Plateforme pour l’eau, le gaz et la chaleur
27. août 2021

Projet pilote BIM

La méthodologie BIM au service du traitement de l’eau potable

Dans le cadre de la rénovation de sa station de traitement d’eau potable, la Ville de Neuchâtel, représentée par Viteos SA, a décidé d’implémenter la méthodologie BIM durant les phases de conception et de réalisation du projet. La méthodologie BIM a été appliquée de manière à améliorer la conception de la nouvelle chaîne de traitement et augmenter la collaboration entre les mandataires principaux. Cet article présente les avantages et retours d’expérience du BIM durant la réalisation de ce projet pilote BIM.
Johann Gigandet, Thierry Broglie, 

La station de traitement de Champ-Bougin a été construite en 1947, agrandie en 1967 puis rénovée en 1983. Cette station constitue un ouvrage essentiel et stratégique pour l’alimentation en eau potable de la ville de Neuchâtel et d’une grande partie du canton puisqu’elle peut alimenter en eau de secours jusqu’à 70% de la population du canton.

Projet de rénovation

Dans l’objectif principal de moderniser le traitement de Champ-Bougin, la Ville de Neuchâtel a initié un projet de manière à rénover complètement le bâtiment et les équipements techniques. Le nouveau traitement doit permettre notamment de traiter les micropolluants avec une filière de traitement composée d’une filtration sur sable (pierre ponce), d’une ultrafiltration (UF), d’une ozonation et d’une filtration sur charbon actif (+ chloration de sécurité). Le projet est en cours de réalisation. Le gros des travaux a commencé début 2019 et l’achèvement est prévu pour la fin de 2021.
Les phases d’avant-projet et de projet d’ouvrage ont été mandatées au bureau RWB Neuchâtel, en collaboration étroite avec le représentant du maître d’ouvrage, la société Viteos SA. Ces deux premières phases, établies entre 2012 et 2018, ont notamment permis l’établissement d’une maquette numérique 3D sur la base de plans papier d’époque (modélisation du bâti de l’existant).
Ce bâtiment très technique et complexe est composé en grande partie d’équipements électromécaniques se chevauchant dans les différents volumes disponibles et contigus, avec notamment la présence de nombreux canaux béton. De surcroît, le bâtiment de Champ-Bougin (fig. 1) est protégé et colloqué dans la catégorie 1 par le canton de Neuchâtel imposant une conservation des volumes existants et donc une architecture similaire pour le nouveau bâtiment. Enfin, et considérant l’importance de la station de Champ-Bougin dans l’alimentation en eau du canton de Neuchâtel, il était impératif de conserver une production d’eau potable durant la totalité de la construction du nouveau bâtiment.
Afin de conserver la production d’eau potable par Champ-Bougin, des containers de traitement UF ont été mis en place à proximité du réservoir d’eau potable des Valangines, situé au nord de la ville de Neuchâtel. Ce traitement a permis de produire jusqu’à 900 m3/h durant la totalité de la construction de la nouvelle station de traitement.

ORGANISATION DU PROJET

Viteos SA (en tant que représentant du maître d’ouvrage, la Ville de Neuchâtel) a dirigé ce projet (Direction Généralle du Projet, DGP). La DGP s’est appuyée sur différents mandataires pour les domaines «Process – PRO», «Génie civil – GC», «Chauffage, Ventilation, Sanitaires – CVS», «Electricité – ELE» et «Architecture». L’ensemble des mandataires était donc responsable des entreprises de leur propre domaine. Durant le pic du projet, un nombre important d’intervenants participait activement à la conception du projet Champ-Bougin, selon le principe BIM d’une collaboration étroite autour des maquettes numériques. Un manager et un coordinateur BIM ont été également mandatés afin d’établir un Plan d’Exécution BIM (PEB) et accompagner les différents mandataires pour l’application de la méthodologie BIM (fig. 2).

IMPLÉMENTATION DE LA MÉTHODOLOGIE BIM

Objectifs et applications BIM

En fin de phase d’appel d’offre des bureaux d’ingénieurs et sous l’impulsion de la Ville de Neuchâtel, la décision a été prise d’implémenter la méthodologie BIM pour les phases SIA subséquentes. Les objectifs BIM, définis par le maître d’ouvrage en collaboration avec le manager BIM, étaient les suivants:

  1. Améliorer la collaboration entre les différents intervenants
  2. Améliorer la qualité de la construction (implication des exploitants durant les séances de coordination 3D, détection de conflits, etc.)
  3. Optimiser la durée du projet et ainsi limiter la location des containers de traitement
  4. Permettre l’utilisation à terme des maquettes numériques (MN) pour l’exploitation (MN informée et documentée)

