Comprendre et étudier le BIM sur tout le cycle de vie

Résumé

Avant-propos

Dans les années 1970, le professeur Charles Eastman (Charles M. Eastman) de l'Université Carnegie Mellon a proposé le prototype du concept de BIM : le « Building Description System », c'est-à-dire une description informatique du bâtiment, afin de réaliser la visualisation et l'analyse quantitative des travaux de construction et d'améliorer l'efficacité de la réalisation des ouvrages.

Avec le développement du matériel et des logiciels informatiques, puis, en 2002, lorsque la société américaine Autodesk a racheté l'éditeur du logiciel Revit, le terme « Building Information Modeling » (modélisation des données du bâtiment, BIM) est officiellement apparu, dans le cadre d'une stratégie de promotion commerciale. Après plus de vingt ans de développement, de nombreux éditeurs de logiciels, en Chine comme à l'étranger, ont lancé leurs propres logiciels BIM, en exagérant à l'excès les fonctionnalités de leurs produits afin de gagner davantage de parts de marché dans la concurrence.

Du « Building Information Modeling » (modélisation des données du bâtiment) proposé par Autodesk jusqu'à la « gestion des informations du bâtiment » (Building Information Management) aujourd'hui largement reconnue dans le domaine de la gestion de projet, la définition du BIM s'est de plus en plus élargie, et les fonctions et les exigences qui lui sont attribuées n'ont cessé de croître.

Finith E. Jenigan décrit clairement l'évolution du concept de BIM dans son livre « Big BIM, little bim » : le petit bim correspondait à l'informatique d'avant l'apparition d'Internet ; vers 1996, le petit bim s'apparentait à une informatique capable de se connecter à un réseau local et commençait la transition vers une connexion complète à Internet. Le grand BIM est comparable à l'ordinateur personnel totalement immergé dans le réseau, pleinement intégré à Internet.

Du prototype du concept de BIM de Charles Eastman à la « gestion des informations du bâtiment » dans le domaine de la gestion de projet, puis à la pleine intégration avec Internet, la connotation et l'extension du concept de BIM n'ont cessé de s'élargir et de se développer. Le BIM n'est pas seulement une question technique, c'est aussi une question de société.

2 Comprendre le cycle de vie complet du bâtiment

2.2 Le nouveau cycle de vie complet du bâtiment

Figure 2 Le nouveau cycle de vie complet du bâtiment 

2.2.1 Le BIM orienté conception-conseil

Sur la base de cette compréhension, pour que le BIM se développe bien, il faut élaborer un système adapté à la livraison de modèles virtuels 3D, ainsi que des critères et un dispositif d'évaluation de la qualité des maquettes. Le mode de livraison par plans 2D n'est pas le meilleur, mais il est relativement acceptable ; la livraison par maquette 3D offre la meilleure qualité, mais son environnement d'accompagnement est insuffisant (cet accompagnement relève ici de la dépendance au sentier en économie). On peut exploiter la caractéristique « ce que vous voyez est ce que vous obtenez » de la maquette BIM : sur la base d'une compréhension approfondie de toutes les parties prenantes du projet, il est possible de comptabiliser en temps réel les quantités physiques du modèle de bâtiment (ciment, sable, acier) et d'ériger la précision de ces quantités physiques en critère objectif d'évaluation de la qualité de la maquette BIM. Ce dispositif servirait de régime parallèle complémentaire au système actuel de livraison des plans 2D, en abandonnant le système d'examen BIM actuellement en vogue, inutile, qui épuise les ressources humaines et financières. Le plus grand avantage des quantités physiques de la maquette BIM (ciment, sable, acier) est qu'elles peuvent être vérifiées pendant la construction : le maître d'ouvrage ou les services gouvernementaux compétents peuvent se fonder sur l'écart positif ou négatif entre les quantités physiques de la maquette BIM et les quantités physiques réellement utilisées à l'achèvement des travaux (ciment, sable, acier) pour évaluer la qualité du modèle BIM 3D de conception-conseil, mettre en œuvre un mécanisme de sanctions et de récompenses relativement objectif et promouvoir le développement de haute qualité du BIM de conception-conseil.

