Professeur Zhang Jianping : la numérisation moteur de la construction intelligente
Sync WeChat · Xiaowei · 2023-11-06
L'article suivant provient de Exploration de la construction intelligente, auteur : le comité de rédaction
Résumé
La construction intelligente est un nouveau mode de construction tourné vers l'ensemble du cycle de vie du produit d'ingénierie et profondément intégré aux nouvelles technologies de l'information. Elle vise à former une chaîne industrielle intégrée et un système d'exploitation collaboratif couvrant l'initiation et la planification du projet, la planification et la conception, la production et la construction, la livraison du produit et les services d'O&M, et constitue la voie dominante pour promouvoir la transformation et la modernisation du secteur de la construction. Porté sur les technologies clés que la construction intelligente doit percer, cet article propose, avec l'appui de la numérisation de l'ensemble du processus des projets d'ingénierie, une pensée numérique, une trajectoire numérique ainsi qu'un BIM intelligent piloté par les données et son application sur tout le processus, explorant ainsi une voie technologique réalisable pour la construction intelligente.
Mots-clés : construction intelligente numérisation BIM intelligent projets d'ingénierie
1.Stratégies nationales et sectorielles de développement numérique
1. Stratégies nationales et sectorielles de développement numérique
Actuellement, le développement rapide des nouvelles technologies de l'information favorise considérablement la transformation et la modernisation numériques de tous les secteurs. Parmi elles, les nouvelles technologies de communication et de perception, représentées par la communication 5G, l'Internet des objets et l'Internet industriel, rendent possible l'acquisition efficace et à haut débit de données massives et fournissent aux secteurs la base de données nécessaire à leur numérisation ; les nouvelles technologies de calcul des données, centrées sur l'informatique en nuage, le big data et la blockchain, permettent le stockage distribué, le traitement et le calcul efficace de données à très grande échelle et, combinées aux technologies de puces telles que GPU et FPGA, offrent aux secteurs l'environnement de puissance de calcul nécessaire à leur numérisation ; les nouvelles technologies d'analyse des données, représentées par l'exploration de données, la perception-reconnaissance et l'apprentissage profond, font progresser une nouvelle génération d'intelligence artificielle pilotée par le big data et apportent aux secteurs le soutien algorithmique nécessaire à leur numérisation. Les nouvelles technologies de l'information améliorent considérablement les capacités d'acquisition, de façonnage, de traitement et d'exploitation des données, permettent de créer de la valeur à partir des données pour en faire des « actifs informationnels » et pousseront chaque secteur vers un développement et une transformation par bonds.
Sous l'impulsion de théories et de technologies nouvelles, le gouvernement chinois, appréciant la situation avec clairvoyance, a élaboré une série de grandes stratégies de développement visant à promouvoir l'Internet+, le big data et l'intelligence artificielle, parmi lesquelles les « Opinions directrices sur la promotion active de l'action Internet+ » publiées par le Conseil des affaires d'État en juillet 2015, le « Plan d'action pour la promotion du développement du big data » publié en septembre 2015 ou encore le « Plan de développement de l'intelligence artificielle de nouvelle génération » de juillet 2017. Pour mettre en œuvre les stratégies de développement nationales, l'État et les départements compétents du secteur de la construction ont également publié successivement une série de politiques correspondantes. Parmi les politiques emblématiques : en mars 2020, les autorités centrales ont défini les axes prioritaires des « nouvelles infrastructures » nationales, appelant à accélérer la construction de nouvelles infrastructures telles que les réseaux 5G et les centres de données ; en articulation avec les « nouvelles infrastructures », le MOHURD a proposé la stratégie de développement des « nouvelles infrastructures urbaines » afin de conduire la transformation et la modernisation des villes et de promouvoir la modernisation urbaine. En juillet 2020, le MOHURD, conjointement avec 13 ministères et commissions, a publié les « Opinions directrices sur la promotion du développement coordonné de la construction intelligente et de l'industrialisation du bâtiment », définissant la stratégie de développement et le système industriel du secteur chinois de la construction et fixant l'objectif d'inscrire la Chine, d'ici 2035, parmi les grandes puissances de la construction intelligente.
Cependant, dans le secteur chinois de la construction, les modes de construction et les systèmes de gestion traditionnels restent relativement en retard, avec des problèmes de forte consommation, d'émissions élevées et de faible efficacité ; de plus, l'infrastructure de données y est fragile et le niveau de numérisation y est bas. Dans le contexte de la stratégie numérique nationale, la transformation numérique et la montée en intelligence du secteur de la construction font face à des défis considérables, ce qui freine sérieusement le développement de la construction intelligente et de l'industrialisation du bâtiment portées par le numérique et l'intelligence.
