Le Building Operating System (BOS), un système d’exploitation pour les bâtiments intelligents

Il n’est pas inutile de rappeler ce que représente le Smart Building pour comprendre ce qu’est le Building Operating System, et comment il a évolué ces dernières années avec les nouvelles réglementations (décret tertiaire, BACS, directives européennes), de nouveaux besoins, quelquefois liés à la pandémie Covid-19, et le rappel du changement climatique.

Pour Aymeric Tissandier, directeur Building Solutions chez VINCI Energies «le Smart Building, à savoir le bâtiment intégrant d’un côté des automatismes et de l’autre une palette de services proposés aux propriétaires, aux occupants et aux exploitants, qui a trouvé son point d’appui avec les immeubles tertiaires de bureaux, gagne aujourd’hui d’autres pans
du marché immobilier : l’hôpital, la grande distribution, les musées. Avec un déploiement très rapide sur tout le territoire».

Comme le rappelle Camille Sabattier-Nety, chargée d’affaires Support GTB d’ABB France, «le Smart Building est un bâtiment connecté qui permet de développer des services à destination des Utilisateurs (avec un grand U) du bâtiment. Auparavant, les services disponibles tels que la supervision étaient tournés vers l’exploitant afin de lui fournir des informations techniques sur son bâtiment pour assurer sa maintenance et son exploitation. Nous voyons aujourd’hui un développement de plus en plus important de services qui ne se tournent plus seulement vers l’exploitant, mais qui s’adaptent aux différents besoins de l’ensemble des usagers. Ces nouveaux services permettent notamment à l’utilisateur de contrôler la gestion du confort de son environnement et de faciliter son activité  au sein de ce bâtiment à travers des solutions telles que la réservation de salle de réunion et le géoguidage. Le propriétaire du bâtiment pourra, lui aussi, accéder à des services afin d’améliorer la rentabilité du foncier. Quant au locataire du bâtiment, il aura la possibilité de visualiser l’utilisation réelle de chaque espace et pourra ainsi faire évoluer ou adapter les surfaces aux besoins».

Défis et problématiques des bâtiments tertiaires

Pour Diana Cabrera, ingénieure Support Technique, PcVue Solutions d’ARC Informatique, «les bâtiments et infrastructures actuels sont de plus en plus complexes et doivent répondre à trois problématiques principales, qui sont les suivantes :

• des exigences réglementaires pour optimiser les consommations énergétiques;
• des attentes fortes en termes de confort et de services apportés aux occupants;
• une nécessaire rentabilité.
  Ces problématiques se traduisent notamment par la
  nécessité pour les bâtiments;
• d’optimiser l’exploitation et la maintenance des éléments techniques;
• d’apporter plus de services aux occupants;
• de garantir le bon fonctionnement et la pérennité des installations tout en permettant leur évolution;
• d’agréger les données de l’ensemble des services et permettre leur exploitation de manière unifiée et centralisée.»

Ainsi, les Smart Buildings sont liés à deux enjeux de rupture technologique : la transition énergétique et la transition numérique.

Pour Annick Villeneuve, Vice-President Smart Real Estate Solutions de Schneider Electric, «cela veut dire pour nous des solutions centrées sur l’écologie et le développement durable grâce à des innovations, avec une ambition de neutralité carbone. L’ensemble de notre proposition de valeurs est plus électrique et plus digitale. Ce qui est important quand on parle Smart Building, c’est qu’on ne parle pas que des nouveaux bâtiments, mais aussi des rénovations, car 80 % du parc de bâtiments existants aujourd’hui seront encore actifs en 2050. Et ces bâtiments existants à rénover sont les plus consommateurs de CO2 et d’énergie. Dans ce Smart Building il faut proposer des systèmes ouverts, évolutifs et des solutions interopérables pour intégrer de nouveaux usages ainsi qu’une connexion vers l’extérieur, son quartier. Le bâtiment du futur doit être basé sur 4 piliers :
• être le plus durable possible avec une gestion active de l’énergie et une capacité à recevoir les
énergies renouvelables;
• être résilient avec la sûreté, avec par exemple des bâtiments qui ne vont pas faire l’objet de cyberattaques;
• il faut qu’il soit efficace en termes de gestion opérationnelle, de gestion d’espace (modularité), d’expérience de l’occupant et de réduction des coûts d’exploitation, la pandémie ayant montré l’importance de la flexibilité;
• il doit apporter le même niveau d’expérience (santé, productivité, sécurité et attractivité) aux usagers, collaborateurs ou visiteurs.

