Digital Twins : comment les modèles de bâtiments virtuels créent une valeur ajoutée durable

Un Digital Twin, ou jumeau numérique, est une réplique virtuelle exacte d’un objet réel – dans ce cas, un bâtiment ou une infrastructure. À l’aide de capteurs IoT, de données volumineuses et d’intelligence artificielle, un bâtiment physique est surveillé en permanence et ses données sont transférées en temps réel dans un modèle numérique. Le résultat est une image virtuelle qui reproduit tous les détails et conditions du bâtiment réel, offrant ainsi des informations précieuses pour la planification, l’utilisation et la maintenance.

Détail intéressant: l’idée des jumeaux numériques est née à l’origine dans l’industrie aérospatiale, où des modèles virtuels étaient utilisés pour surveiller et analyser les avions. Aujourd’hui, cette technologie fait son entrée dans le secteur de la construction et de l’immobilier, où elle promet des effets de transformation similaires.

Les jumeaux numériques reposent sur des technologies sophistiquées qui collectent et traitent des données précises et continues sur l’état et l’utilisation d’un bâtiment.

IoT (Internet of Things)

Les appareils IoT, tels que les capteurs et les actionneurs, collectent en permanence des données sur la température, l’humidité, la consommation d’énergie et bien plus encore. Ces données sont collectées en temps réel et transférées dans la maquette numérique, ce qui permet de surveiller le bâtiment en temps réel.

Big data et analyse des données

Les énormes quantités de données générées par les appareils IoT doivent être stockées et analysées. C’est là qu’intervient le Big Data, qui permet de structurer et d’évaluer ces données. L’analyse de ces données fournit des informations importantes sur l’état et l’efficacité du bâtiment.

L’intelligence artificielle (IA)

L’IA joue un rôle central dans l’analyse des Big Data. Les algorithmes d’apprentissage automatique permettent d’identifier des problèmes potentiels tels que la nécessité d’une réparation ou une utilisation inefficace de l’énergie et de faire des prévisions pour optimiser l’utilisation du bâtiment.

Cloud computing

Étant donné que les Digital Twins sont des modèles de données à grande échelle, il est essentiel de disposer d’une infrastructure performante pour le stockage et le traitement des données. Le cloud offre l’espace de stockage et la puissance de calcul nécessaires et permet en outre une collaboration intersites.

Exemple pratique: Dans un projet de construction innovant à Londres, un nouveau complexe de bureaux utilise l’IdO et l’IA pour surveiller la consommation d’énergie et les besoins de maintenance. Les données collectées sont stockées dans le cloud et analysées quotidiennement, ce qui a permis de réduire la consommation d’énergie de 15 %.

Les jumelles numériques sont largement utilisées dans le secteur de la construction et de la gestion des bâtiments. Ils permettent une planification précise, facilitent la surveillance des travaux et contribuent à l’efficacité et à la durabilité à long terme du bâtiment.

Phase de planification

Un Digital Twin peut être créé dès la phase de planification d’un projet de construction. Les architectes et les ingénieurs utilisent la maquette numérique pour réaliser des simulations et voir comment le bâtiment réagit à différentes influences. Cela peut aider à minimiser les erreurs de construction et à maximiser l’efficacité de la conception dès la phase préliminaire.

Exécution et suivi de la construction

Pendant la phase de construction, le jumeau numérique offre une surveillance continue du chantier. Des capteurs IoT collectent des données sur l’avancement, la consommation de matériaux et d’autres paramètres pertinents. Les écarts par rapport au plan peuvent ainsi être détectés et corrigés à temps. Les jumeaux numériques permettent également d’améliorer la sécurité sur le chantier, car les risques potentiels sont identifiés à un stade précoce.

Gestion des installations et maintenance

Après l’achèvement d’un bâtiment, le jumeau numérique est utilisé pour la gestion des installations. Les données collectées permettent de surveiller l’état des éléments du bâtiment et de planifier les travaux de maintenance de manière proactive. Le jumeau numérique garantit que le bâtiment est utilisé efficacement et que les coûts d’exploitation sont réduits à long terme.

Exemple pratique: un hôpital de Munich a utilisé des jumeaux numériques pour gérer plus efficacement la climatisation et le système de chauffage. Le contrôle en temps réel de la température et de la qualité de l’air a permis de réduire la consommation d’énergie de 20 % et d’optimiser le climat intérieur pour les patients et le personnel.

Les jumeaux numériques offrent un certain nombre d’avantages, mais ils présentent également des défis et des obstacles, principalement liés à la mise en œuvre et à la protection des données.