2.La numérisation, passage obligé de la construction intelligente
2. La numérisation, passage obligé de la construction intelligente
2.1 La construction intelligente et ses technologies clés
La construction d'ouvrages désigne l'ensemble du processus de réalisation d'un projet de construction, comprenant l'initiation et la planification, la planification et la conception, la production et la construction, ainsi que les services d'O&M.
La construction intelligente est un nouveau mode de construction tourné vers l'ensemble du cycle de vie du produit d'ingénierie et profondément intégré aux nouvelles technologies de l'information. Elle vise, sous l'impulsion du numérique, à intégrer et à faire collaborer l'ensemble du cycle de vie et toute la chaîne couvrant l'initiation et la planification du projet, la planification et la conception, la production et la construction, la livraison du produit et les services d'O&M, afin que le processus de construction réalise la numérisation de la conception, l'industrialisation de la construction et la modernisation de la gestion ; elle constitue la voie dominante pour accélérer la transformation et la modernisation du secteur de la construction et opérer un changement fondamental du mode de production.
Les contenus d'application de la construction intelligente couvrent principalement la perception, la reconnaissance et la collecte intelligentes des données sur tout le processus, ainsi que leur localisation, leur suivi, leur transmission, leur surveillance et leur gestion ; la modélisation numérique et les plateformes de gestion des données ; la conception collaborative numérique ; la production en usine et la construction automatisée ; la gestion décisionnelle pilotée par les données.
La construction intelligente intègre profondément les technologies de construction aux nouvelles technologies de l'information telles que le BIM, l'informatique en nuage, le big data, l'Internet des objets et l'intelligence artificielle ; elle comprend notamment les technologies clés suivantes :
1
Technologie de modélisation et de simulation numériques de l'ouvrage : définir le produit d'ingénierie sur la base du BIM, construire des relations de données multidimensionnelles et, en simulant sa logique spatiale, sa logique physique et sa logique métier, refléter fidèlement et dynamiquement l'ensemble du processus de construction, afin de réaliser le jumeau numérique du produit d'ingénierie et de son processus de construction.
2
Technologie de perception, de reconnaissance et de contrôle intelligents : percevoir en temps réel, grâce à divers capteurs, les informations d'état du processus de construction et du chantier, et intégrer le BIM, l'Internet des objets, l'Internet mobile, l'informatique en nuage, la reconnaissance intelligente, la localisation en temps réel et la surveillance numérique, afin de réaliser la perception, la reconnaissance et la collecte intelligentes des données de l'ensemble du processus de construction du projet, ainsi que leur localisation, leur suivi, leur transmission, leur surveillance et leur gestion, au service du chantier intelligent et de la logistique intelligente.
3
Technologie de décision intelligente pilotée par le big data de l'ingénierie : établir des modèles de connaissances fondés sur le big data et de nouveaux paradigmes d'exploration de données, et réaliser, par l'exploration, l'analyse et la mise en évidence des données, l'alerte précoce des tendances au dépassement des seuils, l'extraction des causes d'écarts et l'analyse prédictive sur plusieurs aspects de la construction tels que le délai, le coût, la qualité et la sécurité, afin d'appuyer une gestion décisionnelle intelligente fondée sur les données et les algorithmes.
4
Engins de chantier automatisés et intelligents : sur la base des engins traditionnels, intégrer la perception-reconnaissance, la localisation-navigation et le contrôle automatique, afin de réaliser une fabrication numérique pilotée par le BIM et par les données ainsi qu'une construction robotisée, en remplaçant l'homme pour les travaux en environnements hostiles, en améliorant l'efficacité du travail et en réduisant la main-d'œuvre.
2.2 La pensée numérique de la construction intelligente
En résumé, la construction intelligente repose sur les nouvelles technologies de l'information et s'appuie sur la numérisation, la mise en réseau et l'intelligence ; parmi ces piliers, la numérisation est la priorité absolue pour réaliser la construction intelligente.
L'objectif de développement actuel du secteur de la construction est de promouvoir la transformation et la modernisation numériques des entreprises et du secteur, en utilisant les technologies numériques pour remodeler les relations organisationnelles, les modèles d'affaires et les modes de production des entreprises et du secteur, et pour réaliser une gestion fondée sur les données. Sa stratégie globale consiste à prendre pour base la numérisation de l'ensemble du processus des projets d'ingénierie et pour point d'entrée la construction intelligente, afin de réaliser, grâce à la modélisation numérique BIM et à son application sur tout le processus, une amélioration globale sur les trois plans des données, de la puissance de calcul et des algorithmes, et de fournir ainsi aux entreprises et au secteur la base et le soutien de données nécessaires à leur transformation et à leur modernisation numériques.
