La créativité par le biais des technologies de construction : guide du prototypage
Il ne devrait pas être risqué de tester de nouvelles technologies de construction. L'expert VDC Renzo di Furia nous explique comment adopter et développer des processus pour de nouveaux outils par le prototypage sur des projets à petite échelle, avec l’aide d’étudiants de l’université de Washington.
Renzo di Furia a collaboré avec des étudiants de l’université de Washington afin d’analyser comment l’Opéra de Sydney pourrait être bâti à l’aide des technologies modernes, avant d’appliquer ces enseignements à de nouveaux projets.
C’est bien connu : les architectes voient les choses en grand. Ils conçoivent leurs projets en vue d’inspirer des changements sociaux et de développer un avenir plus vert, mais il revient aux sous-traitants de concrétiser ces grandes idées. Comprendre comment passer du rêve à la réalité constitue un défi créatif en soi. Si les architectes vont plus loin en matière de conception, cela signifie que les sous-traitants avec lesquels ils travaillent doivent eux aussi aller plus loin dans la construction, sans pour autant oublier de s'assurer que la conception est structurellement viable. Comment coordonner efficacement des équipes pluridisciplinaires ? Quel est le meilleur moyen de couler du béton pour des formes organiques complexes ? Bien souvent, les professionnels de la construction veulent tester les nouveaux flux de travail technologiques mais manquent de temps et d’argent. De plus, ils ne veulent surtout pas que le propriétaire pense qu’ils ont gâché des ressources pour mener à bien des expériences.
Bien que la marge de manœuvre pour faire preuve de créativité soit limitée dans le secteur de la construction, il demeure possible d’explorer et de s’amuser tout en respectant les contraintes de délai et de budget. Renzo di Furia, propriétaire de RDF Consulting Services et consultant pour Turner Construction, a créé son modèle commercial autour d’un mode de pensée différent. Il a découvert que la création de prototypes à l’aide des ressources étudiantes, le travail en 3D à toutes les phases du projet et le développement d’écosystèmes technologiques pour la communication aidaient les équipes de construction à découvrir des méthodes de construction innovantes.
Prototypez, puis répétez encore et encore.
Les professionnels de la construction doivent sans cesse se familiariser avec de nouvelles technologies pour gagner du temps et construire durablement, mais ils se retrouvent souvent bloqués par des processus anciens, difficiles à manœuvrer. Les solutions de recherche appliquée constituent un investissement à long terme qui peut s’avérer payant pour le projet actuel et, plus important encore, qui peut être utilisé pour les projets futurs et mis à l’échelle en fonction de la taille de la construction. En collaborant avec des programmes de premier cycle et d’études supérieures de l’université de Washington, Renzo di Furia a trouvé un moyen de tester une technologie de construction rentable, qui offre en outre aux étudiants une expérience professionnelle sur le terrain. Il est bien conscient que si ses équipes n’innovent pas en continu, d’autres le feront, et que cela se traduira par un résultat négatif pour lui.
« Les avancées technologiques développées par la NASA pour aller dans l’espace ont créé un environnement d’innovation qui a engendré toute une génération de technologies. Le secteur du bâtiment a besoin d’une révolution du même type. Mais il ne s’agit pas simplement d’investir dans la dernière technologie. Il s’agit aussi d’appliquer la technologie à des problèmes réels, d’utiliser des prototypes pour créer un processus reproductible et de déployer l’adoption et la formation à plus grande échelle. »Renzo di Furia
Des étudiants et des professionnels de la construction posant avec un modèle pour le projet de recherche sur l’Opéra de Sydney
L’enseignement supérieur et les professionnels s’unissent.
Pourquoi faire appel à des étudiants
Les étudiants constituent le groupe idéal pour tester les nouvelles technologies de construction, car la plupart ont grandi avec les smartphones et les ordinateurs. Prendre en main une nouvelle technologie est donc un jeu d’enfant pour eux. Leur génération sera la plus impactée par la crise climatique mondiale, ce qui les motive à trouver des solutions technologiques qui réduisent les déchets et contribuent à un avenir plus durable. Les étudiants n’ayant pas à se défaire de processus obsolètes (ceux qui sont utilisés depuis très longtemps et qui sont devenus une seconde nature pour de nombreux professionnels de la construction), ils sont plus susceptibles d’adopter facilement des solutions innovantes.
