Le SwissFEL, rendu possible grâce au BIM




Le bâtiment futuriste qui abrite l'accélérateur linéaire de particules SwissFEL, est une merveille de technologie BIM.  Le SwissFEL, qui fait partie du Paul Scherrer Institut, est un laser à électrons libres (FEL) qui peut produire assez d'énergie cinétique pour générer un rayonnement électromagnétique. L'accélérateur de particules sert à capturer un rayonnement électromagnétique qui dure au maximum 60 femtosecondes et rend ainsi visible la structure et la dynamique due la matière. Une révolution pour la science mais également pour l'architecture.

Défis uniques

La technologie de pointe, comme l'accélérateur de particules du célèbre CERN, les réacteurs de fusion nucléaire Wenderstein 7-X ou ITER - le bâtiment où ils se trouvent a d'ailleurs été conçu par un utilisateur de Vectorworks Rudy Riccioti - sont de véritables défis technologiques. Cependant, l'endroit où ils sont stockés est souvent conçu de manière assez simple : une grande ou longue boite, de préférence en béton, ou dans le cas du CERN, un long tunnel circulaire.

Cette remarque ne vaut pas pour le SwissFEL, que les architectes de IttenBrechbühl AGont transformé en énorme défi tant au niveau technique que paysager. Heureusement, le bureau Vectorworks avait déjà fait ses preuves à l'occasion de pas mal de projets ambitieux. Du siège social plein d'élégance de Swatch/Omega, conçu en collaboration avec Shigeru Ban à l'imposant hôpital AZ Groeninge à Courtrai, les projets de IttenBrechbühl AG nous frappent toujours par la qualité d'intégration de la technique et du design. Toutes ces créations sont à l'actif des plus de 300 collaborateurs du bureau, présents dans un peu plus de 17 pays.

La taille réduite du SwissFEL constituait une des obstacles les plus importants. Les autres lasers à électrons libres mesurent au moins 3 kilomètres de long alors que la taille du SwissFEL n'est que de 740 m. Cette décision, basée sur des considérations budgétaires, exige un projet d'une plus grande précision pour que l'efficacité de l'appareil de haute technologie soit garantie. Cette précision a été atteinte au moyen d'une technologie de modélisation moderne et de différentes équipes qui se sont concentrées chacune de leur côté sur la conception, le développement et la construction de cet architecture ingénieuse en acier.

En grande partie financée par le gouvernement suisse, le projet SwissFEL a imposé aux architectes, et également aux scientifiques, des choix d'implantation assez contraignants. Pour recevoir l'approbation de ce même gouvernement, le projet devait former un ensemble harmonieux avec le paysage environnant. L'équipe a donc choisi une solution radicale : le projet a été en partie enterré et le reste, dissimulé par une colline artistique. Elle a ainsi garanti la tranquillité des animaux de la forêt.

Tolérance et précision

Une fois l'approbation obtenue pour le plan élargi d’intégration dans l'environnement, les architectes se sont penchés sur la précision et la tolérance du processus de conception du SwissFEL. Les ingénieurs et les concepteurs ont collaboré étroitement pour la planification du bâtiment physique et de l'accélérateur de particules : la construction sert en effet à abriter l'accélérateur et l'appareillage annexe.

L'équipe du projet a dû justifier et mettre à profit chaque millimètre de la construction pour adapter un bâtiment de 740m à ce laser à la pointe de la technologie. De plus, les architectes avaient droit à une marge d'erreur particulièrement mince. Vu les exigences spécifiques pour la stabilité de la température du SwissFEL, l'équipe a dû porter énormément d'attention aux plans CVC (chauffage, ventilation et climatisation) ainsi qu'à l'épaisseur des murs.

Mais cela a donné lieu à d'autres problèmes, car les vibrations de l'installation CVC pouvaient avoir une influence sur le bon fonctionnement de l'accélérateur. La solution ? Construire un tunnel reliant le laser au reste du bâtiment via un percement dans le béton. L'équipe a même tenu compte de l'activité sismique et de la courbure de la Terre (en effet, une telle longueur fait que le sol n'est pas parfaitement horizontal tout le long du bâtiment) pour assurer un fonctionnement optimal de l'accélérateur. Pour atteindre une certaine précision, la plaque de béton a été posée sans les joints habituels de dilatation et de désolidarisation . Un exploit, sans aucun doute.

