Mobilité Mise en œuvre exploratoire d un modèle BIM dans le contexte d une réception de travaux Jean-Édouard PAUTONNIER*, Clément PELTRAULT*, Pierre VIZIER*, Jérémie ROBERT**, Élisabeth BOTREL** et Jean-Michel FOLLIN**, * Étudiant en 3 ème année à l ESGT (CNAM) ** Enseignant à l ESGT, membre du laboratoire GeF (Géomatique et Foncier) Introduction Le travail présenté a été réalisé dans le cadre d un projet d étudiants en 3 ème année à l ESGT : le projet pré-professionnel qui prépare au Travail de Fin d Étude (TFE). Le BIM (Building Information Modeling) est une méthode ayant vocation à permettre aux différents acteurs d un projet de construction d échanger avec transparence leurs données autour d une maquette numérique commune. Ce processus vise à accompagner l ouvrage tout au long de son existence et permet d optimiser sa conception, sa réalisation puis son exploitation en limitant les aléas et les «ressaisies». Le BIM est donc appelé à devenir un «process» incontournable pour les géomètres, sa généralisation ayant été souhaitée dans les marchés publics à l horizon 2017. Il est évident, au regard de leur formation et de leurs compétences, que les géomètres peuvent fournir, en premier lieu, des données géométriques (acquises en particulier au moyen de scanner laser) pour réaliser ou certifier des maquettes numériques. On peut facilement imaginer qu ils puissent également relever d autres éléments (comme la nature des matériaux utilisés, la fonction des réseaux visibles, etc.) qui viendront compléter la base de données attributaire du BIM. Ils peuvent aussi poursuivre l usage du BIM lors de l exploitation de l ouvrage (gestion immobilière, entretien de bâtiment ) voire proposer une mission probablement primordiale dans l avenir de certification des données fournies. Le projet que nous présentons s est intéressé au contexte bien spécifique de la réception des travaux par un maître d ouvrage. L interrogation est double : que peut apporter le processus BIM dans le cadre de la réception de travaux? Et quel rôle peut (ou pourra) alors jouer le géomètre dans ce contexte? Des élements de réponse à ces questions seront apportés dans cet article qui se devait de débuter par une présentation du contexte juridique de la réception des travaux pour ensuite présenter la méthodologie qui a été mise en place afin de concevoir et exploiter des modèles numériques (nuages de point et maquette BIM). En effet, l idée a été de comparer les deux états «tel que conçu» (modèle construit a posteriori à partir de plans d architecte) et «tel que construit» (modèle 50 Géomatique Expert N 109 Mars-Avril 2016
généré par des levés au moyen de scanner laser) d un bâtiment simple à usage de logement. Enfin l article conclura par quelques éléments de perspective. Réception de travaux et BIM : quel rôle pour le géomètre? La réception de travaux est définie à l article 1792-6 du Code civil comme l acte juridique émanant du maître de l ouvrage selon lequel il «déclare accepter l ouvrage, avec ou sans réserves». Elle est essentielle à un triple point de vue. Tout d abord, la réception des travaux permet, d une certaine manière, d officialiser l accord du maître de l ouvrage sur la conformité des travaux qui ont été réalisés et sur leur bonne qualité d exécution. Si le maître d ouvrage ne formule pas de réserves, la jurisprudence est claire sur les conséquences de ce défaut : le maître de l ouvrage ne peut plus demander l application de la garantie de droit commun de parfait achèvement pour les dommages, vices, non-conformités apparents lors des opérations de réception (Voir, par exemple : Cass. civ. 3 e, 16 sept. 2007, n 06-16.207, inédit). Ensuite, la réception des travaux va transférer au maître de l ouvrage les risques liés à la conservation de l ouvrage. Enfin, la réception marque le point de départ des différentes garanties prévues par la loi (indépendamment donc des hypothèses conventionnelles) : la garantie de parfait achèvement de l article 1792-6 du Code civil, la garantie décennale (des articles 1792 et suivants du Code civil) et la garantie de bon fonctionnement envisagée par l article 1792-3 du Code civil. Le maître d ouvrage aura donc besoin de voir toute son attention attirée par un conseil professionnel : un maître d œuvre, un architecte, ou encore un géomètre-expert. Dans ce contexte bien particulier de la réception de travaux, avec ses importantes conséquences en termes de responsabilité