Qu’est-ce qu’un jumeau numérique ? Un guide d’introduction

En vous familiarisant avec cette innovation, vous pouvez considérer le jumeau numérique comme un pont entre les outils de conception que vous utilisez déjà et les performances réelles d’un bâtiment, d’un terrain ou d’un campus tout au long de son cycle de vie. Au lieu de s'arrêter à la remise du projet, votre modèle continue d'évoluer parallèlement à l'ouvrage physique, en s'appuyant sur des données en temps réel provenant des systèmes, des capteurs et des personnes.

Pour les architectes, les architectes d’intérieur et les professionnels du paysage, les choix de conception que vous effectuez dès les premières étapes dans des logiciels tels que Vectorworks Architecture et Vectorworks Paysage peuvent continuer à apporter de la valeur bien après l’achèvement des travaux. Ces mêmes modèles riches en données, qui facilitent la coordination et la documentation, peuvent servir de base à une exploitation, une maintenance et une planification à long terme plus intelligentes.

Que sont les jumeaux numériques ?

Un jumeau numérique est une représentation virtuelle d’un objet ou d’un système physique qui reste connecté à son équivalent du monde réel grâce à une boucle de rétroaction de données en temps réel. Concrètement, cet objet peut être un bâtiment, un équipement ou même un produit, comme une machine à café.

Des capteurs, des caméras et des systèmes connectés transmettent des données en continu au modèle numérique afin qu’il reflète ce qui se passe à l’instant présent, et pas seulement ce qui a été dessiné ou spécifié lors de la conception. Comme ce modèle regorge de données, vous pouvez l’utiliser pour des simulations, des tests et des analyses qui facilitent la maintenance, les mises à niveau et la planification à long terme.

Le concept de jumeaux numériques trouve ses origines dans le secteur aérospatial. Au cours des missions Apollo de la NASA, les ingénieurs s'appuyaient sur des systèmes de simulation au sol pour reproduire le comportement du vaisseau spatial en vol et tester en toute sécurité les solutions avant de les mettre en œuvre dans l'espace. Aujourd'hui, les jumeaux numériques utilisent des plateformes cloud, des appareils connectés (IoT) et des données BIM pour appliquer cette même approche aux bâtiments et infrastructures du quotidien.

En architecture et en aménagement paysager, un jumeau numérique s'appuie généralement sur un modèle BIM créé pendant la phase de conception. La géométrie 3D, les espaces, les matériaux et les éléments du terrain que vous définissez viennent s’intégrer à une représentation dynamique et riche en données du bien immobilier réel. Lorsque ce modèle est connecté aux systèmes opérationnels, vous bénéficiez d’une vue actualisée en permanence de l’utilisation et des performances réelles du bâtiment ou du terrain, qui rend compte de tous les aspects, depuis les déplacements des occupants dans les espaces jusqu’à la manière dont les caractéristiques du terrain réagissent aux conditions saisonnières et climatiques.

Les avantages de la technologie des jumeaux numériques

La technologie du jumeau numérique permet d'obtenir un large éventail de résultats importants pour les propriétaires, les exploitants et les concepteurs. Les avantages comprennent :

• La réduction des temps d'arrêt et la maintenance prédictive : Grâce à un jumeau numérique, les équipes chargées des bâtiments peuvent suivre les données d'utilisation et d'ancienneté des systèmes tels que les installations de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), et anticiper les défaillances éventuelles des composants. Au lieu d'attendre une panne, vous pouvez planifier la maintenance à l'avance, ce qui permet de maintenir un confort optimal dans les locaux et de réduire les perturbations imprévues.
• L’accélération de la R&D et du prototypage : Les fabricants peuvent associer un prototype physique à un jumeau numérique afin de réaliser des tests de résistance à différentes températures, pressions et charges sans avoir à construire de nouvelles maquettes pour chaque scénario, ce qui accélère les cycles de développement et réduit leurs coûts de prototypage. Cette même approche peut vous inciter à tester virtuellement l'agencement des bâtiments, les stratégies d'ombrage ou le choix des matériaux avant la construction.
• Des économies de coûts : Si vous êtes gestionnaire d’installations, vous pouvez utiliser les jumeaux numériques pour surveiller en temps réel la consommation d’énergie, d’eau et d’autres ressources. Cette visibilité permet d’identifier les inefficacités, de simuler différentes stratégies et de choisir les options qui réduisent le gaspillage et les coûts d’exploitation. Pour les architectes, ces informations peuvent servir de base à vos futurs projets et renforcer l’argumentaire de valeur que vous présentez à vos clients.
• La durabilité : Alors que les attentes en matière de bâtiments durables et à faibles émissions de carbone ne cessent de croître, les propriétaires cherchent des moyens de comprendre et de réduire leur impact environnemental. Les jumeaux numériques permettent de mettre en évidence les sources de gaspillage de ressources et d’analyser comment les modifications apportées aux équipements, aux systèmes de régulation ou au comportement des utilisateurs influencent les performances au fil du temps. Il est ainsi plus facile d’aligner vos choix de conception sur vos objectifs de durabilité à long terme.