La numérisation est la voie technologique consistant à stocker, transmettre, façonner, traiter et appliquer les supports d'information sous forme de codage numérique ; par la modélisation numérique d'objets ou de processus physiques, elle forme un jumeau numérique dans l'ordinateur. L'informatisation, quant à elle, est le processus par lequel les technologies de l'information transforment les structures économiques et sociales traditionnelles, sur la base du développement de l'industrie des technologies de l'information. La numérisation met l'accent sur l'informatisation et l'automatisation des applications de l'information, en reconstituant le monde physique dans un monde numérique ; l'informatisation met l'accent sur l'application des technologies de l'information, le partage des ressources informationnelles et le développement de l'industrie de l'information, en transformant le monde physique grâce à l'information et aux technologies de l'information pour former une productivité informationnelle. La numérisation est la base et la méthode de l'informatisation, tandis que l'informatisation constitue la valeur de la numérisation, c'est-à-dire l'application des données dans le monde physique.
Du « 10e Plan quinquennal » à l'actuel « 14e Plan quinquennal », l'informatisation du secteur de la construction, menée avec dynamisme dans notre pays, a permis d'utiliser les technologies de l'information pour la production, l'exploitation, la gestion et la prise de décision des entreprises de construction et des projets d'ingénierie, faisant progresser considérablement l'informatisation du secteur. Mais la numérisation étant restée à un niveau bas et les technologies de traitement des données étant relativement en retard, la mise en œuvre de l'informatisation s'est faite difficilement et ses résultats ne sont pas à la hauteur des attentes. Le processus traditionnel d'informatisation prend pour objet principal les activités de l'entreprise ou du projet et leurs processus opérationnels ; il relève d'une pensée pilotée par le métier et n'utilise les moyens informatiques que pour améliorer ou transformer un nombre limité d'actions. Dans ce mode d'informatisation où le métier pilote l'informatique, les données des processus métier sont saisies dans les systèmes et forment les résultats et l'historique du fonctionnement des activités ; les données ne servent alors qu'à des consultations, des statistiques et des analyses historiques ultérieures.
La pensée numérique vise à élever le niveau de fonctionnement numérique, en laissant les données piloter l'informatique, ce qui peut faire émerger de nouvelles formes d'activité ou de nouveaux modèles de produits. Ce jumeau numérique est à la fois le reflet fidèle et dynamique de l'objet et, grâce à la construction de relations de données multidimensionnelles, il permet un calcul intégré d'ensemble, capable de refléter la réalité, de diagnostiquer et de résoudre les problèmes et d'anticiper l'avenir.
2.3 La trajectoire numérique de la construction intelligente
La construction intelligente s'appuie sur la numérisation de l'ensemble du processus des projets d'ingénierie comme socle, afin de réaliser la gestion des données sur tout le processus de construction ; sa trajectoire technologique devrait comprendre les aspects suivants.
(1) Modélisation et simulation numériques
Le BIM est une base essentielle de la modélisation numérique dans le domaine de la construction et de la réalisation du jumeau de données ; il est aussi la principale source du big data de l'ingénierie. Faire progresser en profondeur la modélisation BIM sur l'ensemble du processus du projet et son application intégrée permet de réaliser le jumeau de données de tout le processus de construction et d'en simuler la logique spatiale, la logique physique et la logique métier. En intégrant la perception intelligente de l'Internet des objets et des données en ligne dynamiques, on établit des points de contact numériques multidimensionnels, on collecte les données par différents moyens et l'on maintient la « vue de données » en ligne, afin de réaliser une croissance polymorphe et soutenue du big data de l'ingénierie et de fournir la base de données nécessaire à l'accumulation du big data sectoriel.
(2) Plateforme de gestion numérique
Sur la base d'une architecture de réseau distribué en calcul périphérique, construire une plateforme BIM en nuage autonome et maîtrisée pour les projets d'ingénierie, voire établir des centres de big data d'entreprise et sectoriels, afin d'offrir le stockage en nuage distribué, le traitement et le calcul efficaces du BIM et du big data de l'ingénierie, ainsi que des mécanismes de création, de gestion et d'application de modèles numériques holographiques et des mécanismes de travail collaboratif et de contrôle de la logique métier, et d'assurer la maîtrise des flux de données et des flux de travaux sur l'ensemble du processus de construction ; cela fournit également un soutien en puissance de calcul pour la gestion, l'exploration et l'analyse du big data sectoriel.