et de garanties éventuelles, la question se pose donc de l utilité du processus BIM pour le maître de l ouvrage, afin de l éclairer au mieux dans sa prise de décision. Mise en œuvre d une méthodologie BIM Les outils utilisés Le scanner laser 3D pour l acquisition : dans le cadre du projet, nous avons utilisé un Leica C10 pour lever le bâtiment de notre étude. Le grand avantage du scanner 3D réside dans le fait qu il est simple d utilisation, rapide à mettre en place et peu contraignant dans l acquisition de la donnée. Nous obtenons comme résultat final un nuage de points 3D de l objet numérisé, qui sera colorisé avec les photos prises par l appareil. Le rendu est donc très intéressant et nous pouvons par la suite en extraire des coupes horizontales comme des coupes verticales. Cette utilisation du scanner s avère pertinente pour la réalisation de plans. Dans le cas d une maquette numérique, on pourra visualiser en 3D la forme réelle des murs (différentes épaisseurs sur une même hauteur, concavité) et tenter ainsi de les représenter du mieux possible. Cependant, un laser scanner 3D présente quelques inconvénients non négligeables dans la réalisation d une maquette numérique : le bruit de mesure peut rapidement devenir un problème. En effet, un scanner génère une couche de points d une épaisseur plus ou moins importante, qui peut être difficile à interpréter. La consolidation des différents nuages de points acquis lors du levé pose aussi problème : les nuages sont recalés en fonction de cibles communes à chaque nuage (minimum deux si l instrument est verticalisé). Cette coalescence est entachée d une marge d erreur, souvent de quelques centimètres. Se pose la question de la précision du nuage de points que l on souhaiterait obtenir : quelle serait la tolérance acceptable pour produire un modèle géométrique utile dans le cadre d une réception de travaux? Le logiciel Revit pour la modélisation BIM : sur le marché des logiciels de modélisation BIM, nous retrouvons deux acteurs principaux : Revit d Autodesk et Archicad de Graphisoft. Pour notre projet, nous nous sommes appuyés sur la version éducative de Revit 2016, nous présenterons donc uniquement ce logiciel. Revit est un puissant logiciel de conception de bâtiment. On retrouve des fonctionnalités pour la conception Géomatique Expert N 109 Mars-Avril 2016 51
Mobilité les coefficients de résistance thermique de chacun. Le logiciel CloudCompare pour la comparaison de nuages : CloudCompare est un outil opensource (donc gratuit) permettant le traitement (manipulations, modifications et analyse) de nuages de points volumineux. Conception des modèles Figure 1 : Utilisation des familles d objet dans Revit. architecturale, l ingénierie MEP (domaine des réseaux d un bâtiment : ventilation, électricité et plomberie), l ingénierie structure et la construction. Cela permet aux différents corps de métier intervenant sur un même projet de collaborer sur un même fichier. L utilisation de Revit n e s appréhende pas de la même manière qu AutoCAD. On ne travaille pas avec des calques mais avec des familles d objets 3D (murs, portes, fenêtres, sanitaires ). Bien que le dessin puisse se faire en plan, les objets tracés sont directement modélisés en 3D. Chaque famille possède ou non des objets de référence. Tous ces objets peuvent par la suite être dupliqués pour créer de nouvelles catégories et sont paramétrables. Prenons l exemple d un mur : on pourra spécifier la composition et les caractéristiques du matériau structurel, les différentes autres couches (isolation, revêtement, finitions...) ainsi que Maquette telle que construit : nous avons préparé les stations (26 au total) de manière à pouvoir lever au scanner laser l ensemble du bâtiment existant. Nous avons ensuite placé les cibles pour qu elles soient visibles depuis au minimum deux stations. En ce qui concerne le géoréférencement, nous avons placé quatre cibles (E1 à E4) à l extérieur et tout autour du bâtiment sur trépieds que nous avons levé par GNSS. Nous avons utilisé la méthode statique avec la station GPS MAN2 située sur le toit de l ESGT comme référence et des sessions de trente minutes. Nous obtenons une précision de ces points inférieure à deux centimètres. Geo Office et Cyclone de Leica ont ensuite été utilisés pour consolider les différents nuages de points et effectuer le géoréférencement en RGF93-CC48. Notre assemblage s est effectué avec une précision (au sens de résidus de calcul), au maximum, de 2,9 cm. Figure 2 : Aperçu du nuage de points après traitement sous Cyclone. Précision Pourcentage de cibles p < 1 cm 81 % 1 cm < p < 2 cm 15 % 2 cm < p < 2,9 cm 4 % Récapitulatif des précisions de recalage des cibles. 52 Géomatique Expert N 109 Mars-Avril 2016
