La modélisation de données de bâtiments et ses formats d’échange

La modélisation de données de bâtiments et ses formats d’échange

INTRODUCTION

Le transport occupe un rôle important dans l’industrie comme dans la vie de tous les jours.
Dans l’industrie de la construction de bâtiments, le transport joue un rôle clé puisqu’on doit livrer toutes les composantes à temps pour leur assemblage sur le chantier. C’est le cas pour toutes les pièces, petites ou grandes. Pour les grands bâtiments, la structure qui forme l’ossature du bâtiment correspond à de la charpente d’acier.
Cette structure d’acier doit être transportée de l’usine d’un fabricant jusqu’au lieu de construction. Les fabricants d’acier transforment des poutres, des tubes, des plaques et autres pièces d’acier en membres qui formeront cette structure. Considérant que chaque opération sur le chantier coûte significativement plus cher que celles effectuées en usine, un effort important est déployé afin que toutes les opérations de perçage, de découpe, de soudure et d’assemblage soient réalisées en usine. En effet, selon un sondage effectué auprès de 809 contracteurs, architectes et ingénieurs par McGraw-Hill Construction (2011, p. 7), 65% des répondants estiment que l’utilisation de la préfabrication et de la modularisation dans l’industrie de la construction réduirait le budget des projets de construction. Ce budget serait réduit de 6% ou plus selon 42% de ces mêmes répondants (McGraw-Hill Construction, 2011, p. 19). La préfabrication des membres d’acier complexifie davantage l’étape du transport, puisque les membres prennent des formes variées et deviennent plus difficiles à agencer ensemble sur une semi-remorque.

REVUE DE LA LITTÉRATURE ET ANALYSE DU PROBLÈME

Ce projet gravite autour de cinq thèmes principaux, soit le domaine de la charpente d’acier, le transport routier, la modélisation de données de bâtiments et ses formats d’échange, la fabrication additive et finalement les algorithmes de chargement. Ainsi, les différents articles et ouvrages consultés et retenus ont été classés selon ces cinq thèmes. Une brève description sera donnée pour chaque document et ensuite les concepts touchant ce projet seront expliqués. Par rapport spécifiquement aux algorithmes de chargement, une analyse sera effectuée afin de déterminer où se situe le présent projet par rapport à la littérature existante.

 La charpente d’acier

Puisque presque toutes les pièces qui seront manipulées seront normalement de la charpente d’acier, il est nécessaire d’explorer les différents termes utilisés dans ce domaine. Ainsi, nous explorerons les termes simples désignant les composantes de la charpente, puis nous verrons certains termes relatifs aux constructions. Puisqu’en Amérique du Nord, l’anglais est dominant, la traduction des termes pertinents sera également fournie.

 Littérature

L’institut canadien de la construction en acier (ICCA) (2009) présente dans son document « Code de pratique standard pour l’acier de charpente » les pratiques courantes à suivre de la conception à la construction d’un bâtiment utilisant une charpente d’acier. Cet ouvrage a été retenu principalement pour les définitions des termes relatifs à la charpente d’acier.
Charles Albert et l’ICCA (2010) présentent un lexique qui se veut une référence rapide pour la traduction anglaise-française (ou inversement) des différents termes techniques qui s’appliquent au domaine de la charpente d’acier.

 La modélisation de données de bâtiments et ses formats d’échange

La modélisation de données de bâtiments (OQLF, 2008), c’est-à-dire le building information modeling (BIM) en anglais, est une technologie visant à aider la création et l’utilisation de modèles de bâtiments qui seront utiles autant pour l’architecte imaginant le bâtiment que pour le responsable de l’entretien une fois le bâtiment complété. Ce sujet est exploré dans le cadre de ce projet étant donné que les informations de modélisation des membres d’acier doivent être disponibles et que le BIM, mais plus particulièrement ses formats d’échange en seront une des principales sources.

