L'automatisation de la construction hors-site

Si vous faites partie du secteur de la construction, vous avez probablement déjà entendu parler de la modélisation des données de construction (BIM) et de la façon dont elle remet en question l'approche traditionnelle de la construction. Cette méthode intelligente, basée sur un modèle 3D, fonctionne en créant un « jumeau numérique » d'une structure qui permet de créer :

  • Une meilleure collaboration entre les différents collaborateurs.
  • Des chaînes de valeur simplifiées et mieux contrôlées
  • Une amélioration des résultats grâce à une prise de décision basée sur les données

Le BIM peut potentiellement révolutionner complètement la façon dont nous construisons, en rendant le processus plus efficace, plus simple, plus rentable, plus agile et plus durable. Avec de tels avantages, vous pourriez vous demander pourquoi le BIM n'est pas plus répandu dans le secteur de la construction ?

La réponse est simple : c'est le manque d'automatisation qui en est la cause.

Une conception BIM pleinement réalisée nécessite une base numérique robuste. C'est justement cette base qui fait défaut dans la construction traditionnelle, à l'exception d'un seul secteur : La construction hors-site. Bien que la construction hors-site soit encore relativement peu présente dans l'écosystème de la construction et qu'elle doive relever ses propres défis en matière d'automatisation, les nouvelles technologies, les réglementations favorables, les entreprises avant-gardistes (par exemple Baufritz, Rubner haus, Entekra, BoKlok) et les projets tels que Build-in-Wood en font rapidement une force révolutionnaire.

©Rubner haus: Pyramidenkogel

Avec un marché estimé à plus de 235 milliards de dollars d'ici 2030 et une popularité croissante dans des pays comme la Chine, Hong Kong, l'Australie, l'Allemagne et les Pays-Bas, il ne fait aucun doute que ce nouveau secteur prometteur est sur le point de connaître une ascension fulgurante, établissant ainsi les bases numériques nécessaires pour que le BIM atteigne véritablement son plein potentiel.

Examinons de plus près les dynamiques et les approches de l'industrie, comme la conception pour la fabrication et l'assemblage (DfMA). Elles stimulent l'utilisation de la construction hors-site automatisée et favorisent l'émergence de nouvelles solutions, transformant ainsi la vision BIM en réalité.

©Entekra: Solutions hors-site entièrement intégrées®

L'automatisation dans l'industrie de la construction hors-site

La construction hors-site (aussi appelée la construction préfabriquée, modulaire ou pré-élaborée) permet de concevoir, planifier et préfabriquer les différents éléments d'une structure dans l'environnement contrôlé d'une usine plutôt que sur le chantier. Les différents éléments sont ensuite amenés sur le site de construction pour un assemblage rapide (un peu comme un système LEGO).

Les avantages de la construction hors-site ont été largement documentés et comprennent une augmentation de la productivité, du contrôle, de la vitesse, de la sécurité, de l'efficacité et une diminution des déchets. En fait, des études ont révélé que la méthode de construction hors-site permet de réaliser des économies de l'ordre de 30 à 50 % par rapport à la construction conventionnelle.

L'automatisation est un élément clé du processus, qui est souvent assisté par des ordinateurs, des robots et des machines qui peuvent être programmés pour exécuter diverses tâches répétitives. Voici quelques-uns de ces processus automatisés :

  • La fabrication d'éléments de construction
  • L'assemblage des composants
  • Les processus qui permettent la fabrication et l'assemblage

En automatisant et en informatisant davantage ces processus, il est possible de réduire les risques d'erreur humaine, d'accroître la sécurité des ouvriers et d'obtenir une meilleure qualité globale.

Baufritz : l'automatisation basée sur les machines au stade de la fabrication

Obstacles pour l'automatisation de la construction hors-site

Malgré son potentiel élevé et l'intérêt croissant de l'industrie pour la construction hors-site, son utilisation généralisée a été entravée par des défis associés à l'automatisation complète du processus. Certains de ces défis incluent :

Les investissements initiaux

Se lancer dans la construction hors-site est un processus coûteux, surtout pour les entreprises qui visent à être entièrement automatisées. Certains de ces coûts comprennent :

  • La préparation de l'usine
  • L'achat des machines nécessaires
  • La nécessité de trouver des travailleurs plus qualifiés (avec des salaires plus élevés)
  • Les coûts d'exploitation, d'entretien et de dépréciation

Tous ces facteurs peuvent rapidement faire grimper le coût des opérations, obligeant les entreprises à bien réfléchir avant d'investir.  