C'est un fait qui n'a pas besoin d'être tu : les entreprises de construction ont une motivation plus forte et obtiennent le plus de résultats dans la mise en œuvre du BIM, essentiellement parce qu'elles exploitent pleinement l'avantage naturel du modèle de bâtiment virtuel BIM et évitent le point faible de la conversion du modèle virtuel en plans 2D. En raison des contraintes institutionnelles et de la pénurie de talents, les entreprises de construction confient le plus souvent la production des maquettes BIM, par relevé à partir des plans 2D, à du personnel issu des spécialités d'équipements ; du fait de cette insuffisance innée de connaissances métier, celui-ci ne peut généralement détecter que les problèmes évidents tels que les collisions de tuyauteries, s'enlise dans la correction de la qualité des plans 2D et s'écarte de la bonne direction de développement du BIM de construction.

Le bâtiment physique achevé et mis en exploitation est, en un sens, le bâtiment physique jumeau, dans le monde réel, du modèle de bâtiment virtuel BIM. Le bâtiment virtuel BIM, porteur des diverses données et informations produites et collectées par le bâtiment physique, peut être qualifié de bâtiment numérique ; bien qu'il soit né de l'industrie de la construction, il la transcende. Ce n'est qu'en s'émancipant de l'industrie de la construction et en embrassant activement les technologies émergentes telles que les données massives, l'informatique en nuage et l'Internet des objets, pour entrer dans un nouveau domaine intégré, que le bâtiment numérique pourra véritablement devenir un bâtiment numérique intelligent.

Il y a quelques années, la ville de Hangzhou, en s'appuyant sur les services en nuage d'Alibaba, n'a cessé d'explorer les applications de pointe du « cerveau urbain » (city brain). D'après ce que l'auteur sait des documents concernés, la numérisation n'a été réalisée à ce jour que pour les galeries techniques souterraines et les réseaux publics d'eau et d'électricité ; dans les autres domaines, seuls des squelettes rudimentaires ont été mis en place, loin encore des besoins réels d'une intégration profonde dans la vie des citoyens ordinaires.

Sans l'application généralisée de la technologie BIM pour réaliser le jumeau numérique du bâtiment, celui-ci serait comme privé de cerveau : comment pourrait-il alors soutenir le cerveau urbain et réaliser la ville intelligente ? En s'adossant à la maquette BIM pour réaliser le jumeau numérique du bâtiment, combiné aux technologies de pointe telles que les données massives, et en analysant en profondeur les diverses données produites par le bâtiment, on réalise la décentralisation des données et le calcul distribué, ce qui permet d'alléger la pression sur la puissance de calcul centrale ; du point de vue de la trajectoire technologique, c'est aussi un processus de développement allant du facile au difficile et du point à la surface, dont les résultats sont plus faciles à obtenir.

Une application plus urgente encore des bâtiments jumeaux numériques : des drones peuvent collecter des données sur site et comparer le bâtiment du monde réel avec le bâtiment numérique, permettant de superviser plus efficacement l'état instantané des bâtiments urbains et de contenir efficacement les constructions illégales. Pour tout bâtiment jumeau numérique ayant appliqué systématiquement la technologie BIM en conception et en construction et ayant passé la réception, il est suggéré que les services d'archives le rachètent selon des critères raisonnables, afin de constituer des actifs numériques de la ville ; l'exploitation ultérieure serait gérée uniformément par les services d'archives, qui loueraient ou vendraient ces actifs numériques à des tiers pour générer des revenus stables. Ainsi, avec un lancement initial par le gouvernement puis une exploitation continue, on peut à la fois alléger la pression budgétaire et éviter la concurrence désordonnée et le monopole de fait d'une exploitation commerciale ; c'est aussi une autre piste pour résoudre la question de l'investissement initial de la construction numérique des villes.

Deuxièmement, faire du BIM une technologie et un processus ordinaires du maître d'ouvrage, du concepteur-conseil et de l'entreprise de construction, en assurer un bon encadrement et en promouvoir l'application ; la montée en gamme de toute l'industrie de la construction devenant une grande tendance, avec l'accumulation d'un volume suffisant de données BIM, la ligne de frais BIM distincte pourrait éventuellement être supprimée.

