2014 (pdf) - Revue Technique

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  • REVUE TECHNIQUELUXEMBOURGEOISECAHIER SCIENTIFIQUE BIANNUEL DE LA REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    CAHIER SCIENTIFIQUE

  • REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE

    www.revue-technique.lu

    pour

    LAssociation Luxembourgeoise des Ingnieurs, Architectes et Industriels

    2 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    Impression 3.500 exemplairesimprimerie HENGEN14, rue Robert Stumper L- 1018 Luxembourg

    dite parResponsable Revue Technique Sonja ReichertGraphisme Bohumil Kostohryz t 45 13 54 23 s.reichert@revue-technique.lu6, bv. G. D. Charlotte L- 1330 Luxembourg

  • LA.L.I.A.I. dans lorigine remonte 1897, et qui regroupe plusieurs organismes apparents, dite quatre fois par an la Revue Technique, sa publication principale, ddie des articles se rapportant aux sujets traits par les profession-nels quelle regroupe.

    Pour lALIAI la Revue Technique Luxembourgeoise et son site Internet sont des moyens de communication essen-tiels donnant ses membres le contact immdiat avec lorganisation laquelle ils sont affi lis.

    Ces instruments offrent aux entreprises de prsenter leur travail devant un public cibl. La Revue Technique Luxem-bourgeoise possde un pass prestigieux qui lui confre une lgitimit auprs des affi lis de lALIAI.

    La Revue Technique Luxembourgeoise et le site Internet off-rent aux Partenaires de la Revue Technique de lAssociation des Ingnieurs, Architectes et Industriels la possibilit de

    faire connatre leurs produits ou dinformer de cette manire sur la structure de leur entreprise et de toucher un public cibl de lecteurs intresss.

    Le cahier scientifi que, a pour mission de promouvoir le dveloppement de la recherche et de la culture scientifi que, en contribuant la diffusion et la valorisation des connais-sances et des mthodes scientifi ques en vue de soutenir un dialogue entre la science et la socit.

    Le cahier scientifi que est publi 2 fois par an par la rdaction de la Revue Technique. Cest un instrument professionnel pour scientifi ques, techniciens, tudiants et intresss profes-sionnels dans le domaine de lingnierie, de la technologie, de la recherche, des nergies renouvelables et de lindustrie.

    Des articles sur des recherches approfondies par nos col-laborateurs des instituts, des partenaires ou industriels sont publis dans chaque exemplaire des cahiers scientifi ques.

    3CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

  • Ingnieur dipl. Pierre DornseifferReprsentant membre ALI

    Ing. Dipl. Marc FeiderAdministrateur et chef de service Btiments / OuvragesSchroeder & Associs

    Prof. Dr. Ing. Jean-Rgis Hadji-MinaglouUniversit du Luxembourg, Unit de recherche: IngnierieFacult des Sciences, de la Technologie et de la Communication

    _comit de lecture

    _INDEX

    Informaticien dipl. Patrick HitzelbergerCentre de Recherche Public - Gabriel Lippmann Dpartement ISC

    Prof. Dr. Ing. Michel MarsoProfesseur en Technologie de TlcommunicationsUniversit du Luxembourg, Unit de recherche: IngnierieFacult des Sciences, de la Technologie et de la Communication

    Dr. Paul Schosseler, DirecteurCRTE / CRP Henri Tudor

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    8_ BIM Sylvain Kubicki, Architecte, Docteur en Sciences de lArchitecture

    10_ BUILDING INFORMATION MODELING Jos Dell, Architecte, Prsident de lordre des Architectes et Ingnieurs Conseils

    12_ UNE NCESSAIRE MUTATION! Francois Pelegrin, Architecte DPLG, Urbaniste DUP

    16_ Processus de collecte dinformations techniques par la maquette numrique sur le chantier Neobuild Daniel Zignale, Francis Schwall & Sylvain Kubicki

    20_ RETOUR DEXPRIENCE DE LUTILISATION DE LA 4D DANS LE PROJECT MANAGEMENT Jacky Plottes, ingnieur, Schroeder & Associs s.a., ingnieurs conseils

    24_ LA SIMULATION 3D AU SERVICE DU BTIMENT Ccile Goffaux et Ariane Frre (Cenaero), Sbastien Wauquier (Cover Group), Stphane Mouton (CETIC)

    26_ NUMRIQUE ET TERRITOIRE EN TRANSFORMATION Collectif Quatorze: Joachim Bolanos, Grgoire Durrens, Sylvain Gaufi llier, Romain Minod, Nancy Ottaviano, Rubn Salvador-Torrs

    28_ MODLISATION 4D/5D: QUAND LE BIM INTGRE LE TEMPS ET LES COTS Sylvain Kubicki, Centre de Recherche Public Henri Tudor, Luxembourg, Koenraad Nys. D-Studio, Belgique

    38_ DIE ROLLE VON KOMPLEXEM PROBLEMLSEN IM UMGANG MIT NEUEN TECHNOLOGIEN Dr. phil. Samuel Greiff, Dipl.-Psych. ATTRACT fellow

    42_ ACTIVE NOISE CONTROL UND TIEFFREQUENTE LRMPROBLEME Prof. Dr.-Ing. Detlef Krah, Dipl.Ing. Christian Kleinhenrich M.Sc.Bergische Universitt Wuppertal

    Dipl.-Ing. Arndt Niepenberg, WaveScape Technologies GmbH

    50_ WISSENSCHAFTSKULTUR FRDERN Jean-Paul Bertemes vum FNR, Coordinateur de projet science.lu

  • www.al ia i . lu

    partenaires de la revue_

    www.al i . lu www.oai . lu www.tema. lu

    revue publie pour_

    revue imprime sur du papier_

    5CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    M O B I L I E R E T I N S T A L L A T I O N S D E B U R E A U X

  • Geborg enhei t Entfaltung persnlicher Erfolg

    Der Birklehof mit musisch-knstlerischem, naturwissenschaftlichem und sprachlichem

    Profil steht fr eine anspruchsvolle Schulbildung und ein ganzheitliches Erziehungs-

    konzept. Seine moderne Internatspdagogik verbindet den Erwerb schulischer und

    auerunterrichtlicher Kompetenzen. In einer Atmosphre der Ermutigung und des

    gegen seitigen Respekts, die die berschaubare Schul- und Internatsgemeinschaft aus-

    zeichnet, haben die Schlerinnen und Schler Raum, ihre Persnlichkeit sowie ihre

    vielfltigen Interessen und Potenziale umfassend zu entwickeln.

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    Tel. +49 7652 122-22 info@birklehof.de www.birklehof.de

  • Innovating together

    RETHINK CONSTRUCTIONTHINK INNOVATION

    Acteur de rfrence de la recherche applique au Luxembourg, le CRP Henri Tudor dveloppe des innovations utiles et durables pour lconomie et la socit. Pour rpondre aux besoins identifis du march, le Centre a dfini 9 programmes dinnovation. En voici un exemple, avec ses principaux enjeux :

    LE PROGRAMME CONSTRUCTION Nouveaux outils de communication

    pour les projets de construction

    Construction durable

    Amlioration des processus dans les projets de construction

    Nouveaux matriaux de construction

    Pour en savoir plus sur ce programme dinnovation : www.tudor.lu/construction

  • Dans le domaine de lArchitecture, de lIngnierie et de la Construction, les pratiques de conception, de construction, et dutilisation des btiments sappuient dsormais couramment sur des modles numriques du bti.

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    BIM_

    Ces modles transforment les modes de production de larchitecture au sein des bureaux. Ils sont, de plus, amens devenir progressivement les garants dune qualit du projet architectural mais aussi du processus de gestion de projet, de leffi cacit de la communication entre les intervenants ou encore de la matrise des cots de construction et dexploitation des infrastructures. Ce constat stend naturellement aux pratiques de conception lchelle urbaine, aux grandes infrastructures, aux projets lis au patrimoine historique ou encore aux dmarches de gestion et dentretien de btiments et parcs immobiliers.

    lchelle mondiale, quelques tats ou pays se dmarquent par une certaine avance sur la transformation

    des pratiques, en particulier de matrise douvrage publique. Les manuels BIM, en plein dveloppement, en sont la preuve. Citons par exemple le National Building Information Modeling Standard (Etats-Unis), la norme PAS 1192-3, Specifi cation for information management for the capital/delivery phase of construction projects using BIM (Grande-Bretagne) ou encore CoBIM, Common BIM requirements (Finlande).

    Aperu des pratiques au LuxembourgAu Luxembourg, les premiers rsultats de lenqute IT Barometer1 (Kubicki & Boton, 20142) montrent que seule une trs faible proportion des professionnels interrogs est sensibilise au BIM. Parmi ceux-ci les architectes se

    Sylvain Kubicki, Architecte, Docteur en Sciences de lArchitecture

  • 9CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    montrent plus familiers avec les concepts de BIM et dIFC3 que les ingnieurs ou entrepreneurs.

    La raison voque, mais non valide, serait que les bureaux darchitecture sont la cible dun marketing orient BIM entrepris par les principaux diteurs de logiciels darchitecture.

    Dautre part, on constate une sensibilisation et un intrt croissants de la part de la matrise douvrage publique et prive, dans le cadre des nouveaux projets de construction. Cette catgorie dacteurs mesure aujourdhui lenjeu du BIM pour la collecte des donnes sur le btiment as-built en vue dinitier les systmes de gestion de patrimoine. Mais les apports en gestion de projet les concerne galement: de la vrifi cation de ladquation projet-programme la gestion intgre des cots et du planning (4D/5D).

    Une problmatique essentielle, en dbut de projet, consiste dfi nir et implmenter une stratgie BIM:

    _adapte au projet et acteurs impliqus, _tablissant sans quivoque les responsabilits quant la production ou lutilisation de modles, en remplacement ou en sus des documents (plans, descriptifs) actuels,_supporte par un environnement technologique adapt,_et fi xant les rgles de coordination et gestion des modles (BIM Management).

    La standardisation est un lment incontournable dans ces dmarches. Dailleurs, les exemples BIM anglo-saxons reposent tous sans exception sur des normes ou standards. Le succs de ceux-ci, cest--dire ladhsion remporte par les diffrents corps de mtiers impliqus dans la construction, semble li leur implication dans le processus dlaboration des normes: groupes de travail communs, priode de tests et damlioration. Ces pratiques de standardisation sont historiquement portes par le CRTI-B (voir lexemple de la conception de CRTI-weB), qui jouera sans nul doute son rle dans les futures volutions du BIM au Luxembourg.

    Confrence SCAN14

    La confrence SCAN14, organise au mois de juin 2014, a runi des professionnels concepteurs, chercheurs et tudiants en architecture, ingnierie, construction ou urbanisme pour changer leurs points de vue dans une dynamique interdisciplinaire. Elle a rassembl les approches professionnelles pratiques, les tudes et modlisations scientifi ques ainsi que les dmarches pdagogiques dans une dynamique de partage et dchange.

    27 contributions scientifi ques et pdagogiques ont t slectionnes et publies aprs expertise par un comit scientifi que. Elles ont aussi t prsentes lors de la confrence internationale SCAN14 (Sminaire de Conception Architecturale Numrique) qui sest tenue au Centre de Recherche Public Henri Tudor, en partenariat avec le laboratoire MAP-CRAI de lENSArchitecture de Nancy, du 19 au 20 juin 2014.

    Les journes scientifi ques ont t prcdes dune journe professionnelle BIM co-organise par le CRP Henri Tudor et Neobuild. Le programme avait pour objectif de rendre compte des volutions du sujet dun point de vue international, avec des orateurs luxembourgeois, mais aussi anglais, franais, belges ou encore hollandais. Les textes qui suivent ont t rdigs par certains de ces orateurs.

    Dabord, Jos Dell et Franois Plegrin situent le thme du BIM dans la pratique de la conception, insistant sur laspect collaboratif vhicul par cette pratique. Puis diffrents usages appliqus (BIM Uses) sont rapports dans les textes de Daniel Zignale, Jacky Plottes et Ccile Goffaux (et leurs co-auteurs). Enfi n lusage de maquettes numriques dans la conception urbaine est abord dans larticle de Nancy Ottaviano (Collectif Quatorze).

    www.tudor.lu

    1_ Il sagit ici de premiers rsultats observs sur base dun chantillon non dfinitif. Les rsultats finaux de lenqute, conduite entre septembre 2013 et juin 2014, seront rendus publics dans le courant de lanne 2014.

    2_ Kubicki, S. & Boton, C. (2014). IT Barometer survey in Luxembourg. First results to understand IT innovation in Construction sector. In proceedings of CIBW78 & ISCCBE Conference. Orlando, Florida. June 23rd 25th, 2014.

    3_ IFC est le modle de don-nes standardis pour la de-scription des objets du bti-ment, ouvert, international et interoprable dvelopp par BuildingSmart (www.buildingsmart.org/stand-ards/ifc/).

  • BUILDING INFORMATION MODELING_Jos Dell, Architecte, Prsident de lordre des Architectes et Ingnieurs Conseils

    Le BIM, la maquette numrique, les IFC sont des terminologies qui ont fait leur apparition, il y a plusieurs annes. Certains concepteurs voulaient sy lancer rapidement, dautres acteurs positionnaient les IFC comme la solution tous les problmes dans la construction. Ces nouveaux concepts remettaient en cause dune certaine faon notre manire de travailler. A ce moment-l, le secteur navait pas la maturit pour se lancer dans cette aventure. Depuis lors, les outils et les approches ont chang.

    Quest-ce que le BIM? Il existe plusieurs dfi nitions: Building Information Modeling, Building Information Model ou encore maquette numrique du btiment (MNB).Nanmoins, toutes ces dfi nitions convergent vers le sens que le BIM concerne la fois la gestion et la modlisation. Le BIM nest pas, ou pas uniquement, un outil de dessin en 3D. Bien que la conception se fasse de plus en plus laide doutils bass sur la 3D, la communication dans la construction est base essentiellement sur des documents graphiques imprims, et de ce fait en 2D, qui ne sont quune image du modle un moment donn et sous un certain angle de vue.

    Les architectes et les ingnieurs savent que les informations contenues dans une reprsentation de lobjet sont innombrables: gomtrie de la construction, relations spatiales, quantits, proprits des lments de construction; pour ne citer que celles-l. Ces informations ne sont pas transposables de manire univoque sur un document graphique. Les rfl exions, qui ont men choisir une certaine reprsentation, sont trs souvent perdues dans notre manire classique de travailler. Les rfl exions et les choix, que le concepteur est amen faire tout au long de lvolution du projet, ne pourront tre que trs diffi cilement communiqus au matre douvrage.En ce qui concerne la gestion, nous avons mis au point, au

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  • sein de lOAI, il y a quelques annes, un groupe de travail ayant pour objectif de mettre en place des procdures facilitant la collaboration entre les diffrents protagonistes de lacte de construire. Le facteur humain jouant un rle primordial dans les relations, il est important de mettre laccent sur une bonne communication: nous mentionnons cet lment-cl de la russite dun projet dans toutes les sances dinformation. Un premier pas a t franchi par la mise en place de fi ches spcifi ques prcisant la rpartition des prestations entre architectes et ingnieurs-conseils, tout en tenant compte du fait que la communication stend bien au-del, vers le matre douvrage et les entreprises.Le concepteur change de paradigme: sa cration est base sur des objets, lments de la construction (ex. porte), et plus uniquement sur des objets graphiques (ex. demi-cercle). Les IFC caractrisent alors ces objets. Le processus de dessin nest plus uniquement un assemblage dlments graphiques, mais dobjets contenant des proprits.Les architectes devront veiller ne pas rduire larchitecture un assemblage dobjets standardiss. La maquette numrique ne devra pas avoir comme seul but de favoriser lchange entre acteurs et de fournir au matre douvrage un outil pour la gestion de son patrimoine. Le rel dfi pour les annes venir consiste intgrer dans des formations la notion du BIM. La conception de projets de qualit architecturale doit rester lobjectif primordial, tout en ajoutant une couche dintelligence attache chaque objet reprsent.Par ailleurs, un des problmes essentiels rside actuellement dans la gestion de la masse des donnes et, en grande partie aussi, des contraintes rglementaires et techniques. Nous rejoignons ici la conception paramtrique. Les mmes recherches sont faites plusieurs fois au sein dun mme bureau, au sein de la matrise duvre, des entreprises. Des modifi cations graphiques intgrent le risque de non-conformit, tant donn que les contraintes de base ne sont pas transparentes pour chaque acteur intervenant dans la conception, et, plus tard, lors de la construction.Idalement le BIM devrait donc apprendre avec le concepteur,

    par exemple, dans le cas des contraintes relatives une autorisation de construire (les carts par rapport aux limites du terrain devraient cerner la conception), ou celles relatives une autorisation commodo-incommodo (caractristiques des portes, distances entre escaliers, compartimentage coupe-feu). Les recherches rptes chaque tape de la conception sont sources de pertes de temps et de non conformits. Le pourquoi des diffrentes contraintes devrait tre ancr dans la reprsentation graphique; ce qui permettrait dconomiser des ressources et des litiges.Lintelligence ajoute la reprsentation graphique favorise certainement la collaboration dans lacte de construire. Il faut cependant viter le pige consistant croire que la maquette numrique rsoudrait tous les problmes. Aucun outil ne pourra se substituer la communication directe entre acteurs.

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  • UNE NCESSAIRE MUTATION!_

    La crise que nous traversons nest pas une crise mais une ncessaire mutation. Dans un monde trop longtemps domin par lconomie, il est urgent de rintroduire dautres valeurs: sociales, environnementales et culturelles en remettant lhomme au cur du dispositif1. Cest cela le dveloppement durable.