La complexité du processus

Afin de tirer le meilleur parti de la construction hors-site, il est indispensable de simplifier de nombreux processus et de faire preuve d'un haut niveau de collaboration. Tout les étapes, de la conception à la fabrication et l'assemblage, doivent être méticuleusement planifiées. Chaque petite erreur peut être coûteuse, créer des retards importants et entraver l'ensemble du processus.  

Le besoin de main-d'œuvre qualifiée

L'automatisation de la construction hors-site nécessite des travailleurs formés et méticuleux qui sont à l'aise avec la technologie et possèdent le savoir-faire nécessaire pour assurer le bon fonctionnement de vos opérations. Cela les rend plus chers et plus difficiles à trouver.

©Entekra: automatisation basée sur la main-d'œuvre qualifiée au stade de la fabrication

Un manque d'éducation et de formation

La construction hors-site requiert une variété de compétences dans des domaines tels que la conception numérique, la fabrication hors-site, la logistique, la gestion de site et l'intégration de systèmes. De nombreuses personnes dans l'industrie manquent de formation et d'expérience dans ces domaines. La mise à niveau des compétences sera un élément essentiel du processus.

Exigences réglementaires

Bien que les réglementations deviennent plus favorables à la construction hors-site, en raison d'une demande accrue en matière de rentabilité et de durabilité (par exemple, au Japon, au Royaume-Uni, etc.), les exigences réglementaires constituent toujours un obstacle dans certains pays.  

Les catalyseurs de l'automatisation pour la construction hors-site

Nous avons déjà évoqué certains facteurs qui contribuent à l'automatisation de la construction hors-site (par exemple, une plus grande durabilité, la rentabilité, la rapidité et la qualité). Deux autres facteurs jouent également un rôle important :

La possibilité de passer à une plus grande échelle

Le fait de disposer d'une installation de construction hors-site entièrement automatisée permet de réaliser des projets de développement à grande échelle. Plus le projet est continu et répétitif, plus votre retour sur investissement sera élevé. Ceci vous permettra de compenser les coûts associés aux machines, au transport et à la main-d'œuvre qualifiée.    

Des possibilités d'innovation infinies

Les avantages que la construction hors-site apporte peuvent être considérablement améliorés lorsqu'ils sont combinés avec la robotique, l'IA et d'autres technologies. Parmi celles-ci, le BIM est l'une des plus prometteuses. Il fournit une base numérique solide et facilite de nombreux avantages et opportunités qui accompagnent la construction hors-site. Une étude réalisée en 2012 par Goulding et al. soutient que la plus grande croissance de la productivité de la construction proviendra des activités hors-site automatisées assistées par le BIM.  

Le problème, c'est que malgré tout l'intérêt du secteur, il y a encore un grand écart entre la vision BIM pleinement réalisée et la réalité à laquelle les entreprises de construction sont confrontées aujourd'hui. Jetons un coup d'oeil sur la manière dont la vision BIM diffère de la réalité BIM.  

La vision BIM et la réalité actuelle

Pour comprendre comment la vision BIM diffère de la réalité BIM, vous devez d'abord comprendre les différents niveaux de maturité BIM, qui vont du niveau 0 au niveau 3 :

©United BIM : explication des niveaux BIM
Niveaux BIM

Le BIM niveau 3 représente la vision BIM pleinement réalisée. Pour de nombreuses entreprises de construction, la réalité n'est encore représentée que par le BIM niveau 1 ou 2.  

Si l'utilisation de la BIM à tous les niveaux présente certainement des avantages, l'absence d'un système numériquement intégré laisse souvent place à l'erreur. Par exemple, si le niveau 1 de BIM n'est pas entièrement intégré, cela risque d'entraîner des problèmes de communication entre vos employés :

  • Il se peut que les itérations ne soient pas entièrement visibles ou communiquées à l'ensemble de l'équipe.
  • Certaines décisions ou modifications tardives pourraient ne plus être possibles une fois le processus en cours.
  • La moindre déviation par rapport au plan de conception peut entraîner d'énormes difficultés par la suite.

Bien que le BIM niveau 2 offre un degré d'intégration plus élevé, ainsi que la possibilité de prévoir précisément les délais et les budgets, ces capacités ne fonctionnent que s'il existe une solide base BIM 3D (c'est-à-dire un modèle d'information partagé).  

