I-BIM: révolutionner la modélisation des données d’infrastructures

L’I-BIM (Infrastructure Building Information Modeling) est l’application de la méthodologie BIM au secteur des infrastructures et permet de modéliser et de gérer de manière numérique des ouvrages tels que des routes, des chemins de fer, des ponts, des tunnels et des réseaux technologiques tout au long de leur cycle de vie, de la conception à la maintenance. Contrairement au BIM traditionnel, orienté vers les bâtiments, l’I-BIM est spécifique aux ouvrages d’infrastructure linéaires et horizontaux, caractérisés par une grande complexité et une forte interaction avec le territoire.

La numérisation transforme profondément la manière dont les infrastructures sont conçues, construites et gérées. La nécessité de coordonner des informations géométriques, techniques et de gestion nécessite des outils capables de garantir la cohérence, la qualité et la continuité des données dans le temps. Dans ce contexte s’inscrit l’Infrastructure-Building Information Modeling, qui intègre la représentation géométrique 3D avec des données fonctionnelles et de performance, soutenant toutes les phases du cycle de vie de l’ouvrage.

À travers jumeaux numériques géospatiaux, les modèles d’infrastructure peuvent être gérés dans leur contexte géographique, améliorant l’analyse, le contrôle et la gestion des actifs dans une perspective d’infrastructure intelligente. Dans les paragraphes suivants, nous approfondissons comment l’I-BIM permet d’optimiser les processus, la coordination et la gestion des ouvrages d’infrastructure.

Le rôle du BIM dans les projets d’infrastructure et comment l’I-BIM en étend les capacités

Le Building Information Modeling a progressivement élargi son champ d’application aux projets d’infrastructure. Cependant, les routes, les chemins de fer, les ponts et les réseaux technologiques présentent des caractéristiques profondément différentes de celles des bâtiments, liées au développement linéaire des ouvrages, à la relation étroite avec le territoire et à la grande complexité géométrique et fonctionnelle.

Pour répondre à ces besoins, l’Infrastructure-Building Information Modeling (I-BIM) est né, une évolution du BIM dédiée à la conception, à la réalisation et à la gestion des infrastructures. L’I-BIM introduit des modes spécifiques de modélisation et d’organisation des données pour des ouvrages étendus et complexes, tels que des réseaux de transport et des systèmes d’infrastructure à l’échelle territoriale.

À travers l’I-BIM, il est possible de créer des modèles d’information d’infrastructure qui intègrent : 

• la représentation géométrique des ouvrages linéaires ;
• les informations techniques et fonctionnelles des éléments d’infrastructure ;
• les données à l’appui des activités de gestion, de maintenance et de suivi des actifs dans le temps.

Le modèle I-BIM se configure donc comme un outil central pour l’ensemble du cycle de vie des infrastructures, car il favorise l’interopérabilité entre les différents acteurs impliqués et soutient les processus de gestion de projet d’infrastructure dans les différentes phases du projet.

Les principaux avantages du BIM pour les infrastructures tout au long du cycle de vie de l’ouvrage

L’adoption du BIM dans le domaine des infrastructures permet d’obtenir des bénéfices concrets à toutes les phases du cycle de vie de l’ouvrage, de la planification à la gestion à long terme. L’approche I-BIM permet de structurer et d’utiliser les informations de manière cohérente et continue, évitant la fragmentation des données entre les différentes phases du projet.

Les principaux avantages de l’I-BIM pour les infrastructures incluent : 

• meilleure qualité de la conception, grâce à la coordination multidisciplinaire et à la vérification anticipée des solutions techniques ;
• réduction des erreurs et des interférences, avec un impact positif sur les délais, les coûts et les variantes en cours d’œuvre ;
• contrôle plus efficace de la phase de construction, à travers des modèles d’information fiables et constamment mis à jour ;
• soutien aux activités de gestion et de maintenance, par le biais de modèles “as built” intégrables avec des systèmes de gestion des actifs et des installations ;
• valorisation du patrimoine infrastructurel, à travers des données structurées utilisables pour des analyses, un suivi et une planification des interventions futures.

