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Un environnement méthodologique et logiciel pour l'interopérabilité de la maquette numérique du bâtiment et de la simulation énergétique : application à la réglementation thermique RT2012. / Emira El Asmi ; sous la direction de Zreik Khaldoun

Auteur principal: El Asmi, Emira Auteur: Khaldoun, Zreik ; Laudati, Patrizia (1966-...) ; Rezgui, Yacine ; Boulekbache, Hafida (1965-....) ; Soubra, Souheil ; Robert, Sylvain Langue: français ; du résumé, fre ; du résumé, eng.Pays: France.Editeur: 2016Numéro national de thèse: 2016PA080051.Note de thèse: Thèse de doctorat, Informatique, Paris 8, 2016, Résumé:

L’analyse de la performance énergétique des bâtiments neufs repose massivement sur des outils logiciels de simulation. La valeur ajoutée de ces derniers est indéniable : ils permettent d’optimiser la conception en facilitant l’évaluation des performances énergétiques du bâtiment durant la phase de conception. Leur impact est cependant limité par plusieurs obstacles, dont les principaux sont le niveau d’expertise requis pour leur utilisation et l’absence de connexion aux outils de Conception Assistée par Ordinateur (CAO). Ce dernier point devient particulièrement critique au moment où l’utilisation de la maquette numérique BIM (Building Information Model) se généralise et où les modèles issus d’outils de CAO sont de plus en plus riches.Cette thèse repose sur cette observation et propose, afin de profiter pleinement du potentiel du BIM et des outils en lien, de contribuer à l’émergence d’approches permettant une transformation fiable et transparente des informations du bâtiment numérique BIM vers les fichiers d'entrée des environnements de simulation. Cela se traduirait par des avantages significatifs, tant sur le rapport coût-efficacité (l’analyse est effectuée plus efficacement), qu’au niveau de la fiabilité (les modèles de simulation sont conformes aux modèles de conception). Toutefois, pour mettre en œuvre de telles approches, plusieurs obstacles doivent être pris en compte : le premier est la nécessité de disposer d’un langage normalisé commun pour le BIM, le deuxième est la définition de mécanismes méthodologiques efficaces et normalisés afin d’enrichir le BIM pour la simulation, le troisième est la mise à disposition d'outils logiciels fiables pour la transformation automatisée du BIM vers les modèles de simulation thermique.Le premier obstacle est en passe d’être levé grâce aux standards issus du consortium international buildingSMART, en particulier les « Industry Foundation Classes » (IFC) qui sont désormais largement reconnus comme un format d'échange standard du BIM dans le domaine de la construction. Le deuxième verrou reste actuel : l’IFC, même dans sa dernière version IFC4, laisse entier de nombreux problèmes de formulation de concepts propres aux domaines métiers, en particulier celui de la simulation énergétique. Cependant, des environnements méthodologiques ont vu le jour permettant d’étendre et d’enrichir de façon structurée les formats de données BIM. C’est par exemple le cas de l’IDM (Information Delivery Manual) et du MVD (Model View Définition) de buildingSMART, pour les IFC.L’objectif de nos travaux est triple. En premier lieu, il s’agit de mettre en œuvre et évaluer l’environnement IDM/ MVD de buildingSMART pour l’interconnexion entre le BIM (format IFC) et la simulation énergétique. Cette étude nous a amenés à proposer un modèle pivot (BSM pour « Building Simulation Model ») basé sur une analogie avec les approches prônées par l’ingénierie dirigée par les modèles. Nous avons également développé un outil logiciel, qui inclut une base de règles de mapping, afin d’automatiser la traduction de l’information entre le modèle IFC et le modèle de simulation. Cette approche a été évaluée sur la base de l’outil COMETH (moteur de simulation de la régulation thermique française RT2012) mais elle est généralisable.

Energy performance analysis of new buildings strongly relies on simulation tools. They optimize the design by facilitating building performance analysis during the design phase. However, there are several limitations, among which one of the main is the lack of reliable connections between Computer Aided Design (CAD) and simulation tools. This is particularly critical at a time when the concept of Building Information Model (BIM) is widely applied and the CAD models are becoming richer.This thesis proposes to take advantage of the potential of BIM in order to contribute to emerging approaches for a reliable and seamless interconnection between building information models and simulation environment input files. This would result into significant benefits, both from the cost-effectiveness (analysis is performed more effectively) and the reliability (simulation models strictly comply with design models) points of view. However, to implement such approaches, several barriers have to be considered. The first is the need for a common, standardized BIM language. The second is the definition of adequate and standardized extension mechanisms, to customize BIM for simulation-specific purposes. The third is the provision of software tools, for effective and reliable BIM to simulation models transformation.The first barrier is likely to be overcome through the advent of the buildingSMART Industry Foundation Classes (IFC), which is widely recognized as a standard BIM exchange format in the construction industry. However, with respect to the second barrier, the IFC remains a wide-purpose modelling language and as such, fails to address many domain-specific issues, like e.g. energy simulation. This limitation has been acknowledged by buildingSMART, who have delivered novel methodological tools to allow for domain-specific customization of IFC. The main one is called the Information Delivery Manual (IDM). The aim of our work is the implementation and evaluation the BuildingSMART framework IDM/MVD to interconnect BIM (IFC) and energy simulation. This study led us to propose a pivotal model (BSM for « Building Simulation Model») based on an analogy with model driven engineering approaches. We also have developed a software prototype, which includes a set of mapping rules that automates the translation process between the IFC model and the simulation tool. In the scope of this study, we targeted the COMETH simulation tool (a simulation engine based on the French thermal regulation RT2012) but our results can easily be extended to additional tools.

