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Elea iC améliore le tunnel des Karavanke grâce au BIM

Étude de cas

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ASFiNAG et DARS, deux concessions autoroutières autrichienne et slovène, ont fait appel à l'entreprise Elea iC pour concevoir le second tube du tunnel des Karavanke, une galerie longue de 8 kilomètres comptant une voie dans chaque direction entre l'Autriche et la Slovénie.

Initialement conçu comme un double tube, le tunnel avait finalement été réalisé avec un seul tube en raison d'une circulation moins dense que prévu. Après sa mise en service, l'augmentation du trafic, la détérioration des structures et l'absence de mesures de sécurité ont nécessité l'ajout d'un second tube afin d'assurer une exploitation efficace et durable du tunnel.

Objectif du projet : le BIM comme processus pilote

Ce projet avait pour objectif l'implémentation systématique de la méthodologie BIM ainsi que l'analyse des avantages et des défis lors de la planification, de l'exécution et du contrôle des activités BIM, notamment :

  • L'élaboration d'un cahier des charges (Employers Information Requirements, EIR) que le client pourra utiliser pour de futurs projets
  • La création d'un plan d'exécution du BIM que le client pourra également utiliser dans de futurs projets
  • La modélisation 3D (modèles de conception et d'ouvrages exécutés), 4D et 5D, le contrôle de la qualité basé sur les modèles
  • La modélisation géologique et géotechnique
  • L'utilisation des modèles en phase opérationnelle
  • Le développement du système existant de gestion des installations assistée par ordinateur (CAFM)
Visualisation BIM du tunnel

Environ 190 modèles partiels ont été échangés entre diverses disciplines et intégrés dans cinq modèles de coordination reposant sur les normes ICF et BCF pour améliorer la collaboration interdisciplinaire.

Défis uniques

Dans ce projet, la principale difficulté consistait à gérer plusieurs éléments complexes : le tunnel lui-même, l'autoroute et les routes secondaires, mais aussi trois ponts, des structures de soutènement, des arches, des zones de services et des zones de décharge. L'organisation du projet s'est également révélée complexe en raison du nombre d'intervenants (deux clients, une entreprise chargée de la supervision et dix entreprises impliquées dans le processus de conception BIM) et de la variété des logiciels BIM employés (cinq outils de conception différents). Toutes ces contraintes ont encouragé l'équipe à repousser les limites d'une approche BIM ouverte. 

Approche

Pour optimiser le processus de conception, une approche BIM fermée a été adoptée dans chaque discipline. Afin d'améliorer l'interopérabilité et d'assurer la qualité des livrables BIM, une structure de données de creusement du tunnel a été développée à partir des normes IFC existantes, l'objectif étant de l'exploiter pour les processus BIM avancés (modélisation 4D/5D ou système CAFM, par exemple).

Le logiciel Revit, associé aux scripts Dynamo et à des compléments spéciaux, a permis de répondre aux besoins spécifiques de la modélisation de structures longues et complexes (à savoir, le tunnel) et d'optimiser la création des plans de détail et la modélisation des segments longitudinaux.

Autre défi : l'échange de modèles 4D et 5D entre les différents logiciels utilisés par l'équipe de conception, l'entreprise chargée de la supervision et le futur entrepreneur, nécessitant la mise en place de solutions d'interopérabilité personnalisées.

Planification et ingénierie préliminaire

L'équipe a amélioré le processus global de développement du projet en cernant mieux les demandes spécifiques des clients : utilisation des informations du projet en phase opérationnelle, transparence des investissements, contrôle renforcé du projet, etc. Cette analyse des besoins a permis de mieux planifier le développement du projet dans son ensemble, en documentant chaque étape dans le plan complet d'exécution du BIM.

En exploitant le BIM dès les premières phases de la conception, l'équipe a pu visualiser et communiquer les informations à tous les intervenants du projet. Pour la première fois, les données concernant les installations planifiées, la géologie et les infrastructures, réparties sur trois systèmes de coordonnées différents (autrichien, slovène et local), étaient regroupées au sein d'un même modèle fédéré. À ce stade, une quantification initiale et une estimation des coûts liés aux modèles 4D et 5D ont été réalisées pour une meilleure visibilité du projet.

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Modèle BIM du projet

Modèle fédéré

Modèle structurel du tunnel

Conception détaillée

L'équipe a amélioré la cohérence de la documentation du projet en contrôlant la qualité de manière continue : identification des incohérences entre les modèles partiels, évaluation des modifications de conception, communication et application des changements. Des modèles structurels ont également été utilisés pour les plans de détail des armatures. Les concepteurs ont pu travailler simultanément sur ces modèles et gagner ainsi un temps précieux. 