Suite à l’élaboration des objectifs BIM du maître d’ouvrage et des exigences d’information du mandant (EI Mandant), un plan d’exécution BIM a été établi et les applications BIM suivantes ont été définies:

  • Mise en place d’une plateforme collaborative (CDE, Common Data Environment) permettant l’échange de toute la documentation du projet et la visualisation des différentes maquettes numériques établies par les mandataires.
  • Conception 3D avec établissement de modèles numériques spécialisées (GC, PRO, CVS et ELE)
  • Revue de conception 3D avec la mise en place de séances techniques autour des maquettes numériques 3D (augmentation de la collaboration entre les participants)
  • Production des livrables sur la base des modèles numériques spécialisés
  • Médiatisation du projet permettant notamment une meilleure communication et compréhension auprès des instances dirigeantes et de la population
  • Établissement d’une maquette «as-built» comprenant les informations utiles à l’exploitation (Dossier des
    Ouvrages Exécutés [DOE] 3D et informé)
Caractéristiques du BIM appliqueé sur le projet 

La méthodologie BIM appliquée pour ce projet pilote présente les caractéristiques principales suivantes:

  • BIM 3D de niveau 2 de collaboration selon SIA (modèle de coordination/modèles des spécialistes et modèles partiels harmonisés) [1]
  • Établissement d’un plan d’exécution BIM complet avec EI mandants (exigences d’information du mandant)
  • Utilisation régulière de laserscans (validation d’étapes – notamment pour valider la fin de la phase de gros-œuvre)
  • Mise en place d’une plateforme collaborative CDE pour le partage de toute la documentation projet, y compris MN (stockage sur serveur européen)
  • OPEN BIM (format de fichier uniforme et ouvert – pour un échange de données indépendant du logiciel) retenu
  • Grande disparité de la maturité BIM des intervenants, avec globalement une expérience préalable relativement faible

La particularité principale du BIM sur ce projet a été sa mise en application après la phase de projet d’ouvrage, ce qui est contraire aux principes de base de la méthodologie BIM. Dans ce cadre, ce projet BIM doit être considéré comme un projet BIM pilote pour la Ville de Neuchâtel et pour Viteos.
Il est important de rappeler que le BIM modifie de manière conséquente la manière de travailler, collaborer, échanger et donc de concevoir et réaliser. Ainsi, la mise en place de la méthodologie BIM incite à une augmentation des «efforts» de tous les intervenants lors de la phase de conception permettant de réduire ces «efforts» durant la phase d’exécution et de réalisation. Ce principe de fonctionnement se traduit en pratique par une modification des pourcentages standard d’honoraires par phase SIA avec cet objectif de réduire les coûts de construction d’un ouvrage.
La courbe de MacLeamy (fig. 3) illustre la différence entre une approche BIM (processus BIM) et une approche plus conventionnelle (processus «classique») [2]. Dans le cadre du projet de Champ-Bougin, cette approche a été mise en place dès adjudication du fournisseur «Process» avec un objectif commun de concevoir un nouveau projet autour de la nouvelle filière de traitement établie par le fournisseur.

Production des modèles numériques BIM 

Dans le cadre du projet de Champ-Bougin, le modèle numérique du bâti de l’existant établi par le bureau RWB dans les premières phases du projet a été mis à disposition de l’ensemble des mandataires. Le modèle numérique du bâti de l’existant a été établi sur la base des plans papier de l’époque. La bonne qualité et la précision de ce modèle de référence, utilisé pour le projet par les mandataires, est une des clés de la réussite du projet. Le modèle numérique du bâti de l’existant a été établi avec le logiciel ArchiCAD.
À la suite de l’adjudication des bureaux d’ingénieurs, de l’architecte et du fournisseur de traitement, la modélisation 3D du projet et les différents processus BIM ont pu débuter. Les modèles 3D des différents domaines (GC, CVS, PRO, ELE) sont appelés «modèles des spécialistes» (fig. 4). Ces derniers permettront l’établissement du «modèle de coordination» sur lequel l’ensemble des intervenants collaborera, notamment grâce aux outils mis à disposition par la plateforme collaborative.