Avantages de l’I-BIM

Les défis les plus courants dans l’adoption du BIM pour les infrastructures et comment l’I-BIM les aborde

L’application du BIM aux projets d’infrastructure comporte certaines critiques, liées à la nature même des ouvrages et à la complexité des processus impliqués. Par rapport à la construction, les infrastructures nécessitent la gestion de modèles étendus, fortement corrélés au territoire et caractérisés par une multiplicité de disciplines et d’acteurs.

Parmi les principaux défis, on peut identifier : 

• interopérabilité entre logiciels et modèles disciplinaires différents ;
• standardisation des informations, nécessaire pour garantir la cohérence et la fiabilité des données ;
• gestion d’infrastructures linéaires complexes, souvent développées sur de grandes étendues territoriales ;
• intégration avec des données territoriales et des systèmes externes, comme les SIG et les plateformes de gestion des actifs.

L’I-BIM aborde ces problématiques grâce à l’adoption de standards openBIM et de modèles d’information structurés, capables de soutenir l’échange et le réutilisation des données tout au long du cycle de vie de l’ouvrage. Un passage fondamental dans cette direction a été le dépassement de la norme IFC 2×3, conçue principalement pour la construction, au profit de la nouvelle norme IFC 4.3, développée pour une représentation plus efficace des infrastructures.

La norme IFC 4.3 introduit une structure de données plus flexible et cohérente avec les besoins des ouvrages linéaires, améliorant la coordination entre disciplines, la qualité des informations et l’efficacité des flux de travail. Pour soutenir cette transition, des logiciels pour transformer un modèle IFC 2×3 en un fichier IFC 4.3 sont disponibles, ainsi que des solutions dédiées à l’édition complète des fichiers IFC.

Fusion de fichiers IFC intégré dans usBIM

IFC 4.3 : un nouveau standard pour les infrastructures

Dans le cadre de l’I-BIM, le format IFC 4.3 représente une étape importante : cette nouvelle version introduit une grande variété de définitions pour représenter des projets de construction infrastructurelle de manière structurée et compréhensible.

Fondamental dans ce contexte est l’utilisation de la Work Breakdown Structure (WBS), qui non seulement accroît la valeur de la conception, mais facilite également la compréhension et l’interaction avec le projet de tous les intervenants. La création de normes communes via l’IFC 4.3 contribue à simplifier les processus tout au long du cycle de vie de l’ouvrage, améliorant l’adaptabilité des systèmes, la définition des exigences de conception, la validation et l’utilisation des modèles numériques à des fins diverses.

Les nouvelles caractéristiques de la norme IFC 4.3 sont : 

• Structure spatiale – Une flexibilité maximale en termes de création de structures spatiales complexes selon l’usage du modèle. Ceci diffère de la version précédente où la structure spatiale relative aux bâtiments est pratiquement fixe.
• Alignement (Sémantique + Géométrique) – Fondamental pour définir une infrastructure linéaire, l’Alignement permet de définir le tracé en le décomposant en sa partie Sémantique et Géométrique, en particulier en définissant les profils des courbes horizontales, verticales et de cant (surélévation).
• Extrusions paramétriques le long de l’Alignement – C’est-à-dire la possibilité de définir des solides basés sur des profils prédéfinis (par ex. rails, ballast, sous-ballast, etc.) d’un point précis du tracé à un autre.
• Positionnement linéaire des objets – Permettant ainsi de définir la position des objets non seulement par leur position X,Y,Z dans l’espace, mais également en spécifiant leur position le long de l’Alignement, avec des décalages latéraux, verticaux et/ou longitudinaux éventuels. Cela permet également de mettre en œuvre le concept de «stationnement», c’est-à-dire le kilométrage auquel appartiennent les objets (par ex. ce signal se trouve au km 3+200 le long d’un tracé spécifique).

Ces nouveaux concepts, fondamentaux pour les infrastructures linéaires, s’intègrent à d’autres concepts déjà existants, tels que : 

• Assemblage et décomposition – Utile pour décider du niveau de décomposition des objets, par exemple un feu de signalisation pourrait être décomposé en poteau et feu lui-même.
• Propriétés et Groupes – Les propriétés permettent de définir le niveau d’informations nécessaire, les groupes aident à créer des regroupements transversaux ajoutés à la décomposition spatiale.
• Portes et Connexions – Principalement pour le câblage, les égouts, etc., ils ajoutent des informations sémantiques supplémentaires au modèle.

