Pour Yasui Architects, visualisation rime avec optimisation

• Les coûts d’exploitation et de maintenance d’un bâtiment sont presque quatre fois plus élevés que ceux de sa construction.
• Simplifier la visualisation et l’analyse des données des bâtiments permettrait aux propriétaires de mieux gérer les coûts d’exploitation et de maintenance.
• BuildCAN, la plateforme de gestion de la société Yasui Architects & Engineers, basée à Tokyo, intègre les données environnementales des bâtiments recueillies par des capteurs à des maquettes numériques consultables à l’aide d’une visionneuse 3D sur un navigateur internet.
• La visualisation des informations en temps réel intégrée à la gestion de l’exploitation et de la maintenance permet aux propriétaires d’optimiser à la fois le confort des occupants et la consommation énergétique.

Dans le prix du cycle de vie d’un bâtiment, les phases d’exploitation et de maintenance coûtent environ quatre fois plus cher que la construction. Cependant, lorsque les données des bâtiments sont facilement analysables et présentées de manière informative et visuelle, les maîtres d’ouvrage et les propriétaires disposent des outils nécessaires pour mieux gérer leurs coûts.

Yasui Architects & Engineers, qui fêtera son 100^e anniversaire en 2024, a adopté la maquette numérique (BIM) en 2007 avec une vision claire : en faire la pierre angulaire de l’information et de la communication, au bénéfice des clients et des collectivités locales. Pour l’entreprise, la maquette numérique est un outil permettant d’améliorer la qualité de la conception et des opérations commerciales, et de générer des informations utiles sur les bâtiments. Elle considère d’ailleurs l’accessibilité à ces avantages comme l’une des missions sociales des entreprises de conception.

« L’utilisation de la maquette numérique dans les phases de conception et de construction présente des avantages évidents, et elle s’impose déjà comme un outil indispensable pour les concepteurs qui élaborent des plans et effectuent des visualisations et des simulations en parallèle, déclare Kazuyuki Shigeto, directeur du conseil d’administration et directeur général des TIC/gestion des données chez Yasui Architects & Engineers. Nous devons cependant montrer aux maîtres d’ouvrage et aux propriétaires les avantages qu’ils peuvent en tirer. Notre objectif est d’étendre l’usage de la maquette numérique utilisée pour la conception, la supervision et la construction à l’ensemble du cycle de vie du bâtiment. »

Kazuyuki Shigeto propose cinq étapes pour tirer parti de la maquette numérique au cours de l’exploitation et de l’entretien des bâtiments.

• Une planification de la conception et de la construction qui prend en compte les phases d’exploitation et de maintenance.
• L’élaboration de directives BIM et d’un plan d’exécution BIM.
• La normalisation et le partage des composants du bâtiment pour la gestion des installations.
• L’utilisation de la maquette numérique comme base de données du bâtiment une fois la construction terminée.
• La gestion des maquettes numériques tout au long de leur cycle de vie.

En 2018, Yasui Architects & Engineers a lancé BuildCAN, une plateforme développée pour gérer les bâtiments tout au long de leur cycle de vie. BuildCAN illustre les données environnementales recueillies par des capteurs IoT (Internet des objets ou IdO), telles que la température, l’humidité, l’éclairage et le CO₂, sur les maquettes numériques. Ce service s’inspire du Système de gestion de l’information des bâtiments, qui a été développé à l’origine par le Laboratoire Yasunobu Ohnishi de l’Université de Kumamoto et qui a remporté le 10^e Prix japonais de gestion des installations et le Prix de technologie. En y ajoutant les connaissances concrètes de la gestion des bâtiments, Yasui peut utiliser BuildCAN pour les étapes de conception, de construction, d’exploitation et de maintenance.

« Les technologies comme le BIM, les mégadonnées, l’Internet des objets, l’intelligence artificielle, la réalité étendue et la blockchain sont indispensables à l’innovation et à la transformation numérique actuelles de divers secteurs, et faciliteront à l’avenir la numérisation et l’informatisation des bâtiments et des villes. Les jumeaux numériques prennent vie en accumulant les informations relatives à l’environnement, aux tremblements de terre et aux conditions d’exploitation recueillies par des capteurs, et en les interconnectant avec les maquettes numériques », avance Kazuyuki Shigeto.

