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Concevoir directement à partir de logiciels en 3D

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Concevoir directement à partir de logiciels en 3D

Les pionniers du rendu réaliste, ArchiCAD et Artlantis, conservent leur avance grâce à l’intégration étroite entre les deux applications et aux nouvelles possibilités de visualisation dynamique de parcours en 3D à l’intérieur des bâtiments.

© (Docs. Graphisoft.)

L’offre de logiciels s’est beaucoup enrichie depuis deux ans, suivant les besoins des concepteurs : visualisation réaliste pour attirer et convaincre les clients, conception en 3D pour gagner temps et souplesse, solutions collaboratives pour rassembler les acteurs d’un projet, simulations et prise en compte des évolutions vers la maîtrise de l’énergie et la conception de bâtiments verts.

L’évolution récente des logiciels d’architecture et de conception est pour une part attribuable à la puissance accrue des ordinateurs. En quelques dizaines de minutes, on obtient des images qui demandaient des heures de calcul il y a cinq ans. Pour vendre, quelle que soit la taille du projet, un architecte commence par séduire en montrant de manière réaliste son projet intégré dans son environnement. La nécessité du rendu réaliste, avec différents degrés de précision et des objectifs variables, apparaît tout au long du processus, depuis la séduction initiale jusqu’aux études d’exécution. Cet exercice a longtemps été dominé par le tandem ArchiCAD de Graphisoft, allié à Artlantis d’Abvent. Ils possèdent une bonne longueur d’avance, notamment grâce à leur base installée et à leur facilité d’utilisation. Dans Artlantis R, chaque surface, chaque objet d’une scène 3D peut se voir attribuer un matériau (shader), simplement par glisser-déposer depuis une bibliothèque créée par l’utilisateur ou achetée en ligne. Il existe en effet des concepteurs de shaders ArchiCAD-Artlantis qui proposent plusieurs centaines de matières différentes. Artlantis possède toutes les possibilités d’éclairage (sources et diffusion : soleil, ciel, source électrique, atmosphère, brouillard, etc.) pour le rendu réaliste. La famille des logiciels de rendu Artlantis comprend aussi Artlantis Classic pour le rendu des paysages et des aménagements d’espaces (expositions, salons, etc.) et Artlantis Studio pour le rendu de haute qualité d’images fixes, d’animations et de panoramas en Quicktime VR. Il permet notamment de simuler un parcours en 3D à l’intérieur d’un bâtiment en projet.Le rendu 3D s’est beaucoup amélioré chez Autodesk avec l’arrivée de Autodesk Revit qui intègre un rendu par lancé de rayons et par radiosité AccuRender, ainsi que le rendu ArchVision RPC (pour les personnages en mouvement, les véhicules, la végétation, etc.), des parcours d’animation exportables au format AVI (video dans Windows) ou encore des fichiers image à rendu panoramique. Les utilisateurs d’AutoCAD travaillent sur Autodesk VIZ, un logiciel de présentation, de rendu et de modélisation 3D. Il offre des possibilités d’aller et retour, sans perte ni altération des données, avec les autres modules d’Autodesk. On peut créer des formes de conception directement dans Autodesk VIZ à l’aide de ses fonctionnalités de modélisation, puis transférer ce travail dans un environnement de CAO ou toute autre application Autodesk telle que Revit Building ou Inventor, pour y ajouter des détails. Grâce à ses fonctionnalités de liaison et d’importation de fichiers DWG, on utilise dans VIZ les données créées dans une application de dessin basée sur AutoCAD 2004, 2005, 2006, Autodesk Architectural Desktop ou AutoCAD Mechanical. Les utilisateurs peuvent exporter la géométrie d’un modèle Revit Building dans VIZ en exportant les fichiers au format DWG. Le plug-in d’interopérabilité de VIZ 2005 pour Revit importe le fichier DWG exporté depuis Revit 7 ou Revit Building 8 et conserve les affectations de matériaux. Cette fonctionnalité est intégrée à VIZ 2006 et le plug-in n’est donc plus nécessaire.