    Mme si le Grenelle de lenvironnement a rveill les consciences et commence produire ses effets, une vi-dence subsiste: le fonctionnement actuel de la fi lire construction et cadre de vie ne conduit pas facilement la qualit attendue; preuves en sont le cot annuel de lassu-rance construction, le cot de la non qualit2 sans parler du cot du mal vivre3. Il faut donc promouvoir des approches globales, multicritres (et certainement pas seulement thermique comme cest trop souvent le cas aujourdhui), apprendre raisonner en conomie globale4 pour rpa-rer et construire un cadre de vie de qualit durable. Quil sagisse damnagement, de construction neuve ou de requalifi cation architecturale et technique de quartiers et de btiments devenus inadapts aux besoins, il nous faut, durgence, renvoyer en formation tous les professionnels de lacte de construire, oser la rupture avec des pratiques obsoltes, et certainement saisir lopportunit de nou-veaux outils tels que le BIM pour nous faire sortir de lge de pierre. Le consommateur, qui na aucune raison de faire - priori- confi ance veut tre rassur5, le banquier comme lassureur ne fi nancent que ce qui est certifi et le maitre douvrage nentreprend que si cest fi nanc et assur.Ainsi, dotes de comptences actualises et de nouveaux outils, les professions du cadre de vie seront mieux armes pour faire ce que lon attend delle, savoir:

    _GARANTIR LES PERFORMANCES du projet chaque tape dlaboration du projet, voir garantir les rsultats dans la mesure o le comportement de lusager est clai-rement tabli.

    _ASSURER LA TRAABILIT DE LA PRESCRIPTION: le matriau pos doit tre le matriau prescrit.

    _ATTESTER DU RESPECT DE NORMES, RGLEMENTA-TIONS, CERTIFICATIONS, LABELLISATIONS, QUALIFI-CATIONS, en attendant de russir allger larsenal nor-matif et rglementaire6)

    OSONS LA RUPTUREPour cela, il leur faut oser de vraies ruptures, et notamment comportementales:_travailler en mode ingnierie concourante et non plus en

    ingnierie squentielle; cette plurisciplinarit au service du projet doit conduire de plus larges investigations sur le

    systme constructifs et sur les choix des matriaux,_le sujet est ancien7 mais il est vrai que les outils adap-

    ts manquaient lpoque,_dvelopper des systmes dauto contrle et des super-

    viseurs de contraintes permettant aux acteurs majeurs (matrise douvrage, matrise duvre, entreprises) de justifi er du respect des exigences et du mme coup en-diguer le fl ot et le cot des auditeurs, vrifi cateurs, ex-perts en tout genre qui se multiplient chaque nouvelle rglementation ou certifi cation. Un outil rvolutionnaire peut accompagner cette MUTATION en plaant les ac-teurs en situation de dmarche qualit partage.

    Le nom de code de cet outil qui marquera cette dcen-nie est le BIM: (Building Information Model) autrement appele MAQUETTE NUMERIQUE

    Pour ma part, je prfre lappeler:

    BIM comme BOULEVERSEMENT INTERPROFES-SIONNEL MAJEUR

    Cest en effet ce qui va se passer; il va rvolutionner nos pratiques et le mode dlaboration des projets8, LINGENIERIE CONCOURANTE qui induit une dmarche qualit partage:

    Concevoir en mode ingnierie concourante autour doutils 3D collaboratifs au format BIM.Nos outils de conception9 et de ralisation ont bien 25 ans de retard par rapport ceux utiliss dans les autres fi lires: arospatiale, automobile, lectro-mnager

    Rnover le processus de PROGRAMMATION-CONCEP-TION-RALISATION-EXPLOITATION, grce la gestion cohrentes en 3D des informations du projet, leur partage et leur enrichissement progressif dans la ma-quette numrique, qui seule permet une reprsentation fi dle du projet et des valuations justes

    La cration de la MAQUETTE NUMERIQUE revient na-turellement larchitecte; cest lui qui cre et agence les espaces, les volumes, et dfi nit les matires qui les sparent. Cest lui qui sassure que les formes spa-tiales ainsi cres conjuguent harmonieusement les diffrentes contraintes satisfaire : intgration au site, conception bioclimatique, respect du programme et

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    Le BIM comme: Bouleversement Interprofessionnel Majeur

    Francois Pelegrin, Architecte DPLG, Urbaniste DUP

  • des diffrents rglements tels que PLU et apporte ce sup-plment dme qui donne du sens au projet et produit de larchitecture et pas simplement de la construction.Une fois les formes urbaines et les espaces valids, la maquette numrique sera progressivement enrichie des apports des partenaires de la matrise duvre, laquelle conomisera un temps prcieux car elle naura plus dco-der et ressaisir les informations du projet architectural10; en contrepartie de ce temps gagn, elle pourra multiplier les itrations, les simulations, les calculs ncessaires lopti-misation du projet: thermique, structure, conomie, cot global, bilan nergie griseLa saisie soigne du projet en 3D au format BIM par lar-chitecte (il faudra lui en donner les moyens) permet aux autres acteurs lexploitation directe des donnes dans leur(s) logiciel(s) de calcul.Ainsi ils svitent non seulement 70% (environ) de temps de dcodage dinformations et de ressaisie dans leur logiciel-mtier mais aussi de dangereux risques derreur.11

    Le BIM est un format 3D intelligent:

    Au-del de la rvolution induite par lingnierie concou-rante dans tout le procs: programmation-conception-r-alisation-maintenance; il en est une autre rvolution qui sannonce:

    Le SUPERVISEUR DE CONTRAINTESEn effet, le concepteur pourra dcider dembarquer dans la maquette numrique un certain nombre dexigences satisfaire quelles soient issues du programme, du PLU, de rglementations ou dexigences propres au concepteur, ce qui fera du BIM:

    _un outil pdagogique car le concepteur pourra visualiser sur sa demande les rgles respecter _un outil dautocontrle automatique signalant sur de-mande ou automatiquement les transgressions des rgles dictes: par exemple non-respect dun prospect, dun C+D, dune surface de baie, mais encore dune isolation de paroi, etc_une mmoire vive du projet bien utile surtout quand le projet sinterrompt puis redmarre quelques mois ou an-nes plus tard avec de nouveaux collaborateurs qui nont pas en tte toutes les contraintes satisfaire.

    _Les rfrentiels, terme, seront supports par la maquette numrique12 et permettront au fi l de raliser les autos contrles et in fi ne dditer un rapport offi ciel sur le respect ou non-respect des lments du rfrentiel (cest exactement ce qui se passe aujourdhui avec la RT 2012)13

    A chaque phase dlaboration du projet, la maquette num-rique jouera donc le rle de SUPERVISEUR DE CONTRAINTES et permettra dallger la mission et le cot des vrifi cateurs externes.Ainsi, il sera possible chaque tape de GARANTIR que les PERFORMANCES demandes sont bien atteintes.

    A QUI PROFITE LE BIM?

    A tous les acteurs et in fi ne au matre dusage exploi-tant puisquil hritera dune super base de donnes en 3D, utile pendant toute la dure de vie du btiment jusqu son ventuelle destruction. Cette maquette numrique a donc une valeur certaine.Le BIM implique une vision gagnant-gagnant On le voit, bien tous les acteurs sont impacts et chacun pourra en tirer profi t en svitant des saisies multiples, sources derreur et de perte de temps.

    Il est autant destin aux constructions neuves qu la rha-bilitation.14

    PROGRAMMATION

    On peut faire de la programmation spatiale, associer aux espaces les caractristiques attendues. Ainsi les concepteurs pourront automatiquement affi cher les exigences des diffrents lments du programme.

    CONCERTATION- COMMUNICATIONSupport de dialogue et de concertation avec les lus, la ma-trise douvrage et les autres partenaires. A tous les stades du projet, le format BIM permet de visualiser le btiment sous tous ses angles et de sy promener en temps rel, de rentrer lintrieur des volumes.

    CONCEPTIONDs lesquisse, vrifi er automatiquement le respect des rgles du PLU et le respect de contraintes que le concepteur sest lui-mme donn; insertion dans lenvironnement, prise en compte des masques lointains. Ds lavant-projet apprhender et ausculter le projet: performance

    13CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

  • bioclimatique, comparaison de modes constructifs, cot global sur lenveloppe, empreinte environnementale. A toutes les tapes du projet, vrifi er le respect des exigences programmatiques ou rglementaires, partager les informations avec les partenaires de la maitrise duvre au profi t de loptimisation du projet. Indpendamment des gains de temps pour tous (sauf pour larchitecte qui devra faire une saisie trs soigne), le travail en mode collaboratif est porteur de qualit et de gain de temps.

    Accs aux banques de donnes des industriels ds lors quils sont au format IFC: il est de lintrt de ces derniers, sils veulent tre prescrits, de ne pas louper le coche

    CONSULTATION DES ENTREPRISESOutil la disposition des entreprises pour:

    _chiffrer les travaux en vitant de longs et fastidieux mtrs_prparer du chantier_simuler lavancement du chantier, la pose des chafau-

    dages, le calepinage, par exemple._etc

    GESTION DE CHANTIERSimuler lavancementAide la mise en uvreRespect de la prescriptionRECEPTIONRespect des conformits

    GESTION MAINTENANCE EXPLOITATIONRestitution au matre douvrage dune banque de donnes en 3D jour pour exploitation et la maintenance du bti-ment: une sorte de carnet de sant du btiment perp-tuellement ractualis.Belles conomies en perspective en vitant les cots de rele-vs et ressaisies dun btiment rhabiliter lorsque lon ne dispose que de plans papiers non mis jour

    LES CHANTIERS A ENGAGER TOUT DE SUITELa question de la formation

    _la formation la saisie en 3D et notamment auprs des architectes, car cest naturellement eux que revient la ralisation de cette maquette numrique mme si on peut imaginer quelle peut changer de main puisque in fi ne elle reviendra au matre dusage exploitant.

    _la formation des autres acteurs pour se former leurs logi-ciels de mtier mis jour au format BIM/IFC.

    La question de la rmunration et de la rpartition des ho-noraires par phase:_dfi nir la juste rmunration pour la ralisation de la ma-

    quette numrique, revoir la rpartition des honoraires par phase: il faut beaucoup plus de moyens plus tt car la saisie dmarre lesquisse et ds lAPS elle doit tre mti-culeuse.

    _apprcier la valeur marchande de cette base de donnes EXPLOITATION MAINTENANCE dont le grand bnfi ciaire est le maitre dusage exploitant.

    _repenser la juste rpartition des honoraires au sein de la matrise duvre; lconomie de temps pour ceux qui ex-ploiteront directement les donnes de la maquette num-rique tant de lordre de 70%; se pose alors la question de lusage de cette conomie; le but nest pas de demander 70% de rabais nos partenaires mais de travailler autre-ment pour, aprs avoir investi dans la saisie soigne du pro-jet, collaborer plus en amont, et faire plus de simulations.

    _le recours au BIM va coter plus cher au dbut (cot des logi-ciels, des formations, du rodage) mais il gnrera globale-ment de lconomie une fois la pratique devenue courante.15

    _Les matres douvrage publics (tat, collectivits territo-riales, bailleurs sociaux, etc) devraient (comme certains pays lon dj fait) imposer ou au moins fortement inciter le recours au BIM dans les marchs publics.

    La remise en question de lensemble du systme: rglemen-tation, normalisation, certifi cation, labellisation voir avec tous les acteurs, lEtat et les organismes certifi cateurs.En remettant au centre du jeu les acteurs reconnus com-ptents, dots doutils valids, il y a matire revoir tout cet arsenal en vue de son allgement. Cest une imprieuse ncessit; si rien nest fait, nous ne pourrons plus construire tant nous serons englus dans des dispositifs ne permettant plus de satisfaire des exigences trop nombreuses et parfois contradictoires.La question de nouvelles formes de consultation?Le BIM permettrait de nouvelles formes de consultation, sujet voir avec les tous les intresss.

    La question de la modernisation de la prescription.16

    14 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

  • La traabilit de la prescription (sujet voir avec les indus-triels)

    En bref:LA MAQUETTE NUMERIQUE DOIT PERMETTRE LE RECEN-TRAGE SOUHAITABLE SUR LES ACTEURS MAJEURS, DEN-COURAGER LES DMARCHES QUALIT PARTAGE ET LES AUTOS CONTROLES EN VUE DALLEGER, VOIR SUPPRIMER DANS CERTAINS CAS, LE COUT DES CONTROLES EXTERNES TOUT EN DIMINUANT CEUX DE NON QUALIT

    De tels outils impactent directement tous les comporte-ments et vont faire sensiblement bouger les lignes.

    Nous sommes bien laube dune nouvelle re pour les ac-teurs de la construction et du cadre de vie. Cest pourquoi je confi rme que la meilleure dfi nition du BIM (Building In-formation Model traduit en franais comme maquette nu-mrique) est: Bouleversement Interprofessionnel Majeur Et jajoute en direction des architectes:avec comme initiateur et chef dorchestre tout dsign: lARCHITECTE, condition quil comprenne les enjeux17 et entreprenne tout de suite les efforts de formation nces-saires pour passer de la saisie 2D au vrai 3D format BIM.BIM ou has been, il est temps de choisir

    15CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    1_ Ce message port depuis longtemps par l UNSFA semble avoir t en-tendu; la preuve: la prochaine rglementation 2020 ne sera pas une rglementation thermique mais une rglementation Btiment respon-sable donc multicritre

    2_ les experts considrent que le cot de non qualit dun secteur dactivit est de 10 15% de son chiffre daffaire; le secteur construction et cadre de vie reprsente 160 milliards deuros par an soit 24 milliards deuros en retenant le taux de 15%

    3_ lire ce sujet louvrage difiant de la MIQCP sur le cot global

    4_ cest dire en cot global mais autant le dire en terme positif; encore faut il placer les acteurs en position de bien fairedu premier coup; Ce qui pose de lourdes questions sur les comptences, missions, rmun-rations, responsabilits et indpendance des acteurs.

    5_ la socit na plus confi ance: le monde de la mdecine a failli avec le sang contamin, lagriculture avec la vache folle, le btiment avec lamiante

    6_ Sous ma prsidence le comit dorientation stratgique COS CONSTRUC-TION et URBANISME lAFNOR, a lanc il y a 3 ans le chantier verdis-sement des normes et il y a un an dj la rflexion TROP DE NORMES

    7_ voir larticle de F Plegrin: cahiers du Moniteur 1985

    8_ mais ce nest quun outil; sans le talent et de la comptence des acteurs, il ne fera pas de miracle

    9_ et pour cause: dans les annes 80 un standard (dxf) sest rapidement impos comme mode dchange entre logiciels graphiques mais limi-ts des changes vectoriels en 2D, incapables dajouter une couche smantique, il a certes contribuer linformatisation rapide du secteur mais a malheureusement habitu la majorit de ses acteurs au travail en 2D; souhaitons que la mme nergie sera investie pour promouvoir

    dsormais le format 3D BIM avec les IFC (attention, avant dacheter un logiciel 3D,bien vrifier la compatibilit avec le format IFC)

    10_si leurs logiciels de mtier sont bien au format IFC

    11_lenjeu nest pas de rduire les honoraires de nos partenaires de 70% mais bien de travailler diffremment

    12_B Ferries et F Plegrin tudient actuellement les contraintes dun rf-rentiel qui pourraient tre supportes par le BIM de faon allger le cot des audits au profit de la rmunration des concepteurs

    13_cest dj le cas avec certain logiciel RT 2O12; exemple concret : depuis ma saisie 3D sous ARCHICAD au format BIM, je teste sous ARCHIWIZARD en temps rel les performances nergtiques et le confort visuel de mon projet, en attendant de pouvoir tablir prochainement le calcul du cot global et le bilan nergie grise de l enveloppe du btiment

    14_la recherche action SOLOMA (mandataire ARCHITECTURE PELEGRIN) , soutenue par le PUCA illustre parfaitement lapplication du BIM (AR-CHICAD/ARCHIWIZARD) applique des oprations de rhabilitation

    15_ il serait judicieux de confier la MIQCP une tude sur la juste rmunra-tion des projets raliss en BIM: les surcots du dpart et les conomies larrive; la rpartition des honoraires par phase et les surcots de saisie

    16_ telle que propose par ARCHINOV en 1996

    17_ hlas, jen attends dj certains dire que le BIM serait une atteinte leur crativit et une entrave supplmentaire; ceux l qui nont visiblement encore rien compris - je dis: rassurez vous, cest bien vous qui concevez mais vous devrez dsormais saisir votre conception en 3D, faute de quoi dautres le feront votre place et cest l que vous prendrez un gros risque.

  • PROCESSUS DE COLLECTE DINFORMATIONSTECHNIQUES PAR LA MAQUETTE NUMRIQUE SUR LE CHANTIER NEOBUILD_

    La crise que nous traversons nest pas une crise mais une ncessaire mutation. Dans un monde trop longtemps domin par lconomie, il est urgent de rintroduire dautres valeurs: sociales, environnementales et culturelles en remettant lhomme au cur du dispositif1. Cest cela le dveloppement durable.

    16 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    Daniel Zignale, Francis Schwall & Sylvain Kubicki

    1_ Introduction

    Le stockage des donnes du btiment et de ses quipe-ments est aujourdhui important pour mettre en place et assurer une bonne maintenance. Budget, dates de garan-ties, ou encore prcautions dinterventions sont autant dlments connaitre et rendre dispo-nible en temps et en heure. Loptimisation de la gestion de ces don-nes est alors un gain indniable pour les maitres douvrages, et les futurs gestionnaires (et sous-traitants). En tant que maitre douvrage du projet Neobuild1 nous voquons par exemple des besoins bien particuliers:

    _Le paiement dune prestation dinstallation ne sera en-voy que lorsque toutes les fi ches techniques des qui-pements ins-talls seront fournies. Comment assurer cela sans pnaliser le droulement du chantier?

