thumb|Exemple de maquette numérique (représentation d'un char XM1202)
Une maquette numérique est une représentation géométrique d'un objet ou ensemble d'objets (véhicule, bâtiment...), généralement en 3D, réalisée sur ordinateur de façon à l'analyser, le contrôler et en simuler certains comportements. Elle sert à concevoir et/ou représenter (en image de synthèse fixe ou en simulation dynamique) un projet ou un objet. Celui-ci peut être à construire ou déjà construit. La maquette peut permettre de gérer l'objet (maison domotisée, prison, hôpital, usine...) ou avoir une vocation prospective (présenter une architecture qui pourrait exister).
L'expression désigne aussi l'outil numérique qui génère et utilise cet avatar numérique ainsi que la base de données associée et le processus plus ou moins collaboratif de construction et mise à jour de la maquette alors que .
L'expression anglophone est digital mock-up ou, en abrégé, DMU, mais dans le domaine de l'architecture et urbanisme, l'acronyme BIM (pour l'expression anglophone "building information modeling", parfois traduite en France par "Bâtiment et Informations Modélisés") est plus souvent utilisée.
Intérêts techniques et économiques de la maquette numérique La maquette numérique permet d'abord de comprendre un produit avant qu'il n'existe physiquement, y compris par un prototypage virtuel ; voir le produit c'est commencer à le comprendre.
En amont et durant la construction, les techniciens et ingénieurs qui définissent le produit peuvent échanger plus facilement des solutions et des différentes alternatives techniques possibles, afin de retenir la meilleure au regard de leurs critères ou de ceux du projet.
Certains contrôles et simulations peuvent être réalisés sur le produit avant qu'il n'existe physiquement, permettant de détecter très tôt certains problèmes ou erreurs. Ces corrections préalable sont moins coûteuses pour l'utilisateur. Ainsi dans le domaine de la construction, la maquette numérique est aussi un support pour l’autocontrôle des professionnels au fur et à mesure de l'avancée du chantier puis durant la vie de la construction (par exemple concernant les exigences de la RT2012 ou de la réglementation antisismique). Elle facilitera également les réparations optimisées, comme la recherche de fuites.
Contrôle de rentabilité Par exemple, pour valider la trajectoire d'une fusée au décollage, le contrôle de non-collision pourra être réalisé entre la fusée et sa table de lancement.
Simulation cinématique La simulation cinématique permet d'animer un objet ou une série d'objets en respectant leurs liaisons cinématiques, puis d'analyser le système en fonctionnement et ainsi de connaître la vitesse ou l'accélération d'un point particulier, de déterminer le volume-enveloppe d'un composant, de s'assurer de la non-collision d'un composant cinématique avec son environnement. Elle peut être utilisée dans un environnement virtuel, pour la formation ou la rééducation fonctionnelle (après un accident vasculaire cérébral (AVC) par exemple ; interface adaptable au handicap de chaque patient ( à personnes/an en France ; de perte d'autonomie en FranceGRID France, Retrouver une vie normale après une attaque cérébrale, (Projet « REACTIVE », de la Fondation HOPALE (utilisateur final) en partenariat avec l'Université Lille 1, le CEA, l'Inria et la société Idées-3com, soutenu par l'ANR via l'AAP TecSan 2007).
Contrôle d'accessibilité Ici, on insère un mannequin dans la maquette numérique, ce qui permet de vérifier qu'il n'est pas gêné par un élément de son environnement, et qu'il accède comme prévu à tous les composants.
Cette fonction est beaucoup utilisée pour simuler des tâches de maintenance ou de MCO (maintien en conditions opérationnelles).
Contrôle du design et de l'esthétique La maquette numérique d'aspect permet de valider des choix de design en termes de couleurs et de matières. Par exemple, à partir de la maquette numérique de l'intérieur d'une voiture, la maquette numérique d'aspect permet d'étudier et de valider des harmonies de couleurs et de matières.