L’immobilier est en profonde mutation avec une transformation radicale entre les technologies numériques et la transition énergétique. Le Smart Building est au cœur de la décarbonation et des nouveaux usages. La GTB reste l’épine dorsale du bâtiment et s’enrichit en termes d’ouverture et de connexions pour gérer de plus en plus une distribution électrique connectée et apporter des services aux occupants. Pour les rénovations, on a un panel de solutions digitales simples avec les capteurs».

L’interopérabilité des systèmes et des métiers, point clé du Smart Building
La clé pour le Smart Building est la capacité à intégrer les différentes technologies pour qu’elles interagissent comme un tout cohérent.

«Un bâtiment est constitué d’une part de différents lots techniques (confort, énergies, interphonie, intrusion et vidéosurveillance, ascenseurs, détection d’incendie…) qui ont chacun des spécificités propres, ce qui se traduit par des sous-systèmes “propriétaires” constitués d’équipements hétérogènes, explique Diana Cabrera. Et d’autre part, un ensemble de services (gestion du patrimoine, prévisions météo, réservation d’espace…) sont disponibles via des systèmes différents, indépendants les uns des autres.

La difficulté d’interopérabilité qui en résulte rend l’agrégation des données compliquée et l’exploitation globale difficile, voire impossible, avec pour conséquence de ne pas pouvoir répondre efficacement aux problématiques posées. Ces constats amènent à considérer une solution de type hyperviseur qui fédère les différents sous-systèmes au sein d’une plateforme unique pour exploiter et maintenir efficacement un bâtiment.»

Pour Frédéric Guillonnet, directeur Prescription et Développement Grands Projets de Distech Controls, «on doit passer de l’interopérabilité des métiers à l’interopérabilité de la data. Cela amène un besoin de faire communiquer de manière native la GMAO, un BIM, un système d’exploitation ou l’ERP du client. Le BOS sera un jumeau numérique “Operating System” ; il embarque une copie numérique, digitale, du bâtiment : c’est un système d’exploitation du jumeau numérique. La GTB reste un canal de données très important et doit assurer une interopérabilité de sa data par sa contextualisation : agir par rapport à un contexte d’économie d’énergie, sanitaire, d’occupation des locaux, d’intelligence artificielle».

Le BOS, un outil logiciel pour faire le lien entre toutes les applications du bâtiment
Un nouvel outil est maintenant disponible pour l’industrialisation d’une démarche de digitalisation du bâtiment, à savoir le BOS, système d’exploitation du Smart Building. Ce BOS va permettre le développement, le déploiement et l’usage des applications digitales.

Sébastien Coulon, directeur général et COO de SpinalCom, éditeur de logiciels dédiés au Smart Building et expert du BOS, donne sa définition :  «C’est un système d’exploitation dédié au bâtiment. C’est l’équivalent de l’OS d’un smartphone ou d’un ordinateur : une couche logicielle qui fait le lien entre le matériel et les applications qui viennent utiliser ce matériel. Dans le bâtiment, nous avons plusieurs systèmes (GTB, contrôle d’accès, sécurité, audio-vidéo…) qui doivent être mis en relation avec des applications qui vont venir consommer leurs données. L’OS va permettre de mutualiser l’ensemble des données : faire de la convergence de données avec un langage et un référentiel uniques. Il va pouvoir croiser des données venant de différents silos et intégrer des applications, développer de nouvelles applications ou faire tourner des outils d’analyse comme l’intelligence artificielle. Il va rendre interopérables des applications comme la GTB et la GMAO. Si on veut faire par exemple une maintenance prédictive, il faut pouvoir croiser les données de la GTB, d’un automate et de la GMAO pour avoir une analyse pertinente. Le BOS va gérer un référentiel unique pour que l’ensemble des données converge dans ce référentiel.
C’est une plateforme intimement associée au bâtiment qui permet de mieux connaître, mieux comprendre, mieux piloter son bâtiment et rendre possible son évolution digitale.
Notre BOS baptisé SpinalCore permet :

• d’améliorer les décisions d’asset management (vente, location, investissement) en ayant un suivi de l’état du bâtiment en temps réel (son occupation, ses consommations, l’état de ses équipements);
• de structurer les données et les mettre à disposition des développeurs d’applications de confort, de maintenance;
• de mieux exploiter nos bâtiments en ayant accès à toutes les données pertinentes d’une façon ergonomique.»