Tout cela se résume à une conclusion inévitable : pour faire en sorte que la vision BIM devienne une réalité, nous devrons commencer à adopter un niveau d'intégration numérique beaucoup plus élevé dans nos pratiques de construction quotidiennes. La construction hors-site contribue à l'émergence de solutions BIM pratiques pour répondre au besoin croissant en matière de :

  • Spécifications précises
  • Fabrication industrialisée
  • Solutions d'assemblage sur chantier sans soucis

Maintenant que nous avons abordé les différentes façons dont la construction hors-site contribue à la réalisation du véritable potentiel du BIM, examinons une autre approche qui rapproche le BIM et la construction hors-site : la conception pour la fabrication et l'assemblage (DFMA).

Qu'est-ce que la conception pour la fabrication et l'assemblage ?

Conception pour la fabrication et l'assemblage (DfMA)

La conception pour la fabrication et l'assemblage, aussi appelée DFMA, est une approche de conception qui vise à rendre les étapes de fabrication et d'assemblage du processus de construction moins compliquées et plus efficaces. Elle fait passer la construction hors-site au niveau supérieur en établissant les priorités suivantes :

  • La facilité de fabrication des différentes parties d'une structure
  • Des processus d'assemblage simplifiés qui permettent de créer le résultat final

Les bâtiments conçus selon cette approche peuvent maximiser les avantages de la construction hors-site. En pratique, cela se traduit par des délais de construction plus courts, des coûts réduits, une meilleure qualité, une productivité accrue et une plus grande efficacité. Le DFMA combine deux méthodes :

La conception pour la fabrication (DFM)

La DFM se concentre sur la conception en tenant compte de la facilité de fabrication. Cette méthode prend en compte chaque pièce entrant dans la composition du produit final et trouve le moyen le plus efficace et le plus rentable de la fabriquer. L'objectif est de minimiser la complexité pendant le processus de fabrication.

La conception pour l'assemblage (DFA)

L'objectif de la DFA est de concevoir en prêtant attention à la facilité de montage. Cette approche vise à simplifier le processus d'assemblage en minimisant, par exemple, le nombre d'opérations, de pièces, d'étapes, etc. Cela permet également de réduire les coûts d'assemblage.

Lorsque vous ajoutez la méthode DFMA à la construction hors-site en combinaison avec le BIM, les possibilités deviennent réellement infinies. Les avantages du BIM permettent de combler les lacunes et de satisfaire les demandes et les exigences de la construction hors-site. Voyons ce que cela implique pour les différentes étapes de la DFMA.

Les étapes de la DFMA

Les différentes étapes et leurs fonctions au sein de la DFMA

La phase de conception

Métiers concernés : architectes, concepteurs et ingénieurs.

Lorsqu'il s'agit de construction hors-site et de DFMA, la précision est un élément primordial du processus. Tout commence lors de la phase de conception. Au cours de cette étape, l'équipe (généralement dirigée par un architecte ou un ingénieur) crée un plan numérique détaillé pour tous les composants qui entrent dans la structure finale.

Les conceptions numériques et la modélisation 3D (qui fait partie du BIM) permettent de tester la précision nécessaire entre les pièces dans un environnement numérique. De cette façon, l'équipe peut vérifier si le processus de production et d'assemblage sera réalisable à l'avenir.  

Les erreurs commises à ce stade entraînent souvent des modifications coûteuses, voire le besoin de procéder à une nouvelle fabrication, annulant ainsi la plupart des avantages initiaux de la construction hors-site. Une modélisation 3D précise permet d'identifier et de résoudre les problèmes de conception dans un environnement numérique plutôt que sur chantier. Cela crée un processus plus souple avec moins de corrections et moins de déchets.

Les plateformes de conception comme AutoCAD® et Revit® jouent un rôle important dans le processus de conception DFMA. Elles disposent d'une myriade d'outils qui permettent de rendre vos projets plus détaillés et plus précis que jamais. La plateforme hsbDesign, qui est disponible pour AutoCAD® et Revit®, est un autre atout extrêmement précieux qui permet la DFMA au sein de ces plateformes :

  • L'élimination des tâches répétitives associées à la conception 2D et 3D.
  • Une plate-forme de base permettant d'utiliser d'autres outils hsbDesign.
  • Plus de clarté, de détails et d'engagement dans le processus de conception.

L'étape de fabrication

Métiers concernés : Fabricants, ingénieurs, ouvriers d'usine, spécialistes MOCN.