    _Les prix des quipements doivent tre enregistrs au mo-ment de leur installation afi n de les comparer leur prix de remplacement, ce qui permettra de justifi er un changement de budget en cas daugmentation des prix. Comment faire?

    Des solutions techniques existent pour assister cela, comme par exemple les outils de GMAO (Gestion de Maintenance Assiste par Ordinateur). Cependant, renseigner ces infor-mations demande un effort important. Avant mme la sai-sie dans un outil (elle-mme dj fastidieuse), agrger ces informations et les stocker est dj un dfi .

    Nous avons cet effet expriment lutilisation de la ma-quette numrique afi n dallier la modlisation 3D du bti-ment et de ses quipements (lectricit, HVAC) durant la conception/construction, la saisie dinformations sur les ou-vrages (proprits dun circuit, ca-ractristiques techniques dune climatisation) qui puissent tre ult-rieurement ex-ploitables (Ibrahim & Krawczyk, 2003). Loutil de mo-dlisa-tion choisi est Revit2 (Architecture + MEP), logiciel de la suite Autodesk. Le format dchange commun pour exploiter ces donns avec un outil de GMAO est le tableur Excel.

    2_ Solutions explores

    Malgr les bnfi ces indniables apporte par le BIM (Azhar, Hein, & Sketo, 2011), lalimentation du modle, notamment les in-formations sur les quipements, soulve des discussions rcurrentes : Quelle comptences requises? Pour quel cot? Quel temps pass? Le problme rside dans lassignation des responsabilits quant la saisie de linformation: il sagit dattribuer cette tche aux bonnes personnes, dans un contexte technologique adapt, afi n de minimiser limpact sur la charge de travail voire mme damliorer la producti-vit.

    Deux solutions ont t explores:

    _intgrer les donnes techniques directement dans le mo-dle, en tant que paramtres des objets 3D,

    _ou lier ces objets leur fi che technique en sassurant que ce lien soit prenne et trac.

    2.1_ Lutilisation dobjets 3D entirement paramtrs

    Loutil Revit (comme dautres logiciels de modlisation BIM) permet la modlisation dobjets paramtriques sous formes de fa-milles. Lexemple suivant dcrit la modlisation dun systme de ventilation de marque Drexel & Weiss, en fai-sant varier les para-mtres dun modle un autre (ex. les modle Centro 1200 et Centro 2000, voir fi gure 1).

    Cette approche possde cependant des limites: il faut pos-sder la comptence ncessaire ldition dobjets 3D (ici dans Revit) et tre mme de grer un catalogue de ces objets rutilis et aliment chaque projet. Cest donc le plus souvent aux architectes et ing-nieurs quincombe cette tche, alors que linformation est dtenue par les fournisseurs. Lenjeu est alors de grer cet change, ce qui techniquement peut tre envisag de plusieurs manires.

    La base de donnes MagiCad

    Loutil Magicad3 permet dinsrer dans un modle revit, des mo-dles dquipements fi dles aux catalogues des

  • 17CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    fournisseurs. Ces modles contiennent les dimensions nor-malises ainsi que les carac-tristiques techniques relles. Ils pourront tre utiliss aussi bien pour la reprsentation que pour effectuer des simulations. Dans le cadre de rela-tions contractuelles rcurrentes entre des fournisseurs et des maitres douvrages ou maitres duvre, possder une telle base de donnes sera trs utile pour utiliser des objets connus qui auront t modliss une seule fois. Cela im-plique un investissement de la part du fournisseur qui devra effectuer ce travail de modlisation ou le sous-traiter la socit MagiCad pour quils crent eux-mmes cette base de donnes (service payant). Si cette solution parait idale, elle mettra du temps se dmocratiser. Notre exprience nous a montr que trs peu de fournisseurs sont actuelle-ment prts proposer leur catalogue sous forme dobjets modliss. Sur le long terme cepen-dant, et avec le recours contractualis au BIM par les pouvoirs pu-blics, cela pourra devenir une exigence ou du moins un lment de choix dans les appels doffres.

    Ldition des paramtres via un tableur Excel

    Les nomenclatures dans Revit peuvent tre remplies auto-mati-quement par limport des donnes au format Excel. Le processus dchange est le suivant pour rpertorier les quipements est le sui-vant:

    _lingnieur gnre des nomenclatures vierges pour chaque ca-tgorie dquipements quil envoie aux fournisseurs concer-ns,

    _ceux-ci les remplissent et les renvoient,

    _enfi n lingnieur les rimporte dans le modle avant de reg-nrer fi nalement une nomenclature globale qui sera exploi-table.

    Dans un tel cas de fi gure, lenjeu est didentifi er linforma-tion im-portante renseigner, en fonction des types dqui-pements. Cette information changeant dun type lautre, dun pays lautre ou dun gestionnaire lautre, arriver une structure homogne est dif-fi cile. De plus, la saisie

    reste consquente, mme si elle est divise et rpartie chez les diffrents fournisseurs. Ces informations tant dj pr-sentes dans les fi ches techniques, ce processus reste peru comme du travail en plus.

    La solution explore ci-dessous vise exploiter cette infor-mation comprise dans les fi ches techniques.

    3_ Vers une gestion des fi ches techniques base sur le modle

    Les fi ches techniques composent actuellement la vritable base de donnes relative aux caractristiques techniques dun btiment. Au cours du projet, la demande des fi ches techniques et lenvoi de celles-ci se fait la plupart du temps par change de mail. Ces changes sont peu traables et le stockage des fi ches techniques doit tre rigoureux, incluant une gestion de versions. Nous avons pu cons-tater que sans mthodologie de classement et de tri, la consultation de ces fi ches devient vite laborieuse au fur et mesure de leur rcep-tion. Leur gestion est donc un enjeu. Elle permettra galement de rpondre des besoins particuliers tel que la validation des fi ches avant dmettre une facture.

    Le processus dchange imagin (voir fi gure 2) est sem-blable ce-lui dcrit prcdemment. Il ne sagit plus cepen-dant ici de remplir la nomenclature au format Excel avec toutes les caractristiques tech-niques dun quipement mais dy renseigner uniquement la rfrence de la fi che technique ainsi que les informations supplmentaires utili-ses pour leur gestion (date de pose, dure de garantie, cot). Cette approche est actuellement trs rpandue aux Etats-Unis et au Royaume-Uni sous le nom de COBie (Construction Operations Buil-ding Information Exchange). Elle sintgre parfaitement dans les m-thodes et outils BIM (Sabol, 2008).

    3.1_ COBie: gnralits

    Le projet COBie fut initi en dcembre 2006. Lobjectif tait didentifi er les besoins dinformation des responsables dins-tallation, oprateurs et gestionnaires pendant le cycle de

    1_ Modlisation des deux types de systme de ventilation Aerosilent.

  • 18 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    vie du btiment et de lever la contrainte lie la multitude de documents (papiers / num-riques) changs. COBIE4

    est donc conu pour transmettre et grer ces donnes mais aussi les documents qui les contiennent (East & Brodt, 2007).

    Au cours de notre exprimentation, les donnes COBIE que nous avons slectionns afi n de rpondre nos besoins sont les suivants:

    _le fournisseur (nom et URL),

    _le numro de srie (du catalogue fournisseur),

    _la rfrence de la fi che technique,

    _la rfrence un ventuel cahier des charges de montage (ou un dtail dexcution),

    _le cot au moment de linstallation,

    _la dure de vie prvue,

    _la date de dbut de garantie,

    _et enfi n le cot en cas de remplacement.

    3.2_ Notre approche

    Comme le montre la fi gure 2, la tche de modlisation des qui-pements revient lingnieur MEP qui gnre ensuite une nomencla-ture COBie partielle pour chaque fournisseur. Pour chaque type dquipement, le fournisseur concern remplit les donnes deman-des, dont les rfrences des fi ches techniques quil met disposition galement. Pour ce faire nous proposons le partage des fi ches sur une pla-teforme web dchange de documents (CRTI-weB) qui impose un nommage normalis. Ainsi cest ce nom unique qui devra tre rap-port dans le tableur COBie en guise de rfrence de la fi che, ce qui assure un lien unique et durable (voir fi gure 3). Enfi n, lingnieur peut rcolter ces donnes en les important dans le modle et regn-rer une nomen-clature complte qui sera utilise pour la mise en place de la gestion du btiment. Elle pourra alors tre plus exhaustive, d-crivant par exemple pour chaque quipement install

    (et non seule-ment chaque type) ltage et la pice dans laquelle il se trouve. Les prrequis pour entamer une activit de GMAO seront alors effectifs.

    4_ Conclusion

    Des moyens techniques varis permettent de rpartir la charge de travail relative la mise en place de la gestion dun btiment entre les diffrents acteurs du projet, et ce grce un change structur de linformation issue du mo-dle des moments cls du projet. Cet ar-ticle en montre un exemple. Cependant, lutilisation du COBie nest pas une pratique rpandue au Luxembourg, et encore moins lutilisation de la maquette numrique pour gnrer les nomencla-tures. Loffre de services gnralement propo-se par les fournisseurs doutils de GMAO est base sur la resaisie dinformation. Nous cher-cherons donc tester le processus propos avec le fournisseur du projet Neobuild. Ceci nous permettra dvaluer laptitude de COBie grer les informations dans le cadre dun projet priv Luxem-bourg, ainsi que la possibilit de dmocratiser lapproche. Au terme de cette tude nous pourrons amliorer le proces-sus, voire les solutions tech-niques proposes (comme des plugins pour les logiciels CAO/BIM ou une plateforme web ddie la gestion des fi ches techniques). Dautres solu-tions innovantes autour de la maquette numrique pour-ront tre exploites comme par exemple lutilisation de puces RFID ou autres dispositif de reconnaissance dobjets qui permettront de consulter en temps rel linformation du btiment comprise dans le modle BIM depuis le chantier (Motamedi & Hammad, 2009).

    Processus dalimentation dune nomenclature COBIE pour la gestion des quipements dun btiment

    Doc

    umen

    tsex

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    Info

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    ent (

    vol

    ue)

    Engineer

    Design

    Design Authoring

    Trac des rseaux et placement des quipements

    Maquette numrique du btiment (Revit)

    Engineer

    Construction

    Record Model

    Cration d'une nomenclature COBIE

    COBIE partiel non rempli (Excel)

    Contractor

    Construction

    Record Model

    Renseignement du COBIE et partage des fiches techniques

    COBIE partiel rempli (Excel)

    Engineer

    Construction

    Record Model

    Mise jour du modle

    Maquette numrique du btiment (Revit)

    Engineer

    Construction

    Record Model

    Cration de la nomenclature finale

    COBIE complet (Excel)

    Fiches techniques

    De la part de chaque fournisseur

    2_ Processus dchange dinformation mis en place

  • 19CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    1_ http://www.neobuild.lu/projects?id=nic

    2_ http://www.autodesk.com/products/autodesk-revit-family/overview

    3_ http://www.magicad.com/fr

    4_ En pratique COBie est un modle de donnes standard ouvert et publi, dfini sur la base du format IFC (http://www.buildingsmart.org/standards/ifc). La spcification complte (connue sous le nom FM Handover Model View Definition) est disponible ici : http://docs.buildingsmartalliance.org/MVD_COBIE/

    3_ Linformation change au travers de ses diffrentes formes

    Bibliographie

    Azhar, S., Hein, M., & Sketo, B. (2011). Building Information Modeling ( BIM ): Benefits , Risks and Challenges.

    East, W., & Brodt, W. (2007). BIM for construction handover. Journal of Build-ing Information Modeling.

    Ibrahim, M., & Krawczyk, R. (2003). The level of knowledge of CAD objects within the building information model. Association for Computer-Aided De-sign in Architecture (pp. 172177).

    Motamedi, A., & Hammad, A. (2009). RFID-assisted lifecycle management of building components using BIM data. ISARC, (Isarc), 109116.

    Sabol, L. (2008). Building Information Modeling & Facility Management. IFMA World Workplace, Dallas, Tex., USA.

  • 20 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    Figure 2: Extrait dune simulation dun projet de dmnagement dans un im-meuble bureautique de 8 tages.

    Figure 1: Simulation sur base de vues en plan.

    Simulation 4D sur base de maquettes numriques 3D

    La simulation 4D fonde sur des maquettes numriques 3D a fait ses preuves au sein de la socit Schroeder & Associs s.a. dans les domaines de la planification de projets de gros uvre, allant du stade de ltude de faisabilit au stade de lexcution du projet.

    Utilisation Le terme 4D est utilis ci-aprs pour lensemble des simulations mettant en vidence des droulements de chantier, liant soit des simples vues en plan (voir fig-ure 1) soit des maquettes numriques en 3D (voir figure 3) un planning de construction. De cette faon, sont tablis des plans de phasage trs parlants, reprsentant de formidables complments aux plannings tradition-nels. Le choix du type de la maquette de base (vue en plan ou 3D) ainsi que son niveau de dtail doivent tre appropris au rsultat recherch. Ces caractristiques peuvent bien videmment voluer avec les stades de la planification dun projet (tude de faisabilit, avant-projets ou projet dexcution, etc.). Simulation 4D dans le plan

    Dans le btiment, les simulations 4D dans le plan se prtent parfaitement la mise en vidence des squenc-es de travail tant en phase de parachvement quen phase de montage du gnie technique. Un autre exem-ple illustrant pleinement la plus-value dune simulation 4D dans le plan ressort de la gestion de dmnagements de grande envergure, frquemment indispensable pour de grands immeubles caractre bureautique ou pour le secteur de lHoreca. Lintrt dune simulation 4D aug-mente encore avec le nombre des zones dintervention, surtout lorsque celles-ci sont reparties sur diffrents tages. Il est alors trs facile de comparer les rper-cussions engendres par une activit sur lensemble des zones ou niveaux et dy dceler puis de rsoudre dventuels conflits de planification (voir figure 2).

    RETOUR DEXPRIENCE DE LUTILISATION DE LA 4D DANS LE PROJECT MANAGEMENT_Jacky Plottes, ingnieur, Schroeder & Associs s.a., ingnieurs conseils

    La simulation 4D a trouv sa premire application au sein de la socit Schroeder & Associs s.a. dans le service Project Management en 2009. Depuis, la 4D sest rvle tre un outil de travail trs performant, ayant permis Schroeder & Associs s.a. de consolider sa place de prcurseur en la matire au Grand-Duch de Luxembourg.

  • 21CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    Figure 3: Simulation sur base dune maquette 3D.

    Bien quun niveau de dtail pouss permette dobtenir de remar-quables simulations, il y a lieu de le limiter afin de ne pas surcharger la maquette numrique. En effet, il devient de plus en plus simple dimporter des lments de bibliothques existantes et de programmes auxiliaires, mais ceci peut alors augmenter de faon exponentielle le volume des fichiers informatiques et alourdir ainsi le processus de travail. Outre les limites informatiques, les modifications rcurrentes de la maquette numrique imposent une gestion prcautionneuse des dtails et du modle en lui-mme. Des standards communs BIM (Building Information Modeling) permettant dorganiser les interactions entre usagers (architectes, ingnieurs, excutants, etc.) ainsi que le niveau de dtail savrent ainsi indispensables.Exemples particuliersLa 4D permet danalyser les projets sous langle de leur faisabilit technique en harmonie avec les attentes des diffrents acteurs. Elle favorise ainsi une communication simple, visuelle et donc trs efficace entre matres douvrage, bureaux dtudes et entreprises, ce qui constitue un intressant outil de travail pour faciliter des dcisions dlicates. Ci-dessous deux exemples concrets (voir figure 4 et figure 5).

    Outils informatiques utiliss Le bureau dtudes Schroeder&Associs s.a. utilise les logiciels informatiques suivants: xD Virtual Builder pour gnrer des liens dynamiques entre des objets de dessin (AutoCAD ou Sketchup) et des plannings (MS-Project). Les rapports sont tablis en format Powerpoint et *.pdf.

    Conclusions La simulation 4D sest rvle tre un outil de travail trs performant au sein de la socit Schroeder & Associs s.a. dans le service Project Management et a permis au bureau dtudes de consolider sa place de prcurseur en la matire au Grand-Duch de Luxembourg.

  • Figure 4: Exemple 1 : Lutilisation de la 4D pour mettre en vidence et rsoudre des conflits entre des travaux de gros uvre et des travaux de dmontage.

    Figure 5: Exemple 2: Lutilisation de la 4D pour vrifier la mthode de dmon-tage dune grue tour enferme dans un chantier en cul-de-sac.

    Lefficacit des simulations 4D dpend fortement du choix du type de la maquette numrique de base (vue en plan ou 3D) ainsi que du niveau de dtail attribu. Des standards communs BIM (Building Information Modeling) permettant dorganiser les interactions entre usagers (architectes, ingnieurs, excutants, etc.) savrent indispensables pour grer les modifications rcurrentes de la maquette.Une vrification de la faisabilit technique dun projet laide de la 4D permet de mettre en vidence, de comparer et puis de rsoudre dventuels conflits de planification. La 4D favorise ainsi une communication simple, visuelle et donc trs efficace lors de la naissance dun projet et de son volution.

    22 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

  • Accompagnement de projet dinnovation / Recherche de partenaires Diffusion de linformation scientifique et technique / Plateforme dchange de connaissance

    Neobuild S.A. 5A, ZAE Krakelshaff L-3290 Bettembourg Tl.: 26 59 56 700 info@neobuild.lu www.neobuild.lu

  • LA SIMULATION 3D AU SERVICE DU BTIMENT_Ccile Goffaux et Ariane Frre (Cenaero), Sbastien Wauquier (Cover Group), Stphane Mouton (CETIC)

    La simulation numrique 3D aux services des acteurs de la conception architecturale: solution intgre pour lestimation des charges de vent sur les structures.

