits au niveau de l’entreprise ou du projet. Dans le cadre des objectifs internes à l’entreprise, les intérêts des entreprises sont décrits dans leurs propres cas d’application. Ceux-ci s’adaptent généralement très bien aux besoins des projets et ne doivent être adaptés que de manière marginale, si tant est qu’ils le soient. La question de l’utilisation de l’avantage se pose alors majoritairement au niveau de l’entreprise.

Les cas d’application documentés doivent être considérés comme des exemples et donnent un aperçu des activités les plus courantes présentant un avantage pour une entreprise de construction. Les applications elles-mêmes (avantages et objectifs) doivent être adaptées à l’entreprise et au projet en fonction de la situation.

Cliquez sur le cas d’application correspondant pour le visualiser. Vous trouverez les descriptions complètes dans notre manuel BIM.

Les principales catégories d’outils numériques logiciels et matériels sont décrites ci-dessous. De nombreux appareils et applications comprennent une ou plusieurs de ces fonctions et peuvent être utilisés à bon escient dans plusieurs cas d’application. Mais plus un cas d’application est complet, plus il est important d’utiliser un outil spécialisé, conçu à cette fin. De nombreux outils de modélisation comprennent par exemple aussi des possibilités d’évaluation et offrent toujours une possibilité de visualisation. Mais si les modèles d’exécution numériques doivent également être disponibles sur le chantier, ou si un contrôle du modèle doit avoir lieu avant l’évaluation, il est recommandé d’utiliser des outils spécialisés, permettant non seulement d’optimiser le flux de travail, mais aussi de le stabiliser et donc d’améliorer la qualité.

Logiciels de modélisation

Les modèles de construction numériques sont créés dans un logiciel de modélisation. Les solutions logicielles spécialisées dans le domaine de la construction sont aujourd’hui en mesure de modéliser les éléments de construction en 3D et de saisir leurs propriétés. Selon les caractéristiques et l’état de développement du logiciel de modélisation, il est également possible d’utiliser des processus automatiques basés sur des règles (paramétriques) pour simplifier les tâches routinières et réduire la charge de travail pour créer le modèle. Pour l’essentiel, les logiciels de modélisation sont utilisés pour créer des modèles d’exécution numériques et les exporter sous forme de fichiers IFC, afin qu’ils puissent être utilisés par d’autres personnes et systèmes (commandes mécaniques, stations totales robotisées, plateformes de projet, etc.).

Visualisation

La visualisation des modèles de construction numériques est une application fondamentale. Elle consiste non seulement à visualiser les représentations 3D des éléments de construction numériques, mais également à afficher les informations des éléments du modèle selon l’application. Comment le projet est-il structuré, quels sont les éléments essentiels pour l’entreprise de construction (visualisation simple)? Quels éléments devraient déjà être exécutés (contrôle de l’avancement des travaux)? Les évidements sont-ils au bon endroit (contrôle qualité sur le chantier)? Autant de questions auxquelles un simple système de visualisation sur ordinateur ou des lunettes numériques (réalité augmentée, mixte ou virtuelle) permettent de répondre de manière claire et compréhensible pour tous. Les visualisations contribuent de manière décisive à ce que toutes les personnes impliquées aient la même compréhension d’une activité. Elles doivent être utilisées dans la mesure du possible afin d’éviter toute ambiguïté dans l’exécution, de préférence dès les premières phases du projet.

Contrôle du modèle

Les systèmes logiciels capables de contrôler les modèles de construction numériques fonctionnent en général selon deux principes:

1. Contrôle du modèle
2. Contrôle des collisions

Un contrôle du modèle désigne un contrôle mécanique automatique d’un modèle spécialisé ou partiel ou de plusieurs modèles spécialisés ou partiels sur la base de règles prédéfinies. Il est ainsi par exemple possible de contrôler les distances entre deux éléments de construction ou plus. La superposition est-elle respectée pour les fers d’armature? Toutes les étapes du bétonnage présentent-elles les caractéristiques convenues? Combien de murs sont surélevés et nécessitent des mesures appropriées? Quels sont les éléments du modèle qui ont été modifiés depuis la dernière révision? Ces questions et d’autres peuvent être vérifiées de manière simple et claire à l’aide de règles prédéfinies, ce qui permet de créer une base optimale pour le traitement ultérieur lors de la préparation du travail.