Lors de cette étape, les différentes parties d'une structure sont fabriquées en suivant les spécifications fournies lors de la phase de conception. Au cours de cette étape, la modélisation numérique permet de visualiser plus facilement la conception, ses connexions et la façon dont les pièces s'emboîtent. Le processus de fabrication devient ainsi plus efficace. Les logiciels BIM et les MOCN sont utilisés pour garantir la précision et l'exactitude de chaque composant de la structure finale, ce qui rend la phase d'assemblage bien plus facile.  

Des plateformes telles que GranIT et Offsight peuvent vous aider à résoudre les problèmes de communication, à relever les défis du timing, à améliorer la qualité et à rendre le processus plus traçable. La plateforme hsbMake est un autre atout précieux durant cette phase. Elle réduit le risque d'erreurs et garantit que les bonnes informations sont transmises aux bonnes personnes au bon moment :

  • Planifiez le processus de fabrication de bout en bout.
  • Détectez les points de blocage dans votre flux de travail.
  • Faire en sorte que vos projets se déroulent dans les délais prévus.
  • Alertez les différents collaborateurs de toute déviation ou anomalie.
  • Ajustez les paramètres d'entrée sur les machines à scier.
  • Utilisez plusieurs outils hsbMake.

L'étape d'assemblage

Métiers concernés : constructeurs, entrepreneurs, spécialistes de la construction.

Voici l'étape où toutes les pièces sont amenées sur le chantier afin de les assembler pour former la structure finale. Au cours de cette étape, les modèles BIM 3D peuvent être utilisés pour fournir aux équipes une réplique numérique indiquant comment l'assemblage doit se dérouler (par exemple, le chargement et le déchargement des camions, la position des grues, les séquences de construction, les structures temporaires, etc.)

Certaines des plateformes qui sont utilisées à cet effet sont, entre autres, Autodesk Construction Cloud et Aconex. hsbShare est une autre plateforme utile qui aide à simplifier et à optimiser cette partie de votre processus de construction hors-site :

  • L'unification de toutes vos données de projet dans un jumeau numérique sur une plateforme cloud.
  • Une expérience hors-site sans papier.
  • L'optimisation du flux d'informations et la réduction du nombre d'erreurs.
  • Une vue en 3D avec possibilité de rotation, de zoom, de recherche et bien plus encore.
  • L'utilisation d'autres outils hsbShare.

Les avantages du BIM pour la DFMA

Avantages de la BIM

Voici quelques-uns des principaux avantages de l'adoption de la BIM pour le DFMA :

Un niveau de qualité et de précision supérieur

Les capacités de modélisation BIM 3D permettent de construire numériquement différents éléments de structure avant qu'ils ne soient réellement construits en usine. Cette étape supplémentaire fournit une assurance qualité adéquate et réduit les risques d'erreurs, de retards, de retouches ou de coûts supplémentaires imprévus.

Réduction des coûts

Le BIM apporte un plus grand niveau d'efficacité aux étapes de conception, de fabrication et d'assemblage. Il contribue à simplifier l'ensemble du processus et à réduire les coûts en conséquence.  

Un travail plus rapide

La méthode BIM peut être utilisée pour concevoir différents composants DFMA. Cela permet aux activités dans l'usine et sur le site de construction de se compléter. Cela augmente considérablement la vitesse du projet.

Un niveau de sécurité plus élevé pour les ouvriers

Les modèles BIM vous permettent de tester la sécurité de divers composants, tant pendant la phase de production en atelier que pendant le montage sur site. Cela augmente le niveau de sécurité pour tous les travailleurs impliqués dans vos projets. L'automatisation du processus de production et la possibilité de travailler dans un environnement d'usine contrôlé réduisent également le nombre d'incidents.

Plus de durabilité et moins de déchets

La DFMA met déjà l'accent sur l'utilisation efficace et simplifiée des produits pendant la phase de conception. Lorsque vous y ajoutez la BIM, le processus devient encore plus précis, ce qui permet de réduire le gaspillage de matériaux.

Les capacités des logiciels BIM permettent également un plus grand degré d'automatisation, ce qui facilite le suivi et la réduction de l'empreinte carbone d'un projet.

Une utilisation plus efficace de la main-d'œuvre

Le BIM permet aux équipes de réaliser des plans très détaillés selon un échéancier précis. Vous pourrez ainsi utiliser plus efficacement les ressources humaines disponibles.