Pour le BIM orienté conception, les fonctionnalités du logiciel doivent satisfaire les exigences des concepteurs ; pour le BIM orienté construction, elles doivent satisfaire celles des gestionnaires de construction ; pour le BIM orienté O&M, les fonctions logicielles sont plus variées les unes que les autres. Il est pratiquement impossible qu'un seul logiciel réponde aux besoins de toutes les parties. C'est pourquoi l'organisation internationale buildingSMART a proposé le concept openBIM : les professionnels de chaque domaine utilisent les logiciels adaptés à leur spécialité pour travailler et échangent leurs données au moyen de normes et de formats logiciels universels tels qu'IFC (figure 3), BCF, DWG, PDF, etc. La norme IFC est publique et ouverte ; elle n'est monopolisée par aucun éditeur de logiciels et ne présente aucun risque d'étranglement technologique : c'est un assez bon choix, mais il faut aussi que le gouvernement crée un organisme d'intérêt public participant au développement continu de la norme IFC.

À l'ère de la 2D, toute l'industrie livrait ses résultats sous forme de plans 2D, en particulier les plans bleus signés et scellés, dotés du statut de document juridique et, par nature, d'une propriété d'inviolabilité des données. Avec l'entrée dans l'ère du BIM et la pleine intégration à Internet, toutes les transmissions de données passent par le réseau : il faut développer un mécanisme garantissant que, durant la transmission, les données ne soient ni perdues accidentellement ni falsifiées malveillamment, afin de réaliser une livraison 3D au sens juridique, dotée du statut juridique des plans bleus signés et scellés. Il faut surtout corriger fondamentalement les notions et les mécanismes erronés actuellement en vogue, tels que la « cohérence plans-maquette » et l'« examen BIM », qui ne résolvent ni le problème technique ni le problème juridique et ne font que gaspiller les ressources de toute l'industrie et de la société.

4.3 Le système de coût de construction

À l'ère de la 2D, en raison des limites des moyens techniques, le calcul des quantités d'ouvrages était très approximatif et devait être effectué manuellement, un travail pénible et peu précis. Les logiciels BIM ont considérablement amélioré la finesse et la précision du métré des quantités d'ouvrages, mais le système de coût de construction n'a pas suivi : on continue d'utiliser l'ancien système de coût fondé sur les normes de consommation et les métrés (BOQ), ce qui bride l'application et le développement du BIM. Il faut élaborer un système de coût de construction adapté au métré par BIM.

Promouvoir le grand marché unifié et faire en sorte que les produits de construction retrouvent leur attribut de marchandises ordinaires. Du point de vue de la transaction, le produit de construction est aussi une marchandise, mais en raison de son lien étroit avec le terrain et des limites techniques, il est devenu un produit sur mesure poussé, doté d'un caractère unique et local, ce qui restreint son attribut de marchandise ordinaire. Le développement des technologies et des processus BIM a considérablement réduit le coût de la simulation de données des modèles de bâtiments virtuels 3D : bien que les produits de construction conservent leur unicité et leur caractère local, la plupart des composants de construction et des processus de chantier peuvent être décomposés en pièces standard et en méthodes de construction standard universelles, simulées et itérées par la simulation de données, réduisant à la source le gaspillage en cours d'exécution. Les bâtiments préfabriqués actuellement en vogue, faute de capacité de simulation de données, ne peuvent souvent, en cours d'exécution, que recourir à un nombre limité d'usines de composants ; ils restent des produits sur mesure dont les coûts ne peuvent pas baisser. En principe, la plupart des bâtiments préfabriqués permettent d'économiser sur le coût de construction et sur les délais, mais dans la pratique, ils ne sont ni meilleurs ni plus rapides que les structures traditionnelles en béton coulé en place. En exploitant correctement le flux d'informations du BIM, les usines de composants peuvent accéder librement aux informations BIM du bâtiment et, par la simulation, produire, selon leurs propres atouts, des composants préfabriqués conformes aux exigences du bâtiment, puis proposer aux entreprises de construction la fabrication et l'offre de prix de ces composants ; les entreprises de construction peuvent, à partir de la maquette BIM, simuler virtuellement l'adéquation des composants de l'usine à leurs exigences et décider librement d'acheter ou non. Ainsi, bien que le bâtiment dans son ensemble reste un produit sur mesure poussé, ses composants acquièrent les attributs de marchandises ordinaires ; grâce à la concurrence du grand marché unifié, les ressources seront pleinement utilisées, la qualité et l'efficacité seront considérablement améliorées, et l'objectif d'un développement de haute qualité de l'industrie de la construction sera atteint.