Vincent Fredon
Je laisse la parole dans cet article à Fatima Ezzahra Benouaziz qui a validé récemment un cycle universitaire en génie Civil, en partie grâce à un remarquable travail sur les apports du BIM infrastructure pour la société Jacobs Engineering S.A (JESA). Elle a exploité de très nombreuses fonctionalités d'InfraWorks et de Civil 3D sur un projet d'échangeur autoroutier.
Il faut préciser que Fatima a appris toute seule les outils et, grâce à sa curiosité, son ouverture d'esprit et sa tenacité, elle a su en faire une exploitation de haut vol. Félicitations !
Elle a eu la gentillesse d'accepter de préparer une version condensée de son rapport de fin d'études pour s'adapter au format du blog en abordant tout de même des points parmi les plus importants de son analyse.
Le rapport complet est téléchargeable au lien suivant : RAPPORT PFE
Bonjour, je suis Fatima Ezzahra Benouaziz, ingénieure en génie civil, récemment diplômée de l’Ecole Nationale des Sciences Appliquées d’Agadir.
Vivement intéressée par le domaine du génie civil et sa transition numérique, à travers l’adoption des nouvelles technologies pour améliorer les rendus des projets, renforcer la collaboration, et éviter les erreurs liées à la conception avant la réalisation.
C’est dans ce cadre que s’inscrit mon projet fin d’études, qui consiste au développement du flux de travail BIM Infrastructure au sein du pôle Infrastructure du bureau d’études pluridisciplinaire Jacobs Engineering S.A (JESA), à travers un projet d'échangeur autoroutier qui combine le domaine des routes et des ouvrages d’art.
Ce travail est subdivisé en trois grandes parties, qui correspondent aux étapes majeures dans tout projet d’infrastructure en commençant par la modélisation de l’environnement du projet, et la bonne compréhension des contraintes naturelles, techniques et fonctionnelles. Ensuite, la mise au point sur les différents choix de conception qui répondent aux particularités du projet dans la phase de la conception préliminaire, et parmi ces choix figure la variante la plus optimale qui fera l’objet de la conception détaillée.
Modélisation du site du projet
La modélisation du site du projet a été faite sur le logiciel Infraworks, qui permet d’intégrer le projet dans son contexte naturel, en représentant les éléments qui figurent dans son environnement, issus de différentes sources de données (Civil 3D, shp file, AutoCAD DWG, Revit) :
- Topographie du site
- Réseaux et canalisations existantes
- Lignes électriques
- Ouvrages hydrauliques
- Plateforme de l’autoroute existante
Ce modèle intelligent riche en informations permet la bonne compréhension de l’environnement, la maîtrise des contraintes et par conséquent la réussite des choix de la conception.
Figure 1 : Modélisation du site du projet – InfraWorks
Conception préliminaire
En tenant compte des différentes spécifications liées au projet, nous choisissons d’adopter un échangeur de type trompette qui se développe dans le cadran Nord-Ouest formé par la route provinciale et l’autoroute. L’échangeur est constitué de quatre bretelles autoroutières qui se dirigent vers une gare de péage, et d’un pont qui enjambe l’autoroute.
Cette variante est modélisée dans le même modèle créé préalablement dans le logiciel InfraWorks.
A l’étape de l’esquisse, j'ai utilisé l’outil « Planification de route » qui permet d'appliquer directement un style de la bibliothèque d’InfraWorks. Les styles peuvent être créés manuellement ou importés depuis les Kits régionaux, des bibliothèques de contenus des modèles 3D qui sont automatiquement intégrés aux palettes d'InfraWorks.
Ce type de route est ensuite converti en type « routes à composants » qui offre des fonctionnalités métiers plus avancées et qui permet les calages précis en plan et en profil en long.
Figure 2 : Tracé en plan / Profil en long / Profil en travers – InfraWorks
Sur la base d'une variante géométrique préliminaire il est possible de procéder à différentes analyses importantes notamment l'analyse de visibilité, l'étude hydrologique et l'étude hydraulique.
Analyse de visibilité
La visibilité est un critère primordial dans la conception routière. Elle permet à l’usager d’acquérir des informations sur l’environnement routier et d'anticiper pour garantir la sécurité.
