Le secteur de la construction fait face à un changement radical avec l'industrie 4.0

La construction doit se tourner vers le secteur de la fabrication pour tirer des enseignements sur la numérisation et l'automatisation, alors que l'accent est mis sur les briques

La «quatrième révolution industrielle» ou Industrie 4.0 et des technologies telles que l’intelligence artificielle (IA), la modélisation des données du bâtiment (BIM), les drones, l’impression 3D et la robotique sont en train de transformer radicalement la société.

Pourtant, malgré l'explosion du développement technologique et de ses promesses, peu de porteurs de projets en voient les avantages et continuent à subir les retards, les affrontements et les dépassements de coûts imprévus.

Le problème, selon les experts de la conférence Autodesk University Londres 2019 en juin, est que les entreprises tentent d'utiliser les nouvelles technologies parallèlement aux modes de pensée et de travail traditionnels.

Résister au changement
Pour appliquer efficacement les nouveaux outils, le secteur de la construction doit rompre avec ses comportements et pratiques traditionnels et repenser complètement son approche en matière de réalisation de projets.

Le changement requis défiera directement les habitudes de nombreux professionnels du secteur qui, habitués à utiliser des techniques de construction bien utilisées, voire anciennes, sont souvent réticents à accepter un changement radical.

"Nous ne devrions pas inventer un robot pour poser une brique, une technologie vieille de 2 000 ans développée pour la main de l'homme", a déclaré Dale Sinclair, directeur technique de la société américaine d'ingénierie Aecom. "Ne réinventez pas la pose de briques, redéfinissez la brique."

Le processus de création des architectes et des concepteurs, et le désir d'adapter les conceptions des bâtiments pour répondre aux besoins des clients et aux contraintes géographiques et financières, ont été présentés lors de la conférence comme étant rétrogrades face aux changements perturbateurs.

La construction doit prendre en compte les caractéristiques de fabrication que sont la répétabilité, la prévisibilité et l’automatisation, ont noté les intervenants. L'efficacité acquise grâce à l'utilisation intelligente des données, à l'apprentissage automatique et à la robotique devrait permettre aux entreprises de mieux concentrer leurs ressources sur les tâches de résolution de problèmes et les tâches créatives.

L’industriel Claudius Peters, 113 ans d'existance, a été un exemple de réussite. En 2000, il avait pour objectif de trouver un moyen de réduire l’impact de son processus de production de ciment sur l’environnement en redessinant ses tunnels de refroidissement à clinker.

Le ciment est l’un des plus grands producteurs de dioxyde de carbone, responsable de 8% des émissions mondiales. Quatre-vingt-dix pour cent de cette quantité est générée lors de la production du clinker, composant essentiel de la fabrication du ciment.

Les concepteurs de Claudius Peters ont été en mesure de saisir des paramètres et des contraintes thermiques et physiques dans des logiciels de conception automatisés pour produire une nouvelle caractéristique de conception de l'ingénierie influencée par l'IA: une approche contre-intuitive pour l'esprit humain, mais une efficacité considérablement améliorée.

Après avoir fabriqué le prototype imprimé en 3D et créé le premier nouveau pan, celui-ci s'est avéré 25% plus léger grâce à la réduction du métal nécessaire à sa production, tout en générant moins de déchets au cours du processus de production. Le pan est maintenant programmé pour entrer en opération plus tard cette année.

Identifier les modèles
Bien que l'utilisation de la conception automatisée pour produire des composants individuels soit la première étape, il pourrait s'écouler un certain temps avant que nous passions le processus de conception pour une structure complète. Pourtant, des technologies continuent d’apparaître pour aider les architectes en réduisant les erreurs et en libérant du temps pour la prise de décisions critiques.

Une force particulière du logiciel intelligent est sa capacité à analyser des données pour identifier des modèles répétables. Des milliers de décisions sont prises lors de la conception et de la construction de n'importe quel bâtiment ou structure, et bon nombre des mêmes décisions sont répétées pour chaque projet.

Les logiciels d’apprentissage automatique peuvent analyser cette prise de décision et créer des «bibliothèques numériques» de modules et de composants probables et suggérés pour des situations données, voire même automatiser entièrement les tâches de conception.

Lorsqu'une équipe d'Aecom a interrompu le processus de conception d'un escalier, elle a constaté que celle-ci impliquait plus de 150 décisions, mais toutes ces décisions pouvaient être automatisées, ne laissant aux architectes que des options esthétiques, telles que le choix de la balustrade.

Dale Sinclair d’Aecom a décrit ce processus de création d’un catalogue de caractéristiques de conception 3D sélectionnables comme «le produit de fabrication du futur s’engageant dans le processus de conception du futur».

Information précise
Pourtant, même si les outils numériques éliminent progressivement les erreurs de conception, les processus sur site restent largement manuels et sujets aux erreurs ou aux imprécisions. Cette déconnexion entre la conception numérique et le monde physique devient particulièrement problématique lorsque des informations sont mal saisies dans un logiciel intelligent.

