Colonne vertébrale des bâtiments intelligents

Pourquoi les bâtiments intelligents ont-ils besoin d’un jumeau numérique pour exploiter pleinement leur potentiel ?

Les bâtiments intelligents offrent de nombreux avantages. Mais quelles sont les technologies mises en œuvre ? En ces temps d’évolution ultrarapide, comment éviter l’obsolescence et permettre aux bâtiments de s’adapter aux nouvelles exigences qui émergent ? La gestion et l’exploitation efficaces des données constituent un facteur décisif pour assurer la pérennité des bâtiments. Le jumeau numérique (Building Twin) est à cet égard un concept essentiel pour répondre à ces impératifs qui s’imposent aux bâtiments intelligents.

La digitalisation permet aux bâtiments intelligents de mieux appréhender leur environnement et d’interagir avec leurs utilisateurs. Dans ce contexte, il importe de collecter et d’exploiter des données massives. « Par le passé, il s’agissait d’interconnecter quelques dizaines de points de données au sein d’un bâtiment. Aujourd’hui, les points de données se comptent par dizaines de milliers, voire par centaines de milliers », explique Andrea Hofmann, Product Manager, Building Twin, chez Siemens. Le volume de données exploitées enregistre aujourd’hui une hausse exponentielle.

 

Tous les événements survenant dans les bâtiments sont surveillés et enregistrés avec une grande précision : les systèmes de gestion, les équipements électriques et les milliers de capteurs installés dans chaque bâtiment fournissent des informations en continu sur le fonctionnement des installations techniques et sur l’état général du bâtiment. Ces informations sont exploitées afin de pouvoir économiser de l’énergie, améliorer le confort des utilisateurs à l’intérieur du bâtiment et leur offrir une sécurité maximale. Mais ce n’est pas tout. « Selon nous, dans quelques années, les bâtiments seront capables de s’adapter en toute autonomie aux besoins de leurs occupants », précise Andrea Hofmann. 

Le jumeau numérique d’un bâtiment jette un pont entre l’architecture, la configuration des équipements techniques et des capteurs installés dans le bâtiment, et les données qu’ils génèrent.
 Andrea Hofmann, Product Manager, Building Twin, chez Siemens

Connexion avec le monde réel

Jusqu’à présent, le développement de l’intelligence des bâtiments se heurtait à un obstacle de taille : un bâtiment est bien plus qu’un ensemble de systèmes et d’équipements techniques, avec des capteurs capables de collecter et de fournir des données utiles. Un bâtiment est constitué de murs et de parois physiques, d’une façade et de diverses structures reparties dans l’espace. L’aménagement intérieur varie fortement d’un bâtiment à l’autre. En bref : un bâtiment, c’est avant tout un objet physique, et non pas une séquence de zéros et de uns. La question est donc de savoir comment traduire les informations physiques dans un langage parlé par les capteurs et les actionneurs, et dans un langage compris par une machine.

 

Lors de la dernière décennie, un nombre croissant de bâtiments ont été conçus par voie numérique.  En effet, la modélisation des données des bâtiments (BIM - Building Information Modeling) a permis de numériser la conception et la construction des bâtiments. Ces modèles informatisés ont ouvert la voie aux doubles numériques. La création d’un jumeau numérique permet de concevoir et d’optimiser tous les aspects de la construction d’un bâtiment, avant même la pose de la première pierre. Le jumeau numérique est une version étendue de la maquette numérique intégrant l’ensemble des données structurelles statiques, notamment la dimension et la position exacte des pièces, des fenêtres, des câbles, des tuyaux, des équipements techniques et des capteurs.

