Qu'est-ce que le Scan 3D ?
Sommaire de l’article
- Introduction et aperçu historique – comment faisait-on avant le Scan 3D?
- Comment fonctionne le Scan 3D ?
- Comment se matérialise un nuage de points ?
- Que faire à partir d’un relevé au scan 3D ?
a) utiliser le nuage de points seul (visite virtuelle simple, pour la maintenance ou les acteurs du chantier, DOE)
b) modéliser à partir du nuage de points (Scan to BIM)
c) simuler et intégrer la maquette dans son futur environnement
Introduction au Scan 3D
Le SCAN 3D est une nouvelle technologie permettant de relever et numériser toute l’information d’un bâtiment existant, ou même d’un objet (mais chez DEFIBIM, ce qui nous intéresse, ce sont les bâtiments) – on parle ici des côtes mais également photos, volumes, etc.
Avec un faisceau laser et un miroir, et selon deux axes verticaux et horizontaux, le Scanner relève, rapidement, des millions de points ainsi que des photos. Le nouveau chouchou de notre bureau d’études BIM !
Mais avant de vous en dire plus, faisons un peu d'histoire : comment faisait-on avant le Scan 3D ?
La plus ancienne unité de longueur connue est la coudée de Nippur. Avant l’invention du mètre pendant la Révolution française, beaucoup d’unités de longueur étaient basées sur des parties du corps humain. Au Moyen-Age ou en Egypte Ancienne par exemple, le Maître d’Oeuvre utilisait la pige, règle de bois sur laquelle il inscrivait les mensurations de son pouce, sa paume, sa palme, son coude … Les ouvriers utilisaient ensuite une corde sur laquelle ils nouaient 13 noeuds correspondant à la mesure de référence de la pige (la fameuse corde à 13 noeuds), et qui permettait de mesurer les coudées, mais également calculer, contrôler les angles, etc.
La révolution scientifique qui démarre avec les travaux de Copernic de 1543 s’affranchit des étalons métalliques, dont la longueur varie avec la température, et lui préfèrent le système décimal. Au XVIIe siècle, les scientifiques envisagent la longueur du pendule battant la seconde comme étalon de longueur : le mot mètre est né, de l’italien « metro cattolico » signifiant en français « mesure universelle ». Cette définition est abandonnée lorsqu’il apparaît que la longueur du pendule change avec la pesanteur. En 1789, avec la Révolution Française, le désir d’unifier les mesures s’affirme : le mètre est né et défini comme la dix-millionième partie de la méridienne passant par Paris et reliant le pôle Nord à l’Équateur.
Le mètre ruban aurait été inventé par un tailleur, Barde, en 1814, puis quelques années après, en 1821, le télémètre voit le jour à Genève, qui permet de déterminer la distance d’un point lointain, inaccessible, par un procédé acoustique, optique, ou radioélectrique.
En 1993, lors du salon Batimat, le premier télémètre laser est présenté par la société Leica Geosystems. Quelques années plus tard, le scanner laser voit le jour et propose une manière beaucoup plus complète, et exhaustive, de relever l’existant.
Coudée de Nippur
Corde à 13 noeuds
Définition du mètre
Alors, comment le Scan 3D fonctionne-t-il ?
Le Scan 3D est un outil qui « capture les informations du monde réel« , intérieures et extérieures et permet d’obtenir des images photoréalistes en 3D précises et complètes.
Il existe deux grandes typologies de scanners : le scanner statique, posé sur un trépied, qu’il faut déplacer dans tout l’ouvrage, et le scanner mobile (chariot roulant, drone, sac à dos..), qui circule tout seul.
=> Chez DEFIBIM, la typologie de projets de construction sur lesquels nous travaillons fait que nous utilisons majoritairement des Scan statiques. La précision de l’information relevée est primordiale, surtout lorsque l’on doit la numériser en réalisant une maquette numérique par la suite.
Le scanner 3D statique fonctionne de la même manière qu’un lasermètre, à la différence qu’il agit:
1. De manière automatique
Là où avec le lasermètre, il faut, à chaque prise de côte, changer de position et vérifier la parfaite horizontalité et verticalité de l’appareil.
2. Environ 1 000 000 de fois plus rapidement
Comment ? Le Scanner est posé sur un trépied et tourne sur lui-même, à l’horizontal à 360°. En même temps, il émet un faisceau laser qui, grâce à un miroir, reflète sur les surfaces. En d’autres termes, ce faisceau est donc projeté à 360° autour du scanner. Lorsqu’il touche un objet (murs, fenêtres, conduits…), il relève un point, qui est ensuite mémorisé. Les données sont mesurées et sauvegardées sur la carte SD.