Dassault Systèmes, de son côté, a conclu un double partenariat autour de Catia V5 avec Gehry Technologies et Optis. Gehry Technologies développe et commercialise depuis octobre 2004, des solutions de gestion du cycle de vie des produits (PLM – Product Lifecycle Management), destinées à l’industrie du bâtiment et basées sur la plate-forme de développement CAA V5 de Dassault Systèmes.

Gehry Technologies (GT) propose Digital Project, une suite logicielle, composée de produits dédiés aux industries du bâtiment. Ils associent les fonctions de conception en 3D et de gestion des données à l’expérience acquise par l’architecte Franck Gehry dans le domaine de la collaboration 3D et de la sous-traitance numérique, sur des projets de renommée internationale réalisés à l’aide du logiciel Catia. Optis a développé la technologie Speos pour la photométrie, le rendu réaliste et les simulations ergonomiques visuelles. Le modeleur de rendu photométrique Speos CAA V5 est désormais complètement intégré à Catia V5. Il permet de positionner n’importe quel système d’éclairage virtuel conçu dans Speos et des systèmes réels mesurés en laboratoire. Il contient en effet des bibliothèques de solutions d’éclairage fournies par divers fabricants : Osram, Philips, les LED de Lumiled, Stanley, etc., ainsi que des bibliothèques de textures de surfaces, dont les verres de Schott, Sumitomo, Hoya, etc. et les plastiques de Bayer, Röhm et d’autres. Pour son rendu, le logiciel tient compte de la sensibilité de la rétine à la lumière, aux couleurs et de la perte de résolution périphérique dans la vision par l’œil humain. GT distribue depuis l’automne 2005 deux versions des logiciels Optis dans sa famille de logiciels Digital Project.

Une nouvelle démarche dans la conception

Tous les grands éditeurs de logiciels ont évolué vers une conception en 3D. Il ne s’agit plus du simple dessin en 3D, par opposition au dessin en 2D. Le but est d’autoriser une nouvelle démarche de conception, dans laquelle les composants en 3D sont dotés de propriétés propres et de liaisons logiques avec leur environnement. Il devient donc possible, au moment de la soumission du marché aux entreprises, de détailler les formes et les interactions. Cela améliore nettement la compréhension des structures et facilite la construction. Ces méthodes permettent en même temps un « design conduit par le calcul ». Digital Project V1- Release 2 de GT, disponible depuis le 15 juillet dernier, est construit sur la Release 15 de Catia V5 de Dassault Systèmes (DS). Il compte une relation bidirectionnelle avec Excel qui permet la conception du bâtiment en fonction de résultats de calculs effectués dans Excel – affaiblissement acoustique, résistance thermique des parois, calcul des charges, etc… et le re-calcul immédiat des performances lorsqu’on modifie le dessin. La place croissante prise par DS dans les logiciels de conception du bâtiment bouleverse la « routine » de la compétition classique entre Graphisolf (ArchiCAD) et Autodesk. DS maîtrise en effet des solutions informatiques susceptibles de modifier profondément la pratique des grands cabinets d’architecture et bureaux d’études. Grâce à un partenariat avec Fakespace Systems, l’un des premiers éditeurs de solutions de visualisation en immersion, DS donne à Catia V5 des possibilités inédites de visualisation et d’évaluation grâce à la réalité virtuelle. Fakespace fournit des services relatifs à l’installation, à la configuration et à l’exploitation des fonctions de réalité virtuelle de la plate-forme V5, notamment la revue immersive de la maquette numérique (DMU Immersive Review). Surtout DS et Fakespace ont établi un processus de certification des configurations de clusters de PC (grappes d’ordinateurs personnels). Deux solutions, disponibles depuis l’automne 2005 avec une nouvelle mise à jour de Catia V5, permettent aux ingénieurs et aux concepteurs qui utilisent sa maquette numérique de gérer des environnements immersifs à l’aide de clusters de PC et d’accéder à des fonctionnalités de réalité virtuelle au sein de plates-formes PLM V5 natives. Cela signifie que par réseau, il est possible de réunir les ordinateurs et les serveurs d’un bureau pour bénéficier de leur puissance de calcul collective, plutôt que d’acquérir une ou plusieurs stations de travail dédiées. De plus, cette puissance ouvre la possibilité de simulations sur des bâtiments conçus à partir d’objets en 3D liés à leur environnement. C’est l’une des spécialités du Groupe Dassault qui a développé cette fonction dans sa branche aviation, notamment pour raccourcir les délais de conception. Si la maquette numérique du bâtiment est bien faite, on peut pratiquement tout simuler, depuis un tremblement de terre jusqu’à la procédure de maintenance des centrales de traitement d’air, sans parler des possibilités de travail coopératif lors de la conception. Il devient possible de simuler l’effet sur le projet de toutes les idées ou demandes de modification. C’est un atout considérable pour les projets importants.