La combinaison de tous ces éléments, associée aux nouvelles classes IFC définies pour les objets de chaque domaine infrastructurel (par ex. traverses ou rails dans le cas d’une voie ferrée ou signaux dans le domaine routier), permet de créer un modèle IFC sémantiquement riche en toutes les informations nécessaires à la numérisation des actifs linéaires.

Le standard IFC 4.3 est actuellement à la phase finale d’approbation «FDIS» pour obtenir l’accréditation au niveau international en tant que norme ISO. Le processus de vote FDIS devrait être terminé d’ici la fin de cette année, permettant la publication pour début 2024.

Regrouper plusieurs fichiers IFC en un seul modèle fédéré BIM IFC et attribuer une structure de données unique au fichier fédéré.

Classification et définition des objets dans IFC 4.3

En détail, IFC 4.3 catégorise les éléments d’un projet infrastructurel en trois groupes thématiques principaux : 

• Objets (ifcObjectDefinition) : incluent des objets physiques tangibles tels que des composants structurels, des acteurs, des processus et des coûts.
• Propriétés (ifcPropertyDefinition) : informations et caractéristiques pouvant être associées aux objets.
• Relations (ifcRelationship) : les interdépendances et connexions entre divers objets.

Diagramme de composition de schéma de données IFC

Un exemple concret est ifcProduct, une entité abstraite qui représente n’importe quel objet dans un contexte géométrique ou spatial, comme les produits physiques, les éléments spatiaux et même les éléments non physiques tels que les annotations et les alignements.

Voici une vidéo sur la création de la structure informative d’un fichier IFC 4.3.

Exemple des modèles routiers et leur représentation dans IFC 4.3

En se concentrant par exemple sur les modèles routiers, IFC 4.3 permet de décrire ces projets complexes à travers des entités telles que ifcSpatialElement, ifcElement, ifcLinearElement et ifcPositioningElement. Par exemple, ifcSpatialElement représente la division spatiale d’un projet routier, incluant des éléments tels que les routes, les ponts et les tunnels, et permettant de diviser le projet en différentes zones ou sites.

Cette division facilite la coordination entre les différentes parties impliquées dans le projet, de la conception à la construction. Chaque zone comprend la conception et la construction de différents objets, pouvant varier des tunnels aux ponts, voies ferrées, routes, bâtiments, jusqu’aux équipements techniques.

Composants physiques et annotations dans IFC 4.3

Du côté des composants physiques, ifcElement comprend les éléments constituant la structure physique d’une route, tels que les revêtements, les bordures, les fossés ouverts, etc. De plus, IFC 4.3 enrichit la représentation de ces structures, offrant la possibilité de détailler davantage la division des objets à travers des sous-catégories telles que ifcBridgePart ou ifcRoadPart.

Les annotations (ifcAnnotation) jouent un rôle crucial en fournissant des informations supplémentaires, telles que les bords des couches de revêtement ou autres composants, essentiels pour les topographes et autres professionnels impliqués dans le projet.

Comment IFC 4.3 transforme les flux de travail BIM pour les routes, chemins de fer, ponts et tunnels

L’introduction de la norme IFC 4.3 a un impact direct sur les flux de travail BIM appliqués aux infrastructures, car elle permet de dépasse les limites des approches orientées exclusivement vers les bâtiments. Grâce aux nouvelles entités et aux concepts spécifiques aux ouvrages linéaires, les modèles d’infrastructure deviennent plus cohérents, lisibles et utilisables dans les différentes phases de conception et d’exploitation.

IFC 4.3 améliore de manière significative les flux de travail pour les routes, chemins de fer, ponts et tunnels car il permet de : 

• gérer les tracés, les alignements et les ouvrages d’art comme éléments centraux du modèle ;
• coordonner de manière plus efficace différentes disciplines, telles que la conception géométrique, structurelle et technique ;
• maintenir la continuité de l’information entre conception, construction et gestion ;
• favoriser l’échange de données entre différents logiciels sans perte d’informations.

Dans les projets d’infrastructure complexes, ces aspects se traduisent par une meilleure fiabilité des modèles, une réduction des incohérences et un meilleur contrôle des interférences. IFC 4.3 rend le modèle IFC un outil réellement opérationnel, capable de soutenir les processus décisionnels et les activités techniques tout au long du cycle de vie de l’ouvrage.