« Imaginez un avenir dans lequel la recherche et la pratique seraient parfaitement intégrées au façonnement de nos bâtiments. »
ARC (Applied Research Consortium) de l’université de Washington
Un catalyseur de changement
Le Professeur Carrie Dossick, doyenne associée de la recherche à l’université de Washington, est parfaitement consciente du potentiel inexploité des étudiants. Elle a créé un programme éducatif, l’ARC (Applied Research Consortium), qui contribue à la fois à la carrière des étudiants et aux résultats qu’obtiennent les professionnels de la construction. Entendant parler de ce programme, Renzo di Furia l’a immédiatement rejoint en tant que membre du secteur et contributeur.
« L’ARC rassemble un groupe pluridisciplinaire d’entreprises du bâtiment, des experts de l’université et des chercheurs étudiants diplômés au sein du CBE (College of Built Environnments) de l’université de Washington, afin de relever les défis les plus délicats auxquels sont actuellement confrontées les entreprises. Les praticiens et étudiants de la nouvelle génération utilisent leur créativité et leur connaissance des pratiques les plus récentes pour accélérer l’évolution et se préparer aux travaux futurs à la pointe de notre secteur. »
ARC (Applied Research Consortium) de l’université de Washington
Étudiants, Turner Construction et l’Opéra de Sydney
La théorie selon laquelle faire collaborer des étudiants avec des professionnels stimulerait l’innovation en matière de flux de travail a été testée en 2018. Turner Construction venait tout juste d’acheter une nouvelle machine CNC et avait besoin de constituer une équipe pour tester différentes méthodes de construction avant de l’utiliser à grande échelle, avec des enjeux très sérieux.
À l’époque, Renzo di Furia travaillait dans le service Conception et construction virtuelles (VDC) de Turner. Il a collaboré avec les étudiants de l’université afin de développer un processus plus adapté à la préfabrication de coffrages à l’aide de la machine CNC. L’équipe a décidé de recréer le célèbre Opéra de Sydney selon des méthodes de construction modernes.
La construction de ce haut lieu des représentations artistiques a débuté à Sydney, en Australie, en 1959. Il a ouvert ses portes en 1973 et est désormais connu dans le monde entier pour ses voiles en tuiles de céramique. Les éléments de charpente préfabriqués et les panneaux de toiture ont tous été fabriqués dans une usine sur site, ce qui constituait une méthode d’utilisation très avancée pour l’époque. Ce que l’on sait moins, c’est que la construction a rencontré de très nombreux problèmes dès le départ. La structure du podium, sur laquelle reposent les « coquilles », a été construite plusieurs années avant la finalisation de la conception structurelle : la plupart des colonnes supportant les « coquilles » ont dû être renforcées jusqu’aux fondations, ce qui a provoqué d’importants retards dans la construction.
« Nous n’avions pas de manuel pour nous expliquer comment fabriquer ce dont nous avions besoin avec notre machine CNC. Nous avons fait beaucoup d’essais et d’erreurs. La démarche est réellement très complexe. Nous avons appris énormément de choses en démontant la machine et en la remontant. »
Renzo di Furia
Éléments de charpente, du modèle 3D à l’élément terminé à l’échelle 1:4. Les images incluent la perspective de la coquille et de la charpente, la modélisation de la barre d’armature, le coffrage, l’assemblage, le décoffrage et l’élément terminé (cliquez sur les flèches pour faire défiler)
Au début de leurs recherches, Renzo di Furia et les étudiants ont passé en revue le processus de construction et cherché un moyen de le recréer à l’aide de la machine CNC. Ils ont étudié les plans de construction 2D de l’Opéra de Sydney et les ont converti en modèle 3D. À partir de là, l’équipe a modélisé la barre d’armature et le coffrage. Une fois le modèle 3D créé, l’équipe a pu utiliser la machine CNC pour construire les formes et couler plusieurs éléments de charpente préfabriqués à l’échelle 1:4.
