Usages et interactions de la simulation 4D synchrone comme support collaboratif à la prise de décision en Architecture, Ingénierie et Construction – 4DCollab

La méthode est organisée autour de trois phases:
* La première phase «Identification des usages initiaux et novateurs de la simulation collaborative 4D« sera étudiée selon différentes dimensions:
- Économique, à travers une revue de la littérature et l'état des connaissances sur la valeur commerciale des pratiques émergentes 4D dans le secteur de l'ingénierie architecturale et de la construction,
- Technique, en inventoriant les techniques d'interaction existantes et opérationnelles exploitant les interfaces utilisateur naturelles et qui peuvent être utilisées de manière synchrone par plusieurs participants,
- Théorique, en interrogeant les méthodes centrées sur l'utilisateur de la conception IHM pour proposer une méthode d'ergonomie prospective adaptée à l'identification de l'interaction innovante dans l'activité collaborative synchrone,
- Professionnelle, en interrogeant les acteurs de la profession sur leurs pratiques collaboratives de la gestion du temps dans leur projet,
- Expérimentale, avec l'observation d'une application contextuelle collaborative à l'aide de l'outil de simulation 4D existant dans les projets AEC réels,
- Créative et innovante, en identifiant les usages innovants 4D sur les nouveaux supports interactifs naturels avec l'utilisation d'une méthode d'ergonomie prospective adaptée.
* La deuxième phase est la production d'un prototype expérimental. Le développement de ce nouvel outil collaboratif sera basé sur les spécifications fonctionnelles et techniques écrites à partir de scénarios. Il sera développé en utilisant un processus itératif et incrémental et impliquant des concepteurs de scénarios qui joueront le rôle de futurs utilisateurs des outils.
* La dernière phase consiste à valider les usages de 4D dans les phases de conception collaborative en mettant en œuvre une expérience avec des acteurs réels et un véritable projet et le prototype développé.

Suite à l’identification d’usages de la modélisation 4D BIM par une série d’enquêtes et d’interviews et la découverte de nouvelles fonctionnalités issues des séances de créativités, le projet s’est concentré sur : 1) La formulation d’une ontologie qui étend le standard IFC. 2) Le développement d’une plateforme collaborative intégrant un serveur 4D BIM. 3) Deux clients interactifs dédiés à la manipulation interactive et collective de ces modèles. Les deux clients 4DToolNavigation et 4DToolDecision ont été conçus et développés à l’aide d’une approche centrée utilisateur. Le premier permet la simulation interactive du modèle 4D, le second permet la prise de décision collective suite à une simulation. Par ailleurs, les travaux ont permis la soutenance d’une thèse dans laquelle une approche alternative a été proposée et qui repose sur les principes du « lean construction ». Ces principes ont été mis en œuvre dans un outils prototype de suivi de chantiers basé sur la 4D.

La démarche méthodologique supportant ce travail a fait ses preuves, et les résultats obtenus sont tout à fait satisfaisants. Cependant, des verrous restent à franchir pour porter ces développements sur le terrain dans les mains de professionnels. Les prototypes réalisés et expérimentés ne sont qu’une étape, et devront être consolidés en tant qu’outils à proprement parler, ou intégrés dans des outils existants. Par ailleurs, une application plus large aux méthodes de gestion de la construction est envisagée par l’équipe, notamment en support aux pratiques de lean management. En matière d'utilisabilité des systèmes interactifs pour les utilisateurs du domaine de la construction, les résultats sont très pertinents en lien avec la 3D+Temps. De nouvelles formes d’interaction ont été explorées et documentées répondant aux idées exprimées par les utilisateurs durant les séances de créativité, et ouvrant la porte à de futures implémentations dans les systèmes existants. Scientifiquement, l’approche Sémantique Web pour la gestion des données est particulièrement porteuse, et ouvre de nombreuses pistes de développement pour de futures recherches. Elle est par contre encore trop peu efficace pour une implémentation dans systèmes commerciaux, et une attention particulière sera portée aux développements futurs.

Boje, C.; Bolshakova, V.; Guerriero, A.; Kubicki, S.; Halin, G. Semantics for linking data from 4D BIM to digital collaborative support. Front. Eng. Manag. 2019.

