Scan to BIM, du relevé laser au modèle BIM

Le Scan to BIM est le processus de création d’un modèle BIM d’un bâtiment existant à partir d’un relevé numérique 3D. Découvrez-en tout de suite les nombreux avantages


Si vous vous approchez à la Méthodologie BIM ou si vous l’utilisez désormais depuis longtemps pour votre travail, vous avez probablement entendu parler de « Scan to BIM ». Mais savez-vous en quoi consiste ce procédé et quels sont ses avantages ? 

Dans cet article, nous vous parlons de relevé avec des scanners laser, de nuages de points et de modèles BIM, des avantages déterminés par l’intégration de ces nouvelles technologies dans la rénovation et réhabilitation du bâti.

Enfin, pour vous aider à bien comprendre le processus « Scan to BIM », nous analyserons un exemple pratique de relevé sur un bâtiment historique.

Qu’est-ce que le processus Scan to BIM

Quand on parle de Scan to BIM on se réfère au processus de création d’un modèle BIM d’un bâtiment ou d’un espace existant, à partir des données acquises du relevé avec des techniques avancées, telles que le balayage laser 3D, Structure for Motion et la photogrammétrie haute définition.

Le résultat du relevé numérique, convenablement traité par un logiciel spécifique, donne lieu à un nuage de points (point cloud) c’est à dire un ensemble de points répartis dans un espace tridimensionnel. Le nuage de points peut être importé dans un logiciel de modélisation BIM et utilisé pour obtenir des modèles numériques de l’existant.

Les phases du processus « Scan to BIM »

Le processus « Scan to BIM » peut être divisé en 3 phases fondamentales : 

  1. le relevé 3D du bâtiment avec scanner laser;
  2. l’élaboration et le traitement des données ;
  3. la modélisation BIM

Relevé 3D du bâtiment avec scanner laser

Le relevé 3D du bâtiment faisant l’objet d’un processus « Scan to BIM » est une opération qui doit être réalisée sur le terrain par des professionnels équipés de Scanner 3D capables de capturer l’ensemble du bâtiment. Les scanners 3D sont des technologies avancées qui facilitent, améliorent et accélèrent la phase de relevé sur le terrain.

Le scanner 3D collecte des données à grande vitesse et avec précision à travers un faisceau laser projeté dans toutes les directions. Lorsque le faisceau laser impacte une surface solide, sa position est enregistrée à travers un grand nombre de points qui sont situés par rapport au scanner dans les axes X, Y et Z.

L’ensemble de tous ces points qui donnent lieu à la visualisation 3D du bâtiment est appelé « nuage de points ».

Élaboration et traitement des données

Une fois les données acquises sur le terrain avec des scanners 3D, elles doivent être traitées et combinées dans un logiciel d’édition de nuages de points. Ces logiciels extraient les informations physiques et fonctionnelles du bâtiment à partir du scan du nuage de points. Les multiples points d’observation dans le relevé scanner permettent d’avoir une visibilité complète de la structure, assurant une représentation absolument précise.

Dans cette phase, il est conseillé de garder à l’esprit l’utilisation finale à laquelle le nuage de points sera destiné, car rappelons-nous que ce type de fichier peut être très volumineux. Pour cette raison, les nuages de points sont généralement nettoyés et modifiés, la densité des points est réduite en fonction de l’utilisation ou encore le nuage est divisé en secteurs ou niveaux afin de pouvoir travailler sans charger tout le projet dans le logiciel de conception BIM et commencer la modélisation BIM .

Modélisation BIM

La modélisation BIM à partir du nuage de points n’est pas un processus automatique. Le nuage de points est chargé dans le logiciel de conception de bâtiment pour la modélisation BIM et la création d’un modèle BIM 3D.

Le modèle BIM est créé à partir d’informations géométriques et spatiales contenues dans le nuage mais aussi enrichi de toutes les autres informations complémentaires tels que les marques et les modèles d’équipements, des photos et des vidéos qui nous donnent des informations visuelles sur le projet.

Toutes ces informations doivent être dûment intégrées au modèle et correctement structurées afin que le résultat final de cette phase de modélisation BIM soit utile aux différents domaines d’application du processus « Scan to BIM » (réhabilitation, rénovation, facility management via un jumeau numérique etc.).

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Domaines d’application du « Scan to BIM »

L’application du Scan to BIM a pour but de relever les conditions réelles du bâtiment, mais maintenant vous êtes probablement en train de vous demander à quoi sert réellement le « Scan to BIM » ? Á quelle étape du projet peut-il s’appliquer ? 