Pour mieux comprendre, regardez la vidéo ci-dessous (qui dure 30 secondes) :
=> Lors d’une prise de Scan, des millions de points sont ainsi relevés et forment ce que l’on appelle un « nuage de points », qui est donc une représentation volumétrique du bâtiment scanné.
Par exemple, dans le cas d’un chantier EDF en extérieur, le Scan nous a permis de relever tout ce qui était présent, dont les câbles sous haute tension, qui nous intéressaient particulièrement.
Photo
Nuage de points
Comment se matérialise un nuage de points ?
Le nuage de points est donc, par définition, composé des points que le Scan a relevé, et donc qu’il a vus – le Scan ne relève par exemple pas les points situés derrière les faux plafonds ou la charpente, dans le doublage, ou derrière un poteau, car il ne les voit tout simplement pas.
Voici une vidéo d’un nuage de points que nous avons relevé :
Le nuage permet de comprendre la volumétrie du bâtiment, mais ne donne pas d’informations structurelles.
Il est donc nécessaire de comprendre en amont comment un bâtiment se construit, et surtout, comment le bâtiment sur lequel nous travaillons est construit. Lors d'une prise de Scan, nous veillons donc à relever des informations importantes qui vont ensuite nous guider pour le traitement du nuage de points.
Le nuage de points est brut, et composé de tous les points que le scanner a relevés, même les points perdus dans un miroir, un chat qui est passé par là …
Il faut donc, après le relevé au Scan 3D, traiter le nuage de points et le nettoyer, sur un logiciel spécial type Scène ou Récap.
Ce sujet fera un prochain article, n’hésitez pas à vous abonner à notre newsletter pour le recevoir.
Que faire à partir d'un relevé au Scan 3D et donc d'un nuage de points ?
Vous l’avez compris, avec un relevé au Scan 3D, on obtient énormément d’informations pertinentes pour le projet de construction ou de réhabilitation.
Mais comment pouvons-nous utiliser toutes les informations volumétriques et géométriques ?
Option #1 Utiliser le nuage de points seul
Création d'une visite virtuelle simple avec le Scan 3D
Il est possible d’utiliser le nuage de points retraité, que l’on importe dans une plateforme (chez nous, c’est une visionneuse disponible sur internet, le webshare), et qui permet déjà d’utiliser une bonne partie de l’information. Par exemple, la Maîtrise d’Ouvrage, ou le client, peut se balader virtuellement dans son bâtiment, ce qui lui permet déjà de prendre des côtes, visualiser son bâtiment, voir les photos à 360°, mettre des annotations …
⇒ Exemple : Si le client est un particulier ou une entreprise qui a un bien en vente ou à louer, la prise de Scan 3D va permettre de créer une visite virtuelle, dans laquelle le futur locataire pourra se balader et voir comment le bien est organisé, prendre des côtes pour vérifier que son canapé rentre ou que les employés auront assez d’espace dans le bureau, etc. La visualisation du projet est rapide, efficace, et depuis un simple url !
Création d'une visite virtuelle pour les équipes de Maintenance
⇒ Exemple : Si le client est une usine ou un immeuble dans lequel il y a des équipements à maintenir, l’équipe de maintenance ou d’entretien peut facilement, dans le webshare, localiser les éléments dont elle a besoin (colonne électrique, luminaire) sans se déplacer. Pour aller encore plus loin, il est possible de renseigner les objets (extincteur par exemple) et de mettre un état, une annotation, une fiche référence … Ainsi, il est aisé de savoir que l’extincteur situé dans le vestiaire a été changé il y a 3 semaines; et que le luminaire situé dans le bureau n°4, qui ne fonctionne plus, est de telle référence.
La plateforme du webshare est la même, on utilise seulement d’autres fonctions.
Création d'une visite virtuelle pour les Acteurs du chantier
⇒ Exemple : Pour la réhabilitation d’un bâtiment, le nuage de points est un support de collaboration et d’études grâce à ses outils de mesure, d’annotation … Chaque entreprise peut alors prendre des côtes sans avoir à se déplacer, et le maître d’oeuvre peut indiquer et spécifier la nature des travaux (écrire « à démolir » sur une cloison par exemple).
Option #2 Scan to BIM : Modéliser à partir du nuage de points
A partir du nuage de points traité et nettoyé, nous pouvons modéliser en 3D et produire la maquette numérique du bâti qui a été relevé. Cela permet d’avoir une base de travail saine et à jour, et d’extraire les données dont le client a besoin : plans 2D, métrés, volumes, ratios, nomenclatures, etc.
La maquette numérique BIM peut devenir le point de départ d’une démarche BIM : c’est ce qu’on appelle le Scan to BIM.