Cette analyse est effectuée dans le logiciel InfraWorks. Elle est basée sur la méthode de la distance d’arrêt qui a pour but d’assurer une distance minimale d’arrêt pour chaque point du tracé en identifiant les zones de bonne visibilité, les zones de d’échec de visibilité et les zones d’obstruction.
Il est à noter que cette méthode repose sur les recommandations techniques américaines, mais elle présente une approche très utile dans la phase de la conception préliminaire.
Figure 3 : Analyse de visibilité – InfraWorks
Etude hydrologique
La première étape de l’analyse hydrologique est la délimitation aussi précise que possible des bassins versants. C'est l'outil «Drainage Design» d’InfraWorks, qui permet d'identifier les bassins versants, en s’appuyant sur l'analyse de la topographie du site.
Les bassins versants issus de cette analyse, contiennent plusieurs propriétés notamment :
- La surface
- L’emplacement des flux d’écoulement
- La longueur du flux de l’écoulement
- La pente du canal
- Le débit à l’aide de l’une des méthodes intégrées
Figure 4 : Délimitation des bassins versants – InfraWorks
Etude hydraulique
L’étude hydraulique routière permet, sur la base des résultats de l’étude hydrologique, d’implanter les ouvrages hydrauliques pour le rétablissement des écoulements naturels, c'est à-dire ceux qui sont susceptibles d'être rompus par le projet routier.
InfraWorks permet d’implanter ces ouvrages aux endroits où les flux d'écoulement croisent la route, et de les dimensionner selon les débits calculés préalablement.
Figure 5 : Ouvrage hydraulique (Buse + tête d'ouvrage) – InfraWorks
Modélisation du pont
Après avoir choisi l’ensemble des caractéristiques de l’ouvrage, je l’ai modélisé, en exploitant le module Bridge Design, dans le même modèle du projet, dans le but de visualiser la structure dans le contexte du site préalablement préparé.
Figure 6 : Modélisation du pont – InfraWorks
Conception détaillée
Le modèle créé au préalable dans InfraWorks est importé dans Civil 3D et constitue la base de la conception détaillée. Tous les éléments sont reconnus dans la base de données de Civil 3D grâce l’interopérabilité entre les deux logiciels.
Etude topographique
Le traitement des données topographiques et la création du MNT constitue un préambule pour cette phase de la conception. Civil 3D offre plusieurs possibilités pour créer des MNT (points, groupes de points, lignes de rupture…)
Figure 7 : Surface topographique – Civil 3D
Tracé en plan
Dans ce projet, comme il s’agit d’un raccordement d’un axe autoroutier à une route ordinaire se dirigeant vers la gare de péage et compte tenu de l’étude de trafic, les bretelles de l’échangeur sont des bretelles à une voie, circulables à 70 km/h ou moins.
Cette vitesse de base caractérise les paramètres géométriques de la route notamment les arcs de cercle et les courbes de raccordement suivant les normes de conception prédéfinies par « Les échangeurs sur route de type Autoroute, Complément à l’ICTAAL » édité par le SETRA.
Il est à noter qu’Autodesk Civil3D intègre les normes de conception régionales, selon les country kits installés et offre également la possibilité d’importer les normes non intégrées sous un format XML. Cela permet d'appliquer un contrôle normatif pour tous les éléments de la conception détaillée.
Figure 8 : Tracé en plan de l'échangeur – Civil 3D
Profil en long
Deux lignes de PL principales sont à gérer : un profil en long de la surface TN, généré à partir des données topographiques et un profil en long du projet.
Les deux profils sont superposés dans un dessin commun pour analyser les conditions existantes et les propositions d’aménagement. Ces profils sont dynamiques dans Civil 3D, ils s’actualisent automatiquement avec chaque changement des données d’entrée.
Dans le cas particulier des axes des bretelles, il est possible de superposer les lignes des profils en long, pour adapter les altitudes dans les zones d’intersection afin de satisfaire aux conditions de la continuité, du confort et de la visibilité.
