Générer des calculs thermiques à partir d’un modèle surfacique issu d’un IFC

Par Georg Hewelt, Responsable Produit Plancal nova, Trimble International

Les calculs thermiques relatifs à la réglementation thermique, les déperditions et les apports d’été constituent une base fondamentale pour la conception des installations techniques du bâtiment. Les choix d’équipements pour le chauffage, la climatisation et la ventilation vont dépendre directement des résultats. 

Les calculs thermiques font intervenir des paramètres dont certains sont directement issus de la maquette architecturale, contrairement aux calculs de dimensionnement des réseaux fluides dont les paramètres d’entrée sont entièrement spécifiables par l'ingénieur. De nombreux utilisateurs souhaitent optimiser la saisie du modèle thermique par la récupération de données depuis le modèle de l’architecte, ce rapidement et efficacement. 

L’émergence du BIM dans les projets de construction permet d’envisager la détermination d’un modèle thermique surfacique depuis une maquette architecturale. Le format d’échange IFC offre  à ce titre un échange standardisé des informations relatives à un modèle depuis un logiciel d’architecture vers un logiciel thermique.

Etat des lieux de la maquette architecturale

Pour savoir si un modèle architectural peut être interprété dans un modèle thermique, il est nécessaire de comprendre ce que l’architecte souhaite faire ressortir sur le modèle.

Lorsque les architectes élaborent leurs modèles dans une application, des critères tels que la visualisation 3D, les plans d’impression 2D, l’exploitation des quantitatifs et des métrés sont au premier plan. Ce qui signifie, dans la pratique, la modélisation d’éléments qui ne sont pas toujours pertinents pour l’établissement du modèle thermique surfacique (ex: mobilier, placards techniques, revêtement de sol, etc…). 

Par ailleurs, les paramètres importants pour les calculs thermiques ne sont pas systématiquement fournis de manière adéquate: par exemple le fait de considérer le vitrage et le boîtier de store d’une fenêtre de manière distincte peut s’avérer problématique dans le cadre d’un calcul d’apports d’été.

De plus, certaines règles d’usages relatives à la mise en place du modèle architectural vont à l’encontre du modèle thermique surfacique, par exemple lorsque plusieurs objets de murs sont utilisés par l’architecte pour modéliser un mur multicouches.

modele surfacique

A l’usage quotidien, une maquette architecturale n’est que partiellement adaptée à l’interprétation d’un modèle thermique.

Définition du modèle thermique surfacique

Quelles données peuvent être utilisées ? Les informations de base, telles que les volumes de locaux ainsi que les ouvertures correspondantes aux menuiseries peuvent être exploitées avec un taux de fiabilité élevé . Dans la mesure où le modèle thermique raisonne avec des surfaces, il n’est pas nécessaire de générer ces surfaces à partir des murs du modèle architectural, et bien souvent une interprétation des surfaces effectuée à partir des relations géométriques entre volumes de pièces sera le chemin le plus efficace pour générer le modèle surfacique. Les ouvertures correspondantes aux menuiseries, ainsi que les dimensions associées, seront reprises telles quelles.

plan surfacique

Il est important pour une bonne exploitation des informations relatives aux locaux que ces derniers soient renseignés correctement et affectés à l’étage du bâtiment correspondant.

Saisie tabulaire ou saisie à partir de la CAO ?

Deux approches sont communément admises pour la saisie du modèle thermique surfacique: une saisie tabulaire et une saisie depuis un environnement graphique. Les avantages d’une saisie graphique sont :

  • Gain de temps très significatif
  • Fiabilité de la saisie des métrés et des paramètres d’entrée de calcul
  • Comfort utilisateur, bonne vue d’ensemble 
  • Contrôle efficace et aisé des résultats de calcul 

La saisie graphique a également des inconvénients. Par exemple, certaines situations géométriques complexes ne pourront être correctement interprétées que dans la limite des possibilités de l’environnement graphique: ainsi, si une paroi sphérique ne peut être correctement modélisée dans l’environnement 3D, il ne sera pas possible d’en déduire la surface réelle pour les calculs.

En pratique il est nécessaire d’avoir recours à des outils spécifiques d’aide à l’utilisateur qui lui permettront d’ajuster son modèle thermique surfacique au cas par cas lors de difficultés particulières.

modele thermique

Enrichissement du modèle thermique

Dans le cadre d’une méthodologie de travail BIM, une maquette doit contenir tous les paramètres nécessaires. Toutefois et comme précisé précédemment, le point de vue de l’architecte se différencie fortement de celui de l’ingénieur : les données des caractéristiques physiques des matériaux ou encore des données techniques réglementaires relatives aux fenêtres ne sont, en règle générale, pas contenues dans les composants de la maquette architecturale, ou pas suffisamment qualifiée dans la perspective d’un calcul thermique. Le modèle thermique doit donc être enrichi  avec des données techniques spécialisées, ces données seront stockées et sauvegardées directement dans ce modèle, dont le thermicien gardera à la fois le contrôle, la responsabilité et la propriété tout au long de ses calculs.

Lors du processus d’enrichissement, le logiciel utilisé aura pour tâche de mettre à disposition à l’utilisateur une gamme d’outils  lui permettant de mettre efficacement en relation ses données techniques avec la maquette thermique surfacique, via des techniques d’analyse, de regroupement et de filtrage d’éléments.

maquette thermique surfacique

Gérer les modifications… mais comment ?

La gestion de modification est une tâche auquel le projeteur ou l’ingénieur sont quotidiennement confrontés. La plupart du temps, ces modifications viennent de la maîtrise d'oeuvre. Les réseaux fluides doivent alors être adaptés en conséquence, mais également les calculs thermiques. Dans l’objectif d’un travail le plus effectif possible, l’utilisateur devrait être mesure de juger, pour chacune des modifications, dans quelle mesure celle-ci aura une influence sur sa conception. 

La mise à disposition du modèle dans un environnement graphique permet une bonne réactivité face aux modifications. Puisque les locaux et composants associés sont générés à partir du modèle, les changements seront automatiques.

Si nécessaire, face à des modifications importantes un étage entier pourra être supprimé et redéfini de nouveau. 

Puisque le local (en tant qu’apporteur d’informations) est à tout moment automatiquement  actualisé lors de modifications du modèle thermique, les valeurs de consommation énergétique peuvent également faire l’objet d’une actualisation voire d’un nouveau dimensionnement.

Bien entendu, les résultats de calcul doivent pouvoir être représentés graphiquement. Grâce au lien direct entre le modèle thermique et les calculs, ces résultats peuvent être renvoyés puis visualisés directement dans le modèle thermique. Un avantage important est que ces résultats (données de calcul et paramètres associés) pourront ensuite être exploités pour d’autres procédés de calcul, comme par exemple des dimensionnement d'installations depuis le modèle.

Bilan

La plupart des modèles architecturaux actuels ne permettent pas dans la pratique une interprétation directe en vue de la création d’un modèle thermique surfacique. Néanmoins, ils représentent une base tout à fait exploitable par un logiciel spécialisé pour la génération de ce modèle thermique. L’interface IFC est à cet usage un format d’échange robuste et reconnu, et les évolutions constantes sur les échanges BIM font espérer des améliorations régulières sur le sujet.

La fréquence élevée des modifications relatives à la maquette architecturale signifie par ailleurs que la capacité de réaction et d’adaptation du logiciel en charge de l’interprétation du modèle thermique devient un enjeu crucial.