Réalité virtuelle et maquette numérique : la clé d’une conception plus intelligente
- La conception de bâtiments en réalité virtuelle permet aux concepteurs et aux architectes de créer des maquettes en 3D pour aider les parties prenantes à voir le bâtiment avant qu'il ne soit construit.
- Grâce à la réalité étendue, il est possible de modifier rapidement les conceptions et les maquettes numériques en fonction des commentaires des utilisateurs et d'autres données.
- En utilisant la réalité virtuelle dans le processus de conception, la phase de construction de chaque projet peut permettre de gagner du temps et de l'argent.
Il faut tout un village pour faire passer un projet de construction du concept à la réalité. Et comme les concepteurs, les architectes, les ingénieurs et les clients apportent leurs propres perspectives à un projet, même les maquettes numériques les plus sophistiquées peuvent manquer de profondeur pour permettre aux parties prenantes de sentir comment un projet se déroulera réellement.
Les mondes virtuels hyperréalistes sont depuis longtemps l'apanage de l'industrie des jeux vidéo, comme peuvent en témoigner tous ceux ayant passé trop de nuits à jouer à Grand Theft Auto ou Call of Duty. Dans le secteur de la construction, encore enlisé dans des processus lents et établis à partir du papier, les outils de modélisation 3D immersifs sont difficiles et longs à utiliser. Ils sont donc souvent déployés uniquement pour donner un aspect marketing au produit final.
Mais, la situation change progressivement. Les outils adaptés à la technologie des jeux vidéo permettent aux concepteurs de créer des expériences interactives réalistes qui aident les acteurs du projet à prendre plus rapidement les bonnes décisions en matière de conception, quelles que soient leurs compétences techniques.
La réalité étendue (RX), qui comprend la réalité virtuelle (RV), la réalité augmentée (RA) et la réalité mixte (RM), touche tous les aspects du BTP. Un cabinet d'architectes qui soumet un projet peut créer un environnement RV réaliste pour faire découvrir à un client un espace non construit. Ainsi, le client peut jouer un rôle actif dans l'affinement de la conception, les changements étant instantanément mis en œuvre sur la maquette numérique. Les promoteurs peuvent vendre un futur bâtiment en faisant naviguer une partie prenante sur un site. Lorsqu'un projet est terminé, les techniciens sur le terrain peuvent utiliser la RA pour entretenir les bâtiments et remplacer les équipements.
De l'univers des jeux vidéo à la conception de bâtiments virtuels
Julien Faure est vice-président chargé des produits chez Unity, une société de logiciels issue de l'industrie du jeu vidéo. Le développement d'outils permettant de créer des modèles numériques interactifs en temps réel est au cœur de la mission de l'entreprise.
M. Faure souligne plusieurs manières dont la technologie immersive favorise la conception des bâtiments, à partir de différents points de vue. Dans le cas d'un stade, par exemple, la maquette pourrait simuler la façon dont les supporters regardent le match depuis différents endroits. « Cela permet d'optimiser le positionnement des sièges et même de vendre les suites privées avant qu'elles ne soient construites », explique-t-il. D'autres incluent la simulation des mouvements de foule pour tester les exigences en matière de sécurité et la formation du personnel de l'installation avant l'inauguration.
Lors de la construction d'un projet complexe tel qu'un hôpital, la collecte des commentaires des utilisateurs finaux est une partie cruciale de la phase de conception. « Comment recueillir ces commentaires avant de concevoir des choses qui ne fonctionnent pas dans la réalité ? demande Faure. Le seul moyen est de créer un environnement qui ressemble et réagit exactement comme le bâtiment, ainsi les utilisateurs s'immergent dans cet environnement et donnent leur avis. »
Les bureaux d'études utilisent des environnements virtuels pour apporter ces modifications à la conception, bien avant le début de la construction. « Les chirurgiens, le personnel médical et les infirmières se trouvent dans la pièce avec des casques de réalité virtuelle, grâce à eux, ils détectent immédiatement les problèmes », dit-il. Par exemple, la disposition d'une salle d'opération devrait être modulable pour permettre deux opérations simultanément, ou une fenêtre apportant trop de lumière pourrait être supprimée. « En permettant à des professionnels qui ne sont pas des ingénieurs d'expérimenter l'espace, on obtient un retour d'information considérable. »
Autre exemple, pour concevoir les bureaux londoniens d'Unity, l'agence Oneiros et les constructeurs M Moser Associates ont mis au point un flux de travail Autodesk 3ds Max pour Unity afin de collaborer en temps réel à la visualisation des pièces.
Construire plus intelligemment, plus rapidement, plus sûrement
La retouche rapide des plans avant qu'ils ne soient figés dans les pixels, ou dans l'acier, fait gagner du temps et de l'argent. Les constructeurs et les entrepreneurs exploitent les environnements 3D pour mieux séquencer les processus de construction. Une maquette interactive peut indiquer avec précision la durée de chaque étape, y compris des tâches telles que l'excavation, le coulage du béton, l'assemblage d'unités préfabriquées de chauffage, de ventilation et de climatisation, la maçonnerie et la pose de la toiture. Selon M. Faure, certaines entreprises ont réduit les délais de leurs projets de 35 % grâce à un meilleur ordonnancement de leurs travaux.