Équipes hétéroclites

La participation de plusieurs équipes à la conception de la superstructure du SwissFEL ne leur a pas facilité la tâche. Voici un bref aperçu des responsabilités de chaque équipe : 

  • Pas moins de 10 architectes d'IttenBrechtbühl AG composaient l'équipe de planification. Ils ont travaillé dans Vectorworks à la conception du modèle 3D, à la création des dessins et des plans 2D ainsi qu’à la réalisation du plan d'exécution BIM. Malgré leur expertise, l'équipe a dû consulter pas mal de conseillers extérieurs : un ingénieur civil qui a calculé l'épaisseur des plaques de béton pour minimiser les risques d'apparition de fissures dans une construction sans joints de dilatation, ainsi que de nombreux experts dans le domaine de la ventilation, de la physique de construction, de la géologie, de la plomberie, de la géométrie, de l'électricité et de la prévention des incendies.
  • L'équipe de construction comptait également plusieurs spécialistes. Alpiq était responsable de l'électricité, des installations CVC et donc, par conséquent, de la stabilité de la température du bâtiment. L'entreprise de terrassement Eberhard a creusé une énorme tranchée pour le SwissFEL. Et enfin, Specogna a coulé le béton pour la superstructure.
  • Les efforts fournis par les équipes de planification et de construction ont soutenu le travail des ingénieurs du SwissFEL qui ont conçu l'accélérateur à l'aide de CATIA, un logiciel de modélisation utilisé principalement pour la navigation aérienne et spatiale, la construction navale et d'autres secteurs de construction. L'équipe d'ingénieurs a tenu les équipes de planification et de construction au courant de leur travail pour optimaliser la conception du bâtiment qui abriterait cet accélérateur.

BIM en pratique.

Il apparait clairement que le processus de planification et de conception du SwissFEL était loin d'être une sinécure. Toutes les personnes concernées ont pris de temps d'effectuer des recherches approfondies afin d'obtenir le plus d'informations possible sur l'accélérateur et son emplacement.

Contrôler et rassembler ensuite rationnellement toute cette documentation n'aurait jamais été possible sans des flux de production BIM. Les architectes de IttenBrechtbühl AG étaient déjà familiarisés avec BIM : en effet, ils avaient déjà achevé, certes dans un environnement 2D, de nombreux projets de laboratoire. Cependant, de nombreux spécialistes externes n'étaient pas habitués aux flux de production BIM et ont d'abord dû approfondir cette technologie avant de pouvoir débuter leurs propres tâches.

Au cours du processus de préparation, les équipes ont dû décider quel logiciel elles souhaitaient utiliser pour le processus de modélisation. Passer à un nouveau logiciel pour un projet de cet ampleur n'est pas toujours chronophage mais cela augmente le risque d'erreurs. C'est pourquoi chaque équipe impliquée dans la conception, le développement et de la construction du bâtiment du SwissFEL a privilégié sa maîtrise personnelle à la facilité d'utiliser un seul programme de conception. Cela voulait dire que tout le monde travaillerait avec le même logiciel.

Pour rendre possible la collaboration entre les différentes parties et respecter leurs préférences respectives en matière de logiciel, elles ont eu recours à un flux de production openBIM, centrée sur le format de fichier IFC (Industry Foundation Classes).

Quand le BIM prend trop de place

Le niveau élevé de détail pour la construction réussie du SwissFEL a été problématique à de nombreux niveaux. Les fichiers de projet étaient en effet tellement volumineux qu'ils ont rendu difficile son processus de conception.

Comme toujours dans un projet openBIM, les architectes de IttenBrechtbühl AG souhaitaient consolider et contrôler les parties du projet à l'aide d'un outil de gestion BIM. De cette façon, ils pensaient détecter de potentiels manquements dans le projet et vérifier si le modèle respectait toutes les conventions établies entre les équipes. Cependant, télécharger tous les fichiers dans le célèbre Solibri Model Checker s'est avéré impossible : les fichiers de projet étaient en effet trop volumineux et trop détaillés.