Bolshakova, V.; Guerriero, A.; Carvalho, H.; Halin, G. Collective Decision-Making with 4D BIM: Collaboration Group Persona Study. In: Advances in Informatics and Computing in Civil and Construction Engineering. Springer International Publishing, Cham 2019, 455–462.

Boje, C.; Kubicki, S.; Guerriero, A. A 4D BIM System Architecture for the Semantic Web. In Proceedings of the 18th International Conference on Computing in Civil and Building Engineering. January 2021.

Bolshakova, V.; Halin, G.; Humbert, P.; Boton, C. Digital synchronous collaboration workspace and 3D interactions for an AEC project. Decision-making scenario evaluation. In: Cooperative Design, Visualization, and Engineering : 14th International Conference, CDVE 2017, Sep 2017, Mallorca, Spain. 168-176.

Présentation des résultats : youtu.be/ErkIHeDV8dc

La modélisation 3D sémantique grâce aux outils de CAO orientés métiers facilite la réalisation des tâches de conception en Architecture et Ingénierie de la construction. Les pratiques et usages du BIM « Building Information Modelling » permettent un enrichissement des modèles 3D sémantiques par des informations utiles à la mise en oeuvre, aux évaluations, des processus de conception et de construction. L’usage de la modélisation 4D (i.e. 3D + temps), intégrant des phases de modélisation sémantique 3D et d’enrichissement temporel, permet de simuler les étapes de construction d’un bâtiment en associant les tâches de construction des éléments du bâtiment à leur visualisation en 3D. Cependant l’industrie de la construction n’a pas encore vraiment intégré toutes ces nouvelles pratiques dans ses processus de travail. Il est reconnu par la communauté scientifique que l’usage des technologies 4D apportent une aide à la prise de décisions durant la phase de pré-construction et dans le suivi de la construction. Cette technologie est cependant peu connue. De nombreux articles de recherche affirment que la simulation 4D améliore la qualité des collaborations entre les concepteurs avant et pendant la phase de construction. Mais ceci n’est démontré que par quelques analyses empiriques. De plus la collaboration est difficile lorsque la simulation 4D est employée par un groupe de concepteurs utilisant des ordinateurs portables : les écrans sont petits, les interactions de type clavier/souris avec les modèles 4D restent délicates lors de sessions collaboratives synchrone. La valeur ajoutée aux pratiques métiers apportée par l’intégration de la modélisation 4D (3D et temps) pour établir le planning des tâches de construction demande encore à être démontrée. Le projet de recherche « 4DCollab » se donne comme objectif d’analyser la pratique et l’usage collaboratif de la 4D durant la phase de pré-construction et d’évaluer son apport aux projets de construction. Le premier objectif du projet est d’identifier et de comprendre les pratiques émergentes de collaboration utilisant à la fois la modélisation sémantique 3D et le temps pendant la phase de pré-construction et d’en mesurer l’apport en valeur et en qualité sur le projet. En second lieu il prévoit d’identifier et de définir des usages et interactions innovantes avec des modèles 4D à travers des dispositifs adaptés (table et mur tactile) dans une démarche d’ergonomie prospective. Troisièmement, ces nouvelles interactions dédiées aux usages de la 4D seront spécifiées et intégrées à la plate-forme collaborative synchrone « Shariiing » de la société Immersion. Le développement itératif de ce prototype permettra de mettre au point ces nouvelles techniques d’interaction orientée vers la manipulation collective et synchrone de modèles 4D. Deux expérimentations de ce système en phase de pré-construction d’un projet réel sont envisagées : la première avec notre partenaire industriel français, la seconde avec notre partenaire industriel luxembourgeois. A l’issue de ces deux expérimentations, il s’agira d’évaluer l’utilisabilité des techniques d’interactions innovantes mises en oeuvre mais également la valeur ajoutée de ces usages et pratiques de la 4D au sein d’un projet de construction. Elles permettront également de questionner l’articulation des méthodologies centrées utilisateurs dans une démarche d’ergonomie prospective. Des publications scientifiques diffuseront les résultats à la communauté de recherche en construction et en IHM. Des communications sectorielles dans des conférences et vers les professionnels de la construction sont prévues. Notre partenaire industriel, Immersion, leader européen dans conception de technologies 3D immersives et collaboratives et pour ce projet un partenaire privilégié pour la diffusion sectorielle des résultats de ce projet.