Du BIM à l'IA : les explorations de pointe de l'innovation technologique dans les instituts de conception

Contexte de développement et concepts fondamentaux de l'IA et du BIM 

▌1. Contexte de développement 

Avec le développement rapide de la technologie, l'intelligence artificielle (IA) et la modélisation des données du bâtiment (BIM) deviennent progressivement des forces majeures de la transformation du secteur de la construction. Leur intégration profonde améliore non seulement l'efficacité de la gestion de projet, mais optimise aussi considérablement l'ensemble du processus de conception architecturale, de construction et d'O&M, insufflant une vitalité nouvelle au développement durable du secteur de la construction ; le domaine de la conception architecturale s'apprête à connaître de nouvelles percées.

▌2. Concepts fondamentaux

Intelligence artificielle (IA) : en tant que branche de l'informatique, l'IA vise à permettre aux machines d'exécuter des tâches requérant normalement l'intelligence humaine, telles que l'apprentissage, le raisonnement et l'autocorrection. Grâce au deep learning, au traitement du langage naturel, à la vision par ordinateur et à d'autres technologies, l'IA pénètre progressivement tous les domaines et apporte des transformations sans précédent.

Modélisation des données du bâtiment (BIM) : le BIM est une représentation numérique fondée sur un modèle 3D qui intègre toutes les informations du cycle de vie complet d'un projet de construction, y compris la géométrie, les relations spatiales, les attributs et les exigences de construction. L'application de la technologie BIM permet de réaliser la conception, la construction et l'O&M des projets de manière plus efficace et collaborative, poussant le secteur de la construction vers toujours plus de technologie.

Avantages de l'intégration de l'IA et du BIM

▌1. Optimisation intelligente de la conception

Au stade de la conception, l'introduction de l'IA permet aux modèles BIM d'effectuer des calculs et des analyses plus complexes, tels que l'analyse de la résistance structurelle et la simulation des consommations énergétiques. Grâce aux algorithmes d'apprentissage automatique, l'IA peut apprendre et optimiser automatiquement les solutions de conception, réduire l'intervention humaine et améliorer l'efficacité et la qualité de la conception. En outre, l'IA peut générer des solutions de conception diversifiées selon les besoins des utilisateurs et les tendances du marché, afin de répondre aux exigences de personnalisation.

Au stade du dessin, l'Institut de recherche et de conception architecturales de Chine s'appuie sur le logiciel ZhuHuiTong pour réaliser une modélisation 3D à partir de plans d'architecture 2D et créer rapidement un modèle BIM au niveau LOD 200. Ce modèle peut s'interfacer sans rupture avec les principaux logiciels BIM, tels que le format Revit, permettant ainsi une conception et un agencement efficaces. En se combinant avec des algorithmes d'intelligence artificielle, le logiciel Revit met en œuvre des fonctions de modèle intelligent, capables d'identifier et de traiter automatiquement les détails du modèle de bâtiment et de générer des modèles architecturaux conformes aux normes et paramètres de conception.

Au stade de la vérification des plans, le système intelligent de vérification des plans par IA développé par iFLYTEK utilise des algorithmes d'apprentissage automatique pour identifier les dispositions normatives du secteur de la construction, réalise une vérification en un clic, raccourcit la durée du processus complet de vérification et améliore l'efficacité et la qualité du contrôle des plans.

▌2. Simulation précise de la construction

La combinaison du BIM et de l'IA rend la simulation de la construction plus précise et plus efficace. La simulation dynamique des modèles BIM par des algorithmes d'IA permet de prédire les problèmes et les risques potentiels du processus de construction et d'élaborer à l'avance des mesures de réponse.

Au stade de la construction, l'IA peut ajuster en temps réel le plan de construction selon l'avancement des travaux et la situation réelle du chantier, afin de garantir l'achèvement du projet dans les délais et avec la qualité requise. La technologie BIM permet, grâce à la modélisation 3D et à la gestion du temps en 4D, de visualiser et de simuler dynamiquement le processus de construction. Cette simulation montre non seulement l'avancement des travaux, mais permet aussi de prédire les problèmes potentiels et d'optimiser le plan de construction. À partir du modèle BIM, il est possible de simuler l'implantation du chantier ainsi que l'affectation du personnel et des équipements, d'identifier les points non rationnels et de les corriger, afin de rendre le plan de construction plus précis et plus efficace. L'application en chantier du modèle BIM 3D d'implantation, combinée à l'optimisation de l'allocation des ressources et à la réalité des travaux, permet d'organiser rationnellement le site afin de réduire notamment les manutentions secondaires. L'IA peut encore contribuer à la planification du chantier et à sa gestion intelligente, en améliorant l'efficacité de la construction et le niveau de gestion grâce à une surveillance et à une maintenance en temps réel.

