Développer des modèles BIM de bâtiments historiques

Vous devez développer le modèle 3D BIM de bâtiments historiques ? Vous vous occupez de restauration et de récupération des bâtiments existants ? 

Dans ce focus, nous vous dévoilons comment utiliser un logiciel HBIM pour développer un projet complet de récupération d’un bâtiment historique : de la modélisation 3D à l’analyse de la dégradation, jusqu’à l’identification des interventions de projet et à l’intégration avec le modèle structurel et technique.

Nous illustrons également un cas pratique que vous pourrez utiliser comme point de départ pour vos projets.

Les fonctionnalités de restaurations de bâtiments historiques issu de Edificius HBIM

Qu’est-ce que l’HBIM

Maintenant, nous le savons, le BIM (Building Information Modeling) naît comme une méthodologie opérationnelle pour gérer les processus de : 

• programmation,
• conception,
• réalisation,
• gestion,
• maintenance,
• démolition

d’une quelconque construction à travers un modèle informatif qui contient toutes les informations concernant son cycle de vie entier.

Cette approche trouve également application dans le domaine des bâtiments historiques, se déclinant comme Heritage ou Historical Building Information Modeling, en abrégé HBIM.

Grâce au développement de l’HBIM, il est possible de créer des modèles détaillés de bâtiments historiques avec des objets paramétriques intelligents, c’est-à-dire portant des informations sur le bâtiment, sur ses composants et sur toutes ses caractéristiques, qui peuvent être mises à jour, remplacées et implémentées dans le temps. En plus de la modélisation géométrique, l’HBIM permet de mener de manière détaillée et complète les analyses sur l’état des lieux : relevé matériel, identification des phénomènes de dégradation, état fissural, etc.

Relevé des fissures du bâtiment existant à partir de l’orthophotographie issu de Edificius HBIM

Il est important de souligner que l’HBIM est un processus appliqué aux bâtiments existants, qu’ils soient monumentaux et d’importance historique-artistique ou des habitations communes du siècle dernier, et qu’il élargit donc considérablement le champ d’application de la méthode BIM, car il étend son utilisation à la création de modèles de l’immobilier existant.

Les potentialités du BIM pour les bâtiments existants

Jusqu’à présent, l’HBIM n’a pas eu une grande diffusion dans le domaine professionnel en raison du manque de normes partagées et de workflows standardisés, et surtout des difficultés liées aux phases de modélisation et de collecte des informations. En effet, modéliser un bâtiment historique signifie tenir compte d’éléments non toujours standardisables et non réductibles à des bibliothèques prédéfinies, déformations et irrégularités, incertitudes sur les techniques de construction, présence de phénomènes de dégradation, altérations dues au passage du temps, etc.

Actuellement, de nombreux logiciels s’adaptent à ces besoins pour gérer de manière exhaustive l’ensemble du processus de numérisation du patrimoine immobilier existant.

Edificius, par exemple, dispose d’un environnement spécifique pour l’HBIM, avec une bibliothèque dédiée d’objets typiques de l’architecture historique et un éditeur qui s’adapte de manière flexible aux spécificités de chaque cas : 

• Éditeur des voûtes – pour modéliser des voûtes de différents types en utilisant de nouveaux objets spécifiques (berceau, berceau rampant, berceau boiteux, pavillon, pavillon à base polygonale, croisée, croisée à base polygonale, coupole, lunettes/for, coupe horizontale et coupe verticale);
• Côte – pour insérer la côte à la fois dans l’intrados et l’extrados de la voûte de manière manuelle ou automatique grâce à l’utilisation de la baguette magique;
• Plafond avec poutres en bois – pour créer et personnaliser un plafond en bois, en définissant l’épaisseur du plafond, la section, l’entraxe et la rotation des poutres;
• Zone de dégradation – l’éditeur pour définir la surface dégradée à laquelle associer un matériau spécifique;
• Lésion – l’éditeur spécifique pour identifier et mettre en évidence les lésions présentes sur un élément donné du bâtiment;
• Orthoimage – pour associer une orthoimage à un élément du bâtiment et obtenir une représentation fidèle de l’état des lieux et complète des informations matérielles.

