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La technologie des jumeaux numériques dans le secteur de la construction

Lorsque la ville de Las Vegas a dévoilé le jumeau numérique d’une section de sept kilomètres de son centre-ville en janvier 2022, elle a marqué l’arrivée très médiatisée d’une technologie qui a fait des adeptes parmi les créateurs d’infrastructures physiques.

Le jumeau numérique de la municipalité a été présenté comme un moyen d’accroître l’efficacité énergétique, de réduire les émissions et d’améliorer la gestion du trafic. Mais la technologie des jumeaux numériques s’est également révélée prometteuse lors de son utilisation pour le suivi des données en temps réel dans le cadre de projets de construction individuels et pendant tout le cycle de vie des bâtiments.

Qu’est-ce exactement qu’un jumeau numérique et que peut faire cette technologie pour les projets d’architecture, d’ingénierie et de construction (AIC)? Nous en faisons le point ci-dessous.

Qu’est-ce que la technologie des jumeaux numériques?

La technologie des jumeaux numériques associe le monde physique au monde numérique grâce à des modèles virtuels qui reproduisent les moindres détails de leurs éléments physiques. Les jumeaux numériques sont alimentés en données en temps réel par le logiciel de modélisation des données du bâtiment (MDB) et d’autres sources. Ceci permet aux planificateurs et aux administrateurs d’analyser les données relatives au rendement des bâtiments dans un environnement de type « bac à sable ».

Dans l’exemple de Las Vegas, le jumeau numérique présente des données sur le bruit, les émissions, la mobilité et la qualité de l’air, entre autres indicateurs.

Pour le secteur de l’architecture, de l’ingénierie et de la construction (AIC), les jumeaux numériques – aussi appelés répliques numériques ou doubles numériques – offrent des vues multidimensionnelles de la conception et du rendement des bâtiments, depuis les flux de circulation et les habitudes d’utilisation jusqu’à l’utilisation de l’espace et le comportement des occupants.

Cette technologie peut également être utilisée pour tester différents scénarios, tels que les dommages pouvant être causés par des intempéries à un bâtiment lors d’une grosse tempête ou des modifications importantes à apporter à la conception d’un bâtiment, sans que le bâtiment ait à subir de tels événements perturbateurs dans le monde réel.

Jusqu’à présent, les jumeaux numériques ont surtout été adoptés dans les secteurs les plus avancés sur le plan numérique tels que l’industrie manufacturière et l’industrie automobile. Mais le secteur de l’AIC a commencé à découvrir la valeur des jumeaux numériques, en partie grâce à l’expansion continue de la collecte de données en temps réel à partir d’appareils mobiles et de capteurs de l’Internet des objets (IdO) dans les actifs construits.

Depuis son adoption en 2021, la Loi bipartisane sur les infrastructures aux États-Unis, qui appelle à investir davantage dans les outils numériques pour la construction, encourage également l’utilisation de jumeaux numériques.

Quels sont les avantages des jumeaux numériques et quels en sont les différents types?

Les jumeaux numériques présentent de nombreux avantages comparativement à la technologie de conception 2D plus traditionnelle, notamment une meilleure gestion des ressources, une prise de décision et une planification plus efficaces et plus éclairées, une surveillance automatisée de l’avancement des travaux, une meilleure collaboration, des prévisions plus précises et un contrôle plus efficace de la sécurité.

La technologie des jumeaux numériques est suffisamment souple pour répondre à toute une série de cas d’utilisation, depuis l’examen d’un seul composant ou d’une seule pièce d’un système plus vaste jusqu’à la manière dont les grands systèmes fonctionnent ensemble. D’autres jumeaux numériques fournissent une simple représentation visuelle d’un objet physique, tandis que d’autres encore utilisent l’intelligence prédictive pour améliorer l’efficacité.

L’entreprise de technologie IBM répartit les différents jumeaux numériques en quatre grands types, principalement en fonction de leur domaine d’application :

Jumeaux de composants/jumeaux de pièces

Modèles numériques d’une seule pièce ou d’un seul composant fonctionnel, généralement au sein d’un système ou d’un actif plus vaste.

Jumeaux d’actifs

Modèles comportant deux ou plusieurs composants ou pièces fonctionnant ensemble, permettant aux experts en science des données d’étudier la façon dont les composants interagissent.

Jumeaux de systèmes/d’unités

Montrent comment divers actifs fonctionnent ensemble pour former un système fonctionnel, y compris les interactions entre les actifs et même les améliorations de performance suggérées.