(3) Produits et services numériques
Établir un système intégré de produits et de services pour la conception, la production et l'exploitation numériques ; par la R&D de logiciels d'ingénierie et leur transformation en produits, former un écosystème logiciel couvrant toute la chaîne industrielle et centré sur des logiciels BIM autonomes et maîtrisés, articulé et interconnecté avec l'écosystème des plateformes CIM autonomes, afin de prendre en charge, par les données, l'initiation et la planification des projets d'ingénierie, la planification et la conception, la production et la construction ainsi que la gestion de l'O&M, de former une chaîne industrielle intégrée et de réaliser une livraison de produits d'ingénierie et des services d'O&M verts et durables.
(4) Exploitation et décision pilotées par les données
Le jumeau de données fondé sur le BIM permet de refléter dynamiquement l'ensemble du processus de construction et de construire automatiquement des logiques spatiales, physiques et métier complexes ainsi que leurs relations de données multidimensionnelles ; il permet d'utiliser et de développer des algorithmes et des outils d'analyse de données plus scientifiques et plus efficaces, d'améliorer la décomposition et l'analyse des données selon différentes dimensions et de piloter, par l'analyse des données, une exploitation et une gestion affinées des activités. En s'appuyant sur les données propres de l'entreprise et sur le big data sectoriel, on forme des analyses et des jugements de tendance en trois dimensions et par niveaux, on acquiert une compréhension fine des filières, des secteurs, des produits et des clientèles, et l'on pilote la croissance des activités par la mise en évidence des données. La décision fondée sur les processus et sur l'expérience cède ainsi la place à une décision pilotée par les données.
(5) Équipements d'ingénierie intelligents intégrant l'homme et la machine
En intégrant des technologies telles que la perception-reconnaissance, la localisation-navigation et le contrôle automatique, les équipements d'ingénierie intelligents présentent les caractéristiques de l'auto-perception, de l'auto-adaptation et de l'auto-contrôle. Ils adoptent un nouveau mode de fusion homme-machine fondé sur l'interaction entre l'homme, la machine et l'environnement, formant plusieurs paradigmes de collaboration (machine-machine, homme-machine, etc.), et peuvent, en fonctionnement, assurer un pilotage autonome, une surveillance intelligente et un diagnostic des pannes.
3.Développement des technologies BIM au service de la construction intelligente
3. Développement des technologies BIM au service de la construction intelligente
Face aux stratégies de développement nationales et sectorielles, la manière de réaliser de nouvelles percées dans la technologie BIM et d'approfondir l'application du BIM afin de fournir au secteur la base et le soutien numériques nécessaires à sa numérisation et à la construction intelligente est devenue un goulot d'étranglement qu'il est urgent de résoudre. Sur la base de plus de vingt années de recherche et de pratique systématiques, l'équipe de recherche BIM de l'Université Tsinghua a proposé de manière innovante le BIM intelligent piloté par les données et son application sur l'ensemble du processus, explorant ainsi une voie technologique réalisable pour la numérisation de tout le processus des projets d'ingénierie et pour la construction intelligente.
Le BIM intelligent présente des caractéristiques typiques telles que l'intelligence autonome du BIM, le pilotage par le big data et le soutien d'un environnement intelligent. L'intelligence autonome du BIM provient d'une structure de modèle BIM complète, qui doit comprendre un modèle de produit, un modèle de processus et un modèle de décision, et présenter des caractéristiques d'exhaustivité, d'association et de dynamisme des données, afin de prendre en charge l'association intelligente des modèles, leur évolution automatique, leur mise à jour autonome et la décision pilotée par les données.
3.1 Soutien environnemental du BIM intelligent
Avec le développement rapide des nouvelles technologies de l'information, la technologie BIM s'intègre profondément à l'Internet des objets, à l'intelligence artificielle, à l'informatique en nuage et au big data, et évolue progressivement vers le BIM intelligent. Celui-ci nécessite d'abord un soutien en environnements matériel et logiciel : l'environnement matériel intelligent prend pour base les infrastructures d'information des « nouvelles infrastructures » et connecte divers équipements intelligents par l'Internet, afin que ces équipements puissent échanger automatiquement des informations, déclencher des actions et exercer des contrôles, réalisant ainsi la perception, la reconnaissance et la collecte intelligentes des données de l'ensemble du cycle de vie du projet, ainsi que leur localisation, leur suivi, leur transmission, leur surveillance et leur gestion.