Tirer le meilleur parti des maquettes numériques

BuildCAN s’appuie sur la plateforme Autodesk Forge pour visualiser les maquettes numériques et permettre aux utilisateurs de les consulter à l’aide d’une visionneuse 3D sur un navigateur internet. « Avec BuildCAN, il est possible de gérer plusieurs bâtiments en tant que groupe,de manière centralisée, y compris les structures existantes qui ne disposent pas de maquettes numériques, explique le directeur de Yasui. En utilisant des tablettes pour inspecter les installations, BuildCAN effectue également les opérations de maintenance et d’exploitation, comme la numérisation des travaux d’inspection et l’automatisation des rapports en la matière. »

Les visuels des fonctions de gestion environnementale (température, humidité, éclairage et CO₂) sont faciles à comprendre, tout comme les autres informations provenant des capteurs environnementaux IdO sur la maquette numérique. Ces dernières mesurent le confort et les économies d’énergie. Il existe également une fonction « indicateur de ventilation naturelle » qui prévient les utilisateurs lorsqu’ouvrir la fenêtre serait plus efficace que d’utiliser la climatisation. La fonction de graphique des économies d’énergie peut permettre de réduire et d’optimiser la consommation des utilisateurs en comparant la consommation d’énergie prédite à la consommation réelle à partir des données issues des capteurs IdO.

De plus, il est facile de partager les données relatives à l’éclairage, à la température et à l’humidité, ainsi que de créer des espaces agréables grâce au fonctionnement détaillé des climatiseurs. Sans compter que l’optimisation des niveaux de CO₂ intérieurs et de l’aménagement de l’espace permet également d’améliorer le bien-être et la concentration. D’après les premiers essais, BuildCAN est en mesure de réduire les coûts de maintenance, de réparation et de réfection de 10 à 20 % (selon une estimation effectuée par une entreprise de gestion du bâtiment). Les informations recueillies par des capteurs environnementaux IdO ainsi que la ventilation naturelle mènent aussi à une réduction réelle de la consommation d’énergie de la climatisation, jusqu’à 60 % par jour (selon les estimations de l’indicateur de ventilation naturelle).

Gérer la maintenance des projets BIM

Conçu par Yasui Architects & Engineers, le nouveau siège social d’ABC Trading représente « un lieu écologique en phase avec la prochaine génération ». Il est équipé d’une façade en verre à haute efficacité énergétique qui reflète la verdure du sanctuaire Hiei adjacent, d’un système de climatisation par rayonnement utilisant les espaces sous le plancher, d’un système de ventilation naturelle via la cage d’escalier et l’atrium, ainsi que de panneaux photovoltaïques. Depuis sa mise en service en 2020, l’exploitation et la maintenance du bâtiment s’effectuent à l’aide de BuildCAN.

Afin d’améliorer le confort et de réduire les coûts d’exploitation, des capteurs situés à chaque étage de l’édifice mesurent la température, l’humidité et la concentration de CO₂ en temps réel. Yasui Architects & Engineers, Nippon Kanzai et ABC Trading travaillent de concert pour vérifier l’efficacité de la maquette numérique et analyser les problèmes de gestion, d’exploitation et de maintenance. Pour le Japon, il s’agit d’un immeuble ordinaire d’une superficie d’environ 5 300 mètres carrés abritant des bureaux, et dont la gestion des installations ne nécessite pas de personnel. Il a été sélectionné comme Projet BIM (exercice 2020-2022) par le ministère japonais du Territoire, des Infrastructures, des Transports et du Tourisme.