Maquette numérique et travail collaboratif en ligne

La puissance des logiciels de conception de maquette numérique se combine désormais avec Internet en haut débit pour fournir des solutions évoluées de travail collaboratif. En septembre 2005, l’agence d’architecture Skidmore, Owings, & Merrill LLP (SOM) a détaillé le projet de construction de la Freedom Tower, prochainement érigée sur le site du World Trade Center à New York. Paul Seletsky, Digital Director de SOM, développe l’intérêt de la nouvelle approche de maquette numérique : « Non seulement il est possible d’évaluer dans ses grandes lignes l’aspect visuel de l’immeuble, mais les fonctions sophistiquées d’analyse permettent d’évaluer la performance des systèmes et l’impact des décisions conceptuelles sur les coûts, pendant le développement du projet. ». SOM est passé de AES (un logiciel développé en interne) à AutoCAD, puis à Autodesk Revit. Pour ce projet, SOM a conduit une évaluation comparative des logiciels concurrents, en fonction de leur maturité, de l’assistance et de l’historique des projets réalisés. Le choix d’Autodesk Revit Building pour la modélisation des données architecturales s’est imposé grâce à sa facilité d’emploi, ses vues totalement associées, ses fonctions de planification et son intégration avec d’autres produits. Dès la fin des années 80, lorsque SOM a développé son propre logiciel AES, le cabinet avait envisagé un modèle virtuel qui intégrerait tous les composants de l’immeuble, y compris l’ingénierie des fluides et l’ingénierie structurale. Passant progressivement d’AES à AutoCAD, puis à Autodesk Revit, SOM concrétise enfin sa vision d’une stratégie de modélisation des données architecturales. Revit Building enregistre les données architecturales dans des bases de données coordonnées, et non dans des fichiers séparés. En passant à Revit Building, la documentation du projet Freedom Tower a été réduite de plus de 20 000 fichiers de CAO, pour passer à seulement cinq bases de données architecturales Revit. Lorsque SOM conduit des réunions de coordination avec l’équipe étendue, avec notamment Cantor Seinuk Group (ingénierie structurelle), Jaros Baum & Bolles (ingénierie mécanique et structurelle, électricité et plomberie) et Tishman Construction Corporation (direction des travaux) tout se passe devant un écran où est affiché le modèle dans Revit Building. De tous les projets réalisés par SOM depuis sa fondation il y a 70 ans, celui-ci devrait générer le plus de données.