L’équipe a développé un flux de travail de préfabrication numérique basé sur le modèle en s’aidant de leur projet de recherche. Ce type de tâche complexe nécessitait auparavant beaucoup de travail pour un rendement économique faible. En analysant comment utiliser la machine CNC et en apportant d’autres améliorations au processus, l’équipe a pu rendre le coulage du béton plus efficace et faire en sorte que les tâches soient effectuées selon un calendrier de construction raisonnable. Ces avancées ont obtenu plusieurs prix, notamment le prix Build Washington Excellence in Innovation de l’AGC en 2018.
En avant !
Alors qu’il travaillait chez Turner Construction, Renzo di Furia a collaboré avec l’ARC pour créer un programme de formation continue appelé Virtual Modeling for Digital Fabrication, qui vise à offrir aux étudiants une approche encore plus approfondie de la modélisation pour la fabrication numérique. Il aborde les éléments clés des outils de fabrication numérique : le balayage laser pour la capture de la réalité, le référencement des documents, la création d’un modèle avancé, le formatage des fichiers pour la découpe laser, l’acheminement CNC et l’impression 3D. Avec le développement de cette formation, les étudiants, actuels et futurs, peuvent s’entraîner à créer des modèles avancés réels et à résoudre des problèmes, compétences qu’ils peuvent adapter aux nouvelles technologies de préfabrication lorsqu’elles apparaissent.
En utilisant SketchUp pour la modélisation 3D et Scan Essentials pour importer les nuages de points, les étudiants qui suivent cette formation apprennent à modéliser un bâtiment historique. Cette formation est idéale pour les étudiants qui souhaitent en savoir plus sur la gestion de la conception et de la construction, ou qui veulent apprendre des compétences pratiques pour les aider à accéder à un poste spécifique. SketchUp fournit aux étudiants des logiciels et des vidéos pédagogiques. Ce programme fait partie des résultats positifs obtenus grâce au partenariat avec l’université de Washington. Il va dans le sens de la conviction de Renzo di Furia, qui est convaincu que la création d’un environnement de recherche authentique doit passer par l’apprentissage et la formation.Ligne d’horizon de Seattle au bord de l’eau, avec l’aquarium qui s’avance sur l’eau.
Recherche appliquée pour un projet emblématique
Les apprentissages tirés en matière de remodélisation et de projection à l’échelle 1:4 de la charpente de l’Opéra de Sydney ont ensuite été appliqués à différents projets, parmi lesquels la rénovation à grande échelle de l’aquarium de Seattle et son agrandissement. Construit en 1977, l’aquarium de Seattle, situé sur le front de mer, est devenu une attraction bien connue des habitants et des touristes de passage. L’agrandissement de l’aquarium permettra d’accueillir un plus grand bassin d’espèces marines, afin de répondre à la demande actuelle et à venir. Turner Construction, désigné maître d’œuvre du projet, a, en novembre 2022, coulé du béton pendant plus de 23 heures consécutives pour le nouveau bassin.
Modèles de l’agrandissement de l’aquarium de Seattle (cliquez sur les flèches pour faire défiler)
« Tout ce que nous avons appris en explorant l’Opéra de Sydney pendant environ deux ans, nous l’avons appliqué à l’aquarium de Seattle : la modélisation de la structure et de la barre d’armature, l’approche du coffrage, etc. »
Renzo di Furia
Le défi : une forme géométrique complexe
Ce qui a entre autres complexifié la construction du bassin est sa forme organique qui s’inspire de l’océan et offre aux visiteurs des vues saisissantes de la faune aquatique. Les dimensions du bassin étant immenses, l’équipe savait dès le départ que la constructibilité de la barre d’armature serait un défi à elle seule. Le flux de travail de modélisation unique a été développé en interne par Turner. La structure comporte une paroi en béton courbe de plus de 60 centimètres, 355 tonnes de barres d’armature et environ 520 mètres cubes de béton, soit quatre fois la quantité de barres d’armature utilisée pour un processus standard, selon Turner. Les revêtements de coffrage ont été fabriqués à l’aide de mousse structurée avec un revêtement en fibre de verre. La mousse a été sculptée directement à partir du modèle 3D grâce à de grandes machines CNC industrielles. Le coffrage pour les vitres, les escaliers circulaires et l’impressionnant demi-cercle d’entrée ont été fabriqués selon des méthodes de fabrication numérique dans l’atelier de Turner.
