BIM – La réponse à toutes nos prières (en ingénierie de structure) ?

La modélisation des informations du bâtiment (BIM) est présente depuis plus d'une décennie et pourtant, plus souvent qu'on ne le souhaiterait, elle est encore perçue comme un obstacle à l'efficacité du travail. Plusieurs raisons expliquent cette observation, mais c'est surtout parce que j'ai écouté et observé la façon dont de nombreux ingénieurs travaillent et coopèrent avec les autres.

Il y a plus de dix ans, j'ai proposé qu'il existait trois types de modélisation :

1. Modélisation pour la documentation
2. Modélisation pour l'analyse et le dimensionnement
3. Modélisation pour la construction

Le premier de ces types est bien accepté par de nombreux partisans du BIM structurel, et beaucoup s'accordent à dire qu'il a rationalisé leur activité. 

Cependant, malgré les vastes ressources des principaux éditeurs, peu d'entre eux intègrent le modèle géométrique avec un modèle analytique. Les avantages sont pourtant considérables si cette approche est exploitée. 

Le troisième niveau correspond au développement du modèle structurel au point qu'il reflète non seulement CE qui va être construit, mais COMMENT cela sera construit. Encore moins d'ingénieurs parviennent à ce stade, et ceux qui y arrivent travaillent généralement en étroite collaboration avec l'entreprise générale.

Dans cet article, je vais me concentrer sur le deuxième stade, car je suis convaincu que le premier a été abordé maintes et maintes fois. Le troisième stade sera un sujet pour une autre fois, mais il suffit de dire que l'évolution du modèle est linéaire et que l'information ne doit pas être perdue, mais enrichie et développée.

Quelle approche les ingénieurs doivent-ils suivre ?

Il existe de nombreuses approches pour intégrer le modèle analytique structurel avec le modèle géométrique. En général, ces approches se répartissent en trois catégories : directe, basée sur des fichiers et middleware.

Un exemple des approches directe et basée sur des fichiers est Autodesk Revit, qui combine un modèle analytique et un modèle géométrique. Tekla Structures s'intègre via transfert de fichiers. Le nouveau venu est issu du groupe Nemetschek avec une solution middleware en cloud - SCIA AutoConverter - qui a introduit un nouveau format de fichier (SAF) basé sur Microsoft Excel. 

Chacune a ses mérites, ses pièges et ses inconvénients. Quelle que soit la voie choisie, il est impératif que le flux de travail soit bien compris, sinon l'approche deviendra rapidement un « logiciel de bibliothèque ». 

Encore une fois, je l'ai vu de nombreuses fois !

Si la conception des assemblages doit s'intégrer efficacement dans le processus BIM, elle doit être suffisamment flexible pour s'adapter à n'importe quelle approche. La société pour laquelle je travaille – IDEA StatiCa – propose une solution qui effectue la vérification normative des assemblages acier (parmi d'autres solutions) grâce à une technologie appelée Checkbot. 

Checkbot répond aux exigences de la modélisation pour l'analyse, le dimensionnement ET la construction. La technologie a été conçue pour être flexible, avec la possibilité de fusionner des flux de travail à l'avenir.

Exigences pour la conception des assemblages

Les ingénieurs spécialisés dans la conception des assemblages sont une ramification du processus de dimensionnement structurel, sans laquelle la charpente métallique ne tiendrait pas debout. Où la conception des assemblages est-elle prise en compte dans le flux de travail ? Généralement vers la fin du dimensionnement. Quelle pièce métallique touche en premier une fondation ? Un assemblage avec platine de base.

Par le passé, les concepteurs d'assemblages se sont appuyés sur les informations que leur fournissait l'ingénieur via des plans annotés. Le plus souvent, les efforts transmis ne correspondaient pas aux cas de charge et aux combinaisons utilisés pour la vérification normative des éléments eux-mêmes. 