▌3. Gestion intelligente de l'O&M

Au stade de l'O&M, l'intégration de l'IA et du BIM montre également un potentiel considérable. Grâce à l'intégration des technologies de l'Internet des objets (IoT), le modèle BIM peut recevoir en temps réel les données d'état de fonctionnement du bâtiment, tandis que les algorithmes d'IA traitent et analysent ces données pour prédire les défaillances d'équipements, optimiser l'utilisation de l'énergie, etc. Une approche fondée sur les données permet d'établir des plans de maintenance prédictive, d'améliorer l'efficacité de l'O&M, de réduire les coûts d'O&M et de prolonger la durée de vie du bâtiment. La technologie IA peut, en analysant les données du modèle BIM, réaliser la détection des conflits, la simulation énergétique, le contrôle de la qualité, l'estimation des coûts et l'optimisation des délais, améliorant ainsi l'efficacité et la précision de la gestion de projet.

La combinaison du modèle BIM avec l'Internet des objets permet en outre le partage de données et la collaboration : tous les capteurs et installations du bâtiment peuvent échanger des données avec le modèle BIM, ce qui permet aux concepteurs, aux constructeurs et aux propriétaires de collaborer efficacement et d'ajuster rapidement les solutions de conception ; le personnel d'O&M peut aussi, via le modèle BIM, consulter intuitivement les données et les informations des équipements et installations du bâtiment, et gérer les installations plus aisément. Parallèlement, les données de fonctionnement et l'historique des installations peuvent être archivés et constituer progressivement une base de données, permettant une gestion de l'O&M numérique et intelligente ainsi qu'une gestion du cycle de vie complet des installations du bâtiment, ce qui améliore l'efficacité de la production, réduit les coûts et raccourcit les délais.

Application innovante de l'IA et du BIM par les instituts de conception

▌1. Institut de conception architecturale du Centre-Sud de la Chine

Avec l'appui de la technologie AIGC (intelligence artificielle générative), l'Institut de conception architecturale du Centre-Sud de la Chine a réalisé, grâce à son logiciel original « Giant AI » (logiciel de matérialisation de la créativité architecturale), le dessin par IA et la génération de milliers de propositions de perspectives, permettant aux concepteurs de retrouver le plaisir du croquis et de la recherche d'inspiration créative ; la conception assistée par IA est déjà appliquée à la conception de projets de tous types, et les modèles d'entraînement au dessin par IA couvrent désormais de nombreux domaines tels que la conception architecturale, la décoration intérieure, l'aménagement paysager, les plans de masse et les enveloppes de façade.

L'Institut du Centre-Sud investit également dans le domaine des grands modèles de langage génératifs : il a développé de manière autonome le « ChatADI Safety Assistant », équivalent d'un ChatGPT pour le secteur de l'ingénierie et de la construction, fondé sur plus de 70 ans d'accumulation de connaissances de l'Institut de conception architecturale du Centre-Sud de la Chine et sur les bases de connaissances, normes et standards du bâtiment et des secteurs connexes ; il fournit des conseils sur les questions professionnelles en architecture, structure, urbanisme, conseil, chauffage-ventilation-climatisation, plomberie-sanitaire, électricité, coûts de construction, etc., améliorant ainsi l'efficacité du travail des concepteurs.

La construction de l'aéroport de Huahu à Ezhou est devenue celle du premier grand aéroport « jumeau numérique » de Chine réalisé avec un usage approfondi du BIM sur l'ensemble du processus, intégrant dans le cloud le codage de près de dix millions de composants et plus d'un milliard de points d'information ; cette réussite favorise la transformation numérique de haute qualité de l'entreprise et entraîne l'extension des activités traditionnelles de conception architecturale de l'institut vers de nouveaux domaines tels que le conseil numérique, les services de chaîne d'approvisionnement, le big data, l'écologie et la protection de l'environnement, et les villes intelligentes.