    La conception et la gestion des btiments seffectuent de plus en plus grce des processus daide la dcision bass notamment sur des outils numriques 3D de type BIM. Les solutions 3D se dveloppent et stoffent par des indica-teurs conomiques, nergtiques, rglementaires, facilitant ainsi laide la dcision en matire de dveloppement du-rable.En parallle, des centres de recherche tels que Cenaero reoivent de plus en plus de demandes manant des bu-reaux dtudes, darchitectes, durbanistes, de fabricants, dquipementiers pour raliser des simulations pointues en 3D relatives aux problmatiques nergtiques, dimpact en-vironnemental, de scurit...

    Cest ainsi que Cenaero, initialement ddi au support de lindustrie arospatiale, traditionnellement la pointe en termes de modlisation 3D, a transfr ses comptences vers le secteur de lEnergie et du Btiment. Cest donc na-turellement, avec le recours accru la reprsentation 3D et la simulation 3D, que ces deux mondes se rencontrent aujourdhui. Larticle prsente une preuve de concept de cette rencontre, associe au dveloppement dune chane automatise de calcul de vent sur des structures lgres communiquant par un mode de type Saas.

    Etude CFD des efforts du vent sur les structuresPour valuer les charges exerces par le vent sur une structure, les bureaux dtudes ont accs diffrents ty-pes doutils, allant des normes aux essais en souffl erie. A lheure actuelle, pour les structures de grande ampleur (sta-des, gratte-ciels), la valeur ajoute des essais en souffl erie est accepte et des mthodes de simulation CFD de haute-fi dlit (Large-Eddy Simulations, Tamura et al. (2006)) sont de plus en plus utilises. Nanmoins, ces mthodes tant chres et chronophages, elles ne sont utilises que dans les cas critiques et en fi n de conception, comme vrifi cation et non comme outil de dimensionnement. Pour le dimen-sionnement, la pratique courante reste donc base sur les modles simplifi s.Ces mthodes simplifi es ont nanmoins des domaines

    dapplication trs limits, ne pouvant reprsenter que des btiments de formes simples. Les mthodes de simulation CFD dites RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes), moins couteuses que les mthodes LES mais capables de don-ner une bonne approximation de lcoulement autour de btiments de toutes formes sont donc trs intressantes en phase de dimensionnement. Lutilisation de techniques CFD RANS est illustre ici pour lvaluation des contrain-tes arodynamiques sur des structures lgres, savoir des vrandas.

    Application: valuation des contraintes sur des vrandasLa socit Cover Group dite un logiciel permettant la con-ception informatique 3D de chssis et vrandas. Depuis quelques annes, la socit offre galement la possibilit de raliser des tudes de stabilit ainsi que le bilan thermique 2D de chssis sur base dun calcul lments fi nis.

    Parmi les nouveaux dveloppements quelle souhaiterait mener, la socit Cover Group dsire augmenter la prcisi-on de lestimation des coeffi cients de pression sur les struc-tures soumises au vent. Les normes et les calculs analytiques tant insuffi -sants pour la grande majorit des gomtries traites, Cover Group avait donc be-soin de mthodes plus fl exibles.

    Vrifi cation de la valeur ajoute des simulations CFD de type RANSPour rpondre ce besoin, Cenaero a propos de com-parer diffrents outils de dtermination des coeffi cients de pression: normes, souffl erie, RANS. Deux cas, pour les-quels il existe des mesures exprimentales ont t tudis : lexprience Silsoe (Richards and Hoxey (2006)) sur un cube de 6m de cts et lexprience du CSTC sur une maison classique (Van Beeck et al (2002)), Figure 1.

    Ces cas tests, compars du point de vue de la rapidit et de la prcision des calculs, ont permis de mettre en vidence lintrt de loutil RANS pour la prdiction des coeffi cients de pression.

    24 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

  • Optimisation et automatisation des calculs CFDLe but fi nal tant lintgration des calculs RANS dans le lo-giciel de Cover Group, ltude sest concentre sur la r-duction maximale du temps de calcul et lautomatisation des tapes de la CFD. Une manire dacclrer la rsolution est deffectuer les simulations en parallle, sur de multip-les processeurs. Or la socit Cover Group souhaite que la simulation puisse tre dclenche et visualise directe-ment par les utilisateurs de ses logiciels, nayant pas accs dimportantes puissances de calcul. Il tait donc intressant de se tourner vers les mthodes dites de cloud compu-ting, Figure 2.

    Pour intgrer la simulation 3D au logiciel de Cover Group et concevoir la mise disposition de la simulation distance, le CETIC a t sollicit. Ce dernier a mis en place une plate-forme permettant aux utilisateurs denvoyer par Internet les donnes de la simulation puis de recevoir et daffi cher les rsultats. Pour ce faire le CETIC a dvelopp une interface de programmation (API) adapte aux donnes de simula-tion, API communicant avec un scheduler de tches de calcul scientifi ques (PBS). La simulation est alors fournie comme un service appel (Software as a Service, SaaS) et bnfi cie dune puissance de calcul qui nest pas disponible sur les ordinateurs des clients de la socit.

    Conclusion et perspectivesLexemple prsent ci-dessus illustre la manire dont les outils de simulations 3D peuvent apporter une aide au di-mensionnement des structures architecturales. Lensemble de la chane prsente permet en effet aux utilisateurs du logiciel de Cover Group, en environ 10 minutes, de faire

    1_ Cas test CSTC: dispositif exprimental et rsultats RANS (champs de pres-sion sur les parois et champ de vitesse dans le plan de symtrie)

    2_ Principe du cloud computing

    25CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    appel un logiciel CFD et dobtenir les efforts du vent sur leur vranda, et ce sans ncessiter de spcialistes CFD ni dune puissance de calcul importante.

    Comme perspectives, outre une utilisation plus accrue de la simulation 3D dans le dimensionnement des btiments, Cenaero voit lexploitation de la simulation 3D plus grande chelle, pour le dveloppement urbanistique des villes. Dans ce cadre, Cenaero travaille actuellement dans lintgration des outils 3D aux Systmes dInformation G-ographique (SIG).

    Bibliographie

    Richards, P.J., Hoxey, R.P. (2006). Flow reattachment on the roof of a 6m cube. Journal of Wind Engineering and

    Industrial Aerodynamics, 94 77-99.Tamura, T., Nozawa, K. and Kondo, K. (2006). AIJ guide for

    numerical prediction of wind loads on buildings.Fourth International Symposium on Computational Wind

    Engineering (CWE2006), Yokohama.Van Beeck, J., Corieri, P., Parmentier, B. and Dezso, G. (2002). Full scale and wind tunnel tests of unsteady pressure fi elds

    on rooftiles of low rise buildings. COST C14, Workshop Nantes, CSTB.

  • NUMRIQUE ET TERRITOIRE EN TRANSFORMATION_Collectif Quatorze: Joachim Bolanos, Grgoire Durrens, Sylvain Gaufi llier, Romain Minod, Nancy Ottaviano, Rubn Salvador-Torrs

    La Fabrique1 souhaitait une maquette volumtrique de son territoire oprationnel de projet. Le Collectif Quatorze a fait volu cette commande car ce territoire sera pro-chainement sujet de profondes transformations: conversion dune autoroute en tramway urbain, construction dune Zone dAmnagement Concerte. Il semblait utile de propo-ser une reprsentation dynamique, ici une maquette cran, physique et tangible, augmente dun jeu de projections cartographiques au service dune conception participative. Cet article appliqu vise donner un retour sur la rali-sation de ce dispositif excut via une fraiseuse commande numrique. Ceci inscrit cette dmarche dans le fil de volonts politiques franaises actuelles promouvant le dveloppement de Fablabs. Face aux loges du Do It Yourself tenus dans les rcents appels propositions et linjonction de participation du public, comment se structurent les modes de travail des Makers2, ces concepteurs-constructeurs imprgns de culture numrique? Un regard sur les phases de travail interrogera la notion de comptence qui est le fil rouge de cet article.

    26 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    FabriquerLe processus se divise en grandes phases dduites des outils mobiliss. De lcran latelier, quelques pistes dartisanat technologique.

    Machine de la culture wikiEn quatre mois courant 2012, un membre du collectif3 a r-colt les informations, plans, documents qui lui ont permis de construire une fraiseuse CNC grand format. Son ampli-tude est de 260cm en axe X, 140cm en axe Y et 03cm en axe Z. Usuellement mobilise pour dcouper, elle sert ici la ralisation de bas-reliefs. La contrainte damplitude en axe Z, qui apparente lensemble de la 2D et demi, a orient le choix du 1/2000e comme chelle de reprsentation du ter-ritoire. La culture de la contribution et de la mise disposi-tion de fi chiers en ligne a permis notre quipe, cot trs modr, de squiper de cet outil: une machine numrique de construction artisanale issue de la culture Wiki.

    Cuisines de fi chiersLes documents de travail initiaux ont t mis disposition par les communes4. La base de donnes topographiques

    construite par LInstitut Gographique National (IGN) et disponible en fi chiers Shapes (.SHP), a permis de recoller ensemble les diffrents plans de villes via Q-Gis, logiciel libre pour les Systmes dInformation Gographique. Ap-rs avoir analys en couches les hauteurs prsentes sur le site, les informations ont t compiles en couches de calques dans le logiciel Rhino grce des fi chiers dchanges vectoriels Autocad (.DXF) et Illustrator (.AI). Rhino est relativement permissif quant aux imperfections gomtriques dues aux alas dinteroprabilit des for-mats. Ceci provoquait des rsistances face certaines oprations boolennes: inclusion de gomtries tranges, non-traitement de certains volumes Les masses 3D ont t modlises, positionnes, fusionnes, etc. manuelle-ment ou par scripts.

    Fraiser, prototyper, fabriquer

    Aprs la phase de modlisation 3D les dessins vectoriels sont traduits en fi chiers de strolithographie (.STL) adapts au logiciel de gnration des chemins de fraise. Il permet de dfi nir les squences de mouvements que fera la machine. Succinctement, le fi chier G-Code (.NGC) gnr par le logi-ciel de calcul de chemins est celui qui active la machine. Il indique une suite de coordonnes X, Y et Z, vitesses, acc-lrations et indications de positionnement dans la matire ou hors la matire. Sur la CNC dont nous disposons, la frai-se est une Kress5 .

    Suite la phase de prototypage, le contreplaqu bois sur lequel la vitesse de fraisage provoquait larrachement des fi bres a t remplac par du Forex6 dont les copeaux se d-tachent plus facilement aux diffrents passages de la fraise. La matire est travaille en 4 chemins: dgrossi en 6mm, affi nage des volumes en 3mm, dessin des rues en 3mm, dtourage de la pice en 10mm.

    Impliquer le publicComment concilier des savoirs informatiques clairement spcialiss et linjonction limplication du public que la Ville suggrait?

  • 27CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    1_ Plateforme citoyenne des Hauts-Montreuil mise en place linitiative de la ville et anime par lassociation Arpenteurs.

    2_ Anderson, C. (2012), Makers, La nouvelle rvolution in-dustrielle, Clermont-Ferrand: Pearson France

    3_ Lquipe complte sur ce projet tait: Joachim Bolanos, Antoine Demarest, Grgoire Durrens, Sylvain Gaufillier, Nancy Ottaviano, Ruben Salvador-Torres.

    4_ Montreuil, Rosny-sous-Bois, Bagnolet, Fontenay-sous-Bois

    5_ Nous navons donc pas la possibilit de donner des instructions sur la vitesse de rotation de la fraise.

    6_ Matriau blanc, compact et homogne en PVC expans.

    7_ Les ateliers avaient lieu les mercredis aprs-midi et taient ddis majoritaire-ment un public ag de 5 12 ans.

    8_En particulier lors dune se-maine denqute courant oc-tobre 2013.

    9_Laboratoire Architecture Anth-ropologie (LAA-LAVUE UMR 7218 CNRS) et lAtelier Parisi-en dUrbanisme. La recherche proposant la mthode est Tranches de villes, ou com-ment se construit la qualit de vie en ville?

    10_Expression dun interlocuteur qui tait prsent le dispo-sitif.

    Cadrer le territoireLa phase de fabrication fait suite une srie de 5 ateliers publics tenus La Fabrique fi n 2012. Ces premires inter-ventions7 proposaient de sinitier la construction de pe-tites maquettes architecturales individuelles ainsi quune reprsentation collective dun tronon de rue. Durant ces temps, nous interrogions les habitants sur le quartier et les limites de lexprience urbaine quotidienne. Ces discussions ont permis le choix du cadrage de la maquette: au del des frontires oprationnelles du projet urbain des Hauts-Mon-treuil et des circonscriptions administratives ce qui donne une porte mtropolitaine au dispositif.

    Construire des rcits collectifsLes 5 premiers ateliers ont aussi t loccasion de dfi nir 7 thmatiques pour raconter la perception de la transfor-mation urbaine par les habitants: repres, ailleurs, dserts, convivialit, incertain, frontires, transformations. Ainsi des entretiens cartographiques ont t mens8 et invitaient localiser chaque thme sur un fond de plan. Selon la m-thode Tranche de Ville, mise au point par le LAA9 et lAPUR en 2005, les rcits individuels ont ensuite t com-pils, pour rvler, par thmes, les espaces les plus cits. En projetant lhumain sur le spatial10 on voit alors les points

    de convergences entre reprsentations institutionnelles du projet et perception des habitants. Un regard crois avec dautres types de donnes projetes sur le support physique de la maquette est envisag.

    Ouvrir latelierDu 23 au 26 octobre 2013 latelier a t ouvert au public pour permettre de prendre connaissance du mode de ra-lisation de la maquette. Le temps de fabrication a donc t rendu transparent et, dfaut dtre pleinement participa-tif ceci a t loccasion de discuter la fois du numrique et du territoire, de sorienter dans ces espaces en devenir.

    ConclusionPour lheure la maquette est augmente de ses projections et ses potentialits dinteractions sont multiples: connexion de palettes graphiques, stylets et light painting, pointeurs lasers et autres animations sont ltude. Enfi n, si pour cer-tains auteurs ces pratiques de prototypage rapide dobjets fabriqus via des outils commande numrique amorcerai-ent une troisime rvolution industrielle - une redistributi-on en chaines courtes et un faire accessible au plus grand nombre - la spcialisation des savoirs et les comptences requises pour la fabrication de cette maquette le montrent: la route vers la dmocratisation de lusage de ces outils de fabrication via le numrique est encore longue.

  • MODLISATION 4D/5D: QUAND LE BIM INTGRE LE TEMPS ET LES COTS_Sylvain Kubicki, Centre de Recherche Public Henri Tudor, Luxembourg, Koenraad Nys. D-Studio, Belgique

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    BIM en phase chantier : la simulation de la constructionMieux, les outils de dtection de collisions (clash detection) garantissent une revue automatise des incohrences du modle qui peuvent se produire lorsque plusieurs concepteurs contribuent un mme modle BIM. Les diteurs ne cessent dajouter de lintelligence constructive dans leurs outils, limage de la fonctionnalit Priority Based Connections dArchicad qui se veut garante dune documentation structurellement et constructivement cohrente lors de la production de plans dexcution partir dun modle gr dans loutil. La justesse des mtrs quantitatifs, et de lvaluation (semi) automatique des cots de construction quils permettent, produits partir dun BIM est galement un argument essentiel.

    Cet article traite de lapport de paramtres en lien avec la gestion de projet aux reprsentations spatiales du BIM. Les paramtres constructifs et la planifi cation des tches dexcution (simulation 4D), ainsi que le suivi des cots (simulation 5D) sont ainsi abords.

    2D, 3D, 4D, 5DLe dessin 2D est de loin la technique la plus utilise dans le secteur de la construction pour reprsenter louvrage construire. Mais cette forme de reprsentation en deux dimensions nest pas sans limites. Dabord, on sait que les multiples reprsentations 2D dun ouvrage en trois dimensions sont lorigine de nombreuses erreurs de dessin ou dincohrences de donnes. De plus, chaque acteur doit se faire une reprsentation mentale tridimensionnelle de louvrage par interprtation du dessin. Il arrive trs frquemment que les intervenants aient diffrentes interprtations de la mme reprsentation. Il est ds lors ncessaire davoir recours de linformation en trois dimensions pour complter la perception de lobjet reprsent sur des plans 2D et assurer la cohrence des reprsentations. Selon Collier et Fischer (Collier & Fischer 1995), ceci est principalement d au fait que lenvironnement mme de la construction est fait dobjets tridimensionnels et, de ce fait, la 3D semble tre naturellement la meilleure

    manire de les reprsenter. Les architectes y sont dailleurs familiers puisquils conoivent des espaces qui sont par nature tridimensionnels.

    Les rcents dveloppements du BIM, illustrs dans cet ouvrage, montrent que de nombreux paramtres compltent la 3D afi n de permettre un vrai usage collectif dune maquette numrique. Dans la phase de mise en uvre des ouvrages (le chantier), la 3D ne semble pas non plus suffi sante pour refl ter, comprendre et analyser le processus. Toujours selon Collier et Fischer, si lenvironnement de la construction est compos dobjets tridimensionnels, la construction elle-mme introduit une quatrime dimension (4D). Une opration de construction se compose en effet dun ensemble de squences dactivits ralises par diffrents acteurs et lissue desquelles louvrage progresse dun tat un autre. Ainsi donc, un modle 3D aussi labor soit-il, ne saurait vraiment communiquer une telle volution de louvrage, sil est statique. Do la ncessit dintgrer une quatrime dimension (temporelle) quon retrouve dans lordonnancement des travaux. Il devient ainsi possible de simuler le processus de construction en fonction du temps. Toutefois, les premiers travaux datant du milieu des annes 90, on parle de 4D sans forcment sadosser aux approches de maquettes numriques BIM, interoprables ou partages. Certains modles 4D ne sont en ralit que des modles 2D + Temps et de nombreux logiciels permettent de crer un modle 4D partir de fi chiers 3D propritaires et souvent dpourvus de smantique.