Jumeau numérique pour la phase d’exploitation des bâtiments

L’émergence des jumeaux numériques pour les bâtiments permet-elle de résoudre le problème de la lisibilité des données par des machines ? Oui et non. Les modèles numériques conçus avec des outils BIM permettent de créer de la valeur ajoutée lors de la conception et de la construction d’un bâtiment. Toutefois, ces modèles numériques sont généralement conçus pour répondre aux seuls impératifs de conception et de construction. « Si vous souhaitez un double numérique permettant d’optimiser l’exploitation du bâtiment, il faut disposer de données en plus grand nombre, sous une forme lisible par une machine », explique Andrea Hofmann. À l’avenir, les maîtres d’ouvrage et les investisseurs immobiliers devront bénéficier d’un jumeau numérique dès la phase de conception pour pouvoir exploiter le potentiel d’amélioration du bâtiment lors de son exploitation. 

L’émergence des jumeaux numériques présente de nombreux avantages. « Sur l’ensemble du cycle de vie d’un bâtiment, près de 80 % des coûts sont générés lors de la phase d’exploitation », souligne Andrea Hofmann. « C’est donc précisément cette phase de la vie d’un bâtiment qui offre le plus fort potentiel d’économies. »

 

Pour exploiter ce potentiel, Siemens s’est attaché à développer un concept de modèle numérique optimisé pour la phase d’exploitation du bâtiment. L’objectif est de créer une représentation numérique du bâtiment capable de combiner les données dynamiques, notamment celles générées par les équipements techniques, avec les données structurelles statiques du bâtiment. « Le jumeau numérique jette un pont entre l’architecture du bâtiment, la configuration des équipements techniques et des capteurs installés, et les données qu’ils génèrent », conclut Andrea Hofmann. 

Connaissance approfondie

Cette combinaison de données statiques et dynamiques permet d’étendre les possibilités de développement de nouvelles applications. Ainsi, les responsables des services généraux et des équipements (facility managers) peuvent non seulement identifier les dysfonctionnements, mais ils peuvent également localiser précisément les non-conformités dans le bâtiment et les analyser directement à l’écran, ce qui permet d’accélérer nettement l’élimination des défauts, mais aussi de mettre en œuvre une maintenance prédictive.   

 

Désormais, le bâtiment intelligent ne sait pas seulement combien de personnes sont présentes dans le bâtiment, mais il sait également où ils sont précisément. Cette connaissance approfondie permet de placer l’utilisateur au cœur des processus : éclairage, chauffage, climatisation peuvent être ajustés aux besoins effectifs et aux préférences personnelles des usagers.  

La manière dont les données sont interconnectées dépend de l’application mise en œuvre et du bénéfice attendu de leur exploitation.
 Andrea Hofmann, Product Manager, Building Twin, chez Siemens

L’analyse des données d’utilisation d’un bâtiment sur une certaine durée permet d’identifier les espaces rarement utilisés. Cette information peut être mise à profit pour planifier les heures de ménage dans les différentes zones d’un bâtiment. L’information peut également être utilisée pour réaménager certains espaces ou pour revoir l’utilisation qui en est faite.   

 

Ce sont là quelques exemples d’application. Le jumeau numérique présente l’avantage de permettre une exploitation ciblée des données pour répondre précisément aux attentes et aux exigences des usagers du bâtiment. « La manière dont les données sont interconnectées dépend de l’application mise en œuvre et du bénéfice attendu de leur exploitation », précise Andrea Hofmann. Cette approche se caractérise par son ouverture et sa pérennité : de nouvelles applications peuvent être développées à tout moment, en toute simplicité.

L’ensemble des données rassemblé en un même lieu

Le concept de jumeau numérique ne déploie son plein potentiel que si toutes les données relatives au bâtiment sont collectées et diffusées depuis un même lieu de stockage. Le jumeau numérique fonctionne donc comme une base de données centralisée dans laquelle toutes les informations sont stockées, évitant ainsi le stockage et la gestion des informations dans différentes bases de données dédiées à des applications spécifiques, comme c’est généralement le cas aujourd’hui. Ainsi, le jumeau numérique constitue le référentiel de données (« single source of truth » ou SSOT) pour l’ensemble du bâtiment. Il est une source fiable et facile d’accès pour l’ensemble des informations relatives à un bâtiment. Le jumeau numérique est la colonne vertébrale des futurs bâtiments intelligents.

06/04/2020

Crédit photographique : Siemens AG

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