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Un fichier paramétrique BIM pour la conception et l’analyse des ponts - Par : Alexis Girardet, Conrad Boton,

Un fichier paramétrique BIM pour la conception et l’analyse des ponts


Alexis Girardet
Alexis Girardet Profil de l'auteur(e)
Alexis Girardet détient deux maîtrises en génie de la construction, de l’ÉTS Montréal et de l’ESTP Paris. Il est coordonnateur BIM auprès de Systra.

Conrad Boton
Conrad Boton est professeur au Département de génie de la construction de l’ÉTS et directeur du LaRTIC.

De géométrie 2D à modèle 3D

Image de Tekla.

RÉSUMÉ:

De nos jours, les nouvelles approches technologiques comme la modélisation des informations du bâtiment (Building Information Modeling, BIM) peuvent s’avérer très utiles au développement de méthodes innovantes dans la conception des ouvrages de génie. Cependant, le BIM s’est principalement développé autour des projets de construction de bâtiments et très peu dans le cadre de projets d’infrastructure comme les ponts. Pour ces projets, les variations géométriques et sémantiques sont souvent si importantes d’une structure à l’autre qu’il est difficile d’utiliser les cadres existants de données BIM comme les IFC (Industry Foundation Classes). D’après de récents travaux, la modélisation paramétrique mènerait à des conceptions et une interopérabilité plus efficaces, mais la littérature sur le sujet est extrêmement rare. L’objectif de cette étude est de constituer un fichier paramétrique afin de créer tous les types de ponts, quelle que soit leur géométrie, des fondations au tablier, en passant par les garde-corps et les chevêtres. L’intérêt principal de ce fichier est de diminuer les délais dans les phases de conception en réduisant les erreurs dues aux modifications.

Modélisation paramétrique

Afin de conserver les avantages du logiciel de modélisation structurelle dans un projet BIM, il est possible d’exécuter en parallèle d’autres programmes dans lesquels les géométries sont créées puis importées dans la structure. L’objectif de ce projet est de démontrer une nouvelle technique de travail fondée sur la modélisation paramétrique. Le paramétrage géométrique d’un modèle permet de modifier n’importe quelle dimension à tout moment sans avoir à recréer l’ensemble du modèle. Comme la construction d’un pont peut prendre plusieurs années, les avantages de tels outils sont clairs, notamment celui de pouvoir minimiser les délais dans la phase de conception. Par conséquent, nous avons choisi de travailler sur le sujet de recherche suivant :

 « Constituer un fichier paramétrique unique pour créer tout type de pont, en considérant les 3 directions de l’espace. »

Définition du problème : faciliter les projets de construction de ponts

Pour les ponts, les variations géométriques et sémantiques sont souvent trop importantes d’une structure à l’autre, ce qui rend difficile l’utilisation des cadres actuels de données BIM comme les IFC. L’une des principales limites des solutions d’interopérabilité existantes réside dans la modélisation et le transfert de structures courbes dans les trois directions de l’espace, comme c’est souvent le cas pour les projets de grands ponts.

Aperçu de la solution

La proposition qui découle de cette étude se base sur la technique de la programmation visuelle, où les utilisateurs créent la géométrie à partir des paramètres de l’objet. Ainsi, contrairement à un modèle 3D classique (ou modélisation directe), une approche paramétrique permet de construire un modèle qui offre plusieurs solutions en fonction des valeurs fixées pour chacun de ses paramètres. La figure suivante présente une géométrie où deux paramètres ont été modifiés.

Modèle paramétrique

Fig 1. Adaptation d’un modèle paramétrique simple sur Grasshopper/Rhino, pour différentes valeurs de deux paramètres : section transversale et hauteur d’extrusion.

Détails de la solution

L’outil proposé utilise un algorithme paramétrique pour modéliser les éléments du pont à l’aide d’un logiciel de conception (Rhinoceros 3D et son extension, Grasshopper), et générer et analyser un modèle 3D dans un logiciel d’analyse structurelle (Tekla Structures). La figure 2 montre les étapes de création d’un modèle de Grasshopper à Tekla.