    La planifi cationLintroduction de cette quatrime dimension nest pas ide fondamentalement nouvelle. Ses paramtres temporels sont ceux des mthodes de planifi cation, eux-mmes largement partags avec dautres domaines industriels.La planifi cation Gantt, la plus rpandue dans notre secteur, manipule des tches, des dates, des dures et leurs squencements qui sont lis la reprsentation tridimensionnelle du BIM. Cest dailleurs cette notion de squencement, voire de chemin critique, que la simulation

    Les usages du BIM en phase de construction du projet sont multiples. Dans louvrage de rfrence sur le sujet, (Eastman et al. 2011) voquent bien sr les gains qualitatifs pour lentrepreneur lorsque celui reoit une maquette BIM dexcution, exempte derreurs, doublis, et dincohrences entre plans 2D, coupes 2D et dtails constructifs.

  • 29CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    4D illustrera le mieux lorsquelle est coordonne une vue Gantt.Il en va de mme avec la mthode chemin de fer (ou fl ow line), dj souvent utilise dans la planifi cation de btiments rptitifs (ex. gratte-ciels et leurs tages presque identiques) ou de travaux linaires (ex. dblais / remblais pour le trac dune infrastructure routire). En effet, cette mthode trs puissante qui tient compte de la localisation des travaux offre une lisibilit accrue lorsquun modle 4D lassocie la reprsentation des ouvrages 3D. Les prvisions de cadence de travaux (c.--d. linclinaison du trac dans un diagramme fl ow line) et les potentiels confl its (c.--d. deux tracs, soit deux tches, qui se rencontrent) sont en effet visionns dans leur contexte spatial (Figure 1).

    Modliser 4DUn modle 4D sobtient en reliant des tches de construction une gomtrie 3D: les ouvrages construire.

    BIM et non BIMDepuis de nombreuses annes, les coordinateurs/planifi cateurs ralisent des plannings 4D en utilisant

    1_ Vue dun planning chemin de fer montrant le planning initial (ligne rouge continue), le ralis et les prvisions (pointills rouges) et des alarmes (points rouges). Chaque type de tche possde sa propre ligne. Si deux lignes passent dans la mme case, on dtecte immdiatement une co-localisation de travaux. Tir de (Seppnen et al. 2010).

    2_ Un modle 4D utilis avec la mthode Last Planner System dans loutil xD Virtual Builder. La coloration rouge des zones montre une co-activit (mme lieu, mme moment). Le coordinateur peut dtecter plus rapidement des risques potentiels.

    Des mthodes plus collaboratives, comme le Last Planner System sappuient galement sur la localisation des travaux pour dtecter des risques et grer le projet. Cette mthode est base sur des prvisions de dures ralistes, fournies par les excutants eux-mmes durant des sances de revue collectives. Certains outils proposent ainsi de calculer et visualiser ces zones sur un modle 4D (Figure 2).

  • 30 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    automatiquement les modifi cations effectues sur la gomtrie 3D ou sur le planning de tches dans les logiciels dorigine.

    Processus de modlisation 4D

    La Figure 3 prsente le processus de modlisation 4D gnralement propos par les logiciels actuels. Ils se basent tous sur limport dun modle 3D/BIM et dun planning des travaux (Figure 3, point 1).

    Ces donnes sont ensuite traites dans le logiciel (Figure 3, point 2) de faon organiser les ouvrages suivant la ralit constructive (par type, lot) et la granularit attendue dans la planifi cation (ex. murs individuels, tages entiers). En parallle le planning sera enrichi (Figure 3, point 3) de faon renseigner le type dactivit concern, comme la construction douvrages, la dmolition, les tches de logistique etc. Ces paramtres des tches sont rarement renseigns dans les logiciels de planifi cation. Des tches particulires peuvent galement tre ajoutes ici, indpendamment du planning dorigine. Ces informations impacteront la visualisation du modle 4D lors de la simulation. Les paramtres de visualisation sont de plus rgls ici, de faon adapter le choix des couleurs, ou lutilisation de la transparence, aux caractristiques du projet en cours de modlisation.

    Le logiciel 4D propose alors sa fonctionnalit centrale, permettant de lier linformation 3D au temps (Figure 3, point 4). Cette liaison est souvent manuelle, base sur le travail dorganisation des donnes prcdent. Cependant, des fonctionnalits innovantes apparaissent dans les outils, et permettent de gnrer automatiquement ces liens. Linformation smantique du BIM permet en effet de crer des rgles de mise en uvre semi-automatiques. Des recherches plus pousses sont actuellement en cours dans la communaut scientifi que pour prendre en compte dautres paramtres afi n de gnrer la liaison 4D ou de proposer au coordinateur du projet des variantes de planifi cation quil peut alors analyser et choisir.

    simplement les couleurs, types de traits ou jeux de calques des logiciels de CAO classiques. Les animations 4D rsultantes sont bien sr pertinentes, mais diffi cilement prennes et modifi ables.

    Des logiciels de CAO/BIM, comme ArchiCAD ou Revit, ont alors intgr des fonctionnalits de base (ou propos des add-ons), permettant dassocier les ouvrages modliss des phases de la construction, surtout pour permettre aux architectes de fi ltrer les objets reprsents (par exemple affi cher/masquer des ouvrages existants). Finalement, le march actuel se compose majoritairement de logiciels spcifi ques, avec leurs fonctionnalits ddies la modlisation 4D et la gestion de projet, et coordonns aux modles BIM et aux plannings de chantier. Notons encore que la multiplicit des formats BIM propres aux diteurs de logiciels de CAO/BIM rend complexe leur prise en charge par ces logiciels 4D. Les produits se divisent donc entre les solutions permettant de grer une varit de formats 3D/BIM (fonctionnalits trs utiles mais complexes maintenir dans le temps, proposs surtout par les grands diteurs) et ceux proposant aux utilisateurs de transiter par un format intermdiaire pour la prise en charge des ouvrages 3D:

    _Le format IFC est une solution. Ce standard permet en effet depuis sa version 2.0 dassocier les paramtres temporels aux ouvrages du btiment, notamment via les classes IfcWorkPlan IfcWorkSchedule et IfcTask.

    _SketchUp, logiciel capable dimporter de multiples formats 3D/BIM, est aussi largement utilis par ces diteurs qui dveloppent des plug-ins proposant les fonctionnalits 4D. Ce logiciel classiquement qualifi de non-BIM trouve ainsi parfaitement sa place dans un workfl ow BIM!

    Une question essentielle dans le cas de lutilisation de formats intermdiaires (fi chiers ou base de donnes) est la persistance de la relation entre objets 4D et objets dorigine. Elle garantit en effet quune simulation 4D reste maintenable dans la dure du projet en intgrant (semi)

    3_ Processus typique de modlisation 4D. Adapt de (Eastman et al. 2011)

  • 31CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    UsagesDans ses usages premiers, la 4D permet lanalyse de la constructibilit dun projet en phase de pr construction et est aussi utilise pour le suivi de lavancement des travaux. En rsum, la simulation 4D permet de vrifi er que les ouvrages soient bien constructibles/assemblables suivant les contraintes spatiales et temporelles du chantier. Concrtement, on vrifi e les encombrements, la logique de construction des lments ou encore le risque dinterfaces entre les corps de mtiers excutants (ex. travaux au mme endroit et au mme moment!).(Eastman et al. 2011) exposent les bnfi ces de simulations 4D pour les coordinateurs de chantier et entreprises de construction:

    _Elles permettent une communication visuelle du squencement du chantier de manire effi cace et non ambigu.

    _Utilises de manire collective, elles permettent de multiples acteurs dun projet de transmettre leurs points de vue.

    _Au-del du btiment construire, les simulations 4D peuvent intgrer et optimiser divers lments de logistique, dmolition ou travaux annexes, gnralement pas reprsents sur un planning classique.

    _La coordination squentielle des quipes intervenant dans des espaces exigus est facilite.

    _Enfi n, la plupart des outils offrent des fonctions de comparaison de variantes de planifi cation (et de leurs effets) ou tout simplement de visualisation de lcart entre avancement planifi et avancement ralis.

    Au-del de ces arguments largement rpandus, de nombreux professionnels et chercheurs sintressent galement aux vertus du modle 4D dans les phases amont de la conception du projet (Kubicki 2013). Par exemple, les tapes durant lesquelles les concepteurs travaillent ensemble la rsolution de dtails de conception sont gnralement ddies lexpression de leurs points de vue experts. Dans ce jeu dessais/erreurs, plus ou moins guid par larchitecte suivant ses comptences et la technicit

    des questions, la mise en uvre ne doit pas tre oublie. Comme le rvlent certaines exprimentations rcentes, lutilisation dun modle 4D, aussi grossier et imprcis soit-il, ne peut quamliorer la comprhension commune du dtail en cours de conception.

    4_ Squence 4D de construction dune faade en ossature bois

  • 32 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    La Figure 3 montre une reprsentation 4D des squences de dassemblage dune faade dans la conception dun btiment en ossature bois. Dans cet exemple, plusieurs runions ont t ncessaires avant daboutir une vision commune entre architecte, ingnieur structure et ingnieur thermique! Ce genre de squences, rapidement obtenu partir dun modle BIM associ un planning (mme grossier), permet de lever rapidement des ambiguts de perception.

    Au-del de ces applications lies aux questions de planifi cation en conception /construction, dautres usages apparaissent comme la possibilit de consulter les entreprises plus rapidement, la ralisation de maquettes 4D dans la planifi cation urbaine pour visualiser les tapes de dveloppement dun projet ou encore linformation des citoyens lors de la planifi cation de travaux publics.

    Gestion fi nancire avec le BIM

    Les volutions technologiques et projets rcents dmontrent une volution vers des systmes toujours plus intgrs. Au-del de la dimension temps (4D), dautres types dinformations lies la gestion de projet comme par exemple le composant fi nancier (5D) et /ou la gestion du programme de construction peuvent sajouter. Loptimisation des cots de construction semble gagner du terrain en rpondant aux demandes et exigences du march, notamment celles des matres douvrage qui souhaitent mieux anticiper et suivre les dpenses et projections fi nancires lies au dveloppement des phases de la construction. Cette modlisation 5D nest pas nouvelle. Dj dans les premiers systmes de simulation 3D apparus dans les annes 1980, des modules similaires permettaient de dduire les cots de construction sur base de la notion dobjets intgrs dans le modle 3D. Des systmes comme Star Archi, Speedikon et un peu plus tard Archicad offraient ces possibilits. Cependant, les interfaces utilisateur peu avenantes, la complexit des fonctionnalits associes un manque de connaissance et de maturit des

    modles orients objets a rsult cette poque en une acceptation limite de ces systmes par les professionnels.Lestimation des cots dune construction est pratique par de nombreux acteurs, notamment lconomiste de la construction. Elle se base traditionnellement sur un fastidieux travail de description des ouvrages, en tablissant des mtrs et en dfi nissant des quantits. Le BIM simplifi e normment cette tche, en permettant de gnrer ces informations de manire prcise et tout moment du projet. Lautomatisation complte reste impossible, mais lopportunit est de renverser la rpartition de leffort de travail en consacrant plus de temps lanalyse des donnes extraites du BIM plutt qu consolider ces donnes elles-mmes.Dduire des cots dun modle 3D orient objets de construction semble vident mais reste une opration complexe. Bien sr, dduire des quantits (le quantitatif) en soi nest pas problmatique. La dfi nition mme des proprits tridimensionnelles dun poteau en bton permet par exemple directement den dduire le volume, la surface et dautres caractristiques quantitatives. Mais linterprtation de ces quantits dans le cadre dun systme de calcul de cots propre lutilisateur et /ou normalis, demande souvent un effort considrable. Pendant des dizaines dannes, les experts fi nanciers se sont habitus interprter des plans 2D sur base de rgles de calcul, par manque dautres possibilits. La dduction des quantits relles sur base dun modle 3D ne sintgre aujourdhui pas facilement dans ces rgles et normes, faites dapproximations et de marges de tolrance. Il faut donc souvent des systmes dinterprtation intermdiaires et de redirection de ces quantits. Par exemple, interprter si la tte du poteau fait partie du poteau ou de la poutre au dessus nest aujourdhui pas dfi ni normativement. Mais il est vident que dans les prochaines annes la normalisation sadaptera ces nouvelles techniques. La mise au point dun systme 5D nest donc pas toujours directement lie la complexit et les possibilits du systme de modlisation. Au contraire il sagit dabord

  • Rfrences

    Eastman, C., Teicholz, P., Sacks, R. et Liston, K. (2011). BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors.

    2nd edition, John Wiley & Sons. Hoboken, New Jersey.Kubicki, S. (2013). Simulation 4D : une assistance pour la

    collaboration dans la conception de projets darchitecture. Article en ligne. http://www.tudor.lu/fr/actualite/

    simulation-4d-une-assistance-pour la-collaboration-dans-la-conception-de-projets (accd le 30/09/2013).

    Seppnen, O., Ballard, G. et Pesonen, S. (2010). The Combination of Last Planner System and Location-Based

    Management System. Lean Construction Journal. pp. 43-54.

    www.leanconstructionjournal.org

    de bien organiser le fl ux dinformations (workfl ow) et les mthodes au niveau du dveloppement du projet plutt que dajouter de la complexit par des fonctionnalits avances qui seront sous-utilises. On peut distinguer diffrentes approches qui dpendent du moment de lestimation dans le processus de conception et construction et du niveau de dtail souhait. Ainsi, dans les premires phases dun projet, on peut estimer les cots sur base de quantits type par surfaces ou volumes, ce qui rsulte en une estimation ultra-rapide et relativement correcte. Ces modules 5D se prsentent comme des systmes daide la dcision en phase de conception. Dautres systmes calculent les cots sur base des quantits type pour chaque type dlment (ces mthodes sappuient sur des classifi cations des ouvrages du btiment, par exemple en Grande-Bretagne la mthode de classifi cation SfB). Des objets comme des murs, des toitures, etc. sont interprts dans leur unicit et puis divis et estim dans leurs composants. Ce systme est sans doute le plus appliqu. La comparaison des rsultats des deux systmes dcrits ci-dessus permet de plus un contrle.

    Ces approches sappliquent aujourdhui progressivement dans les pratiques de travail avec le BIM, en intgrant des modles 4D, 5D voire dautres dimensions. Lvolution vers lOpenBIM et la standardisation IFC, lintgration avec de systmes de Base de Donnes relationnelles (ou ERP) et la dissmination de ces technologies en gnral ouvrent une panoplie de possibilits stimulantes.

    33CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    5_ Une estimation financire gnre partir dun modle BIM produit dans Revit (Arch. Johan Verleye)

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  • C'est quoi le BIM ?Le BIM (Building Information Modeling ou Modlisation des Donnes du Btiment) est un processus de cration et de gestion des donnes du btiment. Il permet de centraliser toutes les donnes du btiment dans un modle numrique, unique et calculable.

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    ENTREPRISE GNRALEDE CONSTRUCTION

  • DIE ROLLE VON KOMPLEXEM PROBLEMLSEN IM UMGANG MIT NEUEN TECHNOLOGIEN_

    In den letzten Jahrzehnten verluft die Entwicklung neuer Technologien und ihr Einfl uss auf unser alltgliches Leben zunehmend rasanter: Vom individuellen Alltagsleben bis hin zu komplexen Prozessen in der Industrie werden unzhlige Vorgnge vereinfacht oder automatisiert. Ein Beispiel dafr sind Smartphones, die mittlerweile die selbstverstndlichen Begleiter vieler Menschen sind. Diese knnen uns in der Nhe eines Geschfts erinnern noch einen Wein zu kaufen oder uns vor einem Stau auf der blichen Route nach Hause warnen. Auf einem abstrakteren Niveau, zum Beispiel in der Industrie, werden durch solche neuen Technologien viele Produktionsprozesse automatisiert - beispielsweise durch Maschinen die auf Robotertechnik beruhen. Auch wenn solche Technologien dazu gedacht sind dem Menschen den Alltag zu erleichtern, werden die Nutzer dadurch immer wieder mit neuen Anforderungen konfrontiert. Einerseits ist es notwendig in der Lage zu sein, solche neuen Technologien zu bedienen um ihre Vorteile zu nutzen. Auf der anderen Seite werden, durch die wachsende Bedeutung automatisierter Prozesse, auf dem Arbeitsmarkt neue Fertigkeiten, die nicht mehr auf erlernten Routineprozessen basieren, erwnscht oder sogar

    verlangt. Diese Fertigkeiten, wie beispielsweise Kreativitt, Kollaboration oder komplexes Problemlsen, werden in der Forschung als 21st century skills bezeichnet und in den letzten Jahren von Wissenschaftlern verschiedenster Disziplinen intensiv beforscht.