L'environnement logiciel intelligent s'appuie sur les infrastructures convergentes des « nouvelles infrastructures » et intègre le BIM à l'informatique en nuage, au big data, à l'Internet des objets et à l'intelligence artificielle, afin de réaliser la fusion, le stockage, l'exploration et l'analyse des masses de données hétérogènes de l'ensemble du cycle de vie du projet, en passant des données à l'information, à la connaissance voire à la sagesse, au service de la construction et de la gestion intelligentes.
3.2 Soutien applicatif du BIM intelligent
La modélisation BIM et l'application intégrée sur l'ensemble du processus des projets d'ingénierie constituent le soutien applicatif du BIM intelligent et l'unique voie de la modélisation numérique sectorielle et de l'accumulation du big data. L'application intégrée du BIM sur l'ensemble du processus d'ingénierie comprend trois niveaux : l'application intégrée pluridisciplinaire (gros œuvre, corps d'état techniques, façade rideau, etc.) ; l'application collaborative entre plusieurs parties prenantes (maître d'ouvrage, concepteur, constructeur, exploitant, etc.) ; l'application transversale entre phases (planification, conception, construction et O&M, etc.).
Pour réaliser cette application intégrée sur les trois niveaux, il faut le soutien des technologies de création du BIM sur l'ensemble du cycle de vie, notamment l'architecture système et l'environnement de partage d'information du BIM sur tout le cycle de vie, les technologies de modélisation BIM sur tout le cycle de vie, les technologies de stockage et de gestion des données BIM sur tout le cycle de vie, les technologies d'extraction et d'intégration de sous-modèles BIM, etc. Il faut également le soutien d'une série de dispositifs de gestion de l'application intégrée du BIM, dont les normes et guides d'application du BIM, les modes et méthodes de gestion fondés sur le BIM, l'organisation et le contrôle des processus métier fondés sur le BIM, etc. Tous ces soutiens techniques et managériaux sont réunis au sein d'une plateforme BIM unifiée, qui prend en charge les trois niveaux d'application intégrée du BIM sur l'ensemble du processus du projet et forme une modélisation numérique BIM complète, fournissant la base de données de la numérisation de tout le processus du projet et de l'accumulation du big data de l'ingénierie.
3.3 Soutien managérial du BIM intelligent
La plateforme BIM et le centre de données constituent le soutien managérial du BIM intelligent et une base essentielle de la gestion et de l'exploration du big data de l'ingénierie.
(1) Fonctions de base et caractéristiques techniques de la plateforme BIM
En tant que plateforme applicative tournée vers les utilisateurs, la plateforme BIM présente trois fonctions de base :
01
Elle fournit des mécanismes de création, de gestion et d'application du BIM sur l'ensemble du cycle de vie du projet d'ingénierie, réalisant le partage et la transmission sans perte de l'information entre toutes les phases, toutes les parties prenantes et toutes les spécialités du cycle de vie du projet.
02
Elle fournit des mécanismes de travail collaboratif et de contrôle de la logique métier, réalisant la collaboration entre plusieurs parties prenantes ainsi que l'organisation et l'ordonnancement de leurs processus métier.
03
Elle fournit l'environnement d'exécution des logiciels applicatifs BIM et des logiciels métier connexes ainsi que les fonctions métier de base communes, réalisant les différentes fonctions métier fondées sur le BIM.
En règle générale, une plateforme BIM typique présente quatre caractéristiques techniques importantes :
01
Un système structurel BIM fondé sur des normes ouvertes, capable d'exprimer numériquement et complètement les entités des installations du projet ainsi que leur logique spatiale, leur logique physique, leur logique d'ingénierie et leurs caractéristiques associées.
02
Les technologies de modélisation BIM permettent de construire les relations topologiques spatiales du modèle ainsi que ses relations de logique physique et d'ingénierie, et prennent en charge l'association intelligente du modèle, son évolution automatique, sa mise à jour autonome et son pilotage par les données.
03
Les technologies de stockage BIM permettent le stockage distribué en nuage des données au niveau objet et offrent des capacités de stockage et de gestion des données structurées, non structurées et en flux.
04
Les technologies d'intégration BIM permettent l'extraction et l'intégration des données BIM ainsi que leur fusion avec des données hétérogènes provenant de l'Internet des objets, des SIG et de systèmes externes.