Examinons donc dans quelles phases il est possible d’appliquer le « Scan to BIM » et en quoi il peut être avantageux : 

  • Conception : le modèle BIM permet aux concepteurs de mieux comprendre les conditions du site et de prendre de meilleures décisions durant la conception du bâtiment ;
  • Construction : avec le BIM, il est possible d’identifier tout type de divergence entre le modèle BIM tel que construit et un modèle BIM tel que conçu ;
  • Facility Management (FM) : grâce à la visualisation 3D et aux informations sur le bâtiment riches et bien organisées dans le BIM, plusieurs fonctionnalités de FM peuvent être améliorées, telles que la gestion de l’espace, la planification et l’exécution de rénovations, la gestion des urgences et la formation du personnel.

Les avantages du procédé « Scan to BIM »

Nous avons donc précisé comment le procédé « Scan to BIM » permet de créer une représentation numérique tridimensionnelle très précise du bâtiment en des temps absolument réduits. Mais ce n’est que l’un des avantages les plus évidents que peut apporter l’adoption d’un flux de travail scan-to-BIM.

Parmi les principaux avantages, nous retrouvons : 

  • une meilleure qualité du projet : des modèles BIM extrêmement détaillés sont obtenus, avec une qualité et une précision élevées des actifs (terrains, infrastructures, bâtiments, etc.) en peu de temps ;
  • une réduction substantielle des erreurs de modélisation et de planification de projet : grâce à un relevé optimal et précis des informations et données de l’environnement, le niveau de qualité de la modélisation augmente ;
  • un gain de temps important : l’équipe n’a à visiter le site qu’une seule fois pour collecter des données, tandis que les inspections ultérieures peuvent avoir lieu hors site plus fréquemment que sur site, ce qui réduit les déplacements ;
  • une diminution des coûts du projet : bien qu’il soit nécessaire d’engager des surcoûts pour le relevé 3D, une réduction considérable des coût est évidente due à la réduction des temps de traitement et à la valeur ajoutée de la maquette BIM ;
  • une plus grande transparence et une meilleure collaboration : grâce à la méthodologie BIM, les informations peuvent être partagées plus rapidement et plus efficacement.

Comment mettre en pratique un processus « Scan to BIM » : le cas d’étude GEOSLAM

À ce stade, vous vous demandez peut-être comment effectuer un processus « Scan to BIM » ? De quels outils avons-nous besoin ? 

Maintenant que nous avons compris comment se structure un processus Scan to BIM et quels sont les nombreux avantages offerts par cette méthode de relevé, nous pouvons passer à un cas pratique. Plus précisément, nous allons voir les 3 phases du processus « Scan to BIM » pour arriver à la réalisation du modèle BIM d’un bâtiment historique.

Pour mettre en pratique vous-même le processus « Scan to BIM », nous vous suggérons de télécharger la version utilisable gratuitement pour 30 jours du logiciel point cloud to BIM . Vous pouvez importer votre propre nuage de points ou un exemple de fichier de nuage de points à partir de usBIM dans le dossier « exemples », et découvrir la puissance de cette nouvelle technologie dans les interventions de requalification du patrimoine bâti.

Phase 1 : relevé du bâtiment avec geoSLAM

Dans le cas d’étude en question, nous avons mené un relevé sur un bâtiment historique, en utilisant GeoSLAM Horizon.

Cet outil utilise la technologie SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) qui lui permet de s’orienter en l’absence de signal GPS, en fonction de ce qui est détecté pendant la période de balayage. En pratique, il suffit que l’opérateur se promène avec l’instrument dans un espace (tant interne qu’externe) pour générer automatiquement le nuage de points.

Le relevé avec scanner laser avec technologie SLAM est extrêmement efficace et rapide, il ne nécessite pas l’utilisation d’outils supplémentaires et même un seul opérateur est suffisant.

Commençons par le relevé de l’intérieur du bâtiment.

Une fois l’instrument actionné, nous marchons de manière très normale et à un rythme modéré, en évitant les mouvements brusques, à l’intérieur de chaque pièce à relever.

En quelques minutes, vraiment le temps d’une promenade à l’intérieur du bâtiment, nous avons déjà terminé l’opération et acquis le balayage complet des pièces intérieures.

En appliquant la même technique de relevé utilisée à l’intérieur du bâtiment, nous pouvons compléter la phase de balayage en marchant en correspondance des murs extérieurs.

Relevé de scanner laser geoSLAM pour la modélisation BIM

Relevé de scanner laser pour la modélisation BIM

Phase 2 : traitement des données

Une fois la phase de relevé terminée, nous retournons au bureau et téléchargeons les résultats du balayage dans le logiciel de geoSLAM lui-même.

Nous affichons le nuage de points relevé et les trajectoires du parcours que nous avons suivi lors du relevé.