Cette maquette reste basique puisqu elle ne contient principalement que des informations géométriques. Nous ne connaissons pas a posteriori, par exemple, le type des murs, leur composition ou le revêtement utilisé. Maquette telle que conçu : afin de procéder à une comparaison entre modèles, il a été nécessaire de réaliser une maquette du bâtiment au moment où il a été conçu. Pour cela, nous avions à notre disposition les plans d architecte d origine au format DWG en 2D. Ces derniers ont été intégrés sous Revit aux différents niveaux définis lors de l importation (rez-de-chaussée, 1 er étage, toit). Grâce aux accroches objets sur les éléments linéaires nous avons pu modéliser notre maquette en suivant rigoureusement ces plans. Figure 3 : Création de la maquette 3D à partir du plan 2D. Nous avons ensuite transformé notre maquette en nuage de points afin de pouvoir comparer le modèle. Depuis Revit, nous avons exporté une vue 3D de la maquette au format interopérable FBX (Filmbox) d AutoCAD. Le fichier ainsi obtenu a pu être exploité dans CloudCompare où nous avons utilisé la fonction d échantillonnage de points sur une surface («Sample point»). Nous avons choisi une densité de cent points par mètre carré. Le passage par le format FBX, qui ne supporte pas la modélisation des éléments d équipement comme les fenêtres, les portes ou les équipements sanitaires, a pour conséquence que notre test sera réalisé uniquement sur le gros œuvre. Cela limitera donc nécessairement les possibilités de comparaison. Figure 4 : Cartographie des écarts entre deux nuages test 1. Exploitation des nuages de points et maquettes Comparaison : les maquettes telles que «conçu et construit» ont été réalisées dans un objectif de comparaison géométrique afin de vérifier la structure du bâtiment, qui est l un des aspects de la réception de travaux. Nous avons utilisé le logiciel CloudCompare qui permet de calculer les écarts géométriques entre deux nuages de points. Dans un premier temps nous avons considéré le nuage de points relevé pour le modèle tel que construit (test 1). Le résultat de ce test retourne une cartographie des zones semblables ou différentes, suivant Géomatique Expert N 109 Mars-Avril 2016 53
Mobilité n avons pu numériser lors de notre campagne terrain. Analyse et éléments de perspective Figure 5 : Mise en évidence de l absence d une cloison test 1. le gradient bleu à rouge et permet d analyser les écarts. Notre visite in situ nous a permis d identifier une cloison prévue dans le projet mais finalement non retenue dans la construction. La cartographie couleur met en évidence cette absence autour de la zone rouge. Dans un deuxième temps nous avons reproduit le même test mais, cette fois, avec la maquette Figure 6 : Cartographie des écarts entre deux nuages test 2. «telle que construit» et non plus le simple nuage de points (test 2). L avantage attendu de ce choix est la réduction du bruit d une surface à un simple plan, donc potentiellement de meilleurs résultats. Il a fallu à nouveau échantillonner la maquette en nuages de points, mais cela n a pas d impact sur le résultat. À nouveau, la cloison manquante apparaît clairement, ainsi qu un élément sur le toit, que nous Cette méthode de comparaison apparaît adaptée pour contrôler le gros œuvre d un bâtiment, la présence de toutes les cloisons et, dans une certaine mesure, leur épaisseur. Une distance trop grande entre les deux nuages (c est-à-dire significativement plus importante que leurs précisions) marquerait la différence entre le projet et la construction, laissant entrevoir un non-respect des dimensions prévues voire la constatation de l absence d un élément (exemple de la cloison). Avoir forcé la superposition des deux nuages permet de réaliser une comparaison géométrique du bâtiment et d en vérifier sa structure. En revanche, le bâtiment peut être fidèle au projet mais mal implanté. Dans cette situation, notre méthode trouve nécessairement ses limites. La comparaison des maquettes que nous avons réalisée se limite à une vérification purement géométrique du bien. Il est malheureusement impossible d inspecter la conformité des équipements comme les fenêtres, portes ou huisseries à partir de nuages de points. Pour aller plus loin, il aurait fallu évaluer les outils existants permettant de comparer les attributs portés par les différents éléments de deux modèles BIM, pour vérifier, par exemple, que les matériaux choisis dans la conception du bâtiment ont bien été ceux qui ont été adoptés lors de la construction. Nous pouvons notamment citer «Compare Models» d Autodesk Revit, «IFC 54 Géomatique Expert N 109 Mars-Avril 2016