(2) Une plateforme en nuage au service du BIM intelligent
En tant que soutien central de la technologie BIM et de ses applications, la plateforme BIM prend en charge l'application sur l'ensemble du processus du projet et porte les données holographiques du projet ; son utilisation est étroitement liée à des enjeux majeurs tels que la garantie de la sécurité des données et la perte d'actifs de données. Or, aujourd'hui en Chine, une part importante des projets de construction utilise encore des plateformes et des logiciels étrangers, ce qui comporte des risques considérables. Avec la généralisation de l'application du BIM, la mise au point de plateformes BIM et de logiciels applicatifs autonomes et maîtrisés bénéficie de la plus haute attention de l'État et du secteur, et figure parmi les technologies et produits « de blocage » qu'il est urgent de percer. Ainsi, l'équipe de recherche BIM de l'Université Tsinghua, qui s'attache depuis longtemps à une recherche systématique sur la théorie, les méthodes, les technologies et les applications du BIM, a développé une plateforme BIM et une série de logiciels applicatifs dotés de droits de propriété intellectuelle entièrement autonomes ; ces résultats ont fait l'objet d'une conversion en réalisations scientifiques et technologiques et ont déjà été appliqués avec succès à des centaines de projets d'ingénierie, se situant au premier plan national et international.
L'architecture de la plateforme BIM en nuage développée sur la base du concept et des technologies du BIM intelligent est présentée à la figure 1. Cette plateforme repose sur une série de technologies de soutien de bas niveau en big data et en informatique en nuage (serveurs évolutifs, bases de données en nuage, big data, stockage distribué, etc.) et offre des services en nuage sûrs, très élastiques et à faible coût, réalisant le stockage distribué des données BIM sur une architecture en nuage. Sur cette base ont été développés des socles de données tels qu'un moteur de données, un moteur graphique et un moteur d'intégration de l'Internet des objets, formant, sous forme de services de données, de services graphiques, de services d'interface et de services de configuration, un système de services modulaire destiné aux applications de conception, de construction et d'O&M. Pour le traitement de données à grande échelle, la plateforme fournit des algorithmes d'allègement et de traitement efficace des modèles BIM (découpage de maillages complexes, fusion de maillages redondants, simplification de maillages, calcul de LOD, compression géométrique, chargement de tuiles, etc.), permettant un chargement efficace, peu gourmand et fluide de modèles de grande taille ; elle met également en œuvre des technologies telles que la mise en cache à haute vitesse, l'accélération par CDN, le chargement asynchrone des données, l'analyse du big data et les moteurs de recherche intelligents, offrant ainsi une réponse rapide, une utilisation aisée et des capacités intelligentes.
La plateforme BIM en nuage dispose de capacités flexibles d'intégration de systèmes et de raccordement d'équipements, formant un soutien environnemental intelligent qui comprend notamment divers équipements d'acquisition de données, des équipements de perception intelligente, des terminaux d'exploitation multi-supports, des systèmes externes et leurs équipements de surveillance, ainsi que des terminaux de visualisation. Elle peut prendre en charge et intégrer des systèmes d'application tels que la construction, l'O&M intelligent, le parc de poutres intelligent ou la mesure dynamique des quantités et des prix routiers, et intégrer les données de différents projets afin de tirer parti des atouts de chaque application.
Figure 1 Architecture de la plateforme BIM en nuage, d'après l'exemple des travaux de R&D de l'Université Tsinghua
3.4 Soutien technologique du BIM intelligent
La mise en place et l'utilisation de la plateforme BIM et du centre de données fournissent le soutien technologique nécessaire pour intégrer davantage les technologies intelligentes et piloter la gestion et la décision intelligentes par le big data. Les applications combinant le BIM et les technologies intelligentes comprennent la gestion pilotée par les données, la surveillance numérique dynamique, la perception et la localisation intelligentes, la décision intelligente fondée sur les « données + algorithmes », etc.
(1) Gestion pilotée par les données
La plateforme BIM en nuage peut offrir aux utilisateurs des fonctions de gestion pilotée par les données telles qu'un moteur de recherche et d'analyse agrégée de données spatio-temporelles, la localisation automatique du modèle et l'association intelligente des données métier, la liaison et l'analyse corrélée des activités, ainsi que l'extraction de modèles à plusieurs niveaux.