Visualisation du nuage de points réalisée avec un scanner laser avec la technologie SLAM

Visualisation du nuage de points réalisé avec un scanner laser avec la technologie SLAM

En très peu de temps et avec très peu d’efforts, nous avons obtenu un nuage de points très détaillé et complet. De plus, après avoir effectué le relevé aussi bien à l’intérieur qu’à l’extérieur, nous disposons également déjà des épaisseurs des murs et de toutes les informations nécessaires pour établir les dessins. Nous pourrions également éviter d’effectuer d’autres inspections car nous avons déjà obtenu toutes les informations dont nous avons besoin.

À ce niveau, une fois le nuage de points obtenu, nous pouvons l’exporter dans les différents formats standards (.LAS, .LAZ, .E57, etc.) et l’importer dans notre logiciel point cloud to bim.

Phase 3 : Modélisation en 3D à partir de nuages de points avec Edificius

La phase finale pour obtenir une véritable numérisation du modèle est la reconstruction du modèle BIM de ce qui a été détecté. C’est la phase la plus délicate et la plus complexe. En effet, à partir de la surface tridimensionnelle qui représente le bâtiment relevé, il est nécessaire de passer à un modèle 3D paramétrique composé d’objets tels que des murs, des fenêtres, des portes, etc.

Pour la modélisation 3D, nous avons utilisé le logiciel BIM Edificius . L’un des grands avantages de ce logiciel est son intégration avec la plateforme cloud usBIM . Cette intégration nous permet de : 

  • gérer les nuages de points, même volumineux, en exploitant l’espace de stockage cloud ;
  • avoir tous les fichiers toujours disponibles et partageables avec d’autres collaborateurs.
Nuage de points affiché sur usBIM.pointcloud

Nuage de points affiché sur usBIM.pointcloud

Nous avons donc d’abord téléversé le nuage de points sur usBIM.pointcloud pour ensuite importer dans Edificius uniquement la partie du nuage sur laquelle nous souhaitons travailler.

Importer un nuage de points depuis usBIM.pointcloud vers le logiciel Edificius

Importer un nuage de points depuis usBIM.pointcloud vers le logiciel Edificius

Dans le point cloud to BIM software, nous avons tout d’abord défini les niveaux et le cotes des différents étages du bâtiment. De cette façon, nous avons pu positionner facilement le nuage de points pour l’aligner avec notre système de référence.

Gestion du niveau de nuage de points issue du logiciel Edificius

Gestion des niveaux du nuage de points dans Edificius

Grâce aux fonctionnalités de reconnaissance automatique d’objets nous avons identifié les différents éléments architecturaux directement à l’intérieur du nuage de points : 

murs verticaux : nous avons modélisé les enveloppes verticales, en utilisant simplement les points du nuage comme guide sur lesquels tracer la longueur du mur. Á l’aide de l’éditeur, nous avons ensuite indiqué l’alignement, l’épaisseur, la section (constante ou variable), l’angle, etc. et exploité une série d’automatismes permis par le logiciel pour tracer tous les murs du bâtiment en très peu de temps. À partir des propriétés, nous avons également défini la composition des murs et les matériaux, en choisissant les objets dans la bibliothèque ;

Modélisation des enveloppes verticales à partir du nuage de points issue du logiciel Edificius

Modélisation des enveloppes verticales à partir du nuage de points issue du logiciel Edificius

les fenêtres : nous avons tracé la largeur de la fenêtre en utilisant toujours le nuage de points comme guide. Depuis l’éditeur de manière très simple, nous avons défini la bonne cote de la fenêtre, la hauteur et les valeurs approximatives en fonction de nos besoins. Depuis les propriétés, nous pouvons également spécifier le type de vitrage, le cadre, la transmission thermique de chaque fenêtre pour avoir un modèle complet et riche en informations utiles.

Modélisation de fenêtre à partir d'un nuage de points issue du logiciel Edificius

Modélisation de fenêtre à partir d’un nuage de points issue du logiciel Edificius

De la même manière, nous pouvons modéliser les portes intérieures et d’autres objets du bâtiment, en obtenant en quelques étapes le modèle 3D extrêmement fidèle à l’état réel du bâtiment relevé.

Scan to BIM du nuage de points à la modélisation 3D BIM issu du logiciel Edificius

Scan to BIM : du nuage de points à la modélisation 3D BIM issu du logiciel Edificius

Avec cette modélisation, il devient très facile d’obtenir tous les plans d’exécutions, complets de plans, d’élévations, de coupes et de vues 3D et nous pouvons également générer des rendus statiques, des rendus en temps réel et des présentations vidéo.

Terminée la phase de modélisation BIM, nous sommes prêts pour exporter le modèle au format IFC.

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