    Eine dieser Fertigkeiten des 21ten Jahrhunderts, das komplexe Problemlsen, ist die Fertigkeit komplexe, neue Probleme, deren Lsungsweg vllig unbekannt ist, zu lsen. Dadurch, dass Menschen heutzutage immer mehr mit den neuen Technologien und der Beherrschung ihrer Bedienung konfrontiert sind, wird komplexes Problemlsen in vielen alltglichen Situationen bentigt. Aus diesem Grund erhlt diese Fertigkeit besonders groe ffentliche Aufmerksamkeit und steht im Zentrum des Interesses vieler Forscher. Innerhalb dieses Artikels wird zunchst kurz erlutert was unter komplexer Problemlsefertigkeit verstanden wird und wie sie gemessen werden kann. Im Anschluss werden aktuelle Ergebnisse bezglich der Problemlsefertigkeiten von Schlern sowie deren Implikationen diskutiert.

    Sei es also beim Bedienen eines neuen Tablets oder beim Kaufen eines Fahrscheins an einem neuen Automaten, stets ist es notwendig zuerst das Gert bzw. das Problem zu erforschen, indem unterschiedliche Funktionen oder Vorgehensweisen systematisch ausprobiert werden. Als Ergebnis dieses Erforschens entsteht ein gedankliches Modell bzw. eine gedankliche Vorstellung des erworbenen Wissens. Dieses Wissen kann anschlieend genutzt werden um konkrete Ziele zu erreichen, wie zum Beispiel einen 24-Stunden Fahrschein fr die erste Zone fr Studenten zu kaufen. Der Prozess des Erforschens und die Entstehung des gedanklichen Modells ist dabei die erste Dimension des komplexen Problemlsens, die in der Forschung Wissenserwerb genannt wird. Von einem wissenschaftlichen Gesichtspunkt aus wird hier der Fokus besonders auf die Frage nach der individuellen Vorgehensweise gelegt welche Strategien wendet eine Person an, um das Problem zu erkunden? Wie systematisch

    Dr. phil. Samuel Greiff, Dipl.-Psych. ATTRACT fellow

    An der Universitt Luxembourg arbeitet die Forschungsgruppe Computer-based assessment, die sich vorwiegend mit der Erforschung komplexer Problemlsefertigkeiten befasst. Ihr Leiter, ATTRACT fellow, Dr. Samuel Greiff ber-ichtet hier ber diese Fertigkeit. Besonders in den letzten Jahrzehnten, innerhalb derer eine rasante technologische Entwicklung stattfand, gewinnt die Fertigkeit, neuartige Probleme zu erforschen und das erworbene Wissen in neuen Situationen anzuwenden zunehmend an Bedeutung. Aus diesem Grund wurde die komplexe Problemlsefertigkeit von Schlern im Rahmen der grten internationalen Vergleichsstudie im Bildungswesen, PISA, erhoben. In diesem Artikel, werden die Ergebnisse dieser Studie und ihre Implikationen erlutert.

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  • der Aufgabe konfrontiert, die beste Route von einem zu anderem Standort innerhalb einer Stadt zu fi nden, indem er verschiedene Routen ausprobiert und die bentigte Reisezeit herausfi ndet.

    Das bergeordnete Ziel von PISA sowie anderen, vergleichbaren internationalen Studien ist es, zu verstehen, warum manche Schler bessere Problemlser sind als andere, beziehungsweise welche Charakteristika der bestimmten Lndern oder Schulsystemen die Schler zu besonders guten Problemlser machen. Die Ergebnisse der PISA Studie zeigen, dass Schler aus Singapur, Korea und Japan im Vergleich zu Schlern aus allen anderen teilnehmenden Lndern besonders gute Problemlser sind. Die Leistung im Problemlsen entspricht dabei in einem Groteil der teilnehmenden Lndern dem Leistungsniveau in den Bereichen Lesen, Mathematik und Naturwissenschaften. Noch interessanter sind allerdings Befunde, die zeigen, dass es unter den teilnehmenden Lndern auch solche gibt, bei denen die Leistung in schulischen Bereichen nicht mit denen im Problemlsen bereinstimmen. Lnder in denen ein solches Missverhltnis beobachtet wurde sind beispielsweise Australien, Serbien, Macao-China und die Vereinigten Staaten. In den genannten Lndern sind die Schler im Vergleich zu ihrem Leistungsniveau in schulischen Fchern besonders gute Problemlser.

    Nachdem komplexes Problemlsen eine Fertigkeit ist, die wenig in spezifi schen Schulfchern erlerntes Wissen bentigt, knnte man sich vorstellen, dass komplexes Problemlsen in diesen Lndern indirekt durch das Schulsystem gefrdert wird. Andererseits, zeigt sich, dass in manchen Lndern, die Fertigkeit der Schler komplexe Probleme zu lsen viel niedriger ist als ihre Schulfertigkeiten. Auch hier kann man die Grnde im Schulsystem suchen. Um diese Ergebnisse noch detaillierter erklren zu knnen, wurde zustzlich untersucht wie sehr die Zugehrigkeit eines Schlers zu einer bestimmten Schule oder einer bestimmten Gemeinde fr die Leistung im komplexen Problemlsen verantwortlich ist. So zeigt die PISA Studie 2012, dass auch

    und konsequent geht sie dabei vor? Es wre beispielsweise denkbar, dass eine Person plangem vorgeht und alle Funktionen der Reihe nach und dann auch jeweils in Kombination mit einander ausprobiert und so auf effi ziente Weise das Gert erforscht.

    Andererseits ist es genauso denkbar, dass eine Person planlos vorgeht, nicht zielfhrende Schritte wiederholt und so nicht alle Funktionen des Gerts entdeckt. Nachdem die Funktionen und die mglichen Vorgangsweisen erkundet und ein gedankliches Modell des erworbenen Wissens entstanden ist, folgt der nchste Prozess im komplexen Problemlsen. Dieser Prozess spiegelt sich in einer zweiten Dimension des komplexen Problemlsen wider, die Wissensanwendung genannt wird. Diese stellt das Erreichen eines bestimmten Ziels aufgrund erworbenen Wissens dar. Im engeren Sinne ist das die Fertigkeit einer Person das Wissen ber das Problem, welches in der ersten Phase erworben wurde, in konkrete Handlungen umzusetzen um ein bestimmtes Ziel, wie im oben genannten Beispiel das Kaufen des 24-Stunden Fahrscheins fr Studenten, zu erreichen.

    Nachdem komplexes Problemlsen, besonders durch die rasante technologische Entwicklung, inzwischen in zahlreichen Alltagssituationen und beinahe allen Lebensbereichen bentigt wird, besteht auch ein starkes ffentliches Interesse daran, diese Fertigkeit zu erfassen und zu frdern. In diesem Sinne wurde im Rahmen der PISA (Programme for International Student Assessment) Studie, die auf einem internationalen Niveau unterschiedliche Schulfertigkeiten von 15-jhrigen Schlern erfasst und international vergleicht, auch die Erfassung von komplexem Problemlsen eingefhrt. Im Jahr 2012 wurde komplexes Problemlsen zum ersten Mal computer-basiert und lnderbergreifend im Rahmen von PISA erfasst. Die computer-basierte Vorgabe des Tests ermglichte es dabei, dynamische und interaktive Probleme zu realisieren, die die Realitt des schulischen Alltags gut abbilden konnten. Beispielsweise, wird der Schler mit

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  • die Zugehrigkeit zu einer bestimmten Schule wichtig fr die Leistung im Problemlsen sein kann. Die Erklrung hierfr knnte in unterschiedlichen schulpolitischen Entscheidungen, der Qualifi kation der Lehrkrfte oder auch der Gre der Schule liegen. Genauso ist es auf einem abstrakteren internationalen Vergleich denkbar, dass in den Lndern in denen die Problemlsefertigkeit bei Schlern besonders stark ausgeprgt ist, wie beispielsweise Singapur, Korea und Japan, das Schulsystem diese Fertigkeit auerordentlich gut frdert. Mglicherweise fi ndet in den Schulsystemen dieser Lnder weniger Lehre in Form von Vorlesungen von Seiten der Lehrer und mehr eigenstndiges Erlernen und Erforschen von neuen Situationen durch die Schler statt. So werden die Schler in Singapur, Korea und Japan von ihren Lehrer besonders stark gefrdert beispielsweise in Fchern wie Physik, eigene Lsungswege fr Probleme durch Ausprobieren und Experimentieren zu erkunden um auf diese Art und Weise physikalische Gesetzmigkeiten zu entdecken, zu verstehen, und auf weitere Lebensbereiche zu bertragen.

    Luxembourg nahm im Jahr 2012 an der Testung der Problemlsefertigkeit nicht teil. Das lsst den Raum fr die Diskussionen offen, ob die luxemburgischen Schler gute Problemlser sind oder eben vielleicht auch nicht. In Anbetracht dessen, dass die luxemburgischen Schler in den schulischen Fcher Mathematik, Lesen und Naturwissenschaften in der PISA Studie niedrigere Ergebnisse erzielen als zum Beispiel die Nachbarlnder Belgien, Deutschland und Frankreich, knnte man vergleichbare Ergebnisse auch im komplexen Problemlsen erwarten. In den genannten Nachbarlndern zeigten die Schler eine leicht berdurchschnittliche Leistung im komplexen Problemlsen und berdurchschnittliche bis durchschnittliche Leistung in schulischen Kompetenzen. Fr die Schler in Luxemburg wre demnach zu erwarten, dass sie etwas unter dem Durchschnitt abschneiden wrden.

    Aus Analysen der komplexen Problemlsefertigkeiten der Schler west-europischer Lnder kann man also

    Schlussfolgern, dass diese auf einem relativ guten Weg zu sein scheinen, die Problemlsefertigkeit der Schler zu frdern. Allerdings besteht im Vergleich zu asiatischen Lndern wie Singapur, Japan oder Korea noch Verbesserungsbedarf. In Konsequenz ist es daher sinnvoll weiter zu untersuchen inwieweit sich das Schulsystem Singapurs, Koreas und Japans von Schulsystemen der restlichen teilnehmenden Lnder unterscheidet. Das wrde die Mglichkeit erffnen, das Schulsystem in Lndern in denen Schler sehr schlechte Problemlsefertigkeit aufweisen in der Art zu reformieren, dass eine bessere Frderung von Problemlsefertigkeiten erfolgt.

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  • Publi dans le cadre des manifestations du 10me anniversaire de lUniversit du Luxembourg, louvrage Universit du Luxembourg 2003 2013 runit sur 272 pages des contributions de personnages issus du monde acadmique et politique, dacteurs du monde profession-nel, dtudiants et de diplms sinterrogeant sur le pass, le prsent et lavenir de cette jeune institution.

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    Ces rfl exions ont galement dtermin la structure du livre qui se prsente en huit parties:

    Un premier chapitre prsente le paysage universitaire actuel. Plusieurs concepts se dessinent dans lvolution rcente de la gouvernance uni-versitaire, de la multiversity l entrepreneurial university en pas-sant par la global university. Des auteurs experts dans lanalyse de lenseignement suprieur situent le cadre international dans lequel la jeune Universit du Luxembourg volue et mesurent les dfi s qui lui sont poss pour tre comptitive.

    Les deux chapitres suivants sont destins clairer le moment fondateur de lUniversit du Luxembourg, en retraant le contexte acadmique antrieur, les tablissements suprieurs dantan, les dbats de socit qui prludent au vote de la loi de 2003, et la philosophie qui a dtermin celle-ci.

    Le chapitre Ralisations jette ensuite un regard critique sur les dix prem-ires annes, au niveau universitaire global, mais aussi dans la perspec-tive des trois facults et des deux centres interdisciplinaires. Par ailleurs, les douze units de recherche de lUniversit ont t invites prsenter chacune un de leurs grands projets, afi n dillustrer de manire concrte le programme de recherche universitaire.

    Cette prsentation par units sera complte par des thmatiques trans-versales: le multilinguisme, lespace universitaire, la politique en faveur de lgalit des chances, le regard de la presse. Des tmoignages du monde estudiantin et du monde professionnel compltent cette analyse. Le vol-ume se termine par une mise en perspective du projet Universit, avec un second moment fondateur, le moment Belval.

    Louvrage LUniversit du Luxembourg 2003-2013 est dit sous la direction du professeur Michel Margue (Universit du Luxembourg) en collaboration avec Manon Jungen.

    ISBN 978-99959-680-6-9; 45

    Universit du Luxembourg 2003 2013

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  • ACTIVE NOISE CONTROL UND TIEFFREQUENTE LRMPROBLEME_

    Wirkungsweise von ANCDie Idee des Gegenschalls ist schon alt und erste Patente dazu gab es bereits in den 1930er Jahren (Abb.1). Diese waren auf Beobachtungen zurckzufhren, die unter anderen schon Helmholtz gemacht hatte, nmlich dass die Schalldruckwellen von leicht gegeneinander verstimmten Stimmgabeln sich bei der berlagerung in der Summe abwechselnd verstrken und schwchen. Die sich ergebende periodische nderung der Lautstrke nennt der Physiker Schwebung. Zur Schwchung kommt es, wenn die sich berlagernden Schalldruckwellen genau die dieselbe Amplitude und genau entgegensetzte Phasen haben. Dies nennt der Physiker destruktive Interferenz.

    Da lag die Idee nahe, auf diese Weise unerwnschten Schall (Lrm) mit zustzlich erzeugtem Schall so zu berlagern, dass der Effekte der destruktiven Interferenz eintritt. Die Zeichnungen aus der Patentanmeldung von Lueg verdeutlichen das Prinzip. So einfach die Idee, so schwierig ihre Umsetzung, denn die gewnschte Wirkung

    Prof. Dr.-Ing. Detlef Krah, Dipl.Ing. Christian Kleinhenrich M.Sc.Bergische Universitt WuppertalDipl.-Ing. Arndt Niepenberg, WaveScape Technologies GmbH

    tritt erst dann merklich ein, wenn die Bedingungen fr die Amplitude und die Phase ziemlich genau erfllt werden.Abbildung 2 zeigt den Zusammenhang: Um z.B. eine Dmpfung von mindestens 15 dB zu erreichen, muss die Kombination aus Amplituden- und Phasenfehler innerhalb des Bereiches der mit 15 dB parametrierten Kurve liegen.

    Die Einhaltung dieser Anforderungen war die technische Hrde, die auch Jahrzehnte nach der ersten Patenanmeldung Schwierigkeiten bereitete. Die Verbesserungen kamen wellenfrmig jeweils mit der Einfhrung neuer Technologie: Nach der Rhre kam der Transistor, nach dem Transistor die integrierte analoge Schaltung. Jedes Mal wurde ein etwas besseres Ergebnis erreicht. Einen wesentlichen Schub erhielt die ANC-Technik dann mit dem Einsatz der digitalen Technik. Mit der Einfhrung der CD Anfang der 80er Jahre nahm die digitale Signalverarbeitung - sowohl was die Hardware wie auch die Software betrifft - eine bis heute andauernde steile Entwicklung. Ergibt sich in der Analogtechnik die Funktion aus der Hardware, so ist die Funktion bei der digitalen Signalverarbeitung weitgehend von der Hardware gelst und durch die Software bestimmt. Dadurch knnen die Signale mit sehr wirkungsvollen Algorithmen verarbeitet werden. Mit der progressiven Entwicklung fr Konsumeranwendungen wurde auch eine weitere Hrde immer niedriger die

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    1_ Zeichnungen aus der Patent von Lueg, 1936

    2_ Einfluss des Amplituden- und Phasenfehlers des Gegenschallfeldes auf die erreichbare Dmpfung in dB (Kurvenparameter)

  • wirtschaftliche, die fi nanzielle Hrde. Wurde in frheren Jahren immer entgegenhalten, die Technik sei viel zu komplex und deshalb zu teuer in Abwgung zu dem, was mit ihr erreicht werden kann, so gilt dies heute so nicht mehr.Mit der angesprochen wellenfrmigen Entwicklung nahm auch wellenfrmig das Interesse an dieser Technik zu und wieder ab. Ab, weil man mit jedem neuen technischen Schub erhoffte, jetzt alle Lrmprobleme mit ANC lsen zu knnen. Das ist nicht der Fall. ANC ist eine Technik, mit Strken und Schwchen, und man setzt sie sinnvoller Weise dort ein, wo ihre Strken liegen.In der Balance zwischen Wirkung und Aufwand spielt die Genauigkeit eine Rolle, mit der das Gegenschallfeld dem vorgegebenen Schallfeld so berlagert werden kann, dass es zu einer ausgeprgten destruktiven Interferenz kommt. Hier gibt es eine Grundregel: Das Schallfeld kann in einem rumlich begrenzten Bereich umso effi zienter durch Interferenz kontrolliert werden, je grer die kleinste zu bercksichtigende Wellenlnge gegenber den Abmessungen dieses Bereiches ist. Zur Erinnerung: Die Wellenlnge ergibt sich bei der Division der Schallgeschwindigkeit (ca. 340 m/s) durch die Frequenz. Eine Wellen mit der Frequenz von 100 Hz hat demnach eine Wellenlnge von ca. 3,40 m, eine 50 Hz-Welle schon eine Wellenlnge von 6,80 m. ANC wirkt also besonders gut im Bereich tiefer Frequenzen und damit in einem Bereich, wo die blichen passiven Manahmen geprgt durch Masse und Volumen ihrerseits ihre Grenzen fi nden. Nicht umsonst macht z.B. die Bauakustik einen weiten Bogen um den Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz. Und wahrscheinlich haben die technisch-physikalischen Herausforderungen beim Schallschutz im Bereich tiefer Frequenzen auch zur allgemeinen Akzeptanz der A-Bewertung beigetragen, durch die Frequenzanteile unterhalb von 100 Hz stark gedmpft in ein Messergebnis eingehen.