Une augmentation de la productivité

L'approche BIM permet de renforcer la collaboration au sein de votre entreprise et de faciliter et d'accélérer l'échange d'informations. Vous pourrez ainsi simplifier l'ensemble du processus, de la conception à l'assemblage, et augmenter le niveau de productivité.

La contribution de hsbcad à la vision BIM

Malgré certains défis qui empêchent de nombreuses entreprises de construction dans le monde entier de réaliser la vision BIM complète, ce concept est déjà devenu une réalité. Chez hsbcad, nous avons passé les 20 dernières années à développer des solutions pour aider à réaliser cette vision.  

Solutions de conception hsbcad

Notre plateforme hsbDesign est compatible avec les logiciels Revit® et AutoCAD®. Elle permet d'améliorer les possibilités de détail, de développer l'automatisation et de centraliser les informations essentielles. Ceci vous permettra de réduire les erreurs et de simplifier les processus. Nous avons également développé de nombreux outils qui confèrent à la plateforme hsbDesign des capacités supplémentaires permettant aux utilisateurs de réaliser des projets plus rapidement et avec un niveau de détail plus élevé.

Ces outils aideront vos équipes à :

  • Créer des projets de construction préfabriqués
  • Créer des spécifications détaillées pour les composants préfabriqués
Les solutions de hsbcad qui permettent de créer des projets détaillés pour la fabrication en usine

Solutions de fabrication hsbcad

La plateforme hsbMake a été conçue pour fournir les bonnes données aux bonnes personnes au bon moment. Elle permet aux utilisateurs de conserver leurs conceptions, de créer de nouvelles versions et de suivre tous les fichiers de production liés à ces projets. Elle facilite le processus de fabrication du début à la fin en permettant de surveiller chaque étape et en fournissant des alertes lorsqu'il y a un écart par rapport au plan. Mieux encore : notre plateforme est accessible partout, y compris sur les postes de travail CNC automatisés et les postes de travail manuels. Des outils supplémentaires sont également disponibles pour continuer à améliorer le processus de production.

Ces outils aideront vos équipes à :

  • Créer des détails précis pour toutes les techniques de construction
  • Programmer vos machines-outil à commande numérique
  • Effectuer des validations
  • Améliorer le contrôle de votre processus de fabrication
  • Combiner les échéances de plusieurs projets (par exemple, l'imbrication des projets)
Exemple de schémas techniques générés à partir d'une conception détaillée pour la fabrication

Solutions d'assemblage hsbcad

La plateforme hsbShare a été conçue pour unifier toutes vos données de projet dans un jumeau numérique dans le cloud, accessible partout par tous les collaborateurs. L'expérience visuelle améliorée permet une visualisation en 3D avec la possibilité de rotation, de zoom, de dimensionnement, de recherche et bien plus encore. Les outils supplémentaires comprennent :

  • La plateforme hsbLogistics qui vous permet de suivre la production et le stockage des colis dans votre usine hors-site. Il suffit d'utiliser un code QR pour surveiller leur emplacement à partir de votre portable.
  • La plateforme hsbStacking qui vous permet d'empiler efficacement les différents composants d'un projet (par exemple, les murs, les planchers, les toits, etc.). Vous obtenez ainsi le positionnement précis nécessaire pour le transport ou le stockage.

Ces outils aideront vos équipes à :

  • Réaliser l'empilement des composants et la logistique
  • Réaliser un assemblage sur chantier sans problème (système Lego)
  • Gérer les projets plus efficacement
  • Accéder à toutes les informations concernant la fabrication et la production de vos projets.

Chaque solution logicielle hsbcad est conçue pour être combinée avec d'autres outils et fonctionner comme un ensemble pour vous rapprocher de la vision BIM.

Exemple de hsbShare et des outils hsbStacking

La réalisation de la vision BIM

Bien que le BIM ne soit pas encore complètement intégré dans le secteur de la construction, nous évoluons rapidement dans cette direction. Cette évolution est favorisée par les sous-secteurs du marché, tels que la construction hors-site et le DFMA. Les technologies et les capacités permettant de réaliser le BIM de niveau 3 sont déjà en place. Il s'agit maintenant de saisir cette opportunité !

Les entreprises qui adoptent la méthode BIM seront à la pointe d'une nouvelle ère dans le domaine de la construction. Elles rendront ce secteur plus transparent, plus collaboratif, plus rentable, plus durable et plus efficace.

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Auteur :
Gill Gonnissen
Responsable produit