Change Management» de Tekla et «Solibri Model Checker» de Solibri. Ces outils doivent être évalués du point de vue de leur interopérabilité avec la norme IFC. Sur ce dernier point, le lecteur intéressé pourra se référer aux travaux de (Lee, G. et al., 2011) et (Sun, J. et al., 2015) qui abordent les problèmes d interoperabilité entre les différentes plates-formes logicielles du BIM. Conclusion Le BIM est un processus qui se démocratise dans plusieurs pays du monde mais qui peine à s imposer en France. Comme il deviendra obligatoire à partir de 2017 pour répondre aux marchés publics, les grands acteurs du bâtiment français comptent l adopter avec, éventuellement à la clé, des gains en termes économique, logistique et de productivité. Pourtant, en raison de son surcoût initial, cette transition serait plus lente pour les constructeurs plus modestes. La profession de géomètreexpert, encadrée par son Ordre, est consciente du potentiel du BIM comme en témoignent le numéro spécial BIM de la revue Géomètre (n 2121 janvier 2015), ou encore la conférence d Olivier Minot qui s est tenue lors du Cercle Géo à l ESGT (décembre 2015). Grâce à son expertise technique et juridique, le géomètre a toute légitimité pour s associer au processus. À travers ce projet, nous avons expérimenté la manière dont un géomètre pourrait s approprier le BIM, notamment dans le cadre d une réception de travaux. Les logiciels Revit d Autodesk et CloudCompare nous ont permis d élaborer des maquettes, en vue de procéder à une comparaison géométrique pour la réception de travaux. La donnée géométrique ne suffit pas, puisque le BIM intègre aussi des informations de toute nature. Notre approche doit donc être complétée par le calcul et l analyse des différences entre les deux bases de données représentant un même bâtiment. Pour ce faire nous pourrons essayer les outils de comparaison de modèles BIM tels que ceux cités plus haut. L analyse des différences effectuée, le BIM pourrait alors aider à déterminer la responsabilité des différents intervenants en réception de travaux. Le BIM est probablement le nouveau chapitre à écrire du secteur de la construction, mais il reste encore beaucoup à faire aux niveaux des outils et des pratiques. Pourtant, on pourrait probablement parler d une nouvelle profonde révolution pour les géomètres-experts, qui développeraient cette mission en matière de réception de travaux, notamment s il s agit de penser à une intervention ayant pour objet d offrir, d une certaine manière, une certification des données fournies. L histoire ne fait que commencer Bibliographie Livres Ajaccio F. X. et Porte, R. (2015) : Responsabilités et garanties des constructeurs après réception, CSTB Editions, mars 2015, 110 pages. Delannoy, M. (2014) : Revit 2015 - Conception de bâtiment. Éditions ENI, 482 pages. Celnik, O. et Lebègue, E. (2014) : BIM et Maquette Numérique pour l architecture, le bâtiment et la construction. Édition Eyrolles, CSTB, Collection Blanche BTP, 620 pages. Kensek, K. M. (2015) : Manuel BIM, Théorie et applications. Édition Eyrolles, Collection Blanche BTP, 256 pages. Articles Lee, G., Won, J., Ham, S., and Shin, Y. (2011) : Metrics for Quantifying the Similarities and Differences between IFC Files. J. Comput. Civ. Eng., 10.1061/(ASCE) CP.1943-5487.0000077, 172-181. Sun, J., Liu, Y., Gao, G., and Han, X. (2015) : IFCCompressor: A content-based compression algorithm for optimizing Industry Foundation Classes files. Automation in Construction, 10.1016/j.autcon.2014.10.015, 1-15. Texte législatif : Code civil (articles 1792 et suivants). Décision de justice : Cass. civ. 3e, 16 sept. 2007, n 06-16.207, inédit. Conférence Minot, O (2015). Conférence «Le BIM et le Cadastre 3D», Cercle Géo 2015. Sites web (consultés en février 2016) BuildingSMART : www.buildingsmart-tech.org Lanmar Service : www.lanmarservices.com Autodesk : www.autodesk.fr Géomatique Expert N 109 Mars-Avril 2016 55