Les apports du relevé 3D au BIM

Le scan 3D permet de relever avec précision la configuration de bâtiments, tant de leurs façades extérieures que de leurs espaces intérieurs, réseaux compris. Tout commence par une campagne sur site de relevés laser, produisant une collection de nuages de points tridimensionnels, associés ou non à des photos du site. La variété des points de vue permet de couvrir entièrement une façade ou une pièce. Les nuages de points sont fusionnés grâce à des mires et à des repères.

Alimenter la maquette BIM

La phase de modélisation permet d'extraire à partir des nuages de points des plans correspondant aux murs et aux planchers ainsi que différents volumes élémentaires comme des cylindres matérialisant les réseaux de ventilation ou de fumisterie.

« Avec l'appui des nuages de points saisis et géoréférencés, nous modélisons dans Revit la maquette du bâtiment organisée en sous-projets comprenant les éléments structurels et architecturaux (les cloisons amovibles par exemple) ainsi que les équipements CVC », explique Michel Vieillard, géomètre expert chez Ingéo Ingénierie. Le niveau de détails BIM demandé par les clients va du LOD (Level of Detail) 100, qui correspond à une maquette 3D volumique, au LOD 300, où la modélisation correspond davantage à la réalité. Un travail qui nécessite une expertise architecturale. « Par exemple, si le diamètre mesuré d'un tuyau est de 38 ou 42 mm, ces valeurs n' étant pas standard, nous savons que le diamètre du tuyau doit être de 40 mm. En revanche, pour un décor en plafond dans un hôtel, une grande précision sur les moulures n'est pas toujours nécessaire, la demande portant sur la valeur du nu du plafond », détaille le géomètre. Celui-ci s'est notamment vu confier par la maîtrise d'ouvrage pilotant le projet d'extension de Nausicaa, le Centre national de la mer de Boulogne-sur-Mer (62), la prestation de scan 3D de l'ancien bâtiment (lire p. 17). « L'idée était de réaliser une maquette présentant les mêmes caractéristiques et niveau de détails (LOD 350) que le nouveau. Nous avons modélisé la totalité de l'enveloppe, en retirant certains éléments mobiliers présents dans les relevés mais en conservant, outre la structure, les aquariums et les réseaux de filtration et d 'eau de mer, d 'eau froide, etc. », détaille Michel Vieillard.

Pour la rétro-conception en BIM LOD 200-300 des différents bâtiments de l'Hôtel de Broglie (Paris ) d'une surface totale e de 11 000 m², 1 530 scans ont été effectués par l'entreprise Art Graphique & Patrimoine (AGP).

Garantir la qualité des plans

Dans l'usage de ce nouvel outil, les entreprises ne sont pas en reste. Sogea Caroni, filiale du groupe Vinci implantée en Picardie, s'est ainsi équipée il y a dix-huit mois d'un scan 3D Faro, qui lui a servi à scanner différents projets, comme La Ruche de Roubaix (97), l'hôpital de Dunkerque (59) ou la résidence Saint-Leu du Crous d'Amiens (80).

« Pour cette dernière opération, nous avions à notre disposition des plans du géomètre et de l 'architecte, mais le bâtiment étant ancien et tout en courbes, son rayon de courbure sur les plans existants n' était pas correct, ce qui a nécessité de refaire les plans », relate Stéphane Van Lerberghe, directeur des services numériques chez Sogea Caroni. Aussi la décision a-t-elle été prise de scanner l'ensemble du bâtiment après curage, tant l'intérieur (sous-sol et étages) que l'extérieur et de le modéliser entièrement en 3D. « L'enjeu était de fiabiliser la jonction du nouvel aménagement avec la structure existante. Pour autant, nous ne nous substituons pas au travail du géomètre, seul apte à positionner avec précision le bâtiment par rapport au terrain grâce à des balises et des points de relevés », précise le directeur. En général, la campagne de scans est effectuée sur le bâtiment après curage avant de lancer les travaux. Les études s'appuient plutôt sur les plans de l'architecte, le scan réalisé en amont étant moins pertinent pour obtenir des informations sur la structure, du fait de la présence de faux-plafonds, de doublages, etc.

Modélisation tous corps d'état LOD 300 minimum de l'intérieur des espaces de la Cité des sciences et de l'industrie.

