Interactions entre les modèles BIM et le calcul de structure

Article technique

Dans les bureaux d'études, les ingénieurs sont de plus en plus fréquemment amenés à effectuer des calculs de structures à l'aide de modèles numériques. De tels modèles contiennent en effet des informations qui peuvent être exploitées par différents acteurs d'un même projet. Les logiciels de calcul de structure compatibles avec la méthode BIM font donc l'objet d'exigences très élevées en matière de modélisation et d’interface.

Introduction

Les modèles 3D actuels de bâtiments virtuels ont atteint une qualité remarquablement élevée. L'impossibilité de distinguer un modèle réel de sa version numérique en raison de la précision et du niveau de détails des rendus est-elle susceptible de poser des problèmes pour le calcul de structure ? Les éléments visibles ne constituent cependant qu'une partie des informations requises pour contrôler une structure. On peut ainsi citer les propriétés mécaniques des matériaux, les articulations, les charges, les cas de charge et les résistances. Les informations de ce type doivent donc être ajoutées dans le modèle, puis interprétées par des ingénieurs capables de convertir le modèle « visible » en un modèle idéal mécaniquement équivalent. Un modèle BIM est plus qu'un modèle de solide 3D et représente ainsi une base idéale pour dimensionner une structure. Quelles méthodes peuvent être appliquées ?

Objets d'un modèle BIM exploitables en calcul de structure

Seuls certains éléments porteurs tels que les voiles, les poteaux, les plafonds ou les poutres sont utiles en calcul de structure. Il faut d'abord sélectionner les composants du modèle BIM présentant un intérêt en la matière. Ce modèle est également appelé modèle structurel. Les logiciels BIM modernes permettent habituellement de mettre en évidence ces éléments. Lors de l'échange de données, le calcul de la structure se réfère uniquement à ce modèle structurel. Les fenêtres, les portes ou diverses installations (appareils électriques, canalisations) ne sont pas des objets nécessaires dans ce type de modèle.

La sous-structure créée pour le calcul doit généralement être retravaillée. Les poteaux et les poutres non connectés doivent être déplacés ou connectés à l'aide d'éléments de couplage. Il en va de même pour les plafonds et les murs s'il n'y a aucune intersection de leurs lignes d'action au niveau d'un bord. L'ingénieur doit décider le cas échéant si c'est un modèle complet ou partiel qui doit être calculé. Dans le cas d'une halle, il peut par exemple être suffisant d'effectuer le calcul sur un portique. Il en va de même pour les planchers d'un bâtiment de plusieurs étages.

Types d'interfaces

Lorsqu'on souhaite transférer des modèles d'un logiciel à l'autre, il faut sélectionner le format de données adéquat ou recourir à des interfaces directes entre ces logiciels.

Interfaces ouvertes

Le format IFC est un format d'échange incontournable dans le cadre du programme de coopération openBIM et le recours aux formats ouverts. Ces formats offrent aux sociétés qui les utilisent l'opportunité d'échanger directement des données entre elles. La qualité de l'échange de ces données dépend cependant de l'efficacité des outils de conversion pour la lecture et la modification des fichiers IFC ainsi que de la manière dont les données IFC peuvent être converties en données du logiciel de destination. Dans la plupart des cas, les modèles IFC sont seulement référencés dans les autres logiciels. On utilise toujours des données basées sur la vue métier IFC 2x3 Coordination View 2.0 ou le format encore plus récent IFC 4 Reference View 1.2. On peut ainsi visualiser les données et obtenir des informations. Ces modèles sont en outre adaptés aux contrôles de collisions. Pour continuer à utiliser de tels modèles, les modèles IFC doivent toutefois être convertis au format de données natif du logiciel utilisé. La vue Structural Analysis View présente des avantages pour les logiciels de calcul de structure : elle est utilisée pour échanger des modèles et contient des données structurelles telles que les appuis, les articulations, les cas de charge, les charges, etc. Lors de l'échange de données à l'aide de fichiers IFC, il est donc important de savoir quelle vue contient le fichier IFC correspondant.