Le contrôle des collisions est un type particulier de contrôle du modèle qui consiste à vérifier les chevauchements virtuels dans un ou plusieurs modèles spécialisés et partiels. À cette occasion, il est possible de définir des tolérances autorisées. Comme il s’agit d’un contrôle mécanique automatique, les règles de contrôle doivent être prédéfinies pour le système. On peut citer comme exemple le contrôle des chevauchements entre les fers d’armature et les composants techniques du bâtiment (conduits d’évacuation ou de ventilation, etc.). Selon l’épaisseur des fers d’armature, une tolérance allant jusqu’à 2 centimètres peut être définie.

Évaluation des informations

Si les informations pertinentes sur les éléments de construction sont disponibles dans un modèle d’exécution numérique, elles peuvent être utilisées efficacement. Pour ce faire, les modèles de construction numériques sont évalués de manière automatisée et structurée. Ces informations peuvent être utilisées pour d’autres étapes de travail: calculs de coûts, planification du travail, logistique, commandes ou contrôles.

Simulations

Les simulations sont des prévisions de performance de nature très diverse. Elles peuvent concerner l’ouvrage lui-même (énergie, simulation du trafic, logistique de chantier, etc.) ou les performances des entreprises impliquées. Il peut s’agir d’une simulation de délais, dans laquelle la constructibilité peut être simulée dans un calendrier donné ou d’une simulation de coûts, dans laquelle les éléments de construction sont simulés avec des coûts spécifiques sur l’ensemble de l’ouvrage. Une simulation est toujours une évaluation de la performance et doit être évaluée avec des compétences techniques et de gestion. Une simulation consiste à combiner des modèles d’exécution numériques avec d’autres informations (coûts, délais, etc.) et à simuler les performances tout au long du processus de planification et de construction ou de l’ensemble du cycle de vie. Pour ce faire, on utilise généralement des programmes de simulation spéciaux. Pour les premières applications, certains outils de modélisation disposent de fonctions de simulation simples, qui la plupart du temps sont suffisantes pour les premiers pas.

Collaboration

Pour optimiser la collaboration, que ce soit entre le bureau technique et le chantier, entre la planification et l’exécution ou entre différentes disciplines, des espaces de projet virtuels – Common Data Environment (CDE) – sont utilisés. Comme l’accès doit être organisé et structuré par toutes les personnes impliquées, l’administration de l’espace de projet virtuel est une tâche de gestion. Les espaces de projet virtuels peuvent comprendre différentes fonctions (liste non exhaustive):

• Stockage commun d’informations pour les documents (p. ex. plans, détails, etc.)
• Stockage commun pour les modèles de construction numériques
• Visualisation de modèles de construction
• Organisation et pilotage des processus de travail (Workflows)
• Attribution de tâches de planification ou d’exécution (par exemple, gérer et évaluer le BCF)
• Gestion du statut des éléments de construction
• Utilisation pour des applications sur le chantier (contrôle de l’avancement des travaux, gestion des défauts, piquetage, etc.)

L’un des accords les plus importants entre les personnes impliquées est que l’espace de projet virtuel contient toutes les informations actuelles et constitue donc la base pour la mise en œuvre des cas d’application. Dans une entreprise de construction, une plateforme de projet virtuelle peut aussi être utilisée uniquement pour apporter des informations du bureau technique au chantier.

Les informations contenues dans les plateformes de projet virtuelles sont généralement stockées dans des clouds en Suisse ou hors de Suisse. Cela n’est généralement pas critique, car la disponibilité et la sécurité des informations y sont bien plus élevées que sur les supports de stockage locaux. Néanmoins, l’utilisation d’une solution cloud doit être convenue avec le mandant, en particulier si des projets sensibles sont traités.