Les maquettes numériques en architecture Elles contiennent deux éléments principaux pouvant être chacun livré en format ouvert « open » et interopérable (ex : format IFC) ou en format dit « propriétaires » (qui implique que toute la chaîne des acteurs devant utiliser cette maquette numérique dispose des mêmes logiciels ) :
1° Une base de données comportant les caractéristiques de chaque composant technique du bâtiment (structure, mais aussi portes, faux plafonds, gaines, tuyaux, installations de chauffage, etc. Chaque « objet » de la base peut être renseigné pour son volume et sa forme et sa couleur, texture, solidité, résistance au feu, acoustique, etc. mais aussi pour sa marque, ses fonctions, sa consommation d'énergie, son bilan carbone ou son espérance de vie, son impact environnemental et sanitaire Ex : FDES : Fiche de Déclaration Environnementale et Sanitaire, ou EPD pour Environmental Product Declaration... et in fine sa représentation graphique ;
2° Une représentation graphique du bâtiment (2D ou 3D, animée ou non, générée à la demande et reflétant l’état d’avancement du projet, de sa réalisation ou de son exploitation. Rem : si elle est faite au moment d'une rénovation plutôt que lors de la construction, elle peut comporter des lacunes (relatives aux éléments non concernés par la rénovation...).
Utilité : Pour élaborer les projets de conservation et de restauration, ou pour étudier l'insertion d'un immeuble ou objet nouveau dans son environnement ou le paysage, la maquette numérique peut enrichir et compléter les dessins d'architecture, par des images de synthèse, avec simulation de la lumière, des éclairages intérieurs et des ombres portées à différentes heures du jour selon la saison. Une pièce, un appartement, une maison, un immeuble, un quartier peuvent ainsi être étudiés et observés virtuellement de plusieurs points de vue (extérieurs ou intérieurs), via une caméra virtuelle et de manière enrichie grâce à une dimension sémantique (attributs et propriétés associés à chaque élément de la maquette)CSTB, Maquette numérique, janvier 2009.. Une imprimante 3D peut aussi l'utiliser pour produire des éléments de maquettes physiques. Elle peut faciliter le calcul des coûtsVoir aussi : norme ISO 15686‐5.
Concernant l'environnement et l'insertion paysagère du projet, une simulation en accéléré de la pousse des arbres et de leur ombre portée peut également être produite. La visite virtuelle de la maquette peut aider à la vente ou location du bâti ainsi numérisé, ou à certaines vérifications de conformité technique.
À partir des données 2D ou 3D fournies par l’architecte, le bureau d’études travaille à la fois sur le modèle physique 3D et sur le modèle analytique destiné aux besoins d’analyse. Les multiples ressaisies et les allers et retours de données en cours de projet font perdre un temps précieux et peuvent engendrer des erreurs aux conséquences parfois catastrophiques. Les éditeurs ont donc développé de nouveaux logiciels plus automatiques, avec des interfaces plus visuelles et plus simples, qui s’adressent aussi bien à l’ingénieur qu’à l’architecte. Car, au-delà de l’établissement de passerelles automatisées et fiables entre logiciels, l’enjeu est de réunir les différents intervenants d’un projet autour de données communes –la maquette numérique– avec des méthodes efficaces de mise à jour. De plus, l'extraction automatique de données à partir de la base de données peut contribuer à produire des statistiques utiles sur les consommations d'énergie, les besoins d'entretien, etc. Au-delà, il pourrait y avoir un .
Et grâce à une interface homme-machine adaptée, l'outil peut s'insérer dans un dispositif de communication avec des acteurs concernés directement (ex : futurs habitants ou usagers) ou indirects ou influents (riverains, financeurs, paysagistes, etc., qui peuvent naviguer dans un projet avec un simple joystick, voir avec une interface d'immersion virtuelle). Ce peut aussi être un outil d'environnement virtuel pour l'apprentissage humain ou pour la formation sur objets virtuels. Certains outils permettent aussi un travail collaboratif sur une même maquette, par des personnes éloignées dans l'espace.
