7 façons dont les villes tirent parti des jumeaux numériques

Il est essentiel de pouvoir compter sur l'exhaustivité et la précision des informations utilisées pour soutenir les infrastructures et les services des villes.  Il est essentiel que les données contribuent à motiver les décisions à prendre face aux tensions chroniques que subissent les infrastructures actuelles. Et il est essentiel de pouvoir accéder à des données fiables qui aident les villes à atténuer, réagir à et se remettre de chocs brutaux tels que ceux qui peuvent accompagner certaines manifestations météorologiques.

Par ailleurs, les services de la ville, ses infrastructures, ses citoyens ainsi que les bâtiments de la ville sont en pleine transition numérique. À l'instar de l'industrie 4.0 et de l'Internet industriel des objets (IIoT), les capteurs, les dispositifs RFID, les smartphones et les services de cloud peuvent offrir toute une gamme de nouveaux services améliorés aux citoyens. Au cœur des avancées numériques de nombreux secteurs se trouve le jumeau numérique : une représentation numérique d'un actif, d'un processus ou d'un système physique ainsi que les informations d'ingénierie qui nous permettent de comprendre et de modéliser ses performances. Les jumeaux numériques occupent le devant de la scène car ils permettent aux organisations centrées sur les actifs de faire converger leurs technologies d'ingénierie, d'exploitation et d'information vers une visualisation immersive et une visibilité d'analyse. Nés de la convergence de la visualisation 3D/4D, de la modélisation de l'existant, de la réalité mixte et du génie géotechnique, les jumeaux numériques donnent accès à une approche immersive et holistique des actifs de l'infrastructure, en surface comme sous terre.

« Le jumeau numérique d'une ville n'est puissant que lorsqu'il est utilisé pour susciter de nouvelles idées et permettre des prises de décisions plus éclairées. Cela nécessite une culture qui met l'accent sur les prises de décision fondées sur les données et sur les processus d'affaires qui tirent parti des jumeaux numériques d'infrastructure », explique Robert Mankowski, vice-président pour les villes numériques chez Bentley Systems. « Les jumeaux numériques peuvent aider les villes à tirer bénéfice des progrès technologiques, ainsi que d'informations fiables sur les actifs de l'infrastructure. Découvrez 7 façons dont les villes peuvent tirer parti des jumeaux numériques. »

1. Collecter des informations permettant d'améliorer les infrastructures urbaines 

Plusieurs villes ont développé une empreinte numérique de la ville en utilisant la modélisation de l'existant. Mais les modélisations de l'information des villes peuvent être bien plus que des modèles 3D visuellement attrayants. Le défi réside dans le fait que les différents services possèdent des systèmes différents pour gérer les données associées à leurs workflows et leurs infrastructures spécifiques, et que certaines infrastructures de la ville sont détenues et exploitées par des parties privées. Les données existent dans une variété de formats : CAO, BIM et SIG, modèles d'ingénierie, tableurs, bases de données, documents, flux de données IoT en temps réel et historiques, photos et nuages de points. Les données évoluent constamment et il peut être difficile et long d'accéder à ce qui est nécessaire rapidement. 

Et si, au lieu de cela, ces modèles urbains étaient des modèles sémantiquement riches ? Avec un environnement de données ouvert et connecté, cela devient possible. « Avec Bentley iTwin® Services, un framework open-source qui permet de créer des jumeaux numériques d'infrastructure, les villes peuvent fédérer les données, quels que soient les applications d'ingénierie et les outils BIM, les dépôts et les systèmes de fichiers, ou les formats et schémas de fichiers », détaille M. Mankowski. « Cette approche fédérée permet à ce jumeau numérique exploitable de procéder à des analyses, des modélisations et des simulations basées sur les données, ce qui améliore la définition des actifs, leur configuration, la localisation géospatiale et la gestion des évolutions tout au long des cycles de vie des actifs ». Les villes peuvent maximiser leurs budgets opérationnels en prolongeant la durée de vie des actifs et des équipements et peuvent rendre des informations fiables disponibles à tout moment et en tout lieu pour soutenir les infrastructures et les services de la ville.  