Appareil de mesure Rover GNSS

Un instrument de mesure utilisable par une seule personne pour le piquetage et le relevé de points, lignes, arêtes, cotes et surfaces au centimètre près à l’aide de la technologie de mesure par satellite. Selon l’appareil, des assistants supplémentaires sont intégrés, comme une fonction de mesure oblique. Ces assistants accélèrent le travail pour l’utilisateur, car il ne doit plus obligatoirement tenir la tige à la verticale. Pour utiliser ces instruments de mesure, il est impératif de disposer d’une couverture satellite en vue directe suffisamment élevée et bien répartie et de pouvoir réceptionner des données de correction, sans lesquelles il est impossible d’obtenir la précision requise.

Les appareils modernes se prêtent à une utilisation directe sur le chantier, sans passer par des listes de points et des dessins. Certains offrent également des fonctionnalités de calcul et de documentation permettant d’enregistrer en temps réel le travail effectué et de réaliser des évaluations. Une réassurance des points au sens classique du terme devient généralement superflue, le piquetage ou le contrôle de l’installation s’effectuant immédiatement lors de l’utilisation. Aujourd’hui, les Rover GNSS sont généralement utilisés dans les travaux de terrassement ou de génie civil spécialisé.

Appareil de mesure tachéomètre, station totale robotisée

Le tachéomètre classique se distingue principalement de la station totale robotisée par la présence ou l’absence d’une motorisation. Celle-ci permet, du moins pour certains travaux, une commande par une seule personne. De nombreux appareils offrent des fonctions de mesure sans contact. Ceux qui sont motorisés proposent également un suivi de prisme automatique.

Contrairement au rover GNSS, cet appareil nécessite une liaison visuelle directe avec la cible et permet ainsi un positionnement dans un espace tridimensionnel au moyen de mesures angulaires et obliques. La précision à atteindre dépend non seulement du soin apporté, mais aussi de la classe de l’appareil, qui détermine aussi en grande partie son prix. En règle générale, il est possible d’atteindre quelques millimètres avec des appareils couramment disponibles dans le domaine de la construction, à condition d’utiliser l’appareil dans les règles de l’art. Lors de la première utilisation, ces appareils nécessitent généralement un certain temps d’apprentissage et un peu plus de connaissances techniques que le rover GNSS. Pour le reste, les fonctionnalités sont très similaires. La plupart du temps elles sont même contrôlées par des logiciels de terrain identiques, ce qui simplifie considérablement la manipulation pour les utilisateurs.

UAV (drones)

Les entrepreneurs peuvent utiliser très facilement des UAV (Unmanned Aerial Vehicle ou véhicule aérien sans pilote) pour effectuer le relevé topographique, en combinant la photographie et le positionnement (photogrammétrie) ou la technologie Lidar, et surtout pour des relevés réguliers et complets. Cette méthode est beaucoup plus détaillée et efficace que les instruments de mesure manuels habituels, comme un rover GNSS. Des cartes de déblai/remblai générables permettent de faire des comparaisons avec les ébauches, c’est-à-dire des comparaisons théorique/réel, et donc de contrôler, documenter et garantir la qualité d’exécution. La comparaison de différents relevés aériens sert en outre à documenter l’avancement des travaux de manière claire et compréhensible. Les survols aériens permettent par ailleurs d’identifier clairement les points dangereux, par exemple en mesurant les pentes ou les profils de rampes. Le calcul des surfaces, excavations, dépôts, terrils, etc. à l’aide de ces technologies est également fortement accélérée, uniformisée et simplifiée et peut ainsi être facilement institutionnalisée pour l’entrepreneur.

Scanners

Les scanners déterminent la position d’un point dans l’espace au moyen d’un rayon laser qui rencontre un obstacle et qui est réfléchi, avec, le cas échéant, une coloration de ce point au moyen d’une superposition de photos. Selon le type d’appareil, ce processus est effectué de quelques milliers à quelques centaines de milliers de fois par seconde. En l’espace de quelques minutes, on obtient ainsi, à partir des points, un nuage de points synthétisé qui reproduit l’environnement à l’échelle. Il est ainsi possible de saisir et de documenter rapidement tous les états complexes de manière détaillée.