Je l'admets volontiers, j'en faisais partie. J'avais cru que l'époque où l'on utilisait le moment maximal avec l'effort tranchant maximal et l'effort axial maximal (le tout arrondi au 25 kN/kNm supérieur) était révolue. Mais malheureusement, ce n'est pas le cas.

Les concepteurs d'assemblages ont besoin des mêmes résultats de combinaisons pour s'assurer que l'assemblage résiste à TOUTES les possibilités, et non à un cas défavorable supposé. Cependant, il est évident que documenter chaque résultat de combinaison de cas de charge pour chaque élément d'un assemblage est semé d'embûches : il existe un risque supplémentaire que les valeurs (et les signes) soient erronés. 

Certaines solutions permettent d'exporter vers un tableur tel que Microsoft Excel, mais même cette approche nécessitera une préparation des données pour les mettre dans le bon format.

Notre approche

Chez IDEA StatiCa, nous avons développé une série de liens BIM (utilisant Checkbot) qui connecte notre solution de conception d'assemblages à un écosystème de solutions EF et BIM (CAO). Certains de nos partenaires ont également développé des liens depuis leurs solutions EF et BIM vers IDEA StatiCa en utilisant notre IOM (IDEA Open Model). 

Cette méthodologie permet le partage d'informations et réduit le risque d'erreur tout en augmentant considérablement l'efficacité. Pour un ingénieur, le partage de modèles va bien au-delà d'un simple modèle géométrique.

Mais si un modèle d'analyse doit être partagé, il doit également être correct et calculable. 

Qu'entends-je par calculable ? 

Premièrement, il doit s'assembler correctement sans nœuds « flottants ». Les éléments doivent être connectés aux bons nœuds. Il peut s'agir d'un modèle simplifié (les ingénieurs aiment la simplification) avec plusieurs éléments se rejoignant en un nœud désigné alors qu'en réalité ils ne le font pas. Les éléments doivent être dans le bon plan et ne pas être déviés en raison d'hypothèses d'alignement incorrectes. Il doit également y avoir un équilibre des efforts, qui devrait idéalement être obtenu directement à partir des résultats d'analyse.

Mais que se passe-t-il si nous disposons à la fois du modèle géométrique et du modèle d'analyse (provenant éventuellement d'ingénieurs différents) ? Il existe une approche hybride que nous pouvons exploiter, consistant à créer deux projets dans IDEA StatiCa en utilisant la géométrie de l'un et les résultats d'analyse de l'autre. C'est l'approche par modèle fusionné. Elle nécessite cependant que les deux parties disposent de modèles synchronisés avec les éléments corrects aux emplacements corrects.

En résumé

Quelles sont les règles que les ingénieurs doivent respecter pour une utilisation efficace de l'information ?

1. Modèles cohérents pour l'ensemble du flux de travail – éléments correctement positionnés dans tous les modèles
2. Modèles calculables – une analyse doit être possible
3. Les matériaux doivent correspondre à la région et être cohérents dans tous les modèles
4. Les dimensions des sections doivent idéalement être cohérentes dans tous les modèles
5. Éviter l'utilisation de sections spéciales ou composées ou les documenter
6. Travailler ensemble

Les informations créées par IDEA StatiCa constituent la base du stade 3 – Modélisation pour la construction, car elles alimentent le processus de fabrication, tout en utilisant les informations développées aux stades 1 et 2 pour faire avancer le dimensionnement.

Je ne dis pas que l'ensemble du secteur fonctionne ainsi. Nous aimons penser que nous sommes en avance sur notre temps et que nous n'avons pas peur d'essayer de nouvelles choses. Mais honnêtement, j'entends encore la même réponse aux défis liés aux flux de travail existants : « parce que c'est comme ça qu'on a toujours fait… »

En tant que secteur, nous pouvons faire bien plus pour éviter le gaspillage de temps et de matériaux, ou réduire l'empreinte carbone d'un projet. 

Et en tant qu'ingénieurs, nous pouvons montrer la voie. Ce ne sont pas des idées nouvelles.