I-BIM pour la gestion des actifs infrastructurels : de la construction à l’exploitation

L’I-BIM ne se limite pas à soutenir les phases de conception et de construction, mais joue un rôle central dans la gestion des actifs infrastructurels durant la phase d’exploitation. Le modèle d’information devient un conteneur fiable de données techniques, géométriques et de gestion, utilisable pour planifier des activités de maintenance, surveiller l’état des ouvrages et soutenir les décisions stratégiques.

Grâce à l’I-BIM, les informations produites en phase de conception ne se dispersent pas, mais restent disponibles et actualisables dans le temps. Cette approche permet de surmonter la traditionnelle fragmentation des données entre documents, travaux graphiques et systèmes séparés, favorisant une gestion plus efficace et consciente des infrastructures.

Dans le domaine de la gestion des actifs, l’I-BIM permet de : 

• associer chaque élément infrastructure à des données techniques, de performance et de maintenance ;
• programmer des interventions sur la base d’informations fiables et actualisées ;
• réduire les coûts liés aux erreurs, duplications et manque de données ;
• améliorer le contrôle des ouvrages sur l’ensemble du cycle de vie.

L’intégration entre le modèle d’information et les systèmes de gestion des actifs d’infrastructure rend l’I-BIM un outil stratégique pour les organismes gestionnaires, les concessionnaires et les maîtres d’ouvrage, qui peuvent ainsi adopter une approche plus structurée et orientée vers le long terme.

Cas d’usage et applications du BIM pour les transports, services publics et réseaux de mobilité

L’I-BIM trouve une application concrète dans de nombreux domaines infrastructurels, où la gestion coordonnée de la géométrie et des informations représente un facteur décisif. Dans les systèmes de transport et les réseaux technologiques, le modèle d’information permet de gérer des ouvrages étendus et interconnectés, souvent caractérisés par une grande complexité opérationnelle.

Dans le secteur des transports, l’I-BIM soutient la conception et la gestion de : 

• infrastructures routières et autoroutières, avec contrôle des tracés, des revêtements et des ouvrages d’art ;
• lignes ferroviaires et de métro, avec gestion intégrée des voies, du matériel roulant, de la signalisation et des stations ;
• ponts et tunnels, pour le suivi des conditions structurelles et la planification des interventions.

En ce qui concerne les services publics et les réseaux de mobilité, l’I-BIM permet de : 

• modéliser des réseaux d’eau, d’électricité et de télécommunications ;
• gérer les interférences entre les sous-services et les infrastructures existantes ;
• soutenir les activités de maintenance programmée et exceptionnelle.

Dans tous ces cas, la valeur de l’I-BIM réside dans la possibilité de disposer d’un modèle d’information unique, actualisable dans le temps et utilisable par différents acteurs, avec des bénéfices concrets en termes de contrôle, de fiabilité des données et de réduction des risques opérationnels.

Intégration entre I-BIM et SIG pour la planification territoriale et les jumeaux numériques

L’intégration entre I-BIM et systèmes SIG représente un passage fondamental pour la gestion des infrastructures à l’échelle territoriale. Les ouvrages d’infrastructure, par leur nature, se développent sur de vastes zones et interagissent directement avec le contexte géographique, environnemental et urbain. Pour cette raison, le seul modèle BIM ne suffit pas à décrire toutes les relations spatiales et territoriales impliquées.

L’union entre I-BIM et SIG permet de relier le modèle d’information de l’infrastructure avec des données géographiques, cartographiques et environnementales, rendant possible : 

• l’analyse du tracé en relation avec des contraintes territoriales et environnementales ;
• l’évaluation des interférences avec des infrastructures existantes et des réseaux de sous-services ;
• le soutien aux décisions dans les phases de planification, de conception et de gestion.

Cette intégration constitue la base pour la création de jumeaux numériques d’infrastructure, c’est-à-dire des modèles numériques qui représentent de manière cohérente l’ouvrage et son contexte réel. L’adoption des jumeaux numériques dans le secteur des infrastructures représente une évolution significative car ces modèles se mettent à jour en temps réel grâce à des données collectées par des capteurs sur le terrain et permettent de surveiller l’état de l’ouvrage, de simuler des scénarios d’intervention et de soutenir des stratégies de gestion et de maintenance plus efficaces dans le temps.