  • Les modifications apportées lors du processus de collaboration et lors du développement de la conception ont été répercutés sur les modèles des autres disciplines. Les dessins ont été créés à partir de ces modèles de manière plus efficace grâce à une communication reposant sur la norme BCF.
  • Le modèle 5D généré à partir d'environ 160 modèles partiels a servi à vérifier les quantités fournies par les différentes disciplines de conception et à évaluer les coûts de façon plus précise.
  • Les estimations de coûts ont été présentées au client dans plusieurs rapports, feuilles de calcul et simulations.
  • Les services de maintenance ont pu commenter les solutions de conception en utilisant dès le début des modèles 3D précis, ce qui a permis d'optimiser les conceptions en fonction des équipements disponibles.

Analyse et simulation intégrées

Grâce à Autodesk Navisworks Manage, tous les modèles partiels créés dans les trois systèmes de coordonnées ont été fédérés et reliés au calendrier créé dans Microsoft Project. Le modèle 4D complet élaboré à partir de ces données a été employé pour analyser et optimiser l'organisation des activités. L'équipe de projet a ainsi pu visualiser le calendrier et transmettre des suggestions d'amélioration.

Ce calendrier et les modèles partiels ont également servi à préparer le modèle 5D dans le logiciel RIB iTWO et à analyser les estimations de coûts. Le modèle géologique 3D associé aux modèles Revit du tunnel a permis de réaliser des analyses numériques 3D pour l'excavation du tunnel et son entretien. Un programme a été développé en interne pour établir une communication directe entre le modèle géologique et les modèles numériques.

Modèle BIM du projet

Communication et collaboration

Collaboration interne et BIM fermé : les disciplines qui réalisent leurs conceptions avec Revit s'appuient également sur la solution Revit Server en interne. La communication intégrée et le partage des modèles accélèrent le développement des conceptions et la coordination en interne. Plusieurs spécialistes de la modélisation peuvent ainsi travailler sur les mêmes modèles en même temps. Collaboration interdisciplinaire et BIM ouvert : le modèle est partagé entre les disciplines sur la base des normes IFC et BCF. L'objectif de cette approche est de favoriser la collaboration entre les dix entreprises responsables du développement de la conception et de faire le lien entre les différents outils de création de contenu employés (Revit, Civil 3D, Allplan, ArchiCAD et Urbano). Un environnement de données commun (ownCloud et BIMcollab) tient lieu de plateforme pour l'échange des fichiers entre les disciplines, mais aussi pour la liaison et la synchronisation des modèles de référence IFC et BCF avec les outils de conception, les modèles de coordination et les modèles 4D/5D. Tous les autres documents (dessins et rapports, notamment) sont également échangés et stockés sur cette plateforme. 

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Grâce à la numérisation des parties existantes du tunnel avec la technologie LiDAR, nous avons été en mesure d'analyser les besoins pour les prochains travaux d'excavation, de reprofilage et de remblayage. Les données brutes capturées par LiDAR ont également été exploitées pour produire des modèles de surface précis. Dans le tunnel, la réalité augmentée a permis de mieux comprendre la géologie de l'environnement.

Grâce aux modèles de réalité virtuelle, nous avons pu communiquer efficacement avec plusieurs intervenants clés. Les solutions de conception sont accessibles partout et les données peuvent être transférées de manière efficace et stable via le cloud. Lors de la phase de construction, le modèle sera continuellement mis à jour pendant l'excavation afin de centraliser toutes les informations sur le site dans une référence unique qui pourra être réutilisée pour d'autres projets.


Livrables

En plus des livrables de projet habituels (dessins, rapports techniques, etc.), les livrables BIM suivants ont également été soumis : 

Phase de conception

  • Plan d'exécution du BIM
  • Modèles 3D partiels (par discipline) au format standard IFC
  • Modèles de coordination et rapports de contrôle de la qualité
  • Modèles 4D et 5D (feuilles de calcul, rapports et simulations)

Phase de construction

  • Modèles des ouvrages exécutés au format standard IFC avec documentation associée pour la gestion des installations (référentiel central de données des ouvrages exécutés)
  • Modèles de coordination et rapports de contrôle de la qualité
  • Modèles 5D destinés au suivi et au contrôle de l'avancement par l'entrepreneur et l'équipe chargée de la supervision

L'une des exigences principales du plan d'exécution du BIM concernait la définition de niveaux de détail et d'information cohérents pour le processus de modélisation et les livrables. Une classification des éléments de creusement du tunnel et des tables d'attributs ont été créées en collaboration avec les services de supervision et de gestion des installations du client. Ces données ont été implémentées dans les modèles avec un jeu spécial de propriétés IFC. Les tables d'attributs seront développées au cours du projet et incorporées aux modèles.

Résultats

  • Cohérence et précision de la documentation de conception (modèles, dessins, métrés, estimations des coûts, calendriers, rapports d'avancement, etc.)
  • Optimisation de la communication entre les intervenants du projet (environnement de données commun, révisions et communication basées sur les modèles, visualisation)
  • Amélioration de l'estimation et de la maîtrise des coûts, optimisation des technologies de construction (par phases): contrôle de l'avancement de la construction et des modifications sur le terrain: optimisation des processus de gestion des installations

Optimisé par

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