 Littérature

Le National Institute of Standards and Technology (NIST) (2012) présente sur sa page web les deux formats d’échange ouverts pour l’acier structurel, soit le CIMSteel Integration Stantdards (CIS/2) et l’Industry Foundation Classes (IFC). Ces deux formats sont brièvement présentés et plusieurs liens vers différentes ressources sont listés. Un traducteur permettant de convertir des fichiers CIS/2 vers IFC est également présenté.
Chris Moor (2011) qui, lors de la publication, occupait le rôle de directeur des initiatives de l’industrie de l’American Institute of Steel Construction (AISC), présente dans ce bref article la stratégie adoptée par l’AISC concernant l’interopérabilité des modèles numériques dans le domaine de l’acier. Il présente donc la vision à court, moyen et long terme concernant les formats numériques d’échange pour l’industrie de l’acier, dont principalement l’adoption graduelle de l’IFC comme format d’échange.

 Historique

La version originale du format a été développée, tel qu’indiqué par Khemlani (2005), dans le cadre d’un projet de dix ans nommé le Eureka CIMsteel Project qui s’est déroulé de 1988 à 1998. Ce projet impliquait 70 organisations différentes dans neuf pays européens.
Même si le projet s’est terminé en 1998, le format de deuxième version a tout de même vu le jour en 2000. En plus, l’American Institute of Steel Construction (AISC) cherchait dans ces années-là un moyen pour améliorer la compétitivité des fabricants d’acier américains et pour réduire les pertes de temps. Toujours selon Khemlani (2005), au lieu d’inventer un nouveau standard, ils ont décidé de reprendre le flambeau laissé par le CIS original et ont encouragé les développeurs de logiciels à créer des traducteurs pour le CIS/2.

 Contraintes reliées aux items individuels
 Priorités de chargement

Comme les auteurs l’expliquent, les contraintes définissant une priorité de chargement (loading priorities) ne peut survenir que dans la situation d’une maximisation de sortie, soit quand on doit maximiser la quantité ou la valeur des items dans un nombre limité de contenants. On devra parfois prioriser les pièces, dans le sens où certaines pièces sont plus importantes à charger ou doivent absolument l’être dans un voyage donné, alors que d’autres ne peuvent être chargées que par la suite, s’il reste de la place. Les items peuvent appartenir à différentes classes de priorités « in which no item of a lower priority should be shipped if it requires an item of a higher priority to be left behind. » (Bortfeldt et Wäscher, 2013, p. 4).
Dans le cas du chargement des membres d’acier, les différents acteurs de l’industrie ont l’habitude de séparer les bâtiments en différentes « séquences » représentant un ordre logique pour construire le bâtiment. Par exemple, un bâtiment à deux étages pourrait être séparé en deux séquences, une par étage. Donc, il est possible que cette contrainte doive être considérée dans la mesure où on parle d’ensembles de pièces.

PRÉPARATION DU MATÉRIEL EXPÉRIMENTAL

Ce chapitre documente le processus utilisé pour la fabrication des modèles réduits de membres de charpente d’acier. Bien que le choix soit déjà porté vers la fabrication additive, il faut encore trouver le fournisseur ou la machine qui nous permettra de produire notre ensemble de membres miniatures tout en respectant notre budget. Il faut trouver ou créer les modèles numériques de membres qui serviront à créer cet ensemble miniature. Il faut ensuite produire les membres miniatures. Le résultat de la fabrication est finalement décrit dans la dernière section de ce chapitre.
L’objectif en termes de quantité est d’avoir suffisamment de membres pour qu’il soit impossible de tous les placer sur le même chargement. Ainsi, les scénarios qui en découleront traiteront le problème de façon à maximiser la valeur des sorties, c’est-à-dire de placer la plus grande quantité possible de membres sur une semi-remorque. Il est donc difficile d’estimer un nombre total de membres à fabriquer. La quantité sera testée à mesure que les membres seront fabriqués, jusqu’à ce qu’il nous paraisse impossible qu’un candidat parvienne à tous les placer.

Choix de la méthode de fabrication

L’objectif de cette section est d’identifier le meilleur fournisseur de services de fabrication additive pour créer un ensemble de modèles réduits de membres de charpente d’acier structurel. Ces pièces pourront ainsi être facilement manipulées par les travailleurs experts en préparation de chargement dans un environnement contrôlé. L’échelle choisie est de un vingtième (1:20) afin d’avoir des pièces suffisamment grandes pour être facilement manipulables, mais tout de même assez petites pour que le lot puisse être facilement transporté. Avec ce ratio, une remorque plateau ayant une longueur originale de 48 pi., par exemple, sera réduite à une longueur d’environ 73 cm (28,8 po.).