Construire une chaîne robuste jusqu'au DOE

« La qualité initiale des nuages de points issus du scan laser du bâtiment est essentielle. Les différents relevés doivent être géoréférencés et fusionnés correctement, argumente Gaël Hamon, directeur d'Art Graphique & Patrimoine. Nous avons été sollicités sur plusieurs gros projets de réhabilitation incluant des prestations de rétro-conception BIM. Le scan laser avait déjà été effectué, mais entre deux nuages de points du même lieu, il pouvait exister des décalages de position jusqu'à 10 cm pour un même objet, par exemple une ouverture de porte. Comme il est impossible de savoir après coup quelle est l'information correcte, il a fallu à chaque fois recommencer la saisie laser. »

Ce prestataire participe à la commission BIM d'un groupement d'entreprises spécialisé dans les monuments historiques, le Groupement des entreprises de restauration des monuments historiques (GMH). Ce qui lui a permis, en accord avec la maîtrise d'ouvrage et la maîtrise d'œuvre et le soutien d'Autodesk, d'organiser des ateliers BIM autour du projet du château de Budé (lire encadré p. 16) et d'estimer le degré d'utilisation de la maquette numérique par les différents corps de métier mobilisés. L'objectif étant de mener le processus BIM jusqu'au DOE numérique, qui verra la livraison d'une maquette renseignée au plus juste décrivant le château après travaux tel que restauré. Entre-temps, l'entreprise AGP sera revenue, après la phase de curage, effectuer un second scan.

FOCUS

Pour La Villette, un solide contrôle qualité

Les livrables de La  Villette sont à la  fois les plans 2D  (DWG), les relevés  3D et la maquette  BIM (format natif  Revit et IFC v2x3 en  LOD300 ou LOD350).  Cette illustration  fusionne scan 3D  et modélisation.

La réalisation de la maquette numérique du site de La Villette (Paris) s'est déroulée en deux temps. Le projet, qui a reçu le Coup de cœur du jury du BIM d'Or 2017, a commencé par une phase de validation du process de scan et de modélisation à partir d'un échantillon d'un huitième de la surface totale de la Cité des sciences et de l'industrie (CSI), laquelle est d'environ . Ce premier scan 3D a été réalisé début 2017 par les géomètres de Gexpertise, en charge du relevé. La modélisation 3D a ensuite été effectuée par Egis à partir des nuages de points. « À l'issu de cette première phase, plusieurs jalons de contrôle qualité ont été déterminés, car sur ce projet le challenge est double. D'une part, le relevé s'effectue en site occupé, d'autre part, il porte à la fois sur le bâti et sur les lots techniques, avec une non-accessibilité de certains espaces », résume Jean-Paul Trehen, directeur BIM Bâtiment chez Egis. Le scan de la CSI est toujours en cours. Il a été interrompu en 2017 pour laisser place au scan des autres bâtiments du site, comme la Géode, mais le projet est étalé sur plusieurs années jusqu'en 2020.

La seconde phase consiste à indexer et à géoréférencer les nuages de points. Avec une robustesse des résultats compliquée à obtenir dans la mesure où la Cité accueille des expositions temporaires occasionnant des reconfigurations régulières des lieux.

Volume d'incertitude

La troisième phase est celle de la modélisation, avec le nettoyage des points indexés et la recherche de surfaces planes servant à caractériser les murs, les faux-plafonds, etc. Cette modélisation concerne l'ensemble des corps d'état architecturaux (portes, fenêtres, cloisons, etc. ) hors terminaux comme les bouches de la ventilation. « La rétro-ingénierie des lots techniques (type gaines techniques, chemins de câbles, équipements… ) s'avère plus difficile. Nous avons mis en place une procédure avec l'utilitaire PointSense de Faro complété par d'autres outils, pour rechercher les plans et reconnaître les formes », souligne Jean-Paul Trehen.

La démarche est menée avec la société Gexpertise, qui fournit à Egis des nuages de points géoréférencés et indexés et est associée à la vérification de la qualité des données livrées. La fiabilité de la modélisation 3D est paramétrée selon un principe de volume d'incertitude englobant. Celui-ci est gradué suivant différents critères (scan inexploitable ou inexistant, zones non accessibles, doc 2D inexistante… ), le but étant d'obtenir 100 % de la modélisation de l'espace. Pour les zones non accessibles au scan, la documentation papier est exploitée pour formuler des hypothèses et des extrapolations. Tout ceci est codifié dans le volume d'incertitude. Les livrables 2D et 3D seront utilisés par Universcience pour l'exploitation et la maintenance du bâtiment et par l'Oppic pour le schéma directeur, la programmation des travaux et le développement de futurs outils de gestion.

Maître d'ouvrage Établissement public du Palais de la découverte et de la Cité des sciences et de l'industrie Universcience
Mandataire du MAO et pouvoir adjudicateur Ministère de la Culture, Opérateur du patrimoine et des projets immobiliers de la culture (Oppic)
Assistant à la MAO BET Laurenti (AMO BIM) ; Cogérat (géomètre expert)
Maîtrise d'oeuvre Egis Informatique Gexpertise