Normes et standards : Une bonne interopérabilité est nécessaire, ce qui implique des standards internationaux de formats de données qu'une association internationale à but non lucratif (BuildingSMART) créée en 1995 contribue à développer. Dans les années 2010, il existe sous l'égide de l'ISO l'IFC (Industry Foundation Classes) qui doivent permettre aux acteurs de la filière bâtiment de travailler sans devoir ressaisir les données provenant de différents logiciels (version 4 des IFC labellisée norme ISO (16 739) en et standards internationalement reconnus depuis .
En France, une plateforme logicielle EVE (environnement virtuel enrichi) a été développée par le CSTB sur la base des standards ouverts (IFC et « fichier OpenBimBIM à la norme internationale intégrant le modèle de données IFC spécifié en langage EXPRESS, conforme à la norme ISO 10303-11 ; s'il a été créé par un logiciel CAO/DAO certifié, il peut alors être lu par tous les autres logiciels CAO/DAO certifiés (une liste des logiciels certifiés est mise à disposition sur le site de BUILDINGSmart », GML, standards Open Source pour la gestion et la représentation de scènes virtuelles…), compatible avec les outils de CAO et système d'information géographique (SIG). Les IFC (Industry Foundation Classes) sont le standard d'échange et d’archivage des données techniques de la maquette numérique de construction, individualisant les objets tels que site, bâtiment, étage, mur, poutre, etc. Il permet d’intégrer, si on le souhaite, des propriétés telles que nature des matériaux, coefficients thermiques, acoustiques, de réverbération lumineuse, etc., nécessaires pour la création de simulations poussées.
De 2000 à 2014, certains industriels et clusters français de la construction (Eskal Eureuka, SE2E, le Pôle Alsace Énergie Vie, Rhône‐Alpes Eco‐énergies...) travaillent sur l'utilisation du Scan 3D et/ou de la maquette numérique avec notamment le BIM ‐ 2015, projet de Mediaconstruct financé par l'appel à projet « TIC&PME 2015 » de la DGCIS qui vise en 2 ans à lever certaines barrières au développement général du BIM‐IFC dans les PME, via un axe « Devis et BIM » (animée par la FFB et un axe « Certification des logiciels » (avec le CSTB), pour sécuriser les échanges en IFC par une évaluation de niveau international. Ceci se fait en lien avec l'initiative l'AFNOR « PPBIM » (Propriétés des Produits pour le BIMprojet lancée fin 2012 par l’AIMCC à l'AFNOR, avec Mediaconstruct – rassemble les industriels et l'ensemble des acteurs de la filière construction).
Des besoins de formation sont identifiés pour la filière BTP. L'École des Ponts ParisTech soutient un projet de nouveau mastère spécialiséENPC, Mastère Spécialisé BIM, Conception intégrée et cycle de vie du bâtiment et des infrastructures (BIM)consulté 2014-04-02 sur la Maquette Numérique comme outil de management de projet, avec l’école spéciale des travaux publics, du bâtiment et de l'industrie (ESTP), Arts et Métiers ParisTech, l’École nationale des sciences géographiques, le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB), les écoles d’architecture de Marseille, Toulouse et Paris Val‐de‐Seine et Ecotec. La réforme du Baccalauréat STI2D a imposé le BIM dans les enseignements. Le BIM est aussi introduit dans certains enseignements de BTS, d'école d’architecture, d’ingénieurs, et de licence professionnelle.
Les maquettes numériques en urbanisme et planification urbaine Elle peut intéresser tout le cycle de vie d'un projet et aider de nombreuses parties prenantes à faire leurs choix (investisseurs, locataires, propriétaires, promoteurs, concepteurs, constructeurs, exploitants, gérants et autres usagers).