Extraire des plans à partir de la maquette numérique
⇒Exemple : Pour un projet de réhabilitation d’un vieux bâtiment ne possédant aucune archive, il est très pertinent de modéliser à partir du nuage de points. Sur la maquette numérique BIM, nous combinons en effet la donnée issue du nuage de points avec notre expertise d’ingénieurs terrain, ce qui permet d’obtenir un modèle respectant la géométrie du bâtiment, les matériaux, etc. Nous renseignons les objets en fonction des besoins BIM de la Maîtrise d’Ouvrage ou de la Maîtrise d’Oeuvre, en charge de la Conception.
Le modèle est ainsi exploitable pour fournir à l’Architecte un dossier de plans complet en vue des études de faisabilité (coupes, plan de masse, plan de situation, vues de façades, etc). Cette solution est très apprécié de nos clients Architectes, nos partenaires privilégiés sur ces typologies de projets. Les formats de ces livrables sont exploitables sur tous logiciels de CAO tels que Archicad, Autocad, Revit, etc, en PDF, DWG ou IFC. Le relevé au Scan sert donc de support au projet et aux études, en conception puis réalisation.
Photo de notre Scan et d’un chalet (centre de vacances)
Maquette numérique du chalet (Revit) suite à la prise de Scan
Option #3 Simulation et intégration de la maquette numérique dans son futur environnement
A partir de la maquette numérique BIM du projet, nous travaillons par exemple avec des Ingénieurs Travaux sur les études techniques et méthodes pour faire des simulations de plans d’installation de chantier et trouver la meilleure solution. Cela permet une anticipation maximale, et les simulations virtuelles coûtent évidemment moins chères que les essais sur chantier !
⇒ Exemple : Pour reprendre l’exemple EDF cité plus haut, scanner un chantier permet de prendre en compte toutes ses spécificités et les installations déjà présentes. A partir de la maquette numérique BIM du chantier, et de la modélisation des engins sur Revit (grues, véhicules..), nous avons simulé le mode opératoire avec l’Ingénieur Travaux, qui a ainsi gagné un temps considérable : l’intuition de la grue qui « passe » mais en fait, non. Sur le chantier EDF, un périmètre de sécurité de 3m tout autour des câbles sous haute tension était obligatoire, ce qui complexifiait l’intervention. Un Plan d’Installation de Chantier a donc été réalisé à partir de la maquette, fonctionnel et concret; et exporté en pdf.
Plan d’Installation de Chantier que nous avons réalisé en collaboration avec l’Ingénieur Travaux
Récapitulons
• Le Scanner laser 3D est un outil qui fonctionne en captant, grâce à son laser, des millions de points. Ces points sont mémorisés et forment ce que l’on appelle un nuage de points.
• Plus que des côtes, la technologie du Scan 3D permet de relever toute l’information d’un bâtiment existant. A partir du nuage de points, les possibilités sont multiples et dépendent des besoins : on peut par exemple intégrer le nuage dans une visionneuse et l’utiliser directement via des balades virtuelles, apposer des annotations ou commentaires. Suite à la modélisation, on peut aller plus loin en exportant des dossier de plans 2D (DWG, PDF) ou des nomenclatures Excel par exemple, et il est également possible de faire des simulations et calculs pour les études et les méthodes à partir de cette donnée (plans d’installation de chantier, simulations thermiques, performances énergétiques, dimensionnement …), de livrer des maquettes BIM renseignées. Le Scan 3D est une première étape de la démarche BIM d’un projet de construction – c’est ce que l’on appelle le Scan to BIM.
• Le nuage de points est un amas de données « brutes », et nécessite d’être retravaillé. Il est donc primordial d’avoir une connaissance fine du Bâtiment et de la Construction, afin de comprendre rapidement et parfaitement comment l’ouvrage a été construit. La modélisation qui s’en suit doit refléter la réalité. Il y a donc une différence entre l’acquisition des données, qui s’effectue grâce au relevé; et la numérisation du bâti, qui a lieu lorsqu’il y a une modélisation ou en tous cas digitalisation.
Pour aller plus loin : Le Scan 3D est l’outil parfait pour tous les travaux de réhabilitation, en intérieur comme en extérieur. Il permet d’avoir LA base de travail, saine et à jour, qui peut se transmettre et être utilisée par tous les intervenants – maîtres d’ouvrage, entreprises de construction, bureaux d’études, artisans, architectes – peu importe qu’ils soient dessinateurs – projeteurs; mais également aux équipes de maintenance si le bâtiment vient d’être livré.
Si le projet est livré, le relevé au Scan 3D peut permettre de produire le DOE BIM du bâtiment (Pour en savoir plus, cliquez ici) et ainsi être la base pour optimiser la gestion exploitation maintenance. Bref, le Scan 3D peut servir sur tout le cycle de vie du bâti !
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