    Wirkung von tieffrequentem Schall

    Die A-Bewertung ist psychoakustisch begrndet: Zu tiefen Frequenzen hin muss der Pegel eines Tones tatschlich

    deutlich gegenber dem eines 1 kHz-Tones angehoben werden, damit dieser genauso laut wahrgenommen wird, wie der 1 kHz-Ton. Doch ist damit die Wahrnehmung des Menschen gengend abgebildet?In den letzten Jahren wird vermehrt von Betroffenen berichtet, die gerade erhebliche Probleme mit tieffrequentem Lrm haben. Dazu mgen folgende zwei Umstnde beitragen:_Die Anzahl der Quellen, die merklich tieffrequente

    Gerusche oder Geruschanteile abstrahlen, nimmt stetig zu. Zu nennen sind hier prominent Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien.

    _Der verstrkte Einsatz von z.B. Schallschutzfenstern (gekoppelt mit Wrmeschutz) im Wohnungsbau hat zwar zu einer deutlichen Reduzierung der Schallpegel (A-bewertet) innerhalb der Wohnung gefhrt, die sich allerdings fast ausschlielich auf mittlere und noch mehr auf hhere Frequenzen beschrnkt. Daraus resultiert bei den Geruschen innerhalb der Wohnung eine Konzentration auf tieffrequente Geruschanteile. Gerade diese Konzentration scheint aber bei den Betroffenen fr die sehr belastende Empfi ndung (mit)verantwortlich zu sein. Nicht selten wird versucht, die Beeintrchtigung durch ffnen der Fenster oder durch Einschalten z.B. eines Radios zu mindern.

    Die Beeintrchtigung, die sich in Symptomen wie: Frustration, Einschlafschwierigkeiten, Furcht, Niedergeschlagenheit, Druck im Kopf, Kopfschmerzen, Nervositt, Konzentrationsmangel uern1, werden bei vielen Betroffenen bereits bei Pegeln nahe der Hrschwellen ausgelst. Welche physiologischen Prozesse dahinter stehen und welchen psychologischen Einfl uss Charakteristika der Betroffenen dabei haben kann, ist noch weitgehend unbekannt2,3. Mglicherweise knnen bei der Lsung des Problems von dieser Seite her in der Zukunft weiterentwickelte (medizinische) Untersuchungsmethoden helfen. Weitaus realistischer ist allerdings der Ansatz, dass speziell das tieffrequente Lrmproblem mittels ANC-Technik gemildert wird.

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    Erfolgversprechende AnwendungsflleNachfolgend soll anhand einiger praktischer Anwendungsflle das Potenzial von ANC aufgezeigt werden. Von der Anwendung her knnen prinzipiell zwei Situationen unterschieden werden:Beim Einsatz am Emissionsort wird mittels ANC bereits die Abstrahlung von tieffrequentem Schall gehemmt, indem nahe der Quelle die Gegenquelle positioniert wird. Dadurch wird fr die Quelle die Strahlungsimpedanz so verndert, dass die Quelle keine bzw. kaum akustische Leistung an das umgebende Medium abgeben kann. Bildhaft knnte es so ausgelegt werden: Die Gegenquelle nimmt der Quelle die Luft zum Atmen.Ist die Quelle nicht erreichbar und der tieffrequente Schall breitet sich aus, so verbleibt als Lsung der Einsatz am Immissionsort. Nicht nur theoretisch ausgelegt, sondern bereits in Versuchen erprobt, ist die Anwendung in Form einer virtuellen Schallschutzwand. Der notwendige Aufwand steht allerdings einer breiten Anwendung noch im Wege. Anders sieht dies bei der Raummodendmpfung aus. Dieser Anwendungsfall soll zunchst behandelt werden.Dmpfung am ImmissionsortRaummodendmpfung Niederfrequenter Schall bringt eine besonders negative Eigenschaft mit sich: Die Ausbildung stehender Wellen, sogenannter Raummoden oder (Eigen-)Resonanzen. Dieses Phnomen hngt direkt mit der Geometrie eines Raumes zusammen und ist besonders ausgeprgt fr Rume mit rechteckigem Grundriss und parallelen Wnden und Decken. Diese Eigenschaften treffen jedoch auf den grten Teil der Innenrume zu. Neben der Geometrie wird die Bildung von Raummoden auch durch wenig absorbierende Raumumfassungsfl chen (Wnde, Decken, Boden) und durch eine wenig absorbierende, also eher karge Wohnungseinrichtung gefrdert. Grundlagen zu RaummodenOb Raummoden in einem Raum angeregt werden, hngt von der Wellenlnge des anregenden Schalls ab. Liegt

    diese im Bereich der Raummae oder einem Vielfachen davon, knnen sich stehende Wellen bilden. Diese haben die Eigenschaft, dass sie an Wnden und in Ecken hohe Schalldrcke erzeugen, in der Mitte eines Raumes oftmals aber gar nicht hrbar sind. Dieser Zusammenhang ist besonders ungnstig, wenn z.B. das Kopfende eines Bettes an einer Wand liegt.ber folgende Gleichung kann ausgerechnet werden, welche Eigenfrequenzen ein rechteckiger Raum, wie in Abbildung 3 dargestellt, besitzt4:

    In Gleichung (1) bezeichnen c die Schallgeschwindigkeit, Lx, Ly und Lz die Kantenlngen des Raumes und flmn die Frequenz der Mode der Ordnungen l, m und n.

    So wrde es bei der Mode der Ordnung 1,0,0 bedeuten, dass sich eine Stehende Welle ausschlielich entlang der x-Richtung bildet, also lngs im Raum, wie ebenfalls in Abb. 3 durch die rote Linie dargestellt. Fr den abgebildeten Raum ergbe dies die Frequenz.

    3_ Geometrie des Versuchsraumes an der Bergischen Universitt Wuppertal und die Platzierung der einzelnen Komponenten des Active Noise Control Systems. Die rote Linie kennzeichnet den Schalldruckverlauf der 1,0,0-Mode

    (1)

    (2)

  • 45CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    Dieser Brummton wrde an den Stirnwnden (in der Abbildung jeweils vor der rechten und linken Wand) sehr stark wahrgenommen, jedoch in der Mitte des Raumes kaum hrbar sein.

    4_ Positionierung des ANC-Systems (X) und Schalldruckpegelverteilung im Testraum fr die 1,0,0-Mode bei 27,5 Hz ohne Gegenmanahmen. An den Stirnwnden herrschen hohe Pegel, whrend in der Mitte des Raumes ger-inger, kaum hrbarer Schalldruck vorhanden ist. Interpoliert aus 15 Messpo-sitionen () in einer Hhe von 1,20 m.

    Gegenmanahmen mit Active Noise ControlActive Noise Control kann zur Bekmpfung von stehenden Wellen in geschlossenen Rumen eingesetzt werden. Fr Moden niedriger Ordnung ist in der Regel sogar nur ein Gegenlautsprecher (Sekundrschallquelle) ausreichend. Dies hngt von der Positionierung der Sekundrquelle und des Fehlermikrofons ab. Mittels des Fehlermikrofons (Fehler gleich Abweichung vom Soll) wird die Wirkung des Systems kontrolliert. Die Ecken eines Raumes sind oft die beste Wahl fr die Aufstellung von Mikrofon und Sekundrquelle.

    Die Raummoden bildenden Schallwellen tendieren zu einer ausgeprgten periodischen Struktur im Zeitverlauf. Fr derartige Signale eignen sich sogenannte Feedback-Systeme. (Andere Lsungen wie Feedforward-Systeme oder Hybrid Feedforward-Feedback-Systeme sind auch denkbar.) Dabei wird ein elektronisches bertragungssystem solange optimiert, bis der Schalldruck an einem oder mehreren Fehlersensoren (Mikrofone) mglichst gering, im Idealfall zu Null wird. Den ntigen Gegenschall erzeugen eine oder mehrere Sekundrquellen (Lautsprecher). Am Labor fr Elektroakustik der Bergischen Universitt

    Wuppertal wurden Versuche mit einem 1x1-System durchgefhrt, das eine Sekundrquelle und einen Fehlersensor implementiert. Die Anordnung des ANC-Systems im Versuchsraum ist in den Abb. 3 und 4 dargestellt. Zum Anregen der Raummoden wurde ein Lautsprecher in eine andere Ecke des Raums platziert. Abb. 5 zeigt den Signalfl ussplan des gesamten Feedback-bertragungssystems. Das Signal d(n) ist das desired signal und stellt die auszulschende Raummode dar. Das vom Sekundrlautsprecher erzeugte Gegensignal wird mit y(n) bezeichnet und breitet sich ber den Sekundrpfad S(z) bis zum Fehlermikrofon aus. Dort wird es der Raummode d(n) berlagert und die Differenz der berlagerung ist das Fehlersignal e(n). Dieses Fehlersignal dient zum einen direkt als Gtema/Kontrollgre des Normalized Least Mean Squares Algorithmus (N-LMS). Zum anderen wird aus e(n) eine Abschtzung d(n) des Desired Signals d(n) gebildet, des zu eliminierenden Lrms (Primrschall). d(n) wird im nchsten Schritt mit einer Abschtzung S(z) des Sekundrpfades S(z) gefi ltert (Filtered-X) und das Ergebnis als Eingangssignal des N-LMS verwendet. Der N-LMS-Algorithmus optimiert nun das digitale Filter W(z) solange, bis das Fehlersignal e(n) minimal wird5.

    5_ Signalflussplan des Feedback ANC-Systems (1x1 Normalized FxLMS)

    Versuchsergebnisse

    Mit recht berschaubarem Aufwand ist also eine tieffrequente Raummode zu dmpfen. Nicht nur, dass

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    6_ Schalldruckverteilung im Versuchsraum fr die 1,0,0-Mode mit aktivier-tem Active Noise Control. Die Raummode wurde durch die aktive Gegen-manahme so stark gedmpft, dass diese an den Stirnwnden nicht mehr hrbar war.

    7_ Dmpfungsverteilung bei der 100-Mode mit Active Noise Control im Testraum

    8_ Schlafraum mit einem Gegenlautsprecher zur Minderung der Modenbil-dung, die gerade in der Nhe der Wand (hier des Kopfes) zu einer Pegelan-hebung fhrt

    bereits ein einzelner Lautsprecher gengt, um die Pegelanhebung durch die Modenbildung in der Nhe der Wand zu vermeiden, dieser Lautsprecher muss auch nicht besonders leistungsstark sein, da die zu kontrollierenden Pegel relativ gering sind. Abb. 8 zeigt ein Szenario, wie in einem Schlafraum eine Gegenquelle zur Verminderung der tieffrequenten Modenbildung platziert sein knnte.

    Dmpfung am Emissionsort

    Zu dieser Varianten werden zwei Anwendungen vorgestellt, die sich bereits praktisch bewhrt haben: die Verminderung der Abstrahlung bei einem Kompressor und die bei einer Trafostation.

    Anwendung bei KompressorKompressoren werden nicht nur fr den Betrieb von Werkzeugen etc. gebraucht, sie sind auch Bestandteil von Luftwrmepumpen, die vermehrt als Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energie in der Nhe von Husern aufgestellt werden. Zwar sind die Wrmepumpen so akustisch zu konstruierten, dass ihr Emissionspegel einen bestimmten Wert nicht berschreitet, doch dieser Pegel wird A-bewertet gemessen. Die Frequenzenkomponenten unterhalb von 100 Hz werden bei der Messung praktisch nicht bercksichtigt, doch es sind diese Komponenten, die sich fast ungehindert ausbreiten und in das Haus des Nachbarn, vielleicht auch in das eigene eindringen.

    9_ Typisches ungewichtetes Spektrum des Betriebsgerusches eines Kompressors

  • Mit Einschalten des ANC-Systems knnen die tieffrequenten Komponenten um 80 Hz herum mehr als 20 dB gedmpft werden. Anders als bei der A-Bewertung werden diese Komponenten wirklich physikalisch und nicht nur rechnerisch um diesen Wert gedmpft. Bequemerweise macht das fr manche keinen Unterschied. Wie es dem Wirkungsprinzip entspricht, werden die hheren Frequenzkomponenten kaum oder nicht gedmpft.

    Anwendung bei Trafostation

    Das folgende Projekt wurde ebenfalls von der Fa. WaveScape durchgefhrt.Die Aufgabe bestand darin, die ersten beiden Harmonischen des Betriebsgerusches eine Transformators (100Hz und 200Hz) an einem Immissionsort in unmittelbarer Nhe ausreichend zu dmpfen, sodass die geforderten Immissionsrichtwerte eingehalten werden. Das Haus, in dem der Transformator steht, ist etwa wrfelfrmig mit einer Kantenlnge von 6m. Zur Khlung und Belftung des Transformators sind an verschiedenen Seiten Wetterschutzgitter installiert, die eine ausreichende Dmpfung der hheren Frequenzen durch Absorption erzielen, aber nicht eine solche bei den genannten Frequenzen. Die installierte ANC-Komponenten besteht aus 24 Einzelsystemen, die unabhngig voneinander in einem kurzen Kanalabschnitt von 500mm Lnge eine Dmpfung der Transmission in jedem einzelnen Kanalabschnitt bewirken. Von innen hinter die Wetterschutzgitter installiert sorgen die Systeme fr die geforderte zustzliche Dmpfung der tiefen Frequenzanteile. Die grte Abmessung jedes einzelnen Kanalstcks darf eine halbe Wellenlnge nicht berschreiten, damit eine Dmpfung der durchtretenden Welle mglich ist. In dieser Anwendung wurden rechteckige Kanle mit einem Querschnitt von 800mm x 600mm installiert. Damit wird eine Dmpfung der Schallleistung vor den

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    Abb. 9 zeigt das Spektrum des typischen Betriebsgerusches eines Kompressors mit einer markanten Komponente bei 80 Hz. Die wird allerdings bei der A-bewerteten Messung um mehr als 20 dB gedmpft.

    Zur Minderung der Abstrahlung dieser exponierten Komponenten wurde eine Gegenquelle nahe der Stelle beim Kompressor platziert, der als Hauptemissionspunkt ausgemacht wurde. Abb. 10 zeigt die Montage. Das dazugehrige System wurde von der Fa. WaveScape entwickelt, einer Ausgrndung aus der Bergischen Universitt Wuppertal.

    10_ Montage einer Gegenquelle bei einem Kompressor

    11_ Ungewichtetes Spektrum des Betriebsgerusches eines Kompressors bei eingeschaltetem ANC-System

  • Gittern von 13 dB bei 100Hz und 9 dB bei 200Hz erreicht. Durch Reduzierung der Kanalabmessungen und unter Verwendung einer greren Anzahl von Gegenschallsystemen kann die Dmpfungswirkung gesteigert werden. Abb. 12 zeigt einen Teil der installierten Einheiten.

    12_ Segmentierte Kontrolle der Abstrahlung eines Transformators (100 Hz / 200 Hz) mittels ANC-Einheiten vor dem Lftungsgitter

    Als Fhrungssignal wird die Netzspannung ber eine Optokoppler-Schaltung abgegriffen. Dadurch ist die bentigte Phasensynchronitt zur Schallquelle gewhrleistet. Phase und Amplitude der Gegenschallquellen werden adaptiv eingestellt und stets optimiert, indem der an

    einem Mikrofon auf der Innenseite der Wetterschutzgitter herrschende Schalldruckpegel auf einem Minimum gehalten wird.

    Falls eine Gegenschallquelle aus einem einzelnen Lautsprecher besteht, breitet sich der Gegenschall bei den verhltnismig tiefen Frequenzen nahezu kugelfrmig in alle Richtungen aus. In einem Kanalstck platziert erzeugt eine derartige Schallquelle also eine Schallwelle, die nach Auen luft und sich mit der Lrmschallwelle berlagert sowie auch eine Schallwelle, die wieder in den Innenraum des Transformator-Hauses luft. Auf diese Weise entsteht an der inneren Kanalmndung ein schallweicher, nahezu verlustloser Abschluss6, der zu einem permanenten Ansteigen des Schalldrucks innerhalb des Hauses fhren kann. Da die Gegenschallsysteme in den anderen Kanalabschnitten auf den steigenden Schalldruck wiederum mit steigendem Schalldruck des Gegenschalls reagieren, kann eine akustische Mitkopplung zwischen den einzelnen, unabhngigen Gegenschallsystemen entstehen, falls sich eine Schleifenverstrkung von grer oder gleich eins ergibt (Stabilittskriterium). Um die Stabilitt zu sichern, werden in der Anwendung deshalb gerichtete Schallquellen als Gegenschallquellen eingesetzt.

    Fazit

    Hatte bisweilen ANC den Nimbus, eine komplexe, nicht allzu effektive Technik zur Lsung von Lrmproblemen zu sein, so konnte gezeigt werden, dass im tieffrequenten Bereich ANC seine besonderen Strken zur Geltung bringen kann und damit passiven Manahmen nicht nur in der Effektivitt, sondern auch unter wirtschaftlichen Aspekten vielfach berlegen ist. Mit der weiteren Entwicklung von elektroakustischen Elementen und Signalprozessoren mag sich dieser Vorteil in Zukunft noch zu hheren Frequenzen auszuweiten. Selbst in der sehr kostenkritischen Sparte der Automobilproduktion ist ANC eine Technik mit wachsender Bedeutung.

    www.dasp.uni-wuppertal.dewww.wavescape-technologies.com

    Literaturhinweise

    _1 Proposed criteria for the assessment of low frequency noise disturbance

    University of Salford, 2005 (no NANR45)

    _2 Krah, D.: Warum kann tieffrequenter Lrm auergewhnlich unangenehm sein?, Lrmbekmpfung, 2/2008, Seite 71- 71

    _3 Krah, D., Schreckenberg, D., Ebner, F., Eulitz, C. Mhler, U.: Machbarkeitsstudie zur Wirkung von Infraschall, Umweltbundesamt 2014,http://www.umweltbundesamt.de/publikationen

    _4 Kuttruf, H.: Akustik, S. Hirzel Verlag, 2004

    _5 Kuo, S.M., Morgan, D.R.: Active Noise Control Systems, John Wiley & Sons, 1996

    _6 Nelson, P.A., Elliott, S.J.: Active Control of Sound, Academic Press, 1992

    48 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

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  • WISSENSCHAFTSKULTUR FRDERN_Jean-Paul Bertemes vum FNR, Coordinateur de projet science.lu

    Welchen Stellenwert hat Wissenschaft in Luxemburg? Zahlreiche Akteure treiben hierzulande die Frderung und Vermittlung der Wissenschaft und Forschung voran. Mit welchem Ziel? Und wie kann dies gelingen?