1) Recherche d'information et analyse agrégée fondées sur les caractéristiques spatio-temporelles : à partir des caractéristiques spatiales de tout objet ou composant du modèle, réaliser la recherche et l'analyse agrégée des données métier de l'ingénierie et des données de ressources en main-d'œuvre, matériaux et engins à un instant donné, au service de la gestion fonctionnelle par spécialité et de l'analyse décisionnelle ; par exemple, calculer l'avancement des quantités d'ouvrage, les coûts ou les apports en main-d'œuvre, matériaux et engins pour une zone quelconque sur une période quelconque.
2) Localisation automatique du modèle et association intelligente des données métier : en établissant des règles de correspondance entre les composants du modèle et les données métier, réaliser l'association dynamique et intelligente du modèle et des activités ; lorsque le modèle est modifié ou que les données métier changent, l'association s'ajuste automatiquement.
3) Liaison des activités et analyse corrélée : réaliser la liaison intelligente et l'analyse corrélée des systèmes métier connexes. Par exemple, en reliant le système de calcul dynamique des quantités au système de gestion de la main-d'œuvre, des matériaux et des engins, les quantités d'ouvrage et les besoins en main-d'œuvre, matériaux et engins calculés par le système de quantités pour une zone et une période données sont automatiquement associés au système de gestion de la main-d'œuvre, des matériaux et des engins, ce qui permet de vérifier si l'allocation des ressources préalable à l'affectation des tâches répond aux besoins et de procéder aux ajustements et traitements de ressources correspondants.
4) Extraction de modèles à plusieurs niveaux : selon les besoins applicatifs, extraire des modèles de différents niveaux de finesse, ce qui permet une gestion à plusieurs échelles, du macroscopique au détail, et répond efficacement à la gestion et à la visualisation BIM d'ouvrages de grande ampleur, régionaux ou linéaires.
(2) Surveillance numérique dynamique
La fusion du BIM et de la surveillance numérique permet une croissance polymorphe des données : en combinant le BIM avec la surveillance numérique, les techniques de mesure modernes et le balayage laser 3D, on résout efficacement le suivi et l'analyse dynamiques de la qualité et de la sécurité sur les chantiers, ainsi que la localisation automatique et l'analyse de précision pour la construction de structures complexes. Parallèlement, autour du chantier, on réalise la surveillance et la gestion en temps réel de l'environnement, notamment la concentration de poussières, la concentration de particules, l'indice de bruit et la vidéosurveillance.
(3) Perception et localisation intelligentes
Grâce à la fusion du BIM et des technologies de l'Internet des objets, les informations de capteurs telles que codes QR, RFID, détection infrarouge et balayage laser sont associées au BIM, ce qui résout la reconnaissance, la localisation, le suivi, la surveillance et la gestion intelligents dans les applications BIM. Les objets connectés (IoT) peuvent être localisés dans le modèle et leur état de fonctionnement marqué dynamiquement, réalisant la surveillance en temps réel de l'état des équipements IoT, le suivi des données en temps réel et un service d'alerte. Les technologies de perception et de localisation intelligentes ont déjà été appliquées avec succès à la surveillance de la sécurité et de l'environnement pendant le processus de construction et sur le chantier, à l'allocation des matériaux de construction et au suivi logistique, ainsi qu'à l'O&M intelligent des projets : surveillance du fonctionnement des installations et équipements, perception et reconnaissance des défaillances, suivi de la consommation d'énergie et des émissions de carbone, etc.
(4) Décision intelligente fondée sur les « données + algorithmes »
Le stockage des données de l'ensemble du processus du projet sur une architecture en nuage, le moteur de recherche de big data ainsi que les mécanismes de fusion et d'exploration des données peuvent prendre en charge des algorithmes d'analyse tels que l'apprentissage profond, le traitement du langage naturel et la perception-reconnaissance ; ils établissent un système de décision intelligent « données + algorithmes » qui, grâce à une série d'outils d'analyse (recherche et analyse agrégée spatio-temporelle, analyse prédictive de tendances, exploration de motifs fréquents, détection d'anomalies, classification et regroupement automatiques, etc.), fournit des analyses et des décisions répondant aux besoins réels des phases de conception, de construction et d'O&M du projet, et apporte également, à l'échelle de l'entreprise, un soutien fondé sur l'analyse approfondie des données pour les décisions de la direction et la gestion de toutes les activités.