Les architectes ont résolu ce problème en exportant leur modèle digital à partir de Vectorworks vers le bon format de fichier (Parasolid X_T) et en le transférant au bureau d'ingénieurs pour repérer des conflits manuellement dans CATIA. En extrayant les dessins 2D des projets 3D, ils ont passé en revue chaque détail du bâtiment, ils ont examiné soigneusement chaque élément tous ensemble et ont comparé le tout avec ce qu'exigeait l'accélérateur de particules.

Une fois le bâtiment virtuel terminé, un nouveau problème est survenu au moment de débuter la construction en tant que telle : la conversion de modèles 3D en plans de construction 2D a donné des résultats quasi illisibles.

Ils contenaient simplement trop d'informations pour en faire des documents 2D clairs. Le problème a été résolu lorsque l'équipe a décidé de diviser le plan en morceaux plus faciles à manipuler. Ainsi, les modèles 3D, riches en informations, ont pu être traduits en plans de construction déchiffrables.

Pour augmenter la lisibilité des plans, il a été décidé d'utiliser l'interprétation suisse du Level of Development (LOD) Specification for Building Information Models. Il s'agit d'une norme grâce à laquelle les architectes, ingénieurs et entrepreneurs sont en mesure de spécifier et de formuler le contenu et la fiabilité du BIM en différentes phases du processus de conception et de construction. Elle permet aux différents partenaires du processus de construction de ne voir que les informations détaillées qui sont importantes pour leur spécialité.

Expériences d'apprentissage

  • Le SwissFEL a suscité beaucoup d'interrogations chez tous les spécialistes concernés mais entretemps, le projet BIM s'est transformé en véritable modèle. Il a permis d'éclaircir les règles pour les projets de construction de grande envergure impliquant plusieurs parties. Ces règles mettent l'accent sur l'organisation des équipes de planification, sur les restrictions et les libertés de travail avec différents spécialités au sein d'une même structure ainsi que sur l'importance d'un niveau de détail décrit de façon claire.
  • Les meilleurs flux de production BIM sont les plus flexibles. Lors de la conception du bâtiment du SwissFEL, les architectes et les concepteurs ont continué à bricoler leurs flux de production jusqu'à atteindre les objectifs fixés.
  • Travailler dans les flux de production BIM a renforcé les équipes de planification et de construction ainsi que leur collaboration. Elles ont pu travailler avec des spécialistes qui ont été à même de réaliser leur meilleur travail dans le logiciel qui leur était familier. Grâce à l'openBIM, tous les modèles correspondaient parfaitement entre eux et les participants ont pu en extraire des plans de construction réussis.
  • Dans un environnement de projet impliquant plusieurs parties, le niveau de détail idéal doit être continuellement surveillé. Dès le début, toutes les parties doivent savoir quelles données sont nécessaires pour éviter tout manque ou surplus de documentation et garantir une collaboration openBIM réussie.  
  • Chaque phase du développement SwissFEL a vu travailler une grande équipe d'architectes, de scientifiques, d'entrepreneurs, d'experts en durabilité et d'autre professionnels. Et grâce à l'utilisation de techniques réactives pour des modèles virtuels, le processus de détection des conflits a été rationalisé et le risque d'erreurs graves a été grandement diminué.

Dès le départ, les parties concernées étaient toutes convaincues de l'importance d'un flux de production BIM - une conviction qui n'est sortie que renforcée de ce projet. Le succès du SwissFEL est la meilleure preuve qu'un flux de production openBIM complet et flexible est crucial pour un projet de cette ampleur.

Ce texte est une traduction adaptée de l'article d'origine d'Andreas Jöhri à laquelle ont été ajoutées des informations issues de la présentation de IttenBrechtbühl AG à l'occasion du Vectorworks Design Summit 2015 à Philadelphie.

Vous trouverez plus d'informations au sujet du BIM avec Vectorworks sur le site bim.vectorworks.be

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