Lorsque la construction commence, les équipes sur le terrain peuvent utiliser la réalité augmentée pour ajouter la modélisation numérique sur les chantiers, ce qui est beaucoup plus facile que de mélanger des milliers de documents papier ou PDF.
L'intégration de la conception des bâtiments dans un espace 3D totalement immersif permet d'utiliser les environnements virtuels comme des laboratoires d'essai pour l'apprentissage automatique, en réalisant des expériences de simulation encore et encore, et en affinant les conceptions au fur et à mesure que des problèmes se posent.
Par exemple, il est pratiquement impossible de simuler dans le monde réel des scénarios extrêmes tels que des inondations, des incendies ou des explosions. En recréant ces situations dangereuses à grande échelle dans des environnements virtuels, les données nécessaires à la formation des équipes et des systèmes autonomes sont collectées.
« C'est déjà grâce à cette méthode que les véhicules autonomes apprennent. Ceci évite aux constructeurs automobiles de conduire de grandes flottes de véhicules équipés de capteurs sur des milliards de kilomètres pour récolter la quantité de données adéquate », explique M. Faure. « Dans le BTP, où les accidents et les blessures sont encore trop fréquents, le développement de meilleurs équipements de sécurité, de robots de construction et de capteurs pour les bâtiments va changer la donne. »
Les maquettes numériques en réalité virtuelle s'attaquent également à l'ingénierie acoustique dans le bâtiment, à travers la simulation sonore. « La majorité de la population mondiale vit dans des villes où des millions de personnes souffrent d'une forte exposition au bruit », explique M. Faure. « Il est essentiel de créer de beaux espaces respectueux de l'environnement, mais aussi silencieux et insonorisés. »
En intégrant une maquette numérique dans une plateforme telle que Unity, un concepteur est capable de simuler l'acoustique des ondes sonores traversant une installation et rebondissant sur des matériaux spécifiques. Les utilisateurs entendent la différence entre le son se reflétant sur un arbre et sur un morceau de pierre, ou sur une fenêtre ouverte et une fenêtre fermée.
Unity Reflect est un plug-in de visualisation 3D pour Autodesk Revit. Unity Reflect traduit les maquettes numériques en une maquette 3D immersive qui conserve les données et dont l'exploration et la modification nécessitent peu d'expertise technique. Les modifications apportées à la maquette Revit apparaissent immédiatement dans la maquette Unity Reflect.
« L'idée d'Unity Reflect est de passer le processus d'optimisation des données de plusieurs semaines à quelques secondes », explique M. Faure. Unity est conçu comme une plate-forme ouverte et le logiciel intègre automatiquement les sources de données de différentes disciplines. « Si un ingénieur en mécanique travaille sur un aspect du modèle et un architecte d'intérieur sur un autre, nous pouvons fusionner tous les modèles en un seul. » (SHoP Architects a intégré Unity Reflect dans son processus de conception pour le 9 DeKalb, une tour résidentielle destinée à devenir la plus haute structure de Brooklyn, à New York).
Quand la RV devient réalité
Concernant l'avenir de la réalité étendue dans le bâtiment, M. Faure s'attend à une réduction des obstacles à l'entrée et à une facilité d'utilisation plus intuitive, ainsi qu'à une intégration plus poussée de l'apprentissage automatique fondé sur la simulation dans le quotidien. Les environnements réactifs et dynamiques nécessitent des essais et des erreurs d'apprentissage automatique pour interpréter le comportement humain. Les maquettes numériques BTP pourraient être du pain béni. « Peut-être que votre mobilier détectera qui est dans la pièce et s'adaptera à vos préférences en matière de configuration », explique-t-il. « Votre chaise saura que vous êtes sur le point de vous asseoir et prendra la forme qui convient à votre corps. »
M. Faure prévoit une plus grande convergence entre les industries manufacturières et le BTP, ainsi qu'une plus grande interopérabilité entre les simulations du BTP à l'échelle du bâtiment et les simulations de l'urbanisme environnant. « Les constructeurs automobiles ont besoin de contenu du BTP dans leurs environnements virtuels pour simuler des véhicules autonomes, et les entreprises de BTP doivent intégrer des systèmes autonomes dans leurs conceptions. »
Par exemple, un ensemble de maquettes numériques pourrait tester l'impact que des voitures chaudes entrant dans un parking un après-midi d'été pourraient avoir sur la capacité de la structure à atténuer l'effet d'îlot de chaleur urbain. Une application de modélisation numérique BTP pour cette utilisation peut ressembler au jeu vidéo le plus ennuyeux du monde, mais l'effet cumulatif est presque illimité. Les simulations de réalité étendue de demain pourront être affinées autant les unes par les autres que par les personnes. Comme les maquettes numériques dialoguent entre elles, leurs conclusions pourraient être tout aussi transformatrices et étonnantes que n'importe quel jeu vidéo, donnant naissance à des bâtiments intelligents issus de maquettes intelligentes.
Cet article a été mis à jour. Il a été initialement publié en octobre 2019.