L’incomparable apport des IFC

SOM utilise également Autodesk Buzzsaw, le service de gestion de projets en ligne d’Autodesk, pour communiquer les rapports, partager les documents de construction et, piloter le chantier. Buzzsaw est un outil collaboratif évolué d’Autodesk qui repose toutefois sur ses formats de fichiers propriétaires, notamment le DWG. Autodesk rassemble cette démarche sous le nom générique de « modélisation des données architecturales ». Une approche de la conception, de la construction et de la gestion de projets de bâtiments qui permet la mise à disposition continue et immédiate d’informations fiables, intégrées, entièrement coordonnées et de qualité supérieure, relatives au parti architectural, au cahier des charges et aux coûts. La modélisation des données architecturales n’est autre que la fusion de deux idées principales. Premièrement, l’archivage au format numérique des données de conception essentielles permet aux entreprises qui les créent et les utilisent de mettre à jour des informations précieuses et de les partager facilement. Ensuite, la création de liens homogènes et dynamiques en temps réel permet de réaliser des économies de coût et de temps considérables, tout en augmentant la productivité ainsi que la qualité du projet.

D’autres éditeurs ont choisi de s’appuyer sur le format d’échange IFC (Industry Fondation Classes), géré par une association mondiale (IAI : International Alliance for Interoperability ou Alliance Internationale pour l’Interopérabilité, créée en 1995), dont Autodesk est membre et dont Mediaconstruct constitue le chapitre français. Reposant sur une conception objet, les fichiers IFC permettent des échanges entre logiciels compatibles et ouvrent des perspectives en gestion de patrimoine, puisque le bâtiment et ses équipements sont précisément décrits lors de la conception. L’entreprise française ACTIVe3D offre, par exemple, une plate-forme collaborative et la mise à disposition d’un visualiseur numérique interactif 3 D à partir des plans établis et échangés au format IFC. A partir des plans initiaux du projet déposés sur la plate-forme sous la forme d’un fichier IFC, ACTIVe3D constitue une maquette numérique interactive en 3 D, accessible à tout acteur du projet. Bien plus qu’une représentation graphique, la navigation permet d’accéder à toute information sur chaque objet et espace contenus dans le projet sans avoir de connaissance technique de lecture de plan. La maquette est mise à jour à chaque évolution du projet, lors des dépôts successifs de nouvelles versions de plans déposés sous forme de fichiers IFC. Dans le cadre d’une grosse opération de réhabilitation du site Framatome FCI de Pontarlier, la plate-forme collaborative ACTIVe3D a été retenue pour coordonner l’ensemble des échanges constituant l’avancement des études sur le projet.

Conception de bâtiments « verts »

Côté conception, nombre de logiciels créent, importent et exportent des fichiers au format IFC. ArchiCAD fournit par exemple des modules additionnels pour gérer les IFC dans plusieurs de leurs versions successives. Des éditeurs spécialisés utilisent les IFC pour leurs propres besoins. Le logiciel de calcul thermique, de conception et de dimensionnement ClimaWin de BBS-Slama importe, utilise et exporte des IFC. Cela permet d’éviter les ressaisies de surfaces, de volumes, etc. Ce qui accélère les calculs et évite des sources d’erreurs.

Au-delà du travail collaboratif, les logiciels s’ouvrent à la protection de l’environnement et à la conception de bâtiments « verts ». ArchiCAD propose des modules additionnels comme ArchiPhysik qui se charge de l’optimisation du comportement énergétique du bâtiment, dès la conception du projet. GreenBuilding Studio est un service Web en XML, accessible depuis ArchiCAD grâce à un plug-in, qui permet de juger de la performance énergétique, des rejets divers (eaux usées, etc.) et des coûts d’exploitation des bâtiments. EnergyPlus est un logiciel indépendant qui reprend les données d’un projet ArchiCAD et permet de réaliser des simulations d’utilisation de l’énergie dans le bâtiment et de mettre en évidence les mesures d’économie les plus efficaces en terme de retour sur investissement.

De son côté, Ecotect facilite ­l’implantation des solutions solaires, évalue leur contribution énergétique et leurs coûts. Dans la perspective de l’application de la directive européenne sur la performance des bâtiments début 2006, ce sont autant de questions auxquelles concepteurs et architectes devront s’habituer à répondre.

vous lisez un article des Cahiers Techniques du Bâtiment N°256

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