▌2. Institut de recherche en conception de la Première Société du Huitième Bureau de construction de Chine

Lors de la conception d'ensembles urbains de grande échelle, l'équipe de conception IA de l'Institut de recherche en conception de la Première Société du Huitième Bureau de construction de Chine a, en utilisant des outils IA de haut niveau pour l'optimisation et le contrôle des solutions, progressivement exploré une méthode de conception par IA utilisable, contrôlable et accessible. Outre l'appui de ChatGPT comme outil linguistique, l'équipe IA a également appliqué une série d'outils de conception assistée par IA de pointe, notamment SD, Midjourney, UVR5, ArkoAI et Gamma, et a mené à bien de nombreuses tâches complexes telles que l'optimisation intelligente de textes, l'aide à la rédaction des offres, la conception schématique, l'optimisation et le contrôle des façades et la mise en page intelligente, mettant ainsi la technologie IA au service de la conception architecturale.

L'institut de conception explore sans cesse l'application de la conception assistée par BIM dans les projets EPC et, en fonction du type, de la taille, du délai et de la complexité du projet ainsi que des conditions ultérieures de construction et d'exploitation, élabore des plans détaillés d'application de la technologie BIM ; il prend comme points d'entrée les travaux spécialisés, les ouvrages unitaires et les lots individuels, et étend continuellement ses capacités de conception assistée par BIM à toutes les spécialités et à l'ensemble du cycle.

Le projet « Urban Balcony C4 » de Jinan a, grâce à une conception normalisée des nœuds combinée au cloud computing et à la conception paramétrique, réalisé de bout en bout une conception orientée fabrication et montage, et étendu les résultats de la conception à la production en usine pour guider la fabrication efficace des composants, éléments et modules. Il s'interface en outre avec la gestion du chantier pour favoriser l'installation rapide des composants, éléments et modules, améliorant ainsi le niveau de conception normalisée et de construction des projets de bâtiments préfabriqués.

Défis posés par la technologie BIM aux instituts de conception

La technologie BIM est un outil essentiel de la transformation numérique du secteur de la construction ; en tant que puissant moteur de l'innovation du secteur, elle peut favoriser la transformation numérique des entreprises, et la concrétisation des applications BIM ouvre de nouvelles orientations de développement pour le secteur. Cependant, l'application de la technologie BIM se heurte également aux défis suivants :

▌1. Difficulté élevée de mise en œuvre technique

Le système de logiciels BIM n'est pas encore abouti et les logiciels spécialisés font face à des défis en matière de localisation, d'avancement et d'innovation. Les technologies et moyens BIM existants peinent à soutenir les modes de gestion actuels, et les logiciels d'application BIM ne sont pas complémentaires, de sorte que, lorsque le BIM de conception est transféré vers la phase de construction, voire la phase d'O&M, les plateformes et outils adaptés font défaut.

▌2. Problème important de coût en temps

Les instituts de conception traditionnels manquent de motivation pour construire des plateformes BIM, principalement en raison de la pénurie de talents, du seuil d'utilisation élevé et de l'insuffisance des normes et spécifications. De plus, les concepteurs doivent suivre des formations logicielles sur leur temps libre, ce qui accroît implicitement les coûts et le temps à court terme.

La technologie BIM impose des exigences strictes en matière de collecte et de traitement des données : si la collecte prend trop de temps ou si le traitement est trop lent, l'efficacité et la qualité du projet s'en ressentent. Par ailleurs, le BIM augmente la charge de travail au stade de la conception et bouleverse des méthodes de travail efficaces accumulées de longue date, d'où un manque de dynamisme dans sa promotion.

▌3. Soutien politique limité

Le développement de la technologie BIM requiert un environnement de marché en amélioration continue, un bon soutien politique et financier des territoires, et l'élaboration, par les départements concernés du secteur de la construction, de politiques d'orientation adaptées aux nouvelles évolutions, afin de promouvoir efficacement la généralisation et l'application de la technologie BIM dans le secteur de la construction, d'améliorer ainsi la qualité et l'efficacité de la conception et de réaliser le partage des données et des informations ainsi que la gestion informatisée sur tout le cycle de vie des projets de construction.

▌4. Capacités insuffisantes des talents spécialisés

À mesure que la technologie évolue, la formation des talents ne satisfait pas les besoins de développement du secteur, et l'exigence de professionnalisme et de polyvalence des talents BIM devient encore plus pressante. Bien que la technologie BIM soit déjà largement utilisée dans le secteur, le niveau de compréhension et de connaissance du BIM varie encore considérablement entre le maître d'ouvrage, les concepteurs et les entreprises de construction. Comme le BIM fait appel à des connaissances complexes en ingénierie et en informatique, améliorer la compréhension et les capacités d'application de chacune des parties constitue également un défi.

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