Ces données peuvent être utilisées comme base pour d’autres étapes de travail ou comme assurance qualité ou preuve. Alors que certains modèles ne permettent d’utiliser les données qu’après une évaluation logicielle en aval, les modèles plus récents offrent des données déjà utilisables directement sur place, ce qui permet une intégration dans le processus de production en cours.

Visualisation RA/RM

La réalité augmentée (RA) ou la réalité mixte (RM) permettent de relier le monde numérique et le monde réel, c’est-à-dire de projeter des plans en 2D et/ou des modèles en 3D dans l’environnement réel. Contrairement à la réalité virtuelle (RV), qui permet certes de représenter des modèles de manière plus réaliste, mais qui constitue un système fermé sans lien avec le monde réel, la RA et la RM sont donc adaptées aux chantiers. La RV est généralement utilisée en dehors du chantier pour une meilleure visualisation, souvent aussi lors de la planification ou de la présentation.

Alors que les applications sont basées sur des logiciels, elles fonctionnent souvent selon le principe «BYOD» (Bring Your Own Device), bien qu’il existe également des solutions matérielles spécifiques et optimisées pour les chantiers.

Grâce à la superposition des données/modèles en temps réel et sur site, ces systèmes offrent notamment la possibilité de détecter les erreurs à un stade précoce, de voir la planification en vrai et de collaborer visuellement jusqu’à une véritable communication basée sur des modèles, créant ainsi une meilleure compréhension pour toutes les personnes impliquées.

Commande de machines

Un outil BIM est déjà largement répandu auprès des entreprises de génie civil avec la technologie de commande de machines. Ces systèmes permettent la mise en œuvre généralisée de modèles numériques sur le terrain. En comparaison avec l’industrie stationnaire, le degré de robotisation est certes encore à la traîne, mais cela est dû aux nombreux facteurs d’influence, régulièrement rencontrés dans les projets de génie civil, qui doivent être pris en compte en fonction de la situation. Ainsi, la nature et la portance du sol, l’acheminement et l’évacuation des matériaux sur le chantier, les aspects liés à la sécurité au travail, mais aussi la disponibilité de technologies de positionnement d’une précision adéquate ont une telle influence sur l’utilisation des machines que leur mode de fonctionnement ne peut pas encore être entièrement automatisé aujourd’hui. Néanmoins, les systèmes de commande de machines offrent de multiples potentiels pour la mise en œuvre et la documentation des modèles numériques. Parmi les aspects les plus importants, on peut citer les éléments suivants:

• Travail sans piquetage et donc indépendance par rapport aux travaux préliminaires ou aux zones de travail définies
• Productivité accrue grâce à la réduction des interruptions pour les contrôles et les corrections ainsi qu’à l’automatisation partielle de certaines étapes de travail
• Qualité et fidélité au modèle améliorées grâce à une référence généralisée
• Réduction des coûts grâce à une durée de construction raccourcie et à une utilisation réduite des ressources
• Possibilité de documenter automatiquement les travaux effectués

Les commandes des machines de chantier peuvent être catégorisées en différents groupes. On a par exemple des systèmes d’affichage simples ou d’autres dispositifs qui interviennent activement dans le fonctionnement de la machine.

Les systèmes d’affichage simples se contentent de représenter à l’écran la position de l’outil par rapport à la référence. Comme les systèmes n’ont pas d’interface directe avec la machine, leur utilisation ultérieure est relativement aisée. Le machiniste peut utiliser l’affichage comme référence, mais doit commander intégralement la machine de manière traditionnelle. Cette méthode permet déjà d’obtenir des gains de performance significatifs, même si le potentiel d’automatisation ne peut pas être exploité.

Contrairement au système d’affichage, les systèmes automatiques permettent d’intervenir activement sur le comportement de la machine. Outre la représentation de la position de l’outil par rapport à la référence, les écarts sont automatiquement corrigés sans que le machiniste n’ait à intervenir manuellement. Les commandes automatiques simplifient le travail pour le machiniste et permettent d’obtenir de bons résultats, même avec des conducteurs de machines moins expérimentés.