AVANTAGES DU BIM SUR LE PROJET

Plateforme collaborative - traçabilité et structuration des échanges 

Une des premières applications BIM mise en place a été la mise à disposition de la plateforme collaborative BIM360 à l’ensemble des intervenants du projet. Cette dernière a deux objectifs principaux:

  1. Structurer les échanges d’information et de documentation entre les inter-
    venants
  2. Mettre à disposition un outil permettant de visualiser et de commenter les maquettes numériques 3D et les plans 2D
Une gestion documentaire structurée et une traçabilité des échanges

La structure de la plateforme collaborative a permis l’organisation des informations liées au projet de construction de Champ-Bougin (procès-verbaux, plans, rapports techniques, listes d’équipement, documentations techniques, maquettes numériques, etc.). L’utilisation de la plateforme doit être privilégiée au regard des flux traditionnels d’échanges comme l’utilisation des e-mails ou autres plateformes de transfert. Le flux d’échange à travers le CDE a également été règlementé selon les concepts de la norme ISO 19650-1 ([3]; fig. 5). Le flux d’information de chaque document doit respecter ce concept afin de permettre un suivi clair de l’état de la documentation (travail en cours, à valider, validé et archivé).
Le respect strict des échanges et de la codification des documents, établi dans le cadre du PEB, doit permettre une meilleure qualité des échanges d’information et de limiter les erreurs de conception dues à la mauvaise utilisation de l’information. Le but ultime était de fournir la bonne information à la bonne personne et au bon moment.
La plateforme BIM360 bénéficie également d’outils permettant la validation officielle de documentation, la gestion des accès à certains dossiers ou encore la gestion du «versioning». L’ensemble des modifications de documents ou de dépôt de nouveaux documents est tracé et
stocké par la plateforme.

Des modèles 3D accessibles par l’ensemble des intervenants

Au contraire d’une méthode plus traditionnelle composée d’échanges de plans 2D au format PDF consultables avec des logiciels gratuits et répandus, l’utilisation du BIM sur ce projet a imposé l’échange de maquettes numériques 3D informées. Grâce à un visualiseur intégré, la plateforme collaborative BIM360 a permis à chaque intervenant de pouvoir visualiser et commenter les modèles 3D déposés régulièrement sur l’espace dédié. Cet outil a offert la possibilité au personnel d’exploitation de parcourir les modèles 3D et ainsi participer activement à la conception du projet (fig. 6).

Des processus BIM améliorant la collaboration et la conception 
L’utilisation des modèles 3D

La méthodologie BIM appliquée pour le projet de Champ-Bougin consistait à établir des modèles de coordination basés sur des modèles spécialisés. Une des clés de la réussite de l’application de la méthodologie BIM sur le projet de Champ-Bougin a été de mettre en place un processus BIM stricte concernant les échanges des modèles des spécialistes et la création des modèles de coordination. Un exemple de flux d’itération, appliqué sur le projet Champ-Bougin, est illustré en figure 7.
Le premier flux d’itération BIM pour le projet de Champ-Bougin a démarré par la mise à disposition du modèle numérique du bâti de l’existant et du modèle numérique du projet d’ouvrage établi durant les phases SIA précédentes. Le fournisseur du traitement a ainsi pu établir la première maquette numérique process PRO. Cette dernière a ainsi servi de guide pour les bureaux d’ingénieurs qui ont établi tour à tour leur premier modèle numérique.
Les modèles des spécialistes ELE, GC et CVS ont été établis avec le logiciel Revit alors que le modèle de spécialiste PRO avec le logiciel CADISON. Les modèles ont ensuite été fédérés avec le logiciel Navisworks. L’ensemble des modèles des spécialistes et le modèle de coordination sont déposés sur BIM360 pour initier les différentes revues de conception (séances techniques).
L’utilisation de la modélisation 3D et la mise en place des échanges structurés des modèles entre les différents mandataires ont grandement favorisé la conception (optimisation des volumes, vérification des besoins en exploitation, etc.) et ainsi limité les erreurs de construction. Les maquettes numériques doivent être vues comme un outil collaboratif qui recueille toutes les données du bâtiment et de la conception.

Un travail collaboratif autour des modèles 3D

Pour rappel, les deux particularités principales du projet Champ-Bougin étaient d’optimiser la disposition des équipements dans des volumes parfois restreints et de limiter au maximum le planning de chantier. La grande force de la méthodologie BIM sur le projet de Champ-Bougin a été d’initier des revues de conception régulières avec l’ensemble des intervenants en utilisant comme élément central le modèle numérique de coordination (fédération des modèles des spécialistes). Ainsi, à échéances régulières, le coordinateur technique initiait les revues de conception sur des thématiques spécifiques et invitait les intervenants concernés. Les revues de conception se faisaient autour du modèle de coordination sur lequel l’ensemble des remarques/demandes/questions/conflits était indiqué grâce au visualiseur BIM360 (fig. 8). Le projet de Champ-Bougin a été grandement conçu et optimisé lors des revues de conception avec une émulation forte entre les intervenants autour du modèle de coordination (travail collaboratif). Cette collaboration «augmentée» sur la base des modèles 3D a entrainé plusieurs avantages:

  • Une présence continue des exploitants complètement intégrés aux décisions et à la conception commune
  • Une meilleure compréhension sur les besoins et problématiques des différents intervenants
  • Une traçabilité des discussions directement intégrée dans les modèles 3D (voir fig. 9)
  • Une validation commune des modèles à des phases clés du projet

Le visualiseur de BIM360 a été largement utilisé dans le cadre de ces revues de conception, notamment l’outil permettant de localiser des «problèmes» (langage BIM360) sur les modèles 3D et les affecter aux responsables (fig. 9). En complément des procès-verbaux traditionnels, les participants à la revue de conception consultaient le modèle de coordination et traçaient les échanges directement sur le modèle 3D. Ainsi, les «problèmes» détectés sur les modèles 3D étaient automatiquement transmis au modeleur BIM pour correction. Une nouvelle itération et une nouvelle revue de conception permettaient de contrôler la modification et pour suivre la conception commune. Dans un deuxième temps, le coordinateur BIM se chargeait d’initier des détections de conflits automatiques (hard clash) qu’il relayait ensuite sur le modèles 3D concerné.

Potentiel supplémentaireoffert aux mandataires et aux entreprises 

Outre les avantages décrits précédemment autour de la conception et de la collaboration, l’utilisation des modèles numériques BIM peut apporter d’autres grands avantages (partiellement appliqués sur ce projet). Ceci implique néanmoins une maîtrise des logiciels 3D et des outils satellites.

  • Une base de données (MN informée) permettant l’extraction de données utiles à l’établissement de soumissions
  • La possibilité pour l’entreprise de gros-œuvre d’établir un planning 4D grâce au modèle numérique GC transmis lors de l’appel d’offres (optimisation de planning)
  • La possibilité d’intégrer des informations utiles pour les entreprises sur le chantier (par ex. lien entre le code d’un équipement et sa position sur le modèle 3D)
  • L’établissement de plans 2D ou schémas isométriques directement depuis les modèles 3D (augmentation de la productivité).

CONCLUSION

L’utilisation de la méthodologie BIM sur le projet de Champ-Bougin durant la phase de conception a été une réelle plus-value pour le projet. Selon notre expérience, le BIM en phase projet bénéficie aujourd’hui d’une maturité et d’un retour d’expérience suffisant pour affirmer que cette méthodologie apporte des avantages considérables pour la réalisation d’ouvrages «complexes» d’eau potable ou d’eaux usées, ou d’une manière générale à des bâtiments techniques.
La méthodologie BIM appliquée sur ce projet a clairement modifié les habitudes de travail des mandataires et du maître d’ouvrage. Au-delà de l’utilisation des modèles numériques 3D informés et documentés (modèle BIM), cette méthode a permis de mieux structurer les nombreux échanges d’informations et d’augmenter fortement la collaboration et donc son efficience. Dans ce sens, elle semble évidente pour des projets complexes tels que celui de Champ-Bougin, mais également pour des projets plus modestes.
Malgré l’expérience très positive du BIM sur ce projet, il est important de rappeler certains aspects qui auraient encore pu améliorer le projet:

  • Des entreprises et certains corps de métier sont encore réticents à l’utilisation de la méthode BIM.
  • Des efforts doivent être faits pour amener la méthode BIM au cœur du chantier.
  • La méthode BIM n’est pas une solution-miracle et une grande rigueur de chaque intervenant doit être exigée.

À l’image des travaux du VSA dans le domaine des eaux usées, une harmonisation de la branche serait souhaitable afin d’uniformiser l’utilisation de la méthodologie BIM au sein des projets d’eau potable (cahier des charges, contenu des maquettes, etc.).
Enfin, et même si le BIM en exploitation ne bénéficie pas d’une maturité similaire au BIM en phase projet, l’objectif final pour la Ville de Neuchâtel et Viteos est de bénéficier d’un dossier d’ouvrage exécuté sous la forme d’un modèle numérique informé et documenté (modèle BIM «as-built»). L’utilisation du modèle BIM en lien avec les outils d’exploitation (Gestion de Maintenance Assistée par Ordinateur – GMAO, etc.) pourra être réalisée dans un second temps.

Bibliographie

[1] SIA 2051 (2017): Building Information Modelling (BIM) – Bases pour l’application de la méthode BIM

[2] Mor, S. (2015): Quel business model pour un intermédiaire de l’innovation dans le contexte du BIM? DOI:10.13140/RG.2.1.4840.4089

[3] ISO 19650-1 (2018): Organisation et numérisation des informations relatives aux bâtiments et ouvrages de génie civil, y compris modélisation des informations de la construction (BIM) — Gestion de l’information par la modélisation des informations de la construction — Partie 1: Concepts et principes

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