BIM2TWIN, le jumeau numérique pour la construction

Date:
Mis à jour le 04/03/2021
BIM2TWIN : un projet d'envergure pour contribuer à une plateforme de jumeau numérique du bâtiment pour la gestion de procédés de construction. L'enjeu : gagner en efficacité, améliorer la qualité et la sécurité sur les sites de construction, en réduire les coûts, les déchets et l'empreinte carbone. Entretien avec Pierre Alliez, responsable de l'équipe Titane d'Inria, à Sophia Antipolis.
Jumeau numérique bâtiment
© Sarah Mangeret

Le projet

Il s'agit d'un projet H2020, européen, de type RIA (Research and Innovation Action), par conséquence, il ne s'agit pas seulement un projet de recherche frontière. En effet, il y a une part d'innovation importante de part le développement d'une plateforme commune.

17 partenaires en Europe constituent ce consortium, dont le CSTB à Sophia Antipolis (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment), porteur du projet, Spada construction, Orange pour la France et d'autres en Italie, Espagne, Allemagne, Israël, etc. et deux équipes d'Inria.

  • L'équipe-projet Titane qui a des collaborations fortes avec le CSTB depuis plusieurs années. L'équipe mène par exemple des recherches sur la modélisation 3D de villes dont Florent Lafarge est un spécialiste. Il co-encadre notamment une thèse avec le CSTB depuis 2019. De plus, un ancien doctorant, Sven Oesau, est ingénieur R&D au CSTB depuis 2016.
  • L'équipe-projet Stars, experte sur la surveillance d'activités humaines sur des sites.

Un constat

Beaucoup de procédés et de critères de construction sont à améliorer, qui sont de natures différentes. Certains critères relèvent de la qualité, de la fiabilité, de l'efficacité (performance), du développement durable (optimiser les ressources, réduire l'empreinte carbone par exemple en factorisant les transports), et d'autres relèvent de la sécurité.

En effet, la sécurité, sur un site de construction, ce n'est pas qu'une question de règles. Au delà des indicateurs habituels de performance pour mesurer le niveau de progrès d'un pays européens, le but ultime est celui de zéro accident, encore difficile à atteindre. On peut penser qu'il suffirait d'instaurer plus de règles, d'équipements et de démarches sécurité mais la réalité est beaucoup plus complexe. La piste est d'intensifier la prévention notamment au moyen de la vidéosurveillance (d'où l'implication de l'équipe Stars dans ce projet). L'analyse de vidéos en temps réel permettra de suivre les activités humaines en interaction avec les machines, d'émettre des alertes sécurité et de s'assurer en continu que les équipements et les procédures de sécurité soient respectés.

Les enjeux

  • Une plateforme numérique

Cette plateforme de jumeau numérique est conçue pour numériser en continu la géométrie et l'activité humaine sur un site de construction, et pour analyser les données de mesure (par exemple des nuages de points 3D et des vidéos). L'objectif du jumeau numérique est de s'assurer que ce qui est construit physiquement est conforme à la maquette numérique réalisée par un architecte. Il en va de même pour les procédés de construction, incluant les normes de sécurité. L'équipe Titane contribue sur la partie traitement, compression et analyse des nuages de points 3D.

  • Le suivi et le contrôle

Le suivi du progrès de l'avancée du chantier et le contrôle de la qualité des réalisations sont permis par la reconstruction 3D à partir de mesures, la classification sémantique, l'analyse de formes et la métrologie.

  • La sécurité et la santé des travailleurs

L'équipe Stars intervient dans le suivi en temps réel du risque et la détection de ces risques avec des méthodes d'analyse de vidéos en continu par apprentissage automatique pour comprendre l'activité des travailleurs sur un site en interaction avec des machines, émettre des alertes ou détecter des risques. La numérisation continue est également utile pour la prévention et l'archivage légal (documenter le respect des démarches sécurité comme l'installation de garde-corps).

  • L'optimisation de l'équipement pour le suivi multicapteurs

Le but : instrumenter un site, évaluer le nombre de caméras (ou capteurs) à mettre en place, la manière de les relier en réseau afin que l'on puisse rapidement déployer la plateforme sur un site (Orange). Des sites servant de cas d'usages seront mis à disposition des équipes pour le déploiement en grandeur nature, ce qui explique la présence d'entreprises de construction parmi les partenaires (exemples : Spada construction en France). Les dispositifs : des capteurs lasers, des caméras – y compris multispectrales (capable de voir dans le visible et l'infrarouge) – et des robots mobiles.

La dissémination

La publication d'articles scientifiques en commun avec des partenaires avec qui nous n'avons pas l'habitude de travailler sera sans aucun doute une belle opportunité pour disséminer nos travaux en dehors de notre communauté de niche, notamment vers la communauté des chercheurs contribuant aux questions de durabilité industrielle.

À terme, nous souhaiterions que la plateforme, fruit de nos recherches et de l'intégration de composants technologiques, soit utilisée en production en Europe.

Il en est de même pour l'équipe Stars qui s'appuie sur sa plateforme technologique pour l'analyse d'activités humaines à partir de vidéos.

Au-delà du "buzz word"

Le concept de jumeau numérique est en train de se décliner.

L'équipe Titane, par exemple, va participer au jumeau numérique de la route (avec le Cerema) pour la maintenance prédictive des chaussées, ponts et ouvrages d'art. Une discussion est aussi en cours actuellement sur un projet de jumeau numérique de sites de construction de sous-marins.

Que ce soit l'univers de la construction, de l'usine, des ouvrages d'art ou de la route, les industriels souhaitent bénéficier de la révolution de l'intelligence artificielle, et de la numérisation systématique pour gagner en efficacité.

Pierre Alliez
© Inria / Photo H. Raguet

Contact

Pierre Alliez

Directeur de recherche - Équipe-projet Titane

2004, route des Lucioles BP93 , 06902 Sophia Antipolis