Jumeau numérique ferroviaire : l’avenir de la gestion des infrastructures ferroviaires

La technologie des jumeaux numériques révolutionne également le secteur ferroviaire, offrant de nouvelles solutions pour la conception, la construction et la maintenance des infrastructures. Cependant, ces modèles virtuels avancés ne pourraient pas exprimer tout leur potentiel sans l’adoption de normes internationales telles que le format IFC (Industry Foundation Classes), qui garantit l’interopérabilité et la cohérence des données entre les différentes phases du cycle de vie de l’infrastructure. En particulier, le développement d’extensions telles que IFC Rail répond aux besoins spécifiques du secteur ferroviaire, assurant une gestion des données plus efficace et évolutive.

Cet article explore les applications des jumeaux numériques pour les chemins de fer, en mettant particulièrement l’accent sur leur impact sur l’efficacité opérationnelle, la sécurité et l’optimisation de la maintenance tout au long du cycle de vie.

Si vous êtes ingénieur, architecte, géomètre ou technicien dans le secteur de la construction intéressé par les technologies GIS et BIM, ce guide vous fournira un aperçu complet sur le sujet et vous suggérera les outils de logiciel de jumeau numérique à utiliser pour rester à la pointe de l’innovation.

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique dans le secteur ferroviaire ?

Un jumeau numérique est un modèle virtuel 3D qui reproduit fidèlement et de manière réaliste un modèle existant. Quel est son but ? Il est réalisé afin de gérer l’ensemble du cycle de vie du bien depuis sa conception, lorsqu’il n’est pas encore réalisé, jusqu’à sa démolition à la fin de son cycle de vie.

Le concept de jumeau numérique ferroviaire fait référence à une réplique virtuelle d’une infrastructure ferroviaire ou d’un actif qui lui est lié. Cette représentation virtuelle se met à jour en temps réel avec les données provenant de l’infrastructure physique, permettant un suivi continu et des simulations avancées. L’utilisation combinée des technologies GIS et BIM permet une gestion holistique des infrastructures, facilitant la planification et la maintenance de l’ensemble du système ferroviaire, même lorsqu’il s’agit d’infrastructures linéaires très étendues dans l’espace.

Navigation du modèle jumeau numérique ferroviaire issu de usBIM.geotwin

Avantages des jumeaux numériques dans les chemins de fer

Maintenant que nous avons établi de quoi il s’agit, voyons quels sont les avantages liés à son implémentation dans le monde des infrastructures ferroviaires.

• Optimisation de la maintenance : un des principaux bénéfices de l’utilisation des jumeaux numériques dans le secteur ferroviaire est la possibilité de surveiller en permanence les conditions des actifs. Cela permet la maintenance préventive, réduisant les coûts opérationnels et prévenant des pannes inattendues, diminuant ainsi considérablement les dépenses superflues​.
• Amélioration de la conception : grâce aux modèles 3D et aux simulations, les jumeaux numériques offrent la possibilité de visualiser et de tester un projet avant sa réalisation physique. Pendant la phase de conception et de construction, les jumeaux numériques sont essentiels pour simuler différents scénarios et évaluer l’impact des décisions de conception. Cette approche non seulement réduit les coûts, mais permet de résoudre d’éventuels problèmes avant le début des travaux. Un cas de succès est le projet de renouvellement de la signalisation ferroviaire de Bristol, où l’utilisation d’un modèle numérique a permis de réduire significativement les délais de conception.
• Efficacité opérationnelle : l’intégration de données en temps réel provenant de différentes sources permet une gestion plus efficace des ressources et des opérations ferroviaires. Les jumeaux numériques fournissent une vue d’ensemble des activités, améliorant la coordination entre les différents départements opérationnels​.
• Sécurité améliorée : surveiller en permanence l’infrastructure via des jumeaux numériques permet d’identifier et de traiter des risques potentiels en temps réel. Par exemple, l’utilisation d’une technologie de jumeau numérique peut prévoir l’insertion dans le modèle d’objets détectés le long des voies qui pourraient interférer avec le passage des trains, améliorant ainsi la sécurité​. De plus, la réalisation du modèle 3D de l’infrastructure permet de réaliser des programmes de formation des opérateurs (techniciens, constructeurs, etc.) directement en 3D, intégrant l’utilisation de la technologie VR. Cela représente un scénario important tant pour la sécurité des travailleurs pendant les travaux que pour la sécurisation de l’infrastructure en cas d’événements imprévus. Pour approfondir ce sujet, lisez également Formation avec réalité virtuelle : connaître et gérer les risques du chantier à travers la VRI.
• Surveillance et simulations opérationnelles : les jumeaux numériques sont utilisés pour surveiller en temps réel les conditions des trains et des véhicules utilisés pour le transport ferroviaire et optimiser leur gestion. Cela permet de réagir rapidement à d’éventuels problèmes et de garantir que les opérations quotidiennes se déroulent sans accroc. L’utilisation de jumeaux numériques pour simuler différents scénarios opérationnels est une ressource précieuse pour la formation du personnel et pour l’expérimentation de nouveaux scénarios. Par exemple, l’intégration avec des systèmes d’intelligence artificielle peut être destinée à la simulation de scénarios pour la conduite automatisée​.