2. Renforcer la coopération au sein d'un vaste écosystème d'acteurs urbains, créant ainsi une valeur ajoutée pour les villes et les citoyens 

Toutes les parties prenantes, des services municipaux à l'écosystème de la ville, en passant par ses citoyens, tirent bénéfice d'une approche collaborative de l'information. Des autoroutes, des ponts et des tunnels, des chemins de fer et d'autres infrastructures de transport sont construits, exploités et entretenus à l'intérieur des villes et entre elles. Or, ces groupes ont besoin de coopérer plus efficacement. Les exploitations, la planification et le développement économique urbains ainsi que les services d'urgence et les exploitants de services publics doivent tous coopérer et partager des informations avec les agences de transport. Chaque jour, les villes s'efforcent de coopérer et de partager des informations afin de prendre de meilleures décisions qui soutiennent respectivement les initiatives de chaque groupe. Grâce à une approche holistique de la consommation et du partage de l'information, les propriétaires d'infrastructures peuvent se fier aux informations sur les conditions existantes avant le commencement des projets. Et les villes peuvent être plus proactives, non seulement dans la planification des interruptions, mais aussi dans la communication des potentielles zones à éviter pour les projets de transport et de services publics en cours. En outre, ces informations renforcent la capacité de la ville à tenir sa promesse de devenir plus transparente, tout en communiquant sa vision de la mobilité et d'autres améliorations des infrastructures.

Les villes connaissent un flux constant et simultané de projets à différents stades d'avancement, des transports aux bâtiments, en passant par les services publics. Et pour chacun d'entre eux, la ville, les propriétaires d'infrastructure et les promoteurs doivent tenir compte des milieux souterrains. La création et la conservation de doubles numériques souterrains impliquent la modélisation de l'environnement souterrain : géologie, hydrologie, chimie, propriétés techniques, et des infrastructures souterraines : structures, tunnels et réseaux de distribution. Il existe des récits édifiants sur les risques associés à cet environnement souterrain et aux éventuelles répercussions, où des équipes géotechniques sont mises au défi de réparer certaines erreurs, comme pour l'enfoncement dans le sol de la Millenium Tower de San Francisco. Les doubles numériques souterrains peuvent s'avérer essentiels pour évaluer et gérer les risques tout au long d'un projet d'infrastructure et une fois que ces actifs sont exploités et entretenus.

« Bentley a ajouté les fonctionnalités de Keynetix à une gamme déjà bien étoffée de produits géotechniques, d'ingénierie et d'analyse grâce à nos produits PLAXIS et SoilVision, ainsi qu'à nos applications de gestion des informations gINT. Grâce à la synergie de tous ces éléments, nous avons désormais la capacité de générer un jumeau numérique pour les milieux souterrains. », annonce M. Mankowski : « Il est important de comprendre que la création d'un double numérique souterrain n'est pas directement possible, mais qu'il s'agit plutôt d'échantillonner et de rassembler des données, car nous ne pouvons pas observer directement les milieux souterrains. Dans la mesure où nous pouvons collecter toutes les données disponibles et les assembler pour créer quelque chose qui peut être visualisé et analysé, cela permet ensuite d'éclairer certaines décisions et de réduire ce risque, par exemple grâce à des activités de conception de réseaux souterrains telles que le levé et l'excavation pneumatique ».

3. Améliorer la mobilité et la sécurité dans les espaces publics, même pour accueillir de grands événements

Les jumeaux numériques contribuent à optimiser l'utilisation de l'espace afin d'améliorer la planification et la conception des bâtiments, mais aussi la sécurité, l'efficacité et la rentabilité. Cela inclut la capacité de simuler et d'analyser le trafic piétonnier sur/dans les actifs des infrastructures, notamment les gares ferroviaires et les stations de métro, les stades, les centres commerciaux et les aéroports. Il s'agit ensuite de tester avec précision les conceptions et les plans opérationnels et commerciaux pour optimiser la fréquentation, l'orientation, la gestion des foules, la sûreté et la sécurité.

4. Améliorer l'aménagement urbain et la visualisation des projets

Les villes ont besoin d'améliorer l'aménagement urbain avec un plus haut niveau de détail et d'optimiser la performance des actifs existants. Les urbanistes peuvent diffuser en ligne des jumeaux numériques à grande échelle pour visualiser des projets couvrant des villes entières avec un niveau de détail à l'échelle de la rue en utilisant une combinaison de modèles de terrain, de maillages de la réalité et de modèles urbains 3D sémantiques. De plus, les propriétaires de bâtiments jouent un rôle unique en aidant les villes à progresser sur le plan numérique. Lorsque ces bâtiments individuels sont associés à des modèles intelligents et que les villes peuvent intégrer ces modèles dans un jumeau numérique à l'échelle de la ville, les informations sur la ville deviennent encore plus intelligentes. Lorsque les villes peuvent impliquer les promoteurs et les propriétaires de bâtiments dans la planification, elles peuvent alors contribuer à influencer l'espace nouveau ou rénové via des mesures d'incitation, de zonage, etc., afin de garantir que ce qui est construit améliore la qualité de vie et l'habitabilité d'une ville.