L’initiative de l’exercice 2021 s’est concentrée sur les avantages pour le client : on a examiné de quelles manières la maquette numérique pouvait offrir des avantages quotidiens et à court terme lorsqu’on s’en sert comme d’un outil pour intégrer des informations de réfection et de maintenance, ainsi que pour la visualisation des informations et l’amélioration du fonctionnement des bâtiments. Les acteurs ont également examiné comment motiver un client à utiliser la maquette numérique pour gérer la maintenance et profiter des avantages quotidiens et à court terme.

Pour la phase de 2022, le projet portait sur le cycle de vie. Dans le but de réaliser de plus grandes économies d’énergie et d’obtenir un meilleur confort, on a tout d’abord recueilli les informations issues des capteurs environnementaux avant d’effectuer des analyses prédictives et des évaluations du bien-être. On a ensuite formulé des propositions afin d’améliorer le fonctionnement de la climatisation. Par ailleurs, les acteurs du projet envisagent d’ajouter à la maquette numérique un affichage de l’emplacement des commandes à distance, des paramètres de température, des zones de climatisationentre autres informations.

À l’avenir : moins de carbone et davantage de confort

Au lendemain de la pandémie, la réduction des émissions de carbone et le bien-être des utilisateurs sont désormais des préoccupations majeures au sein de la société, du secteur du BTP et des propriétaires. Tandis que le Japon se rapproche de son objectif de neutralité carbone d’ici 2050, il est essentiel de réduire la consommation d’énergie et d’optimiser les opérations de climatisation des bâtiments. De ces demandes en efficacité énergétique et en sources d’énergie exemptes de carbone, il en résulte des systèmes CVC de plus en plus complexes. Cependant, il n’y a jamais eu de communication entre les entreprises de conception et les sociétés de gestion une fois les bâtiments livrés. Puisque l’on ne transfère pas les informations sur le fonctionnement de la climatisation issues de la phase de conception, on ne peut pas atteindre l’efficacité énergétique comme prévu initialement.

« Il est actuellement difficile d’automatiser entièrement les opérations de climatisation. Nous pensons donc qu’il est tout aussi nécessaire de faire avancer les choses avec les jumeaux numériques, par exemple avec des appels à l’action comme : “Quelques degrés de plus n’altèrent pas le confort”, ou “Il est préférable de ventiler maintenant en raison de la concentration élevée de CO₂”, explique Kazuyuki Shigeto. Comme point d’entrée, nous avons créé un cycle afin d’analyser l’état de fonctionnement en comparant les différentes données (opération, température extérieure réelle, électricité, etc.), avant d’élaborer un plan d’opération et de fournir un retour au propriétaire. »

En analysant les données recueillies et en coordonnant ses opérations d’après cette analyse, le nouveau bâtiment du siège social d’ABC Trading a amélioré son efficacité énergétique. On peut également transposer les structures en 3D et les informations d’installation des maquettes numériques à des manuels de construction numériques qui décrivent les voies d’utilisation et d’évacuation, et indiquent les zones dangereuses. Par exemple, la maquette de ce projet a servi à tester la simulation d’un exercice d’évacuation à l’aide d’un moteur de jeu.

Le développement de BuildCAN se poursuit. Au vu de l’intérêt considérable pour la réduction des émissions carbone, notamment chez les propriétaires d’infrastructures publiques, Yasui Architects & Engineers cherche également des moyens de mesurer le CO₂ et le bien-être des utilisateurs dès la conception, notamment en analysant la quantité de ce gaz à effet de serre associée au BTP afin de sélectionner des matériaux et des méthodes de construction plus écologiques. L’entreprise étudie toujours comment communiquer convenablement l’intention de conception des bâtiments aux propriétaires et aux gestionnaires.

Et son directeur ne peut être plus clair : « La quantité d’informations qui façonnent les bâtiments et les villes est telle que les acteurs concernés ou les fabricants ne peuvent construire des systèmes individuels sans rencontrer des difficultés. Afin de résoudre les problèmes auxquels la société japonaise est confrontée et de créer de nouveaux services, nous estimons qu’il est important que le gouvernement et l’industrie travaillent main dans la main pour créer une infrastructure et une plateforme ouvertes qui soient profitables à la collectivité. »