Les différentes fonctionnalités issu de Edificius HBIM

In ce sens, il est simple de surmonter les difficultés liées à la modélisation (même en présence de fortes irrégularités, décorations élaborées, systèmes constructifs obsolètes) et de tirer pleinement parti de tous les avantages de l’HBIM : 

• élaboration du modèle géométrique 3D en temps rapide ;
• élaboration et gestion du modèle de données ;
• utilisation d’objets paramétriques intelligents ;
• gestion des documents et des données ;
• meilleur contrôle du projet et des campagnes d’enquêtes et d’analyses ;
• partage des informations et du modèle ;
• programmation des interventions de maintenance ;
• promotion du bien ;
• création de bases de données actualisables dans le temps ;
• application de technologies avancées telles que la réalité virtuelle ou augmentée.

Comment développer le modèle BIM de bâtiments historiques : workflow du projet HBIM

Générer le modèle 3D BIM d’un bâtiment historique permet d’avoir tous les bénéfices du BIM sur le projet de restauration.

Voyons donc comment développer le modèle 3D et le projet de restauration d’un bâtiment historique avec la méthodologie HBIM.

En résumé, les principales étapes à suivre sont : 

• structuration de l’ACDat (environnement de partage des données) ;
• collecte de données, documents et documentation historique ;
• gestion et partage de la documentation collectée sur des plateformes collaboratives ;
• relevé photographique et redressement photo ;
• relevé géométrique réalisé avec le soutien de différentes technologies (des plus traditionnelles comme les rouleaux, niveaux et équerres ; aux plus avancées comme les scanners laser, stations totales, relevé photogrammétrique, etc.) ;
• relevé matériel ;
• modélisation 3D de l’état des lieux avec un logiciel de conception BIM;
• partage du modèle sur des plateformes collaboratives ;
• étude de la disposition fonctionnelle de l’état des lieux ;
• analyse de la dégradation directement dans l’environnement HBIM ;
• analyse stratigraphique et sur les phases de construction de l’œuvre dans l’environnement HBIM ;
• étude de l’état de fissures et des cinématiques en cours ;
• projet des enquêtes et des tests à réaliser ;
• identification des interventions de projet ;
• intégration avec des logiciels BIM de conception structurelle et technique ;
• modélisation 3D du projet ;
• vérification du projet en temps réel ou réalité virtuelle (VRi) ;
• calcul métrique automatique à partir du modèle 3D ;
• élaboration de graphiques et de plans exécutifs.

Pour approfondir, un cas pratique développé avec Edificius.

Un cas pratique avec Edificius : de la nuage de points au modèle BIM de bâtiments historiques

L’exemple pratique que je te montre est un projet de numérisation d’un bâtiment résidentiel du début des années 1900.

La première opération réalisée sur le terrain est le relevé et l’acquisition des données géométriques effectuée à l’aide du scanner laser 3D. Le résultat est le nuage de points, qui contient des informations de nature géométrique (leurs coordonnées dans un système de référence connu) et de nature colorimétrique, car à chaque point est associé une couleur relative dérivée d’une photo prise par l’instrument lors du scan.

Pour approfondir, lis aussi « Scan to BIM, du relevé laser scanner au modèle BIM« .

Les données du relevé ont été importées dans Edificius pour la modélisation dans l’environnement BIM et la construction du modèle géométrique du bâtiment.

Avant de commencer la modélisation, les Niveaux (étage intermédiaire, premier étage, jusqu’à la couverture) et les sousNiveaux avec les hauteurs correspondantes ont été définis, et le terrain a été importé avec les courbes de niveau directement depuis Google Maps en utilisant la fonctionnalité appropriée.