Des solutions BOS de plus en plus diversifiées
ABB propose une solution BOS qui modélise les équipements dans une couche baptisée middleware qui dialogue avec les protocoles techniques ouverts et récupère les informations autres que la technique pour modéliser les différents objets présents dans le bâtiment, dans une couche supérieure baptisée ontologie.

Ainsi, explique Camille Sabattier-Nety, «le BOS permet de structurer les données selon une ontologie définie afin de rendre ces données accessibles et compatibles facilement pour l’ensemble des services qui seront mis en place sur le bâtiment. Les données étant disponibles sous un format ouvert et documenté, par cette ouverture, les entreprises utilisatrices des locaux auront le libre choix des fournisseurs de services. Ces différents fournisseurs pourront ainsi proposer aux utilisateurs du bâtiment une multitude d’applications pour répondre aux besoins et attentes de chacun. Ces nouvelles applications généreront un gain dans différents domaines : confort et bien-être des occupants, suivi énergétique permettant de mettre en place des actions correctives en vue d’une réduction des consommations, amélioration de la sécurité des usagers sur divers sujets tels que le Covid (suivi du taux de CO2, calcul du risque de contagion, application des mesures gouvernementales…). ABB se différencie en lançant l’“openBOS®” qui s’articulera autour d’une bibliothèque de services interopérables pour le bâtiment. En plus de la brique logicielle permettant de structurer les données correspondant au BOS traditionnel, la solution ABB offre la possibilité d’installer cette brique dans différents hardwares. Cette solution totalement ouverte est comparable à un smartphone où la partie software est complètement dissociée de la partie hardware. Chaque client, en fonction de son besoin, sera libre de choisir la plateforme qui hébergera son BOS dans la liste des matériels validés par ABB. Une marketplace internationale sera disponible afin de mettre à disposition des clients les applications développées par ABB ou les éditeurs de logiciels de services tiers. En fonction de l’évolution du besoin des clients et du marché, la marketplace s’enrichira de nouvelles applications que le client pourra ajouter à son système à tout moment».

ARC Informatique a développé PcVue, une plateforme de type hyperviseur ou BOS. Diana Cabrera donne ses caractéristiques : «En phase de conception, la plateforme doit être suffisamment ouverte et évolutive pour intégrer de nouveaux systèmes tout en minimisant l’impact des changements. En phase d’exploitation, elle doit centraliser et corréler les données d’origines diverses au travers d’une interface unique pour la visualisation, le pilotage, l’analyse et les traitements. Ce doit être une interface unique et interactive pour visualiser en temps réel et piloter les différents systèmes techniques et services du bâtiment. L’ensemble des données remontées devront pouvoir être archivées vers une base ouverte permettant une utilisation par d’autres systèmes tiers.

L’interopérabilité et la communication avec l’ensemble des sous-systèmes, des équipements et des systèmes tiers de services sont impératives et doivent respecter le cadre de référence du label R2S. Évolutif et flexible, l’hyperviseur doit être capable de s’adapter aux changements pour accompagner l’extension d’un bâtiment ou la modification des espaces sans nécessité de tout redévelopper. Le système doit être conçu pour durer dans le temps avec notamment la possibilité de faire évoluer les versions de la plateforme.»

Pour Annick Villeneuve, «le BOS agit comme une couche de médiation entre les systèmes du bâtiment silotés et existants qui continuent à évoluer. Le BOS a deux rôles à jouer : il casse les silos en fournissant une méthode d’intégration commune, ouverte et interopérable. Il doit aussi fournir des API interopérables pour développer des applications que le client demande. C’est une méthode ouverte, évolutive et qui doit garantir une sécurité d’accès aux différents systèmes. Il n’est cependant pas obligatoire pour tous les Smart Buildings, cela dépend du catalogue de services et de l’automatisation attendue.

Schneider Electric a développé EcoStruxure Building Graph, un nouveau système d’exploitation du bâtiment et une plateforme de données liées; ce système d’exploitation met à disposition le jumeau numérique des bâtiments pour un accès transparent aux données et au contrôle de leurs systèmes. EcoStruxure Building Graph élimine les complexités associées à l’intégration des systèmes et fournit aux développeurs d’applications l’accès aux données en temps réel dont ils ont besoin pour résoudre les problèmes du client, augmenter l’efficacité opérationnelle et offrir une meilleure expérience aux occupants. Il vient compléter les suites logicielles existantes, telles qu’EcoStruxure Building Operation et EcoStruxure Engage…».