5. Rendre les infrastructures résilientes : prévoir, réagir et se remettre des chocs brutaux 

Les événements hydrométéorologiques extrêmes associés à une urbanisation rapide et des sous-structures de drainage inadéquates déclenchent des inondations et causent des dommages importants aux infrastructures, ont un impact sur la sécurité des personnes et affaiblissent l'économie. La maîtrise des inondations désigne la manière de gérer de manière exhaustive les risques d'inondation afin de minimiser les impacts et de se remettre rapidement des perturbations causées par l'inondation. « La résilience d'une ville correspond à la capacité de la ville, de ses citoyens et de ses systèmes à résister aux types de tensions chroniques et de chocs brutaux qu'ils subissent. Chez Bentley, nous nous concentrons sur les tensions et les chocs qui ont un impact sur les infrastructures des villes, ceux-ci ayant bien sûr des répercussions majeures sur la qualité de vie des habitants de la ville », explique M. Mankowski. « Les solutions de modélisation de l'existant de Bentley, ainsi que les applications ouvertes,  offrent la possibilité d'effectuer une évaluation des risques à l'échelle de la ville en incluant des simulations et un triage d'urgence post-événement. »

Les villes peuvent apporter des données d'analyse et de risques précises et fiables aux organismes chargés de définir comment la ville doit se préparer à une inondation, y réagir, s'en remettre et l'atténuer. Les équipes chargées de la résilience peuvent prendre les meilleures décisions en utilisant des informations exploitables pour anticiper les alertes précoces et appeler à des réactions afin d'accroître la sécurité publique et de réduire les dommages aux infrastructures, tout en minimisant les interruptions de service, en évitant les coûts d'atténuation supplémentaires et en améliorant les temps de réaction. Par ailleurs, les services publics peuvent utiliser les informations tirées des scénarios pour définir des stratégies d'atténuation, y compris une analyse coûts/bénéfices des changements apportés aux systèmes de services publics afin d'atténuer les problèmes futurs du système.

Enfin, les dommages causés par les tremblements de terre sont considérables. Il peut s'agir de pertes de vies humaines et de dommages aux bâtiments et aux infrastructures de transport, y compris des dommages aux infrastructures souterraines. Les jumeaux numériques peuvent être utilisés par les parties prenantes chargées des stratégies de planification et de réaction et leur fournir une plateforme pour visualiser, analyser, mesurer et évaluer les dommages sans prendre aucun risque et identifier les tactiques possibles pour gérer le rétablissement et les issues appropriées. 

6. Faire participer le public et créer une boucle de feedback 

Les villes nécessitent des procédures pour obtenir une adhésion rapide mais aussi communiquer leurs plans de manière à la fois complète, visuellement esthétique et convaincante, aider les citoyens à comprendre l'impact des plans sur leur vie, et obtenir des informations sur les projets en cours, ce qui pourrait améliorer leur sécurité et contribuer à éviter les embouteillages à proximité des sites des projets. Grâce à la technologie de jumelage numérique, les villes peuvent fournir un moyen rapide, facile et visuel de communiquer, promouvoir et partager efficacement les projets de la ville de manière interactive afin d'obtenir l'adhésion des citoyens et d'attirer les investisseurs. On peut par exemple envisager d'offrir des expériences numériques (réalité mixte et articles portables) ou de visualisation et de production participative par le biais d'outils tels que le Web, les téléphones portables, les écrans tactiles et les panneaux d'affichage numériques.

7. Adopter des initiatives de données ouvertes pour permettre à d'autres de concevoir, développer et fournir des services à l'aide d'informations fiables sur la ville et les infrastructures

De nombreuses villes ayant lancé des initiatives de ville numérique mettent l'accent sur les environnements de données ouvertes. Et nombre d'entre elles travaillent avec des universités, des chercheurs et d'autres développeurs pour offrir des applications et des services aux citoyens via une initiative de données ouvertes.

Pour le projet 3D+ d'Helsinki, la modélisation de l'existant joue un rôle essentiel en permettant au gouvernement de fournir le maillage de la réalité et de générer un modèle d'information sémantique en 3D au format CityGML aux acteurs de la ville, pour les projets en développement tout comme pour les citoyens, entreprises, universités et chercheurs.
Image reproduite avec l'aimable autorisation de la ville d'Helsinki.

Article par Teresa Elliott
Directrice marketing en charge du secteur Organisations gouvernementales et Services hydrauliques 
Bentley Systems