Matière communicante au service du BIM – McBIM

Outre les lots de travaux dédiés à la gestion et aux spécifications, le projet McBIM est principalement composé de trois lots de travaux scientifiques (WP2 à WP4) et d'un lot de travaux technique (WP5). Chaque lot de travaux scientifique est consacré à des problématiques liées à l'un des trois principaux domaines scientifiques abordés par le projet McBIM, à savoir le développement de nœuds de capteurs sans fil basse consommation, la gestion de la collecte de données WSN et l'interopérabilité avec le BIM. Le dernier lot de travaux, WP5, est celui relatif aux expérimentations et aux tests in situ. Quatre prototypes de laboratoire (PRO1 à PRO4) ont été développés, et un dernier, INT1, correspond à leur intégration.

Le projet McBIM a débouché sur des solutions innovantes comme une architecture hybride de nœuds de capteurs éco-efficients pour le béton armé, des algorithmes de collecte de données éco-efficaces et une ontologie spécifique au projet. Le partenaire industriel 360SC a pu étendre ses offres pour proposer des services innovants de gestion et de suivi des données basés sur le BIM. Dans le cadre ce projet, le LAAS-CNRS a développé des collaborations avec le LMDC de Toulouse et l'Université de Cambridge, Royaume-Uni. Le CRAN a commencé à collaborer avec le LS2N de Nantes.

Plusieurs perspectives sont envisagées. Comme mentionné, A. ROXIN (LIB) est impliqué dans plusieurs comités et actions de normalisation, au niveau national et international. En lien avec ces différents travaux, plusieurs perspectives ont été ouvertes par le projet ANR McBIM. Au niveau national, l'ontologie McBIM développée dans le cadre du WP4 permettrait d'intégrer les résultats de groupes de travail tels que le GT Maçonnerie. Il s'agit de la spécification selon la norme expérimentale PP-BIM (XP P07-150) de plusieurs objets et propriétés pour le domaine de la maçonnerie, produite dans le cadre du Plan BIM2022. Parmi les objets, ce sont en effet les objets en béton qui sont principalement visés, notamment les murs, escaliers, planchers ou balcons en béton. Au niveau international, l'ontologie ainsi créée pourrait être proposée comme une extension de la norme SML (semantic Modeling and Linking) produite par le CEN TC442 (prEN 17632-1:2021). Cette norme européenne spécifie une approche de modélisation des informations et des processus de construction à trois niveaux d'abstraction, utilisant les technologies du Web sémantique. Une première extension de cette norme a été votée au début de l'été 2022, et les travaux connexes débuteront plus tard cet été. Cette extension concernera les types de matériaux de construction et A. ROXIN fait partie du comité éditorial. FINAO/360SmartConnect s'intéresse également depuis longtemps aux blockchains. Elle prévoit ainsi de coupler l'architecture McBIM avec les blockchains et le développement de contrats intelligents, dédiés au transfert de propriété dans la construction.

David, M.; Derigent, W.; Loubet, G.; Takacs, A.; Dragomirescu, D. Communicating materials: Communicating concrete development for construction industry. IEEE Trans. Ind. Inform. 2024.

Roxin, W.; Abdou, W.; Derigent, W. Interoperable digital building twins through communicating materials and semantic BIM. SN Comput. Sci. 2022, 3 (1), 23.

Wan, H.; David, M.; Derigent, W. Energy-efficient chain-based data gathering applied to communicating concrete. Int. J. Distrib. Sens. Netw. 2020, 16 (8).

Loubet, G.; Takacs, A.; Dragomirescu, D. Implementation of a Battery-Free Wireless Sensor for Cyber-Physical Systems dedicated to Structural Health Monitoring Applications. IEEE Access: special section on cyber-physical systems. 2019, 7, 24679-24690.

En 2009, Le CRAN a débuté l’étude du concept de “matières communicantes”, qui sont des matériaux capable de communiquer avec leur environnement, capable de traiter, d’échanger de l’information et de stocker des données dans leur structure interne. De plus, ils ont aussi la capacité de capter des paramètres physiques de leur environnement ou de mesurer leurs propriétés internes. Ce concept a été appliqué au domaine de la construction et a conduit à un prototype basé sur un ensemble de tags RFID enfouis dans la structure du produit béton. Cependant, les tags RFID sont limités en mémoire et doivent être lus à courte distance. Parallèlement, les données et modèles issus du BIM (Building Information Modelling) sont très souvent cloisonnées dans les phases de conception du bâtiment, ne sont ni réutilisées ni accessibles pour les acteurs en aval de la conception. La proposition du projet McBIM (pour Matière Communicante au service du BIM) consiste en 1) concevoir un « béton communicant », fait de béton équipé avec un réseau de micro-nœuds de capteur enfoui, capable de générer et échanger des données avec des plateformes BIM et 2) de tester leur utilité sur deux phases du cycle de vie du bâtiment, qui sont la construction et l’exploitation (surtout pour faire de la surveillance de structures).
Construire ce béton impose de pouvoir lever les obstacles scientifiques sous-jacents qui sont a) la conception de communications sans-fil robustes, peu impactées par l’environnement béton, b) la définition de techniques innovantes de récupération d’énergie radiofréquence pour étendre la durée de vie des capteurs enfouis, c) la définition de nouvelles stratégies de gestion de données, permettant de contrôler comment les données (soit générée par les nœuds de capteurs, soit envoyées par les utilisateurs) sont disséminées dans le réseau de micro-nœuds de capteur, pour un enregistrement et une recherche des données rapides et fiables, d) la définition pour le béton communicant d’une interopérabilité BIM naturelle, basée sur le standard IFC, pour assurer une communication adéquate avec les plateformes BIM.
Le consortium McBIM est composé de 4 partenaires (CRAN, LE2I, LAAS, 360SC), qui regroupent à eux seuls toutes les compétences requises pour le succès du projet. McBIM se déroule sur 42 mois et est décomposé en 6 lots de travail, 2 dédiés à la gestion et aux spécifications du projet, 3 s’intéressant aux problématiques scientifiques énoncées précédemment, et un dernier concernant la fabrication de prototypes et les expérimentations sur sites.
Du fait de sa forte nature pluridisciplinaire, le projet McBIM espère avoir un large impact scientifique, en combinant les connaissances et techniques de ces disciplines pour trouver de nouvelles approches et créer des solutions innovantes pour des transmissions sans-fil robustes, des micro-nœuds adaptés aux environnements difficiles comme le béton, des nouvelles approches de gestion de données et une interopérabilité BIM dans un monde de bétons communicants. En accord avec le consortium, notre partenaire 360SC enrichira son offre de solutions avec les résultats exploitables du projet McBIM, afin d’offrir à ces clients de nouveaux services.