Le secteur du bâtiment est en pleine transformation numérique et les jumeaux numériques sont la technologie privilégiée du moment pour concevoir et gérer de nouveaux projets.
L'utilisation de représentations virtuelles d'objets physiques remonte à de nombreuses années, en particulier dans les secteurs de l'aéronautique et de l'exploration marine.
Depuis l'arrivée des applications de conception assistée par ordinateur (CAO), notamment celles capables de créer des visualisations en 3D d'objets physiques, l'idée de disposer de représentations virtuelles du monde physique a émergé.
Mais c'est maintenant, avec le déploiement massif d'appareils IoT et le développement de la connectivité, que le concept de jumeau numérique fait son entrée dans de nombreux secteurs, dont l'agriculture, les transports, l'automobile, la médecine et le bâtiment, entre autres.
Les jumeaux numériques arrivent dans le secteur du bâtiment
La principale difficulté des gestionnaires de bâtiments et des informaticiens professionnels est de devoir gérer les anciens systèmes présents dans les bâtiments existants ou nouveaux. Les systèmes d'automatisation présents dans la plupart des installations modernes sont conçus pour fonctionner de nombreuses années, parfois même des décennies, dans des bâtiments eux-mêmes prévus pour durer au moins un demi-siècle.
Lorsqu'un nouveau bâtiment est livré, notamment s'il s'agit d'un immeuble de bureaux, le constructeur remet la totalité des spécifications et des manuels d'utilisation aux propriétaires, en général sur CD ou DVD, ainsi que des versions imprimées pour un grand nombre de sous-systèmes. Les gestionnaires de bâtiments et les équipes d'entretien doivent étudier cette documentation et se préparer à exécuter des opérations de maintenance et de réparation lorsqu'elles deviendront nécessaires.
Le concept de jumeaux numériques d'un bâtiment est encore une nouveauté dans le secteur et seules les entreprises tournées vers l'avenir engagent des sociétés technologiques pour les aider à créer des modèles numériques fonctionnels. Heureusement, la nécessité d'améliorer les rendements énergétiques, ainsi que le potentiel offert par la puissance des données d'analyse et de détection, renforcent l'intérêt pour cette technologie innovante.
Ces tendances ouvrent des possibilités d'économies de coûts et d'énergie pour les occupants et permettent d'attirer et de retenir de nouveaux talents sur des marchés concurrentiels. Grâce à des technologies avancées, les propriétaires peuvent diminuer les coûts et offrir des conditions d'utilisation exceptionnelles de leurs bâtiments.
Des entreprises comme Microsoft et Siemens aident désormais les parties prenantes qui utilisent des capteurs IoT et une technologie de jumeaux numériques à exécuter des simulations, perfectionner des conceptions et identifier rapidement les problèmes, le tout depuis un même outil. Comme dans de nombreux autres secteurs, les constructeurs se tournent maintenant vers des sociétés technologiques pour les aider à mettre en place l'économie numérique dans leur domaine.
Pour les occupants, ces tendances ouvrent des possibilités d'économies de coûts et d'énergie, en plus d'attirer et de conserver de nouveaux talents sur des marchés concurrentiels. Pour les propriétaires, les technologies avancées sont une occasion de diminuer les coûts et d'offrir des conditions d'utilisation exceptionnelles de leurs bâtiments.
Les jumeaux numériques représentent une rupture technologique
L'irruption de l'Internet des objets (IoT) et des appareils connectés permet maintenant d'équiper la plupart des systèmes et des espaces d'une armée de capteurs qui transmettent en permanence des informations sur les équipements et leur fonctionnement. il est également possible d'exécuter la plupart des opérations (par exemple, activer un ascenseur, modifier l'éclairage ou régler la température des pièces et des espaces) depuis un système de contrôle central.
Avec l'aide de représentations CAO en 3D et d'une connectivité en temps réel, on peut aussi utiliser la technologie pour créer une image réaliste de tout le bâtiment, utiliser ce modèle pour détecter et mettre en relief les problèmes potentiels et exécuter les fonctions de contrôle habituelles sur le modèle au lieu d'utiliser des tableaux de contrôle complexes.
Heureusement, tout le secteur du bâtiment est passé du papier au numérique il y a déjà longtemps et tous les plans existent maintenant sous la forme de schémas et de modèles CAO détaillés. En outre, un grand nombre de systèmes HVAC, de thermostats, d'ascenseurs, de portails, de systèmes de sécurité et autres systèmes des bâtiments disposent maintenant d'une connectivité intégrée grâce aux réseaux Ethernet, Wi-Fi, cellulaires ou LPWAN.