Sujet - Nom commun: Modélisation des données du bâtiment -- Thèses et écrits académiques | Modèles d'information -- Thèses et écrits académiques | Architecture -- Informatique | Simulation par ordinateur -- Logiciels | Constructions -- Économies d'énergie -- Thèses et écrits académiques Sujet - Thésaurus: Bâtiment | BIM | IFC | IDM | MVD | Conception | Simulation thermique | Génie logiciel

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Ecole(s) Doctorale(s) : École Doctorale cognition, langage, interaction (Saint-Denis, Seine-Saint-Denis)

Autre(s) contribution(s) : Patrizia Laudati (Président du jury) ; Zreik Khaldoun, Souheil Soubra, Sylvain Robert (Membre(s) du jury) ; Yacine Rezgui, Hafida Boulekbache-Mazouz (Rapporteur(s))

Thèse de doctorat Informatique Paris 8 2016

L’analyse de la performance énergétique des bâtiments neufs repose massivement sur des outils logiciels de simulation. La valeur ajoutée de ces derniers est indéniable : ils permettent d’optimiser la conception en facilitant l’évaluation des performances énergétiques du bâtiment durant la phase de conception. Leur impact est cependant limité par plusieurs obstacles, dont les principaux sont le niveau d’expertise requis pour leur utilisation et l’absence de connexion aux outils de Conception Assistée par Ordinateur (CAO). Ce dernier point devient particulièrement critique au moment où l’utilisation de la maquette numérique BIM (Building Information Model) se généralise et où les modèles issus d’outils de CAO sont de plus en plus riches.Cette thèse repose sur cette observation et propose, afin de profiter pleinement du potentiel du BIM et des outils en lien, de contribuer à l’émergence d’approches permettant une transformation fiable et transparente des informations du bâtiment numérique BIM vers les fichiers d'entrée des environnements de simulation. Cela se traduirait par des avantages significatifs, tant sur le rapport coût-efficacité (l’analyse est effectuée plus efficacement), qu’au niveau de la fiabilité (les modèles de simulation sont conformes aux modèles de conception). Toutefois, pour mettre en œuvre de telles approches, plusieurs obstacles doivent être pris en compte : le premier est la nécessité de disposer d’un langage normalisé commun pour le BIM, le deuxième est la définition de mécanismes méthodologiques efficaces et normalisés afin d’enrichir le BIM pour la simulation, le troisième est la mise à disposition d'outils logiciels fiables pour la transformation automatisée du BIM vers les modèles de simulation thermique.Le premier obstacle est en passe d’être levé grâce aux standards issus du consortium international buildingSMART, en particulier les « Industry Foundation Classes » (IFC) qui sont désormais largement reconnus comme un format d'échange standard du BIM dans le domaine de la construction. Le deuxième verrou reste actuel : l’IFC, même dans sa dernière version IFC4, laisse entier de nombreux problèmes de formulation de concepts propres aux domaines métiers, en particulier celui de la simulation énergétique. Cependant, des environnements méthodologiques ont vu le jour permettant d’étendre et d’enrichir de façon structurée les formats de données BIM. C’est par exemple le cas de l’IDM (Information Delivery Manual) et du MVD (Model View Définition) de buildingSMART, pour les IFC.L’objectif de nos travaux est triple. En premier lieu, il s’agit de mettre en œuvre et évaluer l’environnement IDM/ MVD de buildingSMART pour l’interconnexion entre le BIM (format IFC) et la simulation énergétique. Cette étude nous a amenés à proposer un modèle pivot (BSM pour « Building Simulation Model ») basé sur une analogie avec les approches prônées par l’ingénierie dirigée par les modèles. Nous avons également développé un outil logiciel, qui inclut une base de règles de mapping, afin d’automatiser la traduction de l’information entre le modèle IFC et le modèle de simulation. Cette approche a été évaluée sur la base de l’outil COMETH (moteur de simulation de la régulation thermique française RT2012) mais elle est généralisable.

Energy performance analysis of new buildings strongly relies on simulation tools. They optimize the design by facilitating building performance analysis during the design phase. However, there are several limitations, among which one of the main is the lack of reliable connections between Computer Aided Design (CAD) and simulation tools. This is particularly critical at a time when the concept of Building Information Model (BIM) is widely applied and the CAD models are becoming richer.This thesis proposes to take advantage of the potential of BIM in order to contribute to emerging approaches for a reliable and seamless interconnection between building information models and simulation environment input files. This would result into significant benefits, both from the cost-effectiveness (analysis is performed more effectively) and the reliability (simulation models strictly comply with design models) points of view. However, to implement such approaches, several barriers have to be considered. The first is the need for a common, standardized BIM language. The second is the definition of adequate and standardized extension mechanisms, to customize BIM for simulation-specific purposes. The third is the provision of software tools, for effective and reliable BIM to simulation models transformation.The first barrier is likely to be overcome through the advent of the buildingSMART Industry Foundation Classes (IFC), which is widely recognized as a standard BIM exchange format in the construction industry. However, with respect to the second barrier, the IFC remains a wide-purpose modelling language and as such, fails to address many domain-specific issues, like e.g. energy simulation. This limitation has been acknowledged by buildingSMART, who have delivered novel methodological tools to allow for domain-specific customization of IFC. The main one is called the Information Delivery Manual (IDM). The aim of our work is the implementation and evaluation the BuildingSMART framework IDM/MVD to interconnect BIM (IFC) and energy simulation. This study led us to propose a pivotal model (BSM for « Building Simulation Model») based on an analogy with model driven engineering approaches. We also have developed a software prototype, which includes a set of mapping rules that automates the translation process between the IFC model and the simulation tool. In the scope of this study, we targeted the COMETH simulation tool (a simulation engine based on the French thermal regulation RT2012) but our results can easily be extended to additional tools.

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