Avantages

1. Précision et efficacité: la reproduction exacte du bâtiment et la surveillance en temps réel permettent d’utiliser les ressources de manière optimale et de détecter les erreurs à un stade précoce.
2. Réduction des coûts: La maintenance proactive et l’optimisation de l’utilisation du bâtiment permettent de réduire les coûts de réparation et d’exploitation.
3. Amélioration de la durabilité: les jumeaux numériques favorisent une construction économe en ressources et respectueuse de l’environnement, car les matériaux et l’énergie sont utilisés plus efficacement.
4. Sécurité accrue: les jumeaux numériques rendent les risques visibles à un stade précoce, ce qui augmente la sécurité sur les chantiers et dans l’exploitation des bâtiments.

Défis

1. Coûts de mise en œuvre élevés: l’introduction d’un jumeau numérique nécessite des investissements importants en matériel, en logiciels et en formation.
2. Complexité: la mise en œuvre et l’utilisation d’un jumeau numérique sont complexes et nécessitent un savoir-faire technique spécifique.
3. Sécurité des données: étant donné qu’une grande quantité de données est collectée et stockée, des mesures de sécurité sont nécessaires pour protéger les informations sensibles.
4. Évolutivité: l’effort nécessaire à la création et à la maintenance d’un jumeau numérique peut être un défi pour les bâtiments très grands ou anciens.

Avis d’experts: selon une enquête de l’institut Fraunhofer, 65 % des entreprises du secteur de la construction considèrent les coûts élevés de mise en œuvre comme le principal obstacle à l’introduction de jumeaux numériques.

L’un des principaux avantages des jumeaux numériques réside dans leur contribution à la construction durable. Le contrôle et la surveillance précis des bâtiments permettent d’économiser de précieuses ressources et de réduire l’empreinte écologique.

Économie de matériaux

Dès la phase de conception, les jumeaux numériques permettent aux architectes de calculer précisément les besoins en matériaux, ce qui réduit la surproduction et le gaspillage de matériaux de construction.

Efficacité énergétique

Les jumeaux numériques permettent de contrôler avec précision la consommation d’énergie. Grâce à une surveillance continue des données, les systèmes de chauffage, de ventilation et de refroidissement peuvent être réglés de manière optimale. L’éclairage et la climatisation peuvent également être contrôlés en fonction des besoins, ce qui permet de réduire encore la consommation d’énergie.

Prolonger le cycle de vie

Les jumeaux numériques offrent la possibilité de surveiller l’ensemble du cycle de vie d’un bâtiment et de prendre des mesures de maintenance à un stade précoce. La maintenance prédictive permet d’éviter les dommages et d’augmenter la longévité des éléments de construction.

Projets de construction durable: Un grand immeuble d’habitation à Zurich utilise des jumeaux numériques pour optimiser la consommation d’énergie et réduire les émissions de CO₂. Grâce à un contrôle intelligent du chauffage et de la ventilation, le bâtiment économise chaque année 18 % de ses coûts énergétiques.

Le développement des jumeaux numériques progresse et offre des approches prometteuses qui continueront à transformer l’industrie de la construction.

1. Intégration de la réalité virtuelle et de la réalité augmentée: l’association de jumeaux numériques avec la RV et l’AR permet de faire l’expérience de projets de construction dans un environnement virtuel dès la phase de planification et de tester les décisions de conception.
2. Gestion autonome des bâtiments: à l’avenir, des jumeaux numériques contrôlés par l’IA pourraient gérer les bâtiments de manière autonome, par exemple en contrôlant le chauffage et l’éclairage en fonction de l’occupation.
3. Mise en réseau mondiale: les jumeaux numériques pourraient être mis en réseau dans le monde entier, améliorant ainsi l’efficacité et la durabilité de villes et de régions entières.

Perspectives d’avenir: La municipalité de Singapour travaille sur un projet visant à créer une copie numérique complète de la ville afin de surveiller et d’optimiser le développement urbain, les infrastructures de transport et la pollution en temps réel.

Les jumeaux numériques sont l’une des technologies les plus prometteuses dans le secteur de la construction et de l’immobilier. Ils permettent une planification précise, améliorent l’efficacité et favorisent une gestion durable des bâtiments. Les entreprises qui investissent dans les jumeaux numériques s’assurent non seulement un avantage concurrentiel, mais apportent également une contribution importante à la durabilité. L’évolution progressive et les possibilités d’utilisation croissantes font des jumeaux numériques une technologie indispensable pour l’avenir de l’architecture et de la construction.

Pensée finale: les jumeaux numériques ne révolutionnent pas seulement les bâtiments, mais aussi la manière dont nous pensons les villes durables et intelligentes.

D’ailleurs, le logo du cinéma Blauer Stern brille sur la maison datant de l’époque des fondateurs, située dans la rue animée Hermann-Hesse-Straße à Berlin-Pankow, sans avoir changé depuis de nombreuses décennies. À l’intérieur, beaucoup de choses ont changé.