Figure 9 : Profil en long – Civil 3D
Profil en travers type
Les éléments du profil type de chaque bretelle sont gérés dans Civil 3D via la palette d’outils qui regroupe des bibliothèques de composants de la chaussée.
Figure 10 : Profil en travers type – Civil 3D
Création du Projet 3D
En associant à chaque axe en plan, un profil en long et un profil en travers, on crée le corridor 3D.
Dans ce projet, j’ai créé un projet 3D avec plusieurs lignes de base (axes des bretelles) pour gérer les intersections.
Figure 11 : Projet 3D de l'échangeur – Civil 3D
Etude hydrologique détaillée
A cette phase du projet, l’étude hydrologique est faite à l’aide du logiciel Civil 3D, en prenant en compte la topographie du terrain naturel en se basant sur le levé mis à disposition, complété par des données topographiques issues du logiciel InfraWorks.
Figure 12 : Délimitation des bassins versants – Civil 3D
Le calcul des débits des bassins versants est effectué avec Storm and Sanitary Analysis (SSA) qui est fourni et fonctionne avec Civil 3D. SSA s'interface avec Civil 3D pour récupérer les données caractéristiques des bassins versants délimités auparavant pour le calcul des débits centennaux. Le plug-in intègre plusieurs méthodes d’estimation des débits et de calcul des temps de concentration.
Etude hydraulique détaillée
En se basant sur les résultats de l’étude hydrologique, on fait le choix des ouvrages hydrauliques adéquats en se basant sur la méthode de DELORME et la méthode de contrôle amont et aval.
Cette étude est effectuée à l’aide de Hydraflow Express de Civil 3D, qui permet également de calage des ouvrages.
Figure 13 : Calage d'un ouvrage hydraulique – Hydraflow Express
Stimulation des inondations
La stimulation des inondations consiste en la modélisation hydraulique d’un écoulement près de la zone du projet, pour prévoir les inondations, en déterminant le niveau des plus hautes eaux (PHE).
Pour ce faire, j’ai adopté le module Autodesk River and Flood Analysis qui est un outil avancé de modélisation des cours d’eau et qui prend en charge HEC-RAS, dans Autodesk Civil 3D.
Figure 14 : Sections transversales de lit du cours d'eau (traits jaunes) – Civil 3D
En spécifiant les données de l’écoulement (Débit, Conditions en aval…), on obtient la hauteur d’eau dans chacune des sections transversales de l’écoulement, ainsi qu’une carte de la plaine inondable.
Figure 15 : Niveau des PHE dans une section transversale du cours d'eau – Civil3D
Figure 16 : Carte de la plaine inondable – Civil 3D
Calcul des cubatures
La détermination de ces volumes se base sur le calcul des intégrales des sections des différents profils sur la longueur d’application de chaque profil. Cette méthode est intégrée dans le logiciel Civil 3D.
Modèle 3D de la gare de péage
Pour compléter le modèle du projet, la gare de péage a été modélisée à l’aide du logiciel Revit en se basant sur les plans 2D délivrés par l’organisme de stage.
Cette modélisation permet la visualisation de la structure et de ses composants en 3D, pour maîtriser davantage la conception, les dimensions et les matériaux de construction utilisés.
Figure 17 : Modélisation 3D de la gare de péage – Revit
Etablissement des plans
Il est possible de générer des feuilles de type Plan uniquement, Profil en long uniquement ou Plan et Profil en long associé et des carnets de profil en travers à partir du modèle Civil 3D.
Figure 18 : Vue en plan de l'échangeur – Civil 3D
Figure 19 : Vue en plan & Profil en long – Civil 3D
Figure 20 : Carnet des profils en travers – Civil 3D
Conclusion
Le développement de ce flux de travail BIM m’a permis de comprendre au mieux les contraintes de la conception (réseaux et canalisations, constructions existantes, topographie du site, emprise du sol disponible, données géotechniques….) à travers la visualisation de l’environnement du projet dans son contexte réel au sein d’une maquette numérique intelligente. Au cours de cette étude, j’ai également profité de l’interopérabilité entre les différents outils BIM utilisés qui conserve les données sans avoir recours à la conversion des fichiers en optimisant le temps et l’énergie.