Jumeaux de processus

Montrent comment plusieurs systèmes fonctionnent ensemble dans le cadre d’un processus plus large, tel qu’une structure de production utilisant plusieurs systèmes.

La société d’édition de logiciels Autodesk va plus avant en décomposant les types de jumeaux numériques en fonction de leur niveau de maturité numérique (et de celui de leurs utilisateurs), depuis les simples jumeaux descriptifs jusqu’aux jumeaux capables de fonctionner de manière entièrement autonome et d’ajuster eux-mêmes les performances du système :

  • Les jumeaux descriptifs fournissent des répliques visuelles créées à partir de données de conception et de construction en temps réel.
  • Les jumeaux informatifs permettent une meilleure intégration des données de capteurs et des données opérationnelles pour une meilleure compréhension.
  • Les jumeaux prédictifs combinent des données en temps réel, contextuelles et analytiques pour déceler de manière proactive des problèmes éventuels.
  • Les jumeaux complets utilisent des données de modélisation et de simulation plus avancées pour fournir des recommandations sur le rendement et l’efficacité.
  • Les jumeaux autonomes utilisent l’IA et d’autres données avancées pour apprendre et prendre des décisions de manière indépendante.

Le type de jumeau numérique que vous employez dans votre projet dépend largement du champ d’application de l’objet physique que vous devez représenter numériquement, ainsi que de votre niveau de maturité numérique. La plupart des jumeaux numériques représentant l’environnement bâti sont des jumeaux de processus ou des jumeaux de systèmes/d’unités.

Les jumeaux numériques présentent-ils des inconvénients?

Bien que les jumeaux numériques soient très prometteurs, ils posent également des défis. Parmi les problèmes les plus courants rencontrés par les entreprises d’AIC, on trouve plusieurs enjeux auxquels le secteur fait face depuis longtemps, tels que le manque de maîtrise des données et de compétences technologiques qui entrave souvent la mise en œuvre de technologies plus avancées.

D’autres entreprises utilisent encore une technologie de conception 2D relativement désuète, ce qui signifie qu’elles devront peut-être recruter de nouvelles personnes ayant les compétences nécessaires avant de mettre en œuvre des jumeaux numériques. Les jumeaux numériques nécessitent une technologie de modélisation 3D plus robuste en plus des données 2D.

Et bien que les gains d’efficacité obtenus grâce aux jumeaux numériques – en termes de réduction des travaux requis et d’amélioration de la collaboration – puissent être considérables, il est évident que l’ajout d’une telle technologie représente également une dépense initiale supplémentaire pour les entreprises d’AIC.

Comment les jumeaux numériques fonctionnent-ils avec les logiciels MDB?

Contrairement au logiciel de modélisation des données du bâtiment (MDB), qui utilise principalement des données saisies pendant les phases de planification et de conception, la technologie des jumeaux numériques continue à saisir des données pendant les phases de construction et d’exploitation d’un actif. Cela permet d’améliorer l’efficacité opérationnelle et le rendement continu, et peut même être utilisé à des fins de planification ou de conception pour d’autres projets à l’avenir.

Les données MDB sont essentielles pour créer des représentations précises de jumeaux numériques, mais il ressort que les jumeaux numériques utilisent bien plus que des données MDB : les jumeaux numériques utilisent des données provenant de MDB, de scanneurs laser 3D, de drones, de caméras, d’appareils mobiles, de capteurs et d’autres appareils IdO.

Certains ont prédit que la technologie des jumeaux numériques, du fait de sa capacité à collecter et à analyser des données en temps réel tout au long du cycle de vie d’un projet, finira par supplanter le logiciel MDB.

Conclusion

Un jumeau numérique est une représentation numérique parfaite d’un objet physique, tel qu’un bâtiment. Les jumeaux numériques sont utilisés depuis des années dans les industries manufacturière et automobile, et s’annoncent à présent très prometteurs dans le secteur de l’architecture, de l’ingénierie et de la construction (AIC). En effet, les jumeaux numériques fonctionnent avec les systèmes de modélisation des données du bâtiment (MDB) et d’autres sources de données pour fournir des informations en temps réel sur un actif construit tout au long de son cycle de vie, et pas seulement pendant les phases de planification et de conception (comme c’est le cas avec les systèmes MDB fonctionnant seuls).

Les jumeaux numériques peuvent aider les entreprises d’AIC à prendre des décisions et à planifier de manière plus éclairée, à établir des prévisions plus précises et à assurer un contrôle plus efficace de la sécurité.

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