Une approche intégrée de la conception à la fabrication (DtM) dans la construction
Recherche de Walid Anane
La présente recherche porte sur l'opérationnalisation de la robotique dans la construction. Plus précisément, il étudie l'intégration technologique des outils BIM et Robotic Manufacturing (RM) pour opérationnaliser les robots industriels dans les systèmes de construction. L'examen de la littérature a initialement révélé qu'une telle intégration est réalisable grâce aux outils de conception computationnelle (CD). Il a également constaté que la construction hors site (OSC) convient à cette intégration technologique. Ces résultats ont été étudiés à l'aide de la méthodologie Design Science Research (DSR), qui a démontré l'interopérabilité technologique de la triade BIM-CD-RM dans les systèmes OSC. Cette convergence technologique a abouti au référentiel Design-to-Manufacturing (DtM) qui a été validé par un jury de 16 évaluateurs.
Introduction
L'industrie AECOO explore activement les synergies entre la construction et la robotique, et la conception computationnelle (CD) attire l'attention en tant que solution pour combler le fossé entre les deux. Le CD peut produire des géométries complexes, améliorer la pensée conceptuelle et permettre la programmation robotique. Cependant, les outils CD sont inadéquats pour gérer des projets de construction complexes. C'est là que réside le potentiel de la modélisation des informations du bâtiment (BIM) pour gérer de manière exhaustive les données du projet. Mais à son tour, l'interopérabilité technologique du BIM avec les outils robotiques est sous-développée. Ces limitations qui se chevauchent créent un fossé entre les processus de conception et de fabrication et entravent l'automatisation de la construction.
Pour relever ce défi, l'approche Design-to-Manufacturing (DtM) est proposée. Il intègre le BIM et la fabrication robotique (RM) via des outils CD dans le contexte des systèmes de construction hors site (OSC). Dans cette approche, le modèle BIM est la source de données, il est pris en charge et converti via des outils CD en un programme pour un bras robotisé, transformant ce programme en une opération pour OSC. De cette façon, l'approche DtM fournit une boucle de rétroaction intégrée entre la conception et la programmation de fabrication. Une telle rétroaction permet aux manipulations robotiques d'être adaptées de manière réactive aux changements de conception, et vice versa.
Définition du problème
L'identification d'un problème de recherche a commencé par une revue systématique cyclique de la littérature portant sur plus de 533 publications. Cette revue a abordé de façon diadique l'interopérabilité technologique entre BIM, CD, RM et OSC. Les dyades étudiées ont été catégorisées comme des systèmes dans une évolution technologique interconnectée ou parallèle dans la recherche. Cette catégorisation qualitative était basée sur le nombre d'articles publiés, le déploiement de recherches approfondies et l'implication d'études de cas industriels.
Les résultats de cette catégorisation sont les suivants :
Par conséquent, les trois dyades parallèles identifiées ont été regroupées sous un problème de recherche : le déficit de recherche impliquant l'interopérabilité technologique du BIM, du CD, du RM et de l'OSC.
Solution de haut niveau
En étudiant l'interopérabilité technologique entre BIM, CD, RM et OSC, il a été possible de démontrer une nouvelle forme de dialogue entre la conception et la fabrication. Ce dialogue est centralisé dans une maquette numérique BIM, appuyée par une veille collaborative sur le Cloud et permettant une matérialisation automatisée. Son dialecte est basé sur des informations intégrées, flexibles et dynamiques entre la pensée et la fabrication, et sa résonance comble le fossé entre les praticiens de la construction et la robotique industrielle. Dans la présente étude, ce dialogue a été rendu possible par le cadre DtM grâce à l'environnement de données entièrement intégré qu'il fournit pour les projets de construction.
Détails de la solution
Le cadre DtM peut être décomposé en quatre sections : la section λ est destinée à la conception informatique basée sur le BIM, la section ω à la programmation robotique assistée par algorithmes, la section δ à la collaboration basée sur le cloud et la section η à OSC.
L'approche DtM est un processus cyclique basé sur l'intégration technologique BIM-CD. Pour cette raison, ce cadre est représenté sous une forme circulaire centrée sur le projet de construction numérique. Les environnements BIM et CD constituent la plateforme autour de laquelle s'articulent les différents processus. Les couches circulaires ouvertes représentent ces processus car ils sont temporellement finis. Ces couches se superposent de haut en bas et s'appuient sur la plateforme BIM-CD pour démontrer l'imbrication numérique et physique. De plus, ils sont réversibles et permettent une boucle de rétroaction intégrée entre la conception et la fabrication tout au long d'un projet de construction.
Ce cadre contribue à faire évoluer les routines technologiques actuelles au sein de l'industrie AECOO en réorientant les outils existants et en révélant leur potentiel intégré. L'approche DtM prend en charge les éléments suivants :
Conception, gestion de l'information et collaboration basée sur le cloud via la dyade BIM-CD ;
En résumé, cette solution a défini le lien entre BIM et CD pour l'utilisation de RM dans OSC, et a démystifié les défis de l'interopérabilité technologique dans la construction robotique. Il a également démontré la solution intrinsèque du cadre DtM : quatre systèmes deviennent technologiquement intégrés lorsqu'ils sont combinés de manière cohérente tout au long d'un projet de construction.
Avantages commerciaux
Le cadre DtM a été évalué avec un score de 84 % pour l'utilité, 79 % pour la qualité et 81 % pour l'efficacité par 16 évaluateurs ayant une expérience professionnelle allant de 3 à 30 ans ou plus. Les domaines d'expertise de l'évaluateur vont de l'architecture, de l'ingénierie structurelle, du MEP, du développement de logiciels, du BIM, du CD, des systèmes automatisés, des technologies de fabrication et de l'OSC. De plus, ils étaient basés dans 6 pays différents, à savoir le Canada, les États-Unis, l'Espagne, la France, l'Inde et les Émirats arabes unis.
Dans ce contexte, les avantages commerciaux du cadre DtM peuvent être perçus à travers les commentaires de certains évaluateurs :
Résumé
Le BIM et la Robotic Manufacturing (RM) évoluent en parallèle dans la recherche et l'industrie, et l'une des raisons en est le manque d'interopérabilité technologique entre ces deux systèmes. En rassemblant ces concepts, cette recherche démontre le potentiel de l'utilisation de la conception informatique basée sur le BIM pour permettre la construction industrialisée. Le principal résultat de cette recherche est la proposition du cadre Design-to-Manufacturing (DtM), qui fournit un système de données en boucle fermée basé sur l'intégration technologique. En effet, ce système rationalise le traitement des données pour les projets de construction et relie directement la conception et la production. Il va au-delà de l'acte de modélisation et de gestion, repoussant les limites du BIM pour englober l'acte de construire. Il place le calcul au cœur du processus de construction, ouvrant de nombreuses voies à la matérialisation de formes spatiales non conventionnelles. Cet impact s'inscrit dans le virage numérique de la construction ; il défie les processus de modélisation et de planification conventionnels et permet le deuxième tournant numérique.