Algorithme paramétrique

Fig 2. Étapes de l’obtention d’un modèle de Grasshopper à Tekla.

Le fichier principal est divisé en plusieurs sous-fichiers correspondant à chaque élément du pont, comme le montre la figure 3 (colonnes, tablier, fondations, etc.) afin d’offrir une interface utilisateur logique et précise, mais aussi un outil manipulable sans nécessiter trop de temps de calcul. Chaque sous-fichier offre la possibilité de faire varier les paramètres pour choisir les dimensions et particularités géométriques des sections transversales du pont, ainsi que tout autre type d’information pertinente pour la construction du pont.

Sous fichier de constituants de ponts

Fig 3. Fichier divisé en plusieurs sous-fichiers.

Nous obtenons ainsi un modèle dit de coordination, qui peut être complété par d’autres données du projet. Une documentation technique est créée sur AutoCAD, expliquant les différents paramètres et leur fonctionnement dans le fichier.

Avantages commerciaux

Cette recherche démontre l’importante valeur ajoutée du BIM pour appuyer les pratiques commerciales de plus en plus complexes de l’industrie. L’outil créé à des fins de modélisation paramétrique nous a permis de montrer les points forts de cette méthode, soit des temps de modélisation considérablement réduits et une performance supérieure par rapport au temps de traitement.

De plus, la force principale de la proposition est son adaptabilité à de nombreux projets de ponts. En effet, grâce au grand nombre de paramètres définis, il est possible de créer des géométries très variables. Contrairement à la modélisation directe, l’importance de cet outil paramétrique est sa capacité à créer rapidement plusieurs modèles au début de la phase de conception, afin de fournir des solutions plus précises pour soutenir les décisions de conception et l’analyse de constructibilité.

Enfin, vu l’augmentation en quantité et en complexité des projets d’infrastructure, cette étude offre une solution pratique et innovante pour la modélisation des ponts, applicable à différents types de projets, et répondant à l’une des questions les plus importantes de l’implantation du BIM : réduire les temps de conception tout en améliorant les échanges.

Conclusion

Ce projet réalisé avec un partenaire industriel spécialisé dans la conception et la mise en œuvre de projets d’infrastructure internationaux, ouvre la voie à une nouvelle génération d’outils et de pratiques BIM dédiés aux projets d’infrastructure, générant des concepts de façon plus rapide et plus précise, mais aussi et surtout des échanges plus efficaces entre les logiciels de conception et d’analyse structurelle. Il s’agit d’une bonne démonstration du dynamisme et de la capacité de la communauté BIM canadienne à proposer des solutions à des problèmes récurrents et à résoudre des enjeux mondiaux. La consolidation et l’utilisation de l’outil que nous avons développé sont déjà planifiées dans le cadre de plusieurs grands projets internationaux.

Informations supplémentaires

Pour plus d’informations sur cette recherche, veuillez lire l’article suivant : Girardet, A., Boton, C. 2021. A parametric BIM approach to foster bridge project design and analysis, Automation in Construction, Volume 126,103679, ISSN 0926-5805.

Alexis Girardet

Profil de l'auteur(e)

Alexis Girardet détient deux maîtrises en génie de la construction, de l’ÉTS Montréal et de l’ESTP Paris. Il est coordonnateur BIM auprès de Systra.

Programme : Génie de la construction 

Laboratoires de recherche : LaRTIC - Laboratoire de recherche sur les technologies de l’information dans la construction 

Profil de l'auteur(e)

Conrad Boton

Profil de l'auteur(e)

Conrad Boton est professeur au Département de génie de la construction de l’ÉTS et directeur du LaRTIC.

Programme : Génie de la construction 

Laboratoires de recherche : LaRTIC - Laboratoire de recherche sur les technologies de l’information dans la construction 

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