Gestion des niveaux de bâtiments historiques issu de Edificius HBIM

La modélisation du bâtiment a été facilitée par les objets paramétriques de l’environnement HBIM d’Edificius qui permet de reproduire les éléments caractéristiques de l’architecture historique (voûtes, planchers en bois, nervures, etc.).

Les murs extérieurs, les fenêtres, l’escalier et tous les détails architecturaux présents en façade (moulures, chapiteaux, pilastres, etc.) ont été modélisés.

Dans un processus BIM, tout le matériel utile au projet est partagé et géré grâce à l’utilisation de plateformes collaboratives et CDE. De cette manière, les données du bâtiment sont consultables par toute l’équipe de travail et toutes les activités sont traçables pour rendre la collaboration efficace et sécurisée.

À la fin de la modélisation BIM, le modèle du bâtiment a été exporté au format ouvert IFC pour permettre une intégration optimale avec tous les professionnels impliqués dans le projet. Le modèle IFC, en effet, peut être importé et géré par tous les logiciels de BIM authoring les plus courants. De cette manière, l’ingénieur structure peut importer le modèle BIM et procéder à la modélisation, au calcul et aux vérifications structurelles.

Dans le cas examiné, le workflow structurel a prévu en bref : 

• reconnaissance automatique des objets architecturaux en entités structurelles du logiciel de calcul structurel;
• modélisation structurelle;
• modèle FEM;
• assignation des contraintes;
• définition des charges;
• analyse structurelle.

Parallèlement aux analyses sur la structure, la caractérisation matérielle et l’évaluation de l’état de conservation de l’appareil décoratif des façades ont été élaborées. Tout cela a été facilité par l’importation de la maquette texturée obtenue par le relevé et en exploitant toutes les potentialités de la commande ortofoto, qui permet de superposer au modèle 3D les photos redressées des façades à analyser. Les zones concernées par les différents phénomènes de dégradation ont été identifiées sur l’ortho-photo. Edificius génère automatiquement la légende qui permet d’interpréter les hachures associées aux différentes manifestations de dégradation.

Légendes liées aux différents états de dégradation issu de Edificius HBIM

À la différence d’un processus mené selon une méthode traditionnelle, la technologie HBIM offre l’avantage de créer et mettre à jour périodiquement la base de données d’informations sur l’état de conservation et le modèle BIM des bâtiments historiques, ainsi que de créer un archive partagé et en constante évolution. En gérant le projet avec une plateforme collaborative, il est en effet possible d’obtenir les avantages suivants : 

• facilité de consultation, transmission et gestion du modèle dans le temps ;
• échange d’informations directement sur le modèle 3D ;
• visualisation et gestion de fichiers 3D réalisés avec des logiciels différents ;
• rédaction de fiches de dégradation utiles pour l’identification des pathologies et analyses diagnostiques ;
• définition d’un protocole à respecter pour chaque intervention de restauration à réaliser intégrée sur la plateforme usBIM.

Comment modéliser en HBIM un bâtiment historique, l’état de dégradation et les interventions de récupération

Le cas d’étude concerne l’application de la méthodologie HBIM (Heritage Building Information Modeling) au complexe monumental de l’Église de la Madonna della Neve, partie d’un établissement historique de l’époque lombarde situé à Montella (AV), avec l’objectif de démontrer comment les technologies numériques et les processus collaboratifs peuvent soutenir les activités de connaissance, conservation et gestion du patrimoine architectural existant. L’intervention naît de la prise de conscience que les projets de restauration et de récupération du bâti historique nécessitent aujourd’hui une approche nécessairement multidisciplinaire, où architectes restaurateurs, ingénieurs structurels, techniciens du relevé, spécialistes diagnostiques, historiens et archéologues opèrent de manière coordonnée à travers un flux continu d’échange d’informations.