Les capacités de simulation et de maintenance préventive sont les avantages les plus significatifs d'un jumeau numérique
Les jumeaux numériques permettent aux organisations d'interagir avec leurs ressources physiques dans des environnements réalistes et immersifs.
« La simulation est une application des jumeaux numériques incroyablement efficace. Le fait de créer une réplique numérique vous permet de simuler différents scénarios, de fixer des objectifs et de trouver des informations grâce aux jumeaux », explique Sam George, Corporate Vice President d'Azure IoT chez Microsoft. « D'une certaine manière, placer des appareils IoT dans vos bâtiments, vos usines, vos sites de distribution d'énergie, etc., vous ouvre une fenêtre sur ces possibilités. Sous de nombreux aspects, lorsque vous modélisez vos environnements avec des jumeaux numériques, c'est le bâtiment lui-même qui devient l'application. C'est quelque chose que tout le monde peut voir facilement dans l'entreprise parce que nous sommes habitués à interagir avec le monde physique. »
En utilisant des jumeaux numériques et des technologies telles que la réalité augmentée, les concepteurs de bâtiments peuvent simuler l'environnement pour déterminer la meilleure façon d'utiliser les espaces, calculer l'impact des conditions météorologiques sur les surfaces externes, optimiser les systèmes de ventilation et de contrôle de la climatisation et créer des environnements plus durables.
« Nous prévoyons qu'en combinant les données provenant de nos diverses sources dans le jumeau numérique, en renforçant les capacités d'analyse et en prenant des mesures pour améliorer l'efficacité, nous pourrons optimiser le rendement énergétique et donc réduire à la fois les coûts et les émissions de gaz à effet de serre », estime Kevin Danehy, Global Head of Corporate Development de Brookfield Properties. « Dans les bâtiments plus anciens et les nouvelles acquisitions, les économies d'énergie et de rejet de gaz à effet de serre peuvent atteindre 20 %, voire davantage. »
Les gestionnaires de bâtiments peuvent surveiller les performances de divers systèmes, détecter les premiers signes de problèmes potentiels et effectuer les travaux de maintenance préventive nécessaires pour éviter de futures complications. En outre, à mesure que la collecte de données progressera, il pourra devenir possible de « prédire » les performances des composants et des systèmes au fil du temps en ajustant les opérations d'entretien.
Pour parvenir à ce niveau de connectivité et exploiter tout le potentiel des jumeaux numériques, les parties prenantes du secteur doivent ouvrir leurs systèmes et collaborer.
« Pour moi, ce dont nous avons besoin, entre autres, c'est d'une facilité de connexion. Nous devons pouvoir connecter toutes sortes de systèmes différents aussi vite et aussi facilement que possible parce que c'est seulement à ce moment-là que nous pourrons vraiment commencer à voir comment tirer de la valeur de ces données », prévoit Elisa Rönkä, Global Head of SaaS Sales chez Siemens. « Il faut donc aussi avoir une approche non exclusive, penser en termes d'écosystème plutôt que d'ego. On peut inviter différents acteurs à utiliser ces données, à inventer des choses, à créer de nouvelles solutions et à dégager de la valeur ajoutée. »
Des jeux vidéo en 3D aux jumeaux numériques
Les jumeaux numériques permettent aux organisations d'interagir avec leurs ressources physiques dans des environnements réalistes et immersifs. Réputée pour sa popularité comme plateforme majeure de développement 3D, surtout dans le domaine des jeux vidéo, Unity Technologies propose désormais divers services de représentation 3D réaliste pour de nombreuses applications.
Avec d'autres, Unity parie sur l'utilisation de la réalité augmentée et virtuelle et sur la possibilité offerte par le « métavers » pour gérer des bâtiments entiers et d'autres infrastructures.
Pour Julien Faure, directeur général et vice-président du secteur Verticals chez Unity, « les jumeaux numériques 3D en temps réel nous permettent d'apporter cette technologie à ceux qui en ont le plus besoin. Ce peut être le cas, par exemple, des intervenants sur le terrain et des professionnels du service client chargés de les guider en réalité augmentée (par exemple avec l'HoloLens 2) pour extraire la tâche de maintenance et la renvoyer sur le modèle maître, etc. »
« En créant l'empreinte numérique de votre environnement physique, vous pouvez comprendre plus facilement comment les choses sont produites, où se trouvent les risques et comment éviter les catastrophes potentielles », déclare Hanna Hennig, PDG de Siemens. « J'ai une très grande confiance dans les jumeaux numériques. Ils ne peuvent exister aujourd'hui que grâce à des technologies telles que le cloud, mais ils permettent de traiter d'énormes quantités de données pour comprendre comment améliorer la durabilité en produisant plus avec moins. »