Les recherches que les étudiants et Turner avaient effectuées auparavant sur la modélisation de géométries en béton complexes, la constructibilité de la barre d’armature et le coffrage de fabrication numérique à l’aide de paramètres définis sur les machines CNC a permis à l’équipe de relever le défi que représentait cette construction pour l’aquarium de Seattle, tout en gagnant du temps et de l’argent. Image montrant la barre d’armature en construction
Adoption de la 3D du début à la fin
Un des défis de la construction (et une des raisons qui expliquent les coûts élevés) est l’ampleur que peuvent prendre les équipes de travail, ainsi que la quantité d’informations à traiter. Vous entendrez souvent parler des problèmes de compartimentation entre les architectes, les sous-traitants et les propriétaires. En revanche, le problème des silos au sein des équipes de construction est moins souvent abordé. Il peut arriver que 50 corps de métier soient impliqués sur un chantier, chacun ayant besoin de matériaux et d’équipements à un moment précis. Si ces besoins ne sont pas coordonnés de manière optimale, cela peut provoquer une perte de temps et un gaspillage des ressources.
« Construire un modèle 3D que vous pouvez utiliser tout au long du processus de conception et de construction nécessite un peu de pratique et de persévérance. Un peu comme apprendre à jouer d’un instrument. »
Renzo di Furia
Renzo di Furia et Turner ont utilisé les données d’un environnement 3D pour le projet de l’aquarium de Seattle afin d’améliorer la collaboration entre les équipes. Il s’agit du premier projet réalisé par Turner avec une communication intégralement basée sur un modèle, du début à la fin. Pour la planification du chantier, Renzo di Furia et l’équipe de Turner ont utilisé un modèle SketchUp incluant des centaines de scènes. Plus tard dans le processus de construction, ils se sont aidés des mesures des modèles 3D du bassin, qui incluaient un modèle 3D pour le béton, le bois et la barre d’armature, pour définir les quantités de matériaux. Une maquette du bassin a d’abord été réalisée avec un modèle en mousse physique, sculptée à l’aide d’une énorme machine CNC, ce qui constituait une répétition du processus que les élèves avaient utilisé pour l’étude de l’Opéra de Sydney.
« Pour l’aquarium de Seattle, la complexité de la conception a poussé la direction du chantier à adopter un flux de travail 3D complet, qui favorisait les échanges d’informations et permettait à une équipe bien plus unifiée de résoudre tous les problèmes. Il est rare qu’un grand groupe hétérogène soit à même de résoudre efficacement les problèmes, ce qui prouve l’énorme valeur ajoutée d’un véritable processus 3D. »
Renzo di Furia
La mise à jour d’un modèle 3D dès le début du processus jusqu’à la phase de construction a permis de conserver une ligne de communication avec toutes les parties prenantes. L’équipe de Turner rencontrait les architectes et les autres corps de métier une fois par semaine pour passer en revue le modèle 3D et résoudre tous les problèmes.
Un écosystème technologique interconnecté
L’interopérabilité entre les logiciels de conception était tout aussi importante que la communication entre les personnes impliquées dans le projet. L’équipe a utilisé Trimble Connect, CDE (Common data environment) en mode cloud et plateforme de communication créé pour que chacun puisse rester connecté aux versions de modèles synchronisées. Outre Trimble Connect, l’équipe a utilisé SketchUp pour la modélisation 3D, LayOut pour la génération de documents 2D, Tekla pour la conception structurelle, Trimble Total Stations et Trimble Laser Scanning Solutions pour l’arpentage, Revit pour les documents de construction détaillés, et bien plus encore.
« Notre aventure VDC a commencé il y a plusieurs années, avec la coordination des systèmes MEP. Nous avons ensuite appliqué ces leçons à nos propres cas d’utilisation du béton. Au cours de ce processus de découverte, nous avons réalisé que le véritable chemin critique de tout projet de construction est la gestion de l’information. Depuis lors, je crée des prototypes en vue d’obtenir un système de flux de travail structurel optimisé qui augmente sensiblement le contrôle qualité et peut s’appliquer à n’importe quel projet, quelle qu’en soit la taille. »
Renzo di Furia
Utiliser la technologie adéquate au bon moment a permis à Turner d’améliorer la modélisation et la coordination pour l’aquarium de Seattle, renforçant ainsi les processus de contrôle qualité et optimisant la gestion de toutes les informations partagées au cours du processus de conception et de construction.
La coordination centrée sur la structure associe la documentation liée au contrat, des dessins techniques et des demandes d’informations, un contrôle du bâtiment, un modèle de châssis de béton, les modèles de fabrication du sous-traitant pour l’acier, les produits mécaniques, électriques, de plomberie et de lutte contre les incendies, etc. Turner a créé des modèles et capturé la réalité (balayage laser, drones, photos à 360°).
L’avenir : les systèmes centrés sur la structure
Le secteur de la construction entre dans une nouvelle ère de collaboration et devra de ce fait adopter de nouvelles technologies et de nouveaux processus. Renzo di Furia estime qu’à l’avenir, les systèmes centrés sur la structure amélioreront la coordination et rapprocheront les informations sur les modèles.
« Je travaille depuis plusieurs années dans le domaine de la gestion VDC. Nous procédons toujours ainsi : nous commençons par la coordination MEP, puis nous l’appliquons à notre propre utilisation du béton. Je suis certain qu’il existe une méthode plus efficace. J’ai créé un prototype de système de flux de travail centré sur la structure pour faciliter le regroupement des données et des disciplines, en suivant un modèle structurel centralisé. »
Renzo di Furia
Un autre projet sur lequel Renzo di Furia a travaillé, Dexter Yards, a suivi un flux de travail de modélisation davantage centré sur la structure. L’équipe a utilisé des modèles 3D pour coordonner les systèmes et équipements de construction tels que les éléments en acier, les parois et les dalles (cliquez sur les flèches pour faire défiler)
Le flux de travail de modélisation centré sur la structure doit être enrichi pour que les équipes de construction l’adoptent dans tous les corps de métier. Heureusement, nous connaissons des étudiants qui peuvent y contribuer !
La créativité et la construction, main dans la main
Le secteur de la construction fait encore face à des défis de taille, parmi lesquels les ruptures de flux de travail, la manière d’appliquer les nouvelles technologies et la formation à leur adoption au sein des équipes. Ces défis doivent être relevés pour créer un meilleur avenir, plus vert.
Professionnels de la construction, il est temps de faire preuve de créativité ! Contactez votre université locale pour prendre contact avec des étudiants qui cherchent un sujet de thèse. Analysez et répliquez d’abord les solutions innovantes sur des petits projets, puis utilisez l’ensemble de ce que vous avez appris grâce aux flux de travail 3D avancés et à la technologie intelligente pour créer des projets plus rapidement et plus efficacement. Vous développerez ainsi une culture de l’apl’apprentissage dans votre entreprise, ce qui vous permettra de réduire les déchets et s’avère meilleur pour l’environnement. Montrons à la nouvelle génération d’ingénieurs, de sous-traitants et de consultants que la réflexion sur des solutions originales est tout aussi cruciale pour les futurs constructeurs que pour les futurs concepteurs.
Commencez à créer votre flux de travail 3D à l’aide du logiciel de modélisation collaboratif et simple d’utilisation de SketchUp. Si vous ne disposez pas d’un abonnement, optez pour un essai gratuit.
À propos de Renzo di Furia
Renzo di Furia est un professionnel de la construction virtuelle spécialisé dans la modélisation des tolérances. Il utilise des outils de modélisation 3D depuis plus de 18 ans et a développé une approche simplifiée de la mise en œuvre du BIM et de la technologie VDC. Ses méthodes viennent compléter les rôles des équipes en favorisant l’excellence opérationnelle, contribuant ainsi à optimiser la qualité, la productivité et la sécurité. Renzo di Furia conçoit également des parcours de formation au BIM et au VDC à travers son association avec le Department of Built Environments de l’université de Washington, le programme Trimble Visiting Professionals et le Carpenters’ International Training Center à Las Vegas.
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