CONCLUSION 

L’objectif principal de ce projet était de déterminer les paramètres permettant de créer un algorithme capable de proposer automatiquement des patrons de chargement pour de la charpente d’acier en vue de leur transport par semi-remorques. Cet objectif a été décomposé en trois objectifs spécifiques, soit de cerner l’état actuel de la connaissance pertinente au projet, rendre explicites les connaissances du domaine du chargement de membres d’acier et de proposer une esquisse d’algorithme de préparation de patrons de chargement.
Le premier objectif spécifique a été atteint par la revue de la littérature réalisée, ce qui a permis de cerner les aspects nécessaires à ce projet pour cinq thèmes principaux. Nous avons cerné les termes relatifs à la charpente d’acier et au transport routier en plus de comprendre la réglementation Nord-Américaine qui en affecte le transport. Nous nous sommes ensuite familiarisés avec les formats de fichiers numériques existants et avons recommandé l’IFC comme étant le plus adéquat pour alimenter un algorithme. Nous nous sommes familiarisés avec la fabrication additive et l’avons utilisée pour fabriquer un ensemble de membres au format réduit pour interviewer des préposés au chargement. Finalement, nous avons vérifié l’état de l’art dans la littérature et avons classé ce projet selon la typologie de Wäscher, Haußner et Schumann (2007). En étant toujours classé comme étant tridimensionnel et irrégulier, ce problème de chargement peut se classer dans cinq catégories raffinées selon la façon de l’aborder, soit SBSBPP, MBSBPP, SKP, MIKP ou MHKP. De plus, nous avons vérifié si des algorithmes existants pourraient être utiles et avons trouvé un article dont le problème peut se comparer au nôtre, soit celui de Egeblad et al. (2010).

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE ET ANALYSE DU PROBLÈME
1.1 La charpente d’acier
1.1.1 Littérature
1.1.2 Charpente d’acier
1.1.3 Structure d’acier
1.2 Le transport routier
1.2.1 Littérature
1.2.2 Terminologie
1.2.3 Normes
1.2.4 Conclusion
1.3 La modélisation de données de bâtiments et ses formats d’échange
1.3.1 Littérature
1.3.2 Définition
1.3.3 Fonctionnement du BIM
1.3.4 Les formats d’échange
1.3.5 Conclusion
1.4 La fabrication additive
1.4.1 Littérature
1.4.2 Définition
1.4.3 Matériaux
1.4.4 Méthodes existantes
1.4.5 Modélisation
1.4.6 Conclusion
1.5 Les algorithmes de chargement
1.5.1 Typologie de Dyckhoff (1990)
1.5.2 Typologie de Wäscher et al (2007)
1.5.3 État de l’art de Bortfeldt et Wäscher (2013)
1.5.4 Article de Egeblad et al. (2010)
CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE
2.1 Visites d’entreprises
2.1.1 Entreprise A
2.1.2 Entreprise B
2.1.3 Entreprise C
2.1.4 Entreprise D
2.1.5 Conclusion
2.2 Entrevues de candidats
CHAPITRE 3 PRÉPARATION DU MATÉRIEL EXPÉRIMENTAL
3.1 Choix de la méthode de fabrication
3.1.1 Fournisseurs de services de fabrication additive testés
3.1.2 Pièces d’essai
3.1.3 Évaluation des fournisseurs
3.1.4 Exactitude
3.1.5 Sommaire et discussion
3.1.6 Conclusion
3.2 Modèles de membres
3.3 Impression avec la CUBE
3.4 Résultat de la fabrication
3.4.1 Liste des membres
3.4.2 Photos des membres
CHAPITRE 4 COLLECTE DE DONNÉES
4.1 Protocol expérimental
4.1.1 Objectif
4.1.2 Méthodologie
4.1.3 Déroulement des entrevues
4.1.4 Compensation financière
4.1.5 Données numériques
4.2 Recrutement des candidats
4.2.1 Candidats types recherchés
4.2.2 Recrutement
4.2.3 Candidats recrutés
4.3 Transcriptions
4.3.1 Exemple de transcription : Candidat #3, scénario #1
4.3.2 Exemple de transcription : Question #7
4.4 Conclusion partielle
CHAPITRE 5 RÉSULTATS
5.1 Définitions
5.1.1 Termes généraux
5.1.2 Termes spécifiques proposés
5.2 Principes de chargement