Gestion HBIM dans le cloud

Dans ce contexte, la méthodologie HBIM représente l’évolution du BIM appliquée aux ouvrages existants et historiques, se configurant non seulement comme un outil de modélisation tridimensionnelle, mais surtout comme un système d’information capable de recueillir, organiser et mettre à jour dans le temps des données géométriques, constructives, historiques, matérielles et conservatoires. Contrairement au BIM traditionnel, qui part d’un projet pour arriver à la construction du jumeau numérique de l’œuvre, l’HBIM opère de manière inverse : le processus commence par l’ouvrage réel et, à travers des relevés, des enquêtes et des recherches archivistiques, aboutit à la construction d’un modèle numérique « as-is », c’est-à-dire conforme à l’état effectif et historisé du bâtiment, incluant les transformations subies au fil du temps.

Dans le cas spécifique de l’Église de la Madonna della Neve, le travail a été développé à partir d’une phase de connaissance complexe basée sur des relevés géométriques traditionnels, des acquisitions par laser scanner et des techniques photogrammétriques, intégrées avec une documentation archivistique et une analyse de l’état conservatoire. La méthodologie opérationnelle a été articulée en trois phases principales : acquisition, segmentation et modélisation. La phase d’acquisition a prévu la collecte d’une grande quantité de données provenant de différentes disciplines, notamment des relevés métriques, des analyses structurelles, des relevés de dégradation et de la documentation historique. Par la suite, lors de la phase de segmentation, les informations ont été organisées et catégorisées sémantiquement pour permettre leur utilisation au sein du modèle numérique. Ce processus a permis d’associer aux éléments architecturaux non seulement des caractéristiques géométriques, mais aussi des informations descriptives, diagnostiques et documentaires. La phase finale de modélisation a été développée à travers le logiciel Edificius, qui a permis l’importation directe des nuages de points générés par les relevés laser scanner et leur transformation en éléments paramétriques HBIM.

L’utilisation du logiciel a permis de reconstruire fidèlement la géométrie de l’église à travers des outils avancés de snapping et de sectionnement du nuage de points. Des éléments architecturaux complexes tels que des maçonneries, des ouvertures, des niches, des menuiseries historiques, des voûtes en berceau, des voûtes en plein cintre, des croisées, des dômes et des nervures ont été modélisés, avec la possibilité de personnaliser des paramètres géométriques et constructifs pour obtenir une représentation cohérente avec l’ouvrage réel.

Chargement et visualisation du modèle HBIM dans usBIM

Particulièrement pertinente est devenue la modélisation des voûtes historiques, réalisée à l’aide d’éditeurs paramétriques dédiés qui ont permis de définir des géométries articulées et des formes irrégulières typiques de l’architecture historique. Parallèlement à la modélisation géométrique, le projet a intégré des outils pour le relevé conservatoire, permettant la cartographie des dégradations et du tableau fissural directement sur le modèle numérique. Grâce à l’utilisation d’orthophotos obtenues par photogrammétrie et appliquées aux surfaces architecturales, il a été possible de tracer des phénomènes de dégradation, des lésions et des altérations matérielles selon les classifications ISO, distinguant différentes typologies de détérioration relatives à des matériaux pierreux, boisés et métalliques. Chaque dégradation ou lésion a été définie comme un objet paramétrique informatif, associé à des données relatives à l’extension, la gravité, les causes hypothétiques, la documentation photographique et l’état de maintenance.

Un autre aspect significatif du cas d’étude concerne l’utilisation de la plateforme collaborative intégrée, utilisée comme environnement commun de partage des données entre les différents acteurs impliqués dans le projet. Grâce à la plateforme, il a été possible d’archiver des modèles tridimensionnels, des photographies historiques, des documents d’archives, des fiches de relevé et des résultats d’enquêtes archéologiques, rendant toutes les informations accessibles et navigables de manière interactive. En particulier, le système a permis de lier directement au modèle numérique les campagnes de fouilles archéologiques menées par le professeur Rotili entre les années quatre-vingt-dix et deux mille, associant aux zones de fouille une documentation scientifique, des publications et des références historiques.