    Der Wissenschaftler mit weiem Bart und zerzaustem Haar, der wirr im weien Kittel durch sein Labor hpft, voll mit Gefen die blubbern und zischen. Hoch oben in seinem Elfenbeinturm grbelt er ber Dinge, die keiner versteht und die auch keiner braucht die jedoch das Potential haben, die ganze Erde in Gefahr zu bringen.Dieses Bild ist tief verwurzelt in unseren Kpfen, wenn wir an einen Wissenschaftler oder Forscher denken. Obwohl wir natrlich wissen, dass es wenig mit der Realitt zu tun hat und dass Forscher genau so normale Menschen sind wie du und ich.

    Ist das Bild vom etwas asozial wirkenden Wissenschaftler gerechtfertigt?

    Wissenschaftler haben eine lange akademische Karriere hinter sich und haben sich oftmals in einem bestimmten

    Gebiet stark spezialisiert. Die wissenschaftlichen Phnomene mit denen sie sich beschftigen sind oftmals komplex und dem Laien schwer zu vermitteln. Es ist dann nicht so einfach nachzuvollziehen, weshalb die Wissenschaftler sich bestimmte Fragen stellen und dafr auch noch Geld erhalten. Daher wohl das Bild vom Elfenbeinturm und dem sich von der Gesellschaft fern haltenden Wissenschaftler.

    Dazu kommt, dass die Menschen sich der Gefahren bewusst sind, die einige wissenschaftliche Entwicklungen mit sich bringen. Gentechnik oder Nanotechnik etwa knnen im Sinne einer Gesellschaft eingesetzt werden, sie knnen aber auch gefhrlich werden. Und die Wissenschaftler, die die Hand darber halten, sind schwer zu kontrollieren weil kaum jemand im Detail nachvollziehen kann, was sie tun. Das macht mitunter Angst. Daher vielleicht das Bild des leicht Verrckten einerseits eine Verniedlichung, andererseits eine Dmonisierung, wie der Bse in einem Horror-Film.

    Doch es gibt etliche Beispiele die zeigen: Wissenschaft kann durchaus an den Bedrfnissen der Gesellschaft und dem wirtschaftlichen Interesse des Landes ausgerichtet werden. Vielleicht ist die Wissenschaft also doch nicht so weit von uns weg, wie das Bild vom verrckten Professor dies suggeriert?

    Forschung mit gesellschaftlichem und wirtschaftlichem Impakt

    In Luxemburg gibt es zahlreiche Forscher, die in Bereichen mit direkter Relevanz fr die luxemburgische Gesellschaft arbeiten. So forschen z.B. an der Universitt Luxemburg Wissenschaftler an der Entwicklung des Gehirns von mehrsprachigen Kindern, begleiten das Bildungsministerium im Rahmen der Schulreform oder helfen bei der Ausarbeitung der PISA-Studien. Forscher vom CRP Gabriel Lippmann kooperieren mit dem luxemburgischen Wasserwirtschaftsamt und forschen im Bereich der nachhaltigen Ressourcennutzung. Das LCSB und der CRP Sant erforschen Krankheiten wie Krebs,

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  • Welchen Stellenwert hat Wissenschaft in Luxemburg? Zahlreiche Akteure treiben hierzulande die Frderung und Vermittlung der Wissenschaft und Forschung voran. Mit welchem Ziel? Und wie kann dies gelingen?

    Der Wissenschaftler mit weiem Bart und zerzaustem Haar, der wirr im weien Kittel durch sein Labor hpft, voll mit Gefen die blubbern und zischen. Hoch oben in seinem Elfenbeinturm grbelt er ber Dinge, die keiner versteht und die auch keiner braucht die jedoch das Potential haben, die ganze Erde in Gefahr zu bringen.Dieses Bild ist tief verwurzelt in unseren Kpfen, wenn wir an einen Wissenschaftler oder Forscher denken. Obwohl wir natrlich wissen, dass es wenig mit der Realitt zu tun hat und dass Forscher genau so normale Menschen sind wie du und ich.

    Ist das Bild vom etwas asozial wirkenden Wissenschaftler gerechtfertigt?

    Wissenschaftler haben eine lange akademische Karriere hinter sich und haben sich oftmals in einem bestimmten Gebiet stark spezialisiert. Die wissenschaftlichen Phnomene mit denen sie sich beschftigen sind oftmals komplex und dem Laien schwer zu vermitteln. Es ist dann nicht so einfach nachzuvollziehen, weshalb die Wissenschaftler sich bestimmte Fragen stellen und dafr auch noch Geld erhalten. Daher wohl das Bild vom Elfenbeinturm und dem sich von der Gesellschaft fern haltenden Wissenschaftler.

    Dazu kommt, dass die Menschen sich der Gefahren bewusst sind, die einige wissenschaftliche Entwicklungen mit sich bringen. Gentechnik oder Nanotechnik etwa knnen im Sinne einer Gesellschaft eingesetzt werden, sie knnen aber auch gefhrlich werden. Und die Wissenschaftler, die die Hand darber halten, sind schwer zu kontrollieren weil kaum jemand im Detail nachvollziehen kann, was sie tun. Das macht mitunter Angst. Daher vielleicht das Bild des leicht Verrckten einerseits eine Verniedlichung, andererseits eine Dmonisierung, wie der Bse in einem Horror-Film.

    Doch es gibt etliche Beispiele die zeigen: Wissenschaft kann durchaus an den Bedrfnissen der Gesellschaft und dem wirtschaftlichen Interesse des Landes ausgerichtet werden. Vielleicht ist die Wissenschaft also doch nicht so weit von uns weg, wie das Bild vom verrckten Professor dies suggeriert?

    Forschung mit gesellschaftlichem und wirtschaftlichem Impakt

    In Luxemburg gibt es zahlreiche Forscher, die in Bereichen mit direkter Relevanz fr die luxemburgische Gesellschaft arbeiten. So forschen z.B. an der Universitt Luxemburg Wissenschaftler an der Entwicklung des Gehirns von mehrsprachigen Kindern, begleiten das Bildungsministerium im Rahmen der Schulreform oder helfen bei der Ausarbeitung der PISA-Studien. Forscher vom CRP Gabriel Lippmann kooperieren mit dem luxemburgischen Wasserwirtschaftsamt und forschen im Bereich der nachhaltigen Ressourcennutzung. Das LCSB und der CRP Sant erforschen Krankheiten wie Krebs, Parkinson oder Alzheimer. Und Forscher vom CEPS/Instead

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  • forschen z.B. ber den Arbeitsmarkt in der Groregion.

    Auch auf wirtschaftlicher Ebene bewegen sich Forschung und Privatakteure immer mehr aufeinander zu. Vor allem das SnT der Universitt Luxemburg sticht hervor und kann zahlreiche Kooperationen mit in Luxemburg ansssigen Firmen aufzeigen wie beispielsweise mit SES, Enovos, der Post oder mit Banken. Dass die Bereiche Finanzen und Recht zu den Forschungsprioritten in Luxemburg zhlen, kommt auch nicht von ungefhr. Genau so wie die CRPs Henri Tudor und Gabriel Lippmann im Bereich Materialwissenschaft stark aufgestellt sind, um der seit Jahrzehnten hier ansssigen Materialindustrie wie z.B. Arcelor Mittal oder Goodyear zur Seite zu stehen.

    Die Beispiele zeigen: Wissenschaft und Forschung sind in vielen Fllen weniger weit von der Gesellschaft entfernt als es oftmals empfunden wird. Und diese Nhe zwischen gesellschaftlichen sowie privaten Akteuren und der Wissenschaft ist auch unabdingbar, damit von gelebter Wissenschaftskultur die Rede sein kann. Wenn sich diese

    Tendenz der Kooperation fortsetzt: Ist es dann nicht an der Zeit, das Bild des Wissenschaftlers in ein anderes Licht zu rcken den Stellenwert der Wissenschaft und Forschung aufzuwerten? Und wenn ja, wie?

    Forschungsresultate und ziele kommunizieren

    Vorerst sollte es zur selbstverstndlichen Aufgabe eines Forschers und seiner Institution gehren, seine Ziele und seine Resultate zu kommunizieren. Die Gesellschaft gesteht der Forschung Gelder und eine gewisse Forscherfreiheit zu. Somit ist es ihr Recht zu erfahren, was mit diesen Geldern passiert.

    Nun ist es aber nicht immer so einfach, Forschung zu kommunizieren. Zur Natur der Forschung gehrt, dass der Wissenschaftler sucht und forscht und also nicht immer genau wei, wohin die Forschung fhrt. Die Bedeutung einiger Forschungsresultate ist auerdem fr den Laien nicht immer einfach verstndlich und zeigt sich manchmal auch erst Jahre spter. Allgemein gibt es Bereiche, die schwerer zu kommunizieren sind als andere. Und schlielich: Den Forschern fehlt es oftmals an der ntigen Zeit, sich der Kommunikation in vollem Mae zu widmen. Sie werden kaum daran gemessen, wie gut sie ihre Resultate Laien vermitteln, sondern wie viele Publikationen sie in renommierten Fachzeitschriften verffentlichen, und wie viele Gelder sie in kompetitiven Frderprojekten einwerben.

    Um die Wissenschaft der Gesellschaft nher zu bringen, ist es also wichtig, die Forscher dabei zu untersttzen, nach auen zu kommunizieren und den Impakt ihrer Forschung aufzuzeigen. Der FNR Award des Fonds National de la Recherche z.B. zeichnet Forscher aus, die sich in sogenannten Public outreach activities hervortun. Es bleibt aber noch einiges zu tun, damit sich auch systemimmanent Kommunikation fr Forscher lohnt.

    Wissenschaft und Technik als Thema in den Medien und der Gesellschaft

    Die bisherigen Kommunikationsbemhungen gegenber der Bevlkerung scheinen erste Frchte zu tragen. In einer

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  • 53CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

    Telefonumfrage vom FNR im Jahre 2007 hatten sich 30% der Bevlkerung gut oder ganz gut informiert gefhlt. 2011 waren es 34% und 2013 36%. Die Akzeptanz der Forschung in der Bevlkerung ist zudem gro. So waren 2013 66% der Menschen in Luxemburg der Meinung, dass verstrkt in Forschung investiert werden soll. Und dies in Zeiten der Krise und Budget-Engpssen.Mit daran beteiligt sind sicherlich auch die Medien. Es fllt auf, dass Wissenschaft hier immer mehr zum Thema wird. Mister Science tritt beispielsweise regelmig im Fernsehen in der Wissenschaftssendung PISA auf. Zudem haben die Forschungsakteure mit www.science.lu eine Internet-Plattform geschaffen, auf der die ffentlichkeit ber Wissenschaft und Forschung in Luxemburg informiert wird. Aber auch andere Medien greifen immer fter Wissenschaftsthemen auf. Ein Grund hierfr: Die Qualitt und Quantitt der Forschung steigt. Es werden immer mehr Resultate erzielt, die sich auch kommunizieren lassen. Interessant werden Resultate vor allem dann, wenn die Forschung sich an den gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Bedrfnissen des Landes orientiert. Wissenschaft wird auch strker wahrgenommen, wenn die Forscher dabei helfen, gesellschaftliche Diskussionen zu versachlichen. Oder wenn sie Politikern zur Seite stehen, um politische Entscheidungen mit zu begleiten. Indem sie Fakten schaffen, auf die die Politiker sich bei ihrer Entscheidungsfi ndung basieren knnen. Fr diese Aufgaben brauchen Forscher aber auch Untersttzung, u.a. von Kommunikationsspezialisten und Science Writers.So gibt es ja auch einige Akteure, wie den FNR oder das Naturhistorische Museum, deren Mission u.a. die Frderung der Wissenschaftskultur ist. Was bedeutet dies? Kultur wird oftmals eher mit Kunst oder Musik verbunden, nicht so mit Wissenschaft. Das Interessante am Begriff Wissenschaftskultur: Er bringt zwei Dinge zusammen, die oftmals getrennt voneinander gedacht werden. Wenn man Kultur jedoch als alles das auffasst, was der Mensch gestaltend oder geistig schafft, als

    Ausdruck einer Hherentwicklung, gehrt Wissenschaft ganz wohl dazu. Weshalb es dann noch extra betonen? So oder so: Bei der Frderung der Wissenschaftskultur geht es wohl darum, dass Wissenschaft als integraler Bestandteil unserer Kultur aufgefasst und verstanden wird. Ob dies bereits der Fall ist?

    Wissenschaft erlebbar gestalten

    Gelebte Wissenschaftskultur spielt auf mehreren Ebenen: Neben Kommunikation und Kooperationen zwischen Wissenschaft und Gesellschaft noch durch direkten Kontakt der Bevlkerung mit Wissenschaften wie z.B. im Naturhistorischen Museum oder auf Events wie dem Science Festival oder den Researchers Days. Hier wird gestaunt und angefasst, die natrliche Faszination fr wissenschaftliche Phnomene angeregt. Oder anders ausgedrckt: Hier wird Wissenschaft erlebbar fr jedermann! In der selben Optik gibt es auch zahlreiche Organisationen, die Wissenschafts-Aktivitten oder Workshops anbieten, wie z.B. die a.s.b.l. Di klng Fuerscher, die Fondation Jonk Fuerscher, die Naturwssenschaftsolympiade, der Concours Gnial, und viele mehr. Immer mit dem Ziel, Interesse zu wecken und Berhrungsngste abzubauen.

    Viele Initiativen setzen bei den Kindern und Jugendlichen an. Weshalb?

    Zum Einen aus einem ganz pragmatischen Grund: Forschungsminister Claude Meisch betont, dass immer weniger Studenten sich fr naturwissenschaftliche oder Ingenieursstudien interessieren. Doch hier werden Arbeitskrfte gebraucht. Die Investitionen in Innovation und Forschung werden steigen in den nchsten Jahren. Nicht nur in Luxemburg, sondern in ganz Europa so lautet zumindest das Ziel von Europe 2020. Es gilt also, junge Menschen fr das Ingenieurwesen, Technik und Naturwissenschaften zu interessieren.

    Hinzu kommt, dass vor allem Kinder eine Phase durchleben, in der sie sich ganz natrlich Fragen ber die Funktionsweise

  • der Welt stellen. Es erscheint sinnvoll, sie in dieser Phase zu begleiten, in ihrer Neugierde zu bestrken und ihnen dabei zu helfen, richtige Antworten zu fi nden. Wenn sie sich in dieser Phase die Fragen falsch beantworten, ist es spter umso schwieriger, falsche Konzepte wieder aus den Kpfen zu kriegen. Festzustellen ist auch, dass das Interesse der Kinder an diesen Themen mit dem lterwerden oftmals abnimmt. Erwachsene fangen dann pltzlich wieder an, sich fr Wissenschaften zu begeistern. Oftmals wegen ihrer Kinder.

    Der Schule kommt bei der Vermittlung der Wissenschaften natrlich eine sehr bedeutende Rolle zu. In keinem anderen Rahmen kann Wissenschaft so tiefgrndig behandelt werden. Doch es stellen sich einige Fragen. In den letzten Jahren ist in Luxemburg viel in Forschung investiert worden, der Stellenwert von Wissenschaft und Forschung steigt. Spiegelt sich dieser Stellenwert der Wissenschaften auch in der Schule wieder? Fehlt es den Naturwissenschaften/Ingenieuren etwa an einer Lobby?

    Weshalb ist die Frderung der Wissenschaftskultur berhaupt wichtig?

    So oder so: Um die Vermittlung und Frderung der Wissenschaft voran zu treiben, liegt der Ball zu einem groen Teil bei den Wissenschaftsakteuren selbst. Wenn sie interessante Resultate produzieren und diese angemessen kommunizieren, dann gibt es auch gengend Leute, die daran interessiert sind. Genau so wichtig sind aber auch alle weiteren Initiativen, um die Wissenschaft der Gesellschaft nher zu bringen.

    Um Berhrungsngste abzubauen und Neugierde zu wecken. Damit die Menschen gut informiert sind darber, was in Luxemburg im Bereich Forschung luft und wo ihr Geld investiert wird. Damit sie an den Errungenschaften von Wissenschaft und Forschung teilhaben knnen. Darber hinaus aber auch um dazu beizutragen, junge Generationen fr Wissenschaften und Technik zu interessieren. Ebenso um ihnen die Mglichkeit zu geben sich als mndige

    Brger in einer Welt zurechtzufi nden, die immer mehr geprgt ist durch Wissenschaft und Technik zu verstehen und mitreden zu knnen, wenn es um die zuknftige Ausrichtung der Forschung in Luxemburg geht. Und wer wei: Vielleicht ist das Bild des verrckten Professors, mit den zerzausten Haaren, der weit ab der Gesellschaft in seinem Elfenbeinturm an irrelevanten Dingen arbeitet, dann bald pass.

    www.fnr.luwww.science.lu

    54 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 1 | 2014

  • Wssenschaft a Fuerschung fir jiddereen: science.lu

    Moustique si mi gefierlech wi Haien.

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