4.Problèmes et réponses
4. Problèmes et réponses
Conformément à la stratégie nationale de développement numérique et aux orientations politiques du secteur de la construction, promouvoir la transformation et la modernisation du secteur en prenant la construction intelligente comme point d'entrée est désormais une tendance de fond. Le secteur de la construction reste toutefois confronté à la fragilité de son infrastructure de données et à l'insuffisance de l'accumulation de big data, si bien que le niveau de numérisation ne s'est pas nettement amélioré ; l'application des nouvelles technologies d'intelligence artificielle en est encore à ses débuts et manque de solutions systémiques ; la généralisation de la technologie BIM, pierre angulaire de la numérisation, se heurte encore à de nombreux problèmes (système de normes incomplet, cadre réglementaire et juridique insuffisant, technologies clés à percer, logiciels applicatifs non adaptés), et surtout à l'absence de technologies de blocage telles que le moteur de modèle de jumeau numérique et les logiciels de modélisation essentiels, ce qui freine l'application du BIM en conception, rend difficile son application intégrée, empêche de réaliser une modélisation numérique BIM complète et ne suffit pas à soutenir la numérisation de l'ensemble du processus du projet ni la construction intelligente.
La transformation numérique du secteur et la construction intelligente impliquent de multiples acteurs de la construction et dépendent fortement des orientations politiques, de l'environnement du marché, du déploiement de la R&D et des mécanismes de diffusion : la tâche est donc de longue haleine. Cette étude, par la numérisation de l'ensemble du processus des projets d'ingénierie, a exploré une voie technologique pour relier les chaînes de données et les chaînes métier de la construction ; relier la chaîne industrielle et la chaîne d'approvisionnement de l'ingénierie exige toutefois non seulement un soutien technologique, mais aussi une transformation globale et une habilitation numérique de chaque maillon, des systèmes de production, des modes d'organisation, des modèles économiques et de la coopération entre entreprises. La priorité immédiate est d'établir le cadre organisationnel et les mécanismes de fonctionnement collaboratif propres à promouvoir la construction intelligente et d'améliorer l'infrastructure de données ; d'accroître les investissements dans la recherche technologique de pointe et dans la R&D de logiciels de plateforme, de percer les technologies clés « de blocage » et de former un écosystème logiciel autonome et maîtrisé couvrant toute la chaîne industrielle et centré sur les logiciels BIM ; enfin, par une conception de haut niveau complète, de planifier la feuille de route de l'application du BIM, du développement numérique et de la mise en œuvre de la construction intelligente, et de faire progresser par étapes et de manière ordonnée l'application approfondie du BIM et la numérisation de l'ensemble du processus des projets d'ingénierie, afin de piloter par le numérique le développement rapide de la construction intelligente.
Références :
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À propos de l'auteur
Zhang Jianping, docteur, professeur et directeur de thèses au département de génie civil de l'Université Tsinghua.
Il se consacre depuis longtemps à l'enseignement et à la recherche dans le domaine des technologies de l'information appliquées au génie civil et figure parmi les premiers chercheurs et promoteurs de la technologie BIM et de la norme IFC en Chine. Il a dirigé et mené à bien des dizaines de projets de recherche, dont les programmes nationaux des « 10e », « 11e » et « 13e Plans quinquennaux », le programme 863 et des projets de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine. Il a conduit des recherches fructueuses en CAO/IAO du génie civil, en 4D-CAD, en BIM, en gestion du cycle de vie des bâtiments, en informatisation du domaine de la construction, en atténuation numérique des catastrophes et en technologies de décision intelligentes, avec une grande maîtrise académique ; ses résultats se situent au premier plan national et international. Il a publié 6 ouvrages et plus de 200 articles scientifiques. Il a obtenu à trois reprises le premier prix Huaxia de science et de technologie de la construction et une fois le deuxième prix, les deuxième et troisième prix de science et de technologie de la municipalité de Pékin, le deuxième prix des réalisations pédagogiques de l'enseignement supérieur de Pékin, etc., et a été distingué comme travailleur scientifique et technologique avancé au niveau national, enseignant émérite des établissements d'enseignement supérieur de Pékin, lauréat individuel « Pionnier de l'éducation » de Pékin et responsable d'un cours national d'excellence.
Il occupe actuellement, entre autres, les fonctions de membre du comité spécialisé de la construction verte du MOHURD, membre consultatif du comité technique de normalisation des technologies de l'information du MOHURD, vice-président du conseil de surveillance de la Chinese Society for Graphic Science, conseiller expert du comité académique de la technologie BIM de l'Architectural Society of China, membre permanent du bureau du comité spécialisé BIM/CIM de la China Association for Engineering Construction Standardization, membre permanent du bureau de la China BIM Development Alliance, conseiller expert de la Beijing BIM Technology Application Alliance, et membre du comité spécialisé BIM de l'International Association for Computing in Civil and Building Engineering.
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