Comment l’I-BIM soutient la détection des interférences et la réduction des risques dans les projets d’infrastructure complexes

Dans les projets d’infrastructure, la présence de nombreux éléments interconnectés et le développement à grande échelle augmentent le risque d’interférences entre composants, sous-services et ouvrages existants. L’I-BIM fournit des outils efficaces pour identifier et gérer ces critiques dès les phases initiales du projet.

Grâce à des modèles d’information cohérents et coordonnés, l’I-BIM permet de : 

• identifier les interférences géométriques entre éléments infrastructurels, structurels et techniques ;
• vérifier les conflits entre nouveaux ouvrages et infrastructures existantes, y compris les réseaux technologiques et sous-services ;
• analyser les critiques liées aux phases de construction, à l’accessibilité et à la sécurité du chantier.

La détection des interférences ne se limite pas à la seule vérification géométrique. L’I-BIM permet également d’associer des informations techniques et temporelles aux éléments du modèle, soutenant des analyses plus approfondies sur les risques de conception et de construction. Cette approche réduit le nombre de variantes en cours d’œuvre, limite les imprévus et contribue au contrôle des délais et des coûts dans les chantiers d’infrastructure. L’I-BIM représente donc un outil essentiel pour augmenter la fiabilité du projet et améliorer la qualité globale de l’ouvrage.

Détection des interférences et réduction des risques avec l’I-BIM

Profils professionnels et formation dans le domaine de la modélisation des données d’infrastructures

L’adoption de l’I-BIM a stimulé la création de nouveaux profils professionnels et la nécessité d’une formation spécifique : des rôles tels que BIM Manager et BIM specialist sont devenus essentiels pour garantir une utilisation correcte et une gestion efficace des données dans les projets infrastructurels. Cette évolution nécessite que les maîtres d’ouvrage disposent de personnel correctement formé, non seulement pour utiliser efficacement l’I-BIM, mais aussi pour s’assurer que les appels d’offres reflètent les nouvelles exigences et potentialités de cette technologie.

La certification des compétences est donc essentielle. Cela est réalisé par des Organismes de Certification spécifiques à l’issue de cours de formation et certification BIM.

Études de cas et applications pratiques de la modélisation des données d’infrastructures

Un cas pratique

RFI, Réseau Ferroviaire Italien, avait exprimé le besoin de la numérisation d’un actif ferroviaire réel, la ligne Benevento-Cancello, d’environ 50 kilomètres, à des fins de maintenance, en utilisant le nouveau standard IFC 4.3. Pour répondre à ce besoin, un groupe de travail a été créé, impliquant des participants de RFI (Réseau Ferroviaire Italien), EAV (Ente Autonomo Volturno), ETS Ingénierie, Université de Naples Federico II et ACCA software.

Un processus de numérisation a donc été mis en place en utilisant des technologies de scanner laser pour la production de nuages de points, l’utilisation de drones pour la production de maillages texturés des stations et des photos 360 géolocalisées et navigables.

Ensuite, la production du modèle IFC, à partir de la géométrisation du tracé obtenu à partir du nuage de points et selon les spécifications requises par le client : la création d’une bibliothèque d’objets et de typologies réutilisables, ainsi que les propriétés et caractéristiques typiques de chaque entité, conformément au cahier des charges informatif. Toutes ces informations ont été définies par les parties prenantes et représentent la base pour la connexion et l’intégration du modèle IFC 4.3 et du CDE, avec les systèmes déjà existants de gestion d’actifs et de facility management.

Le projet a été finaliste aux buildingSMART Awards 2021 dans la catégorie Asset & Facility Management.

Ces projets ont démontré comment l’I-BIM peut améliorer l’efficacité, réduire les erreurs et optimiser les coûts, conduisant à une meilleure gestion du cycle de vie des infrastructures. De plus, l’adoption de l’I-BIM a favorisé une collaboration et une communication accrues entre les différentes parties prenantes impliquées dans les projets.