BIM, GIS et IFC : la clé pour gérer les infrastructures ferroviaires complexes.

L’infrastructure ferroviaire est, par sa consistance, très étendue dans l’espace. Nous nous retrouvons donc avec des modèles de grande taille dont la gestion est étroitement liée au contexte environnemental sur lequel s’implante l’infrastructure.

Pour cette raison, la gestion du modèle BIM d’une voie ferrée est nécessairement liée au GIS.

Cependant, pour garantir que ces intégrations soient interopérables et évolutives, il est essentiel de se référer aux normes internationales telles que le format IFC (Industry Foundation Classes), qui permet de modéliser et de partager des données complexes dans le cadre openBIM.

Parmi les développements les plus significatifs du format IFC, l’IFC Rail représente une sous-catégorie spécifique qui se concentre sur les besoins uniques du secteur ferroviaire. Grâce à cette extension, il est possible de décrire en détail les éléments fondamentaux des infrastructures ferroviaires, tels que les rails, les aiguillages, les traverses et d’autres composants structurels, améliorant ainsi la cohérence et la qualité des informations partagées.

IfcRailDomain : la norme qui transforme la conception ferroviaire

Un aspect crucial de l’IFC Rail est le schéma IfcRailDomain, développé pour traiter les spécificités du secteur ferroviaire qui ne sont pas couvertes par les schémas IFC généraux. Ce schéma permet une description détaillée et normalisée des composants clés, favorisant une meilleure gestion du cycle de vie des infrastructures ferroviaires.

Voici les principaux points forts de l’IfcRailDomain : 

• Éléments spécialisés pour les rails : il définit des composants tels que les traverses, les dérailleurs et les aiguillages, garantissant une représentation précise des infrastructures ferroviaires.
• Classification des rails : il prend en charge l’identification et la modélisation de différents types de rails, assurant une conduite précise pour les véhicules et les machines.
• Structures spatiales pour les projets ferroviaires : il organise les modèles ferroviaires en hiérarchies spatiales, simplifiant la gestion de projets complexes.

L’adoption de l’IfcRailDomain permet aux professionnels du secteur ferroviaire d’intégrer des modèles numériques avancés avec des systèmes de surveillance en temps réel, améliorant ainsi la conception, la maintenance et l’exploitation. Ce schéma représente un outil essentiel pour l’intégration de la technologie BIM, GIS et des jumeaux numériques dans le contexte des chemins de fer modernes.

Un cas d’application de l’intégration GIS et BIM pour les jumeaux numériques ferroviaires

Mais comment se met en œuvre pratiquement l’intégration entre BIM, GIS et jumeau numérique dans un scénario relatif à une infrastructure ferroviaire ? 

Il est nécessaire d’utiliser des logiciels de jumeau numérique appropriés.

Pour approfondir, voici une vidéo qui démontre de manière claire et détaillée comment les technologies GIS, BIM et jumeau numérique peuvent être intégrées pour obtenir une gestion avancée des infrastructures ferroviaires. La solution proposée permet de créer une vue géospatiale complète et détaillée, grâce à la fédération entre un nuage de points, généré par des relevés laser scanner, et le modèle BIM de la voie ferrée existante modélisé à partir du nuage de points. Le modèle BIM contiendra, en plus des informations géométriques, une série de propriétés et d’informations insérées par l’utilisateur en fonction des besoins du cas et consultables directement depuis l’environnement de la plateforme.

L’utilisation de cette plateforme permet, en effet, de visualiser dans un seul environnement numérique toutes les informations des objets openBIM, mises à jour en temps réel grâce à l’utilisation de l’environnement de données commun (CDE).

Parmi les principaux avantages de la solution, il y a la possibilité d’avoir des photos, des documents et des données associées directement intégrés au nuage de points et au modèle BIM, rendant facilement accessibles toutes les informations pertinentes pour la gestion de l’infrastructure. De plus, les utilisateurs peuvent surveiller le réseau ferroviaire directement depuis un navigateur, sans avoir besoin de logiciels complexes, améliorant la rapidité et l’efficacité dans le contrôle et la maintenance.

Un autre point fort est l’intégration de la réalité virtuelle immersive (VRI), qui permet de vivre une expérience complètement réaliste de la voie ferrée. Les utilisateurs peuvent naviguer dans le modèle 3D, sélectionner des objets pour consulter les propriétés et les données associées, et même simuler la conduite d’un train, avec une vision réaliste du tracé et des infrastructures. Cette combinaison entre BIM, GIS et VRI fournit un puissant outil pour optimiser la conception, la gestion et la maintenance des chemins de fer, réduisant les délais et les coûts opérationnels.

Dans la vidéo, les principales fonctionnalités de la solution sont illustrées : 

• géoréférencement du nuage de points de la voie ferrée sur une carte GIS;
• fédération entre le nuage de points et le modèle BIM de la voie ferrée;
• navigation dans le modèle 3D de l’infrastructure;
• visualisation des informations détaillées sur les objets du modèle;
• consultation des propriétés des objets et des données associées au modèle 3D;
• navigation immersive en réalité virtuelle de la carte GIS, du modèle BIM au format IFC et du nuage de points.

Cette solution représente une innovation fondamentale pour améliorer l’efficacité et la sécurité de la gestion ferroviaire.