Figure 01 - Modèle de bâtiment dans la visionneuse IFC (en bas) et modèle calculé dans RFEM (en haut)

Interfaces directes

Il n'est pas nécessaire de recourir au format IFC ou tout autre format de données si deux logiciels sont directement connectés : aucun fichier n'est créé pour le transfert. Les informations sont lues directement à partir de l'application A à l'aide d'API (interfaces de programmation d'application ou interfaces programmables) et les objets d'origine sont immédiatement créés dans l'application cible. Cette connexion directe est un atout car il existe un risque de perte de données à chaque échange de données et elle permet d'éviter les étapes d'écriture et de lecture des fichiers IFC. Il suffit d'effectuer une conversion directement entre les logiciels A et B. Dans le cas d'une interface directe, les structures de définition manquantes ne jouent aucun rôle et la manière dont les objets spéciaux peuvent être décrits au format IFC ne pose donc aucun problème. L'interface directe doit néanmoins être programmée en fonction de la paire de logiciels concernés et il peut être compliqué de la modifier. Il arrive que des bureaux d'études mettent au point des interfaces programmables parfaitement adaptées à leurs processus dans le cadre de certains projets. Les logiciels concernés doivent alors disposer des API et la documentation de chacun doit être accessible. Ce type d'interface personnalisée permet un niveau d'automatisation du processus de planification considérablement plus élevé, donc des gains de temps et d'argent tout en minisant le risque d'erreurs. De plus, il est possible de réaliser la construction en fonction de certains paramètres, notamment pendant la phase de calcul.

Figure 02 - Boîte de dialogue d'importation de données dans RFEM

Synchronisation des modifications

Des analyses sont déjà nécessaires pour optimiser la structure et définir les tailles des profilés dès les premières phases de conception. Plusieurs versions préliminaires sont habituellement évaluées pour un même projet et les différents acteurs coordonnent la conception architecturale et le calcul de structure. Les composants structurels sont transférés et calculés dans le logiciel de calcul de structure (RFEM, RSTAB) sous forme de modèle complet ou partiel à partir du calcul réalisé dans le logiciel BIM (architecture, système structural). Les modifications qui y sont éventuellement apportées peuvent affecter les éléments de contreventement ou les sections, mais ce type d'ajustement peut être transféré numériquement. Dans le cas de l'interface directe entre RFEM et Autodesk Revit ou Tekla Structures, il est par exemple possible de mettre à jour des sections ou d'ajouter des éléments structurels au modèle. Les dernières avancées du BIM permettent également de transférer numériquement les armatures calculées (module additionnel RF-CONCRETE) sous forme d'armatures (barres et treillis). On bénéficie ainsi de conditions préalables optimales pour déterminer leur quantité et approfondir la planification.

Figure 03 - Armatures dans RFEM (en haut) et Revit (en bas) après exportation via une interface directe

Ajout d'informations issues du calcul de structure aux modèles BIM

Le BIM se traduit par la coordination des différents corps de métier intervenant tout au long du cycle de vie d'un projet. Pour évaluer rapidement sa faisabilité ou poursuivre le traitement des résultats chez d'autres sociétés ou prestataires, il peut être utile d'afficher ou de mettre à disposition les résultats statiques dans le modèle BIM (déformations, efforts internes). Les avantages propres à un logiciel BIM peuvent en outre être combinés à ceux offerts par un logiciel de calcul de structure classique. En fonction de l'application utilisée, les éléments d'une structure peuvent également être affichés dans le modèle BIM ou les armatures peuvent être directement générées en s'appuyant sur le modèle de la structure. Les résultats des calculs effectués dans le logiciel de calcul de structure aux éléments finis RFEM peuvent être transférés directement vers Revit sous forme d'armatures 3D.

Une tendance à suivre de près

En promouvant les méthodes de planification numérique, les éditeurs de logiciels proposent constamment de nouvelles solutions et améliorations. Il est donc important de s'informer sur ces sujets et de connaître les flux de travail possibles. Plusieurs articles techniques, webinaires et vidéos Dlubal sont disponibles sur cette page de notre site Web pour en savoir plus sur le BIM.

Mots-Clés

BIM BuildingSMART IFC OpenBIM CIS/2 Coordination View Structural Analysis View

Liens

Contactez-nous

Des questions sur nos produits ? Besoin de conseils sur un projet ?
Contactez notre assistance technique gratuite par e-mail, via le chat Dlubal ou sur notre forum international. N'hésitez pas à consulter les nombreuses solutions et astuces de notre FAQ.

+33 1 78 42 91 61

info@dlubal.fr

RFEM Logiciel principal
RFEM 5.xx

Programme de base

Logiciel de calcul de structures aux éléments finis (MEF) pour les structures 2D et 3D composées de plaques, voiles, coques, barres (poutres), solides et éléments d'assemblage

Prix de la première licence
3 540,00 USD
RSTAB Logiciel principal
RSTAB 8.xx

Programme de base

Logiciel de calcul de structures filaires composées de charpentes, poutres et treillis. Il permet d'effectuer le calcul linéaire et non-linéaire et de déterminer les efforts internes, déformations et réactions d'appui

Prix de la première licence
2 550,00 USD