Le nouveau siège de Vinci, un exemple de mise en œuvre du BOS

Pour son nouveau siège à Nanterre, «L’Archipel », un ensemble de 5 bâtiments dont une tour IGH pour une surface totale de 74 000 m2 , Vinci a fait le choix d’intégrer le BOS SpinalCore proposé par SpinalCom.

Aymeric Tissandier explique le choix de Vinci : «Nous voulions un bâtiment Smart facile à exploiter, flexible, évolutif et très connecté au BIM Travaux et au BIM Exploitation. Le BOS réduit considérablement les interfaces entre systèmes et permet de développer des services complexes, qui mixent la donnée issue de différents systèmes, tout en simplifiant l’usage. Il est structuré par le bâtiment : l’arborescence architecturale structure la base de données et assure le lien entre les espaces à l’intérieur du bâtiment, les systèmes et les données recueillies. Enfin, le BOS est visualisable en 3D.»

La solution BACnet/IP Smart Room Control de Distech Controls a été choisie pour la gestion du chauffage, du refroidissement, de l’éclairage et des stores; une solution qui respecte 3 critères : un bâtiment connecté grâce à une solution BACnet/IP, l’intégration d’un système favorisant le confort des occupants tout en respectant la haute performance énergétique du bâtiment.

Frédéric Guillonnet explique ce choix : «Vinci voulait le plus de flexibilité et plus d’interopérabilité de la donnée pour ses bâtiments et ne voulait pas s’appuyer sur un système captif en OPEX avec des ajouts de coûts de licence ultérieurs. Nous avons proposé des produits de la gamme Eclypse interopérables métiers avec des multicapteurs Bluetooth. Les contrôleurs programmables CVC ECY-PTU, associés aux modules d’extension éclairage et stores permettent de contrôler l’éclairage ainsi que les stores de chaque pièce. Et chaque occupant peut prendre le contrôle de son espace avec l’application mobile my Personify. Notre solution est donc une solution ouverte avec des API sans coûts supplémentaires a posteriori. Le BOS, à terme, arrivera à minimiser les besoins d’applicatifs OT en unifiant et simplifiant la data.»

Vinci a retenu la solution SpinalCore et Sébastien Coulon décrit cette offre : «L’offre de SpinalCom, grâce à la mise en place du jumeau numérique dynamique, assure la convergence d’une multitude d’informations pour établir des liens pertinents entre elles et ainsi, optimiser la gestion des bâtiments en termes de temps, de coûts, de fiabilité, de sécurité et de confort des utilisateurs. Le tout en temps réel. C’est donc une offre innovante et évolutive, adaptée à un marché qui commence tout juste sa propre transformation.

Cette offre comprend deux niveaux : le système d’exploitation du bâtiment et les applications “essentielles” pour opérer ledit bâtiment. Le système d’exploitation est le BOS SpinalCore (digital twin management platform). Il s’agit d’une plateforme de gestion des données (statiques et dynamiques) et d’orchestration d’analytics en temps réel. Elle est capable de fusionner, spatialiser, qualifier et fiabiliser tous types de données provenant des GTB, GMAO, SSI, audio-vidéo, ERP, supply chain… tout en améliorant significativement la cybersécurité du bâtiment au travers d’une architecture “Secure by Design” et d’une API gateway intégrée. Le second niveau, la “SpinalTwin Suite”, est un pack d’applications destiné aux propriétaires et locataires pour la gestion de l’entretien et de la maintenance, la gestion des énergies et la gestion des espaces. L’ensemble fonctionne nativement sur le BOS et partage donc un référentiel commun, ce qui permet de réduire le temps et le budget de mise en œuvre et de mise à jour des solutions.»

«Le BOS va introduire dans nos métiers de nouvelles façons de travailler, conclut Philippe Conus, directeur du réseau Building Solutions et directeur de l’Innovation chez Vinci Energies. Pour concevoir et mettre en œuvre des bâtiments dotés de services autoapprenants et donc évolutifs, nous allons devoir intégrer de nouvelles expertises en matière d’architectures réseau, de compréhension des données, de pilotage, de maintenance et de cybersécurité des infrastructures.»

Jean-Paul Beaudet