L’avenir du BIM pour les infrastructures : automatisation, intelligence artificielle et jumeaux numériques prédictifs

L’I-BIM représente un tournant significatif dans le secteur de la construction d’infrastructures. Grâce à l’évolution des normes et des technologies numériques, le modèle d’information joue un rôle de plus en plus central dans l’amélioration de l’efficacité, de la qualité et de la durabilité des ouvrages.

L’automatisation des flux de travail permet d’augmenter la fiabilité des données et de réduire les erreurs et les inefficacités dans les différentes phases du projet. L’intégration de l’intelligence artificielle dans les processus I-BIM élargit les capacités d’analyse et soutient la planification et la gestion des infrastructures grâce à un traitement avancé des informations.

Les jumeaux numériques prédictifs marquent un pas en avant supplémentaire. La connexion entre le modèle d’information, les données opérationnelles et les systèmes de surveillance permet de : 

• évaluer le comportement de l’infrastructure dans le temps ;
• anticiper les criticités et les phénomènes de dégradation ;
• soutenir des stratégies de maintenance plus efficaces et ciblées.

Avec la maturation progressive des normes et une diffusion de plus en plus large de l’I-BIM, les projets d’infrastructures bénéficieront d’une plus grande intégration entre conception, construction et gestion. Les avantages concerneront à la fois le secteur public et le secteur privé, avec des retombées positives sur l’ensemble du cycle de vie des infrastructures.

Lisez l’approfondissement : « normes openBIM »

FAQ – I-BIM

Qu’est-ce que l’I-BIM et à quoi sert-il ?

L’I-BIM (Infrastructure Building Information Modeling) est l’application de la méthodologie BIM aux infrastructures et permet de modéliser, gérer et analyser des ouvrages tels que des routes, des chemins de fer, des ponts, des tunnels et des réseaux technologiques tout au long de leur cycle de vie, de la conception à la maintenance et à la gestion de l’actif.

En quoi l’I-BIM se différencie-t-il du BIM traditionnel ?

Le BIM traditionnel est principalement orienté vers les bâtiments, tandis que l’I-BIM est spécifique aux infrastructures linéaires et horizontales. L’I-BIM aborde la complexité géométrique, fonctionnelle et territoriale des infrastructures, intégrant tracés, alignements, données techniques et informations de gestion dans des modèles d’information dédiés.

Quelles types d’ouvrages sont gérées avec l’I-BIM ?

L’I-BIM est utilisé pour la conception, la réalisation et la gestion d’infrastructures de transport et de réseaux technologiques, tels que les infrastructures routières et ferroviaires, les ponts, les tunnels, les lignes de métro et les systèmes de services publics, caractérisés par un développement linéaire à grande échelle territoriale.

Pourquoi la norme IFC 4.3 est-elle fondamentale pour l’I-BIM ?

L’IFC 4.3 introduit une structure de données spécifique pour les infrastructures, dépassant les limites de l’IFC 2×3, conçu pour le bâtiment. Grâce à des concepts tels que l’alignement, le positionnement linéaire et le stationnement, l’IFC 4.3 permet une représentation plus cohérente et sémantique des ouvrages d’infrastructure le long du tracé.

Comment l’I-BIM soutient-il la gestion et la maintenance des infrastructures ?

L’I-BIM permet de conserver et de mettre à jour dans le temps les informations produites lors de la phase de conception et de construction, les rendant disponibles pour la gestion de l’actif. Le modèle d’information soutient la planification des interventions, le suivi de l’état de l’ouvrage et l’intégration avec des systèmes de gestion des actifs d’infrastructure.

Quel est le rôle de l’intégration entre I-BIM et GIS ?

L’intégration entre l’I-BIM et le GIS permet de gérer les infrastructures dans leur contexte géographique, reliant le modèle d’information à des données territoriales, environnementales et cartographiques. Cette intégration est à la base des jumeaux numériques d’infrastructure et soutient l’analyse, la planification et le contrôle des ouvrages à l’échelle territoriale.

Comment l’I-BIM aide-t-il à réduire les interférences et les risques dans les projets d’infrastructure ?

Grâce à des modèles d’information coordonnés, l’I-BIM permet d’identifier les interférences géométriques et fonctionnelles entre les éléments d’infrastructure, les sous-services et les ouvrages existants. L’association d’informations techniques et temporelles aux objets du modèle réduit les variantes, les imprévus et les risques lors de la réalisation et de l’exploitation de l’ouvrage.