Le modèle HBIM a ainsi été transformé en une archive numérique dynamique et interrogeable, capable d’intégrer connaissance historique, relevé géométrique, analyse diagnostique et gestion conservatoire dans un seul environnement interopérable. Le cas d’étude démontre donc comment l’HBIM peut constituer un outil avancé pour la documentation, le suivi et la valorisation du patrimoine historique, favorisant non seulement une gestion plus efficace des informations et du processus de restauration, mais aussi de nouvelles formes de valorisation culturelle, comme des visites virtuelles et une consultation interactive des contenus numériques.

FAQ

Qu’est-ce que l’HBIM ?

Le BIM (Building Information Modeling) naît comme méthodologie opérationnelle pour gérer les processus de programmation, de conception, de réalisation, de gestion, de maintenance et de démolition d’une construction à travers un modèle informatif qui contient toutes les informations relatives à son cycle de vie complet. Cette approche trouve également application dans le domaine des bâtiments historiques, se déclinant comme Heritage ou Historical Building Information Modeling, en abrégé HBIM.

À quels bâtiments s’applique l’HBIM ?

L’HBIM est un processus appliqué aux bâtiments existants, qu’ils soient monumentaux et d’importance historique-artistique ou des habitations communes du siècle dernier. Cette approche élargit considérablement le champ d’application de la méthode BIM, étendant son utilisation à la création de modèles de l’architecture existante.

Quelles sont les difficultés dans la modélisation BIM des bâtiments historiques ?

Modéliser un bâtiment historique signifie tenir compte d’éléments non toujours standardisables et non réductibles à des bibliothèques prédéfinies, de déformations et d’irrégularités, d’incertitudes sur les techniques de construction, de la présence de phénomènes de dégradation et d’altérations dues au passage du temps.

Quels sont les avantages de l’HBIM pour les bâtiments historiques ?

Les principaux avantages de l’HBIM sont : élaboration rapide du modèle géométrique 3D, gestion du modèle de données, utilisation d’objets paramétriques intelligents, gestion documentaire, meilleur contrôle du projet et des campagnes d’enquête, partage des informations et du modèle, programmation de la maintenance et création de bases de données actualisables dans le temps.

Quelles sont les phases du workflow HBIM ?

Les principales phases du workflow HBIM comprennent : structuration de l’ACDat, collecte documentaire, relevé photographique et géométrique, modélisation 3D de l’état des lieux, analyse de la dégradation, étude du tableau fissural, identification des interventions de projet, intégration avec des logiciels structurels et techniques et production des documents d’exécution.

Comment se déroule le relevé d’un bâtiment historique pour un projet HBIM ?

Le relevé peut être effectué par scanner laser 3D, obtenant un nuage de points contenant des informations géométriques et colorimétriques utiles à la reconstruction précise du modèle BIM du bâtiment historique.

Comment le modèle BIM d’un bâtiment historique est-il développé avec Edificius ?

Les données du relevé sont importées dans Edificius pour la modélisation BIM. Après la configuration des niveaux et du terrain, la modélisation est facilitée par les objets paramétriques HBIM qui permettent de reproduire des éléments typiques de l’architecture historique tels que des voûtes, des planchers en bois, des moulures et des décorations.

Pourquoi le format IFC est-il important dans le workflow HBIM ?

Le format ouvert IFC permet l’intégration du modèle BIM avec d’autres logiciels de création BIM, facilitant le travail interdisciplinaire entre architectes, ingénieurs structurels et techniciens impliqués dans le projet.

Comment l’analyse de la dégradation est-elle effectuée avec Edificius ?

L’analyse de la dégradation est réalisée en utilisant des maillages texturés et des orthophotos superposées au modèle 3D. Les zones dégradées sont identifiées directement sur les orthophotos et le logiciel génère automatiquement la légende associée aux phénomènes de dégradation.

Quels avantages l’HBIM offre-t-il par rapport aux méthodes traditionnelles ?

L’HBIM permet de créer et de mettre à jour dans le temps une base de données partagée sur l’état de conservation des bâtiments historiques, améliorant la gestion des informations, la collaboration entre professionnels et la planification des interventions de restauration.