Modélisation des bâtiment à partir des nuages de points : un standard à venir ?

Riche d'une expérience d'envergure dans le projet de modélisation du site de DUMAY de la ville de Dijon, sur un nuage consolidé de 1435 stations, un modèle numérique est réalisé. Il apparait aujourd'hui un manque dans les échanges entre donneurs d'ordres et prestataires.

Celui qui ressort le plus est avant tout d'ordre sémantique, les deux parties ne parlent pas le même langage, n'ont pas les mêmes exigences.

Les attentes de l'un si elles ne sont pas clairement établie dans une "charte de modélisation" ne peuvent pas être interprétés en terme d'exploitation, les standards IFC ne prévoient que les LOD "level of detail" représentatifs de caractéristiques graphiques insuffisamment définies ou encadrées.

La nature de ce problème a déjà été rencontré dans d'autres domaines il y a fort longtemps, l'industrie manufacturière ou mécanique. De longue date, comme le bâtiment l'industrie à travaillée sur plan. L'écart entre les attentes du plan et la fabrication a donnée lieux à de nombreuses normes de fabrications et de métrologie. Leurs évolutions ont été enrichies des aspects fonctionnels des machines et objets. Cet enrichissement a aboutit à une spécification particulière la "spécification géométrique des produit" (Geometrical Product Specification). Je ne crois pas m'avancer trop si je la résume à "la caractérisation dimensionnelle d'un produit pour sa fabrication fonctionnelle", ce qui revient à dire que grâce à sa définition univoque, on peut réaliser un produit de n'importe quelle façon, s'il respecte les tolérances géométrique décrite dans ses plans, on sait qu'il "fonctionne".

« La spécification géométrique des produits est un moyen de communication par lequel concepteurs, ingénieurs de production, qualiticiens, contrôleurs et métrologues échangent des informations non ambiguës sur les géométries admissibles des pièces réalisées par le biais de spécifications… indiquées sur un plan… Le « langage » graphique et symbolique associé présente une syntaxe et une sémantique définies dans les normes GPS. » ' Memento ISO GPS CETIM'

Aujourd'hui, lorsque l'on passe d'un nuage de point à une maquette numérique, l'on part d'un objet fonctionnel, que l'on mesure - ponctuellement - pour en faire un modèle numérique, géométrique en vue de son exploitation. Cela va de la gestion des surfaces, aux calculs de charges en passant par les projets de réfections, réhabilitations, rénovations.

Les procédés de modélisation d'après nuages de point sont, manuels, parfois automatiques, ou semi-automatique.

L'opérateur identifie dans le nuage des volume 3D qui contiennent des éléments simplifiables ou modélisable en surfaces simple : plans, cylindre, sphère. Dans ce mode manuel, la simplification du nuage de point restitue des surfaces "pure", propre, en quantité limitée, facilement exploitable pour la production de vue 3D ou 2D à type de plan, d'un modèle. Les mur et le sol sont plans, l'environnement est géométriquement simple. Bref, l'opérateur utilise sa connaissance de la géométries de bâtiment pour simplifier sa représentation. Elle est alors 'basique' dans des représentations élémentaires.

Les systèmes automatiques vont, très schématiquement, s'évertuer selon leur programmation, à relier par des lignes les points du nuages, de proche en proche. Associer ses lignes pour former des surfaces élémentaires, planes, triangulaires. On parle alors de "maillage". Rapidement le nombres de surfaces - ou mailles - créées devient colossal, équivalent au nombre de point du nuage - qui dépasse souvent plusieurs millions de points - Le modèle bien que visuellement très représentatif est évidemment très lourd dans sa manipulation et son exploitation.

On voit alors apparaitre de l'intelligence dans les logiciels qui vont, sous la houlette de l'opérateur, effectuer des maillages dans des zones limitées, maillage dont la densité va varier selon le niveau de détail requis. Les réglages étant issus de l'expérience logiciel/utilisateur. (3DReshaper)

On peut remarquer actuellement l'émergence de logiciels de reconnaissances "automatique" dans des domaines assez précis : Les réseaux aérauliques, hydrauliques, les charpentes métalliques. Ces outils ont une performance qui va croissante. Il y a une raison simple à cela, évidente, triviale même. Ce sont les principaux domaines dans lesquels existe des standard dimensionnels internationaux. Ainsi les programmeurs peuvent-ils assister leurs outils de reconnaissances de tables de dimensions standard (conduits, tuyauterie, IPE, IPN, etc.) qui aident à la reconnaissance des éléments. (Point Sense "Faro", Edge Wise, Trimble )

Dans les bâtiments existants, anciens, la modélisation du nuages de point peut être rendue outrageusement complexe par la nature même et l'ancienneté du bâtiment. Le scanner peut révéler des déformation importantes des murs et des éléments extérieurs de maçonnerie, des poutraisons, des planchers et des charpentes. Associé à la complexité architecturale de l'ancien, voire de l'artistique, la modélisation peut rapidement prendre du poids au motif d'une nécessaire représentativité du bâtiment.

Les échanges entre les attentes "clients" et "fournisseurs" sont complexes à élaborer. Il faut trouver un équilibre entre la représentativité du modèle et sa facilité d'exploitation sur tout type de plateformes. Ainsi les mailles ne doivent pas être trop fines, tout en préservant les géométries de déformations principales, qui peuvent être nécessaire à la surveillance d'un bâtiment sur le long terme, ou son diagnostic.

Sans pouvoir proposer immédiatement une solution, je pense que la norme de spécification géométrique des produits, serait une piste à exploiter, voire à adapter, afin de permettre la définition de critères limites dans la modélisation.

Ces critères géométriques, doivent permettre au fournisseur du modèle de limiter la finesse des mailles de modélisation, afin que son client retrouve un modèle exploitable conforme à ses attentes et ses outils d'exploitations.

On pourra utiliser la planéité, perpendicularité, localisation, pour définir les distances 3D en dessous desquelles ne seront pas modélisé certaines géométries.

Cette simplification, explicite, des modèles résultats doivent permettre de meilleurs échanges entre les plateformes et les parties prenantes.

Cela fera l'objet d'un prochain développement.

Dans tous les cas, l'existence du nuage de point original rend possible une adaptation ponctuelle des mailles modélisées afin d'augmenter localement la précision du modèle sur un élément particulier. Il est alors question d'avoir la compétence de ces technologies.