Comment fonctionnent les jumeaux numériques

La plupart des processus liés au jumeau numérique suivent une structure commune. Mais ne vous inquiétez pas : bon nombre de ces éléments s'appuient sur des outils et des concepts que vous connaissez peut-être déjà grâce au BIM.

Ressource physique

Tout jumeau numérique commence par une ressource physique à suivre et à modéliser, tel qu'un bâtiment, une machine ou tout autre système que l'on souhaite comprendre.

Réunir et connecter les données

Les capteurs et les systèmes connectés collectent des données sur le bien, notamment sur des paramètres tels que la température, le taux d'occupation et l'état des équipements. Ces informations sont transmises à des plateformes numériques, souvent via le cloud.

Modélisation numérique

Une représentation numérique du bien est créée, généralement sous la forme d'un modèle 3D riche en données, et mise à jour en permanence à mesure que de nouvelles informations sont disponibles. En architecture, cela commence souvent par un modèle BIM dans lequel la géométrie et les données sont intégrées.

Boucle de feedback continue

À mesure que l'actif physique évolue, le jumeau numérique se met à jour afin de refléter en permanence son état actuel. Les équipes peuvent alors tester des scénarios et réaliser des simulations dans le jumeau numérique, puis s'appuyer sur les enseignements tirés pour orienter leurs décisions concernant le bâtiment réel, créant ainsi une boucle de rétroaction continue au service de l'efficacité.

BIM vs. Jumeau numérique : Quelle est la différence ?

Il convient de faire la distinction entre le BIM et le jumeau numérique, car ces deux concepts sont liés mais ne sont pas identiques. Un modèle BIM est une représentation détaillée et riche en données d’un projet, principalement utilisée pendant les phases de conception et de construction. Il recense de manière structurée la géométrie, les classifications et les informations relatives aux espaces, aux systèmes, aux éléments du chantier et aux matériaux.

Le jumeau numérique va encore plus loin. Il utilise ce modèle BIM comme point de départ, puis le relie à des données en temps réel provenant des systèmes de gestion technique des bâtiments, des capteurs IoT, des flux de travail des installations et d’autres outils opérationnels. Cela permet de créer une contrepartie virtuelle synchronisée de l’actif construit, qui évolue au fur et à mesure que le bâtiment ou le site réel change.

En bref, le BIM, c’est la manière dont on conçoit et on documente. Le jumeau numérique, c’est la manière dont les propriétaires et les exploitants surveillent, analysent et optimisent les performances à long terme.

Passer d’un modèle BIM à un jumeau numérique

Pour les projets de construction et d’aménagement de sites, le parcours vers un jumeau numérique commence souvent dans un logiciel BIM, dès la phase de conception et de documentation. À mesure que le projet passe aux étapes de construction et de livraison, ce modèle BIM peut devenir la colonne vertébrale d’un jumeau numérique.

L'export vers des formats ouverts et normalisés, tels que l'IFC, fournit aux maîtres d'ouvrage un ensemble de données structuré et à référence spatiale, en adéquation avec le bien immobilier réel. Lorsque ce modèle est ensuite relié aux données opérationnelles issues des systèmes de gestion technique des bâtiments, des capteurs ou des outils de maintenance, il se transforme en une représentation en temps réel de ce qui se passe aujourd'hui, et non plus seulement de ce qui avait été défini au départ.

Les outils de conception tels que Vectorworks Architecture et Vectorworks Paysage sont conçus pour prendre en charge ce type de travail BIM riche en données. Les modèles créés avec ces logiciels sont donc parfaitement adaptés à cette transition. Mais quel que soit le logiciel BIM que vous utilisez, le principe reste le même : plus vous collectez des données de manière ciblée pendant la conception, plus votre modèle s'avère utile comme base pour un jumeau numérique.

Cette transition crée également une boucle de rétroaction. Les informations tirées d’un jumeau numérique peuvent éclairer les projets futurs, vous aidant ainsi à affiner les agencements, les systèmes et les stratégies de chantier en fonction des performances réelles des conceptions précédentes.

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