S'exprimant à Londres, les analystes du contractant BAM Ireland ont déclaré qu'une erreur lors de la phase BIM pourrait coûter vingt fois plus de réparation lors de l'assemblage d'un bâtiment et jusqu'à 60 fois lors de la phase opérationnelle.

La cartographie automatisée des sites est une solution émergente. La startup barcelonaise Scaled Robotics a développé un premier prototype de robot de capture de données dynamique et de cartographie 3D. S'appuyant sur des outils de véhicules autonomes, il a monté des lasers sur un robot autonome qui génère des plans du chantier.

Les données du robot sont filtrées et simplifiées par un logiciel basé sur un nuage afin de créer une carte en temps réel des travaux de construction en cours, permettant ainsi la comparaison directe du modèle de conception BIM et de l'environnement bâti pour identifier les conflits.

Robots de construction
Alors, qu'en est-il des autres tâches manuelles sur site? Malgré le foisonnement d'activité dans les années 1980, alors que l'on tentait d'inventer des robots capables de polir le béton, de poser des briques et de percer des trous, la robotique n'a pas décollé en masse sur les chantiers de construction.

«Pourquoi vivons-nous encore dans un monde où il n'y a pas de robots de construction?» A demandé le PDG de Scaled Robotics, Stuart Maggs. "La réponse est que c'est en réalité très, très difficile… nous sur-banalisons à quel point les tâches humaines, même les plus élémentaires, sont difficiles."

Maggs a expliqué aux participants à la conférence que le simple geste humain de clouer un clou est un processus extrêmement complexe à accomplir par une machine. Il est également difficile pour les robots de fonctionner efficacement dans un environnement de construction mouvementé.

Des incursions sont en cours, cependant. Un robot de déploiement développé par la startup américaine Dusty Robotics a été testé lors de la construction du stade de Mortensen à Las Vegas et les résultats ont été encourageants.

Dans la zone de test, le robot a fidèlement aménagé le plan d'étage conformément au modèle de conception, en effectuant les calculs requis sans intervention humaine ni erreur.

Des travaux sont également en cours sur l'utilisation de la robotique pour positionner et séquencer le soudage sur des structures en acier complexes, éliminant ainsi le recours à de multiples calculs et permettant des modifications rapides.

À mesure que l'apprentissage de la machine et les capacités de l'intelligence artificielle augmentent pour extraire et agréger des modèles à partir d'informations, nous verrons probablement des robots qui vont au-delà de la programmation: détecter, planifier et adapter. Cependant, il reste encore beaucoup à faire avant de voir des sites de construction entièrement automatisés.

Usines de construction sur site

Avec la demande de grandes tours dans la région, les ouvriers du bâtiment sont exposés à des risques considérables d'accidents causés par un travail en hauteur.

La société de construction britannique Mace, confrontée au même problème, a entrepris de transformer le développement et le podium de la tour jumelle du parc olympique. Afin de lutter à la fois contre les vents violents et le risque d’accidents en hauteur, des «usines en hauteur» ont été mises en place au sommet des tours: des structures en acier de 600 tonnes se sont déplacées au fur et à mesure de leur achèvement. "Ce n'est pas un chantier de construction, c'est un atelier de fabrication", a déclaré Matt Gough, directeur de l'innovation à Mace, aux participants à la conférence.

Au lieu d’utiliser des grues à tour sur site, les grues à portique haute puissance pourraient soulever des éléments jusqu’à 20 tonnes sans être retenus par le vent.

En utilisant le logiciel de gestion de la construction BIM, la société a été en mesure d’optimiser la séquence de construction en permettant la fabrication hors site de produits standard tels que des colonnes en béton préfabriqué et de grandes plaques modulaires MEP, puis leur levage et leur installation rapides.

Des étages complets ont été construits en 55 heures, la main-d'œuvre sur site a été réduite de 50% sur quatre des cinq principaux lots de travaux et le projet a permis d'atteindre 2 millions d'heures de travail sans incident.

Une réduction de 40% du trafic de construction a eu moins d’impact sur les routes, les habitants et l’environnement, et le gaspillage de matériaux a diminué d’environ 75%.

Des efforts supplémentaires sont nécessaires pour intégrer toutes les technologies disponibles, en tirant parti des progrès réalisés dans des secteurs tels que la fabrication, les jeux et l'industrie automobile.

Des liens plus étroits entre les universités et l’industrie sont nécessaires pour donner à une main-d’œuvre qualifiée et à jour, et les gouvernements devraient être impliqués à un stade précoce pour s’assurer que la législation est en place pour soutenir les innovations.

Plus important encore, une collaboration continue entre toutes les parties prenantes est nécessaire pour identifier les problèmes et proposer des solutions.

Cependant, il est prouvé que les innovations technologiques sont capables d’apporter des économies palpables, voire impressionnantes, dans certains cas. Il appartient aux professionnels et aux entreprises de l’industrie de faire évoluer leurs processus afin de compléter la nouvelle réalité de la construction post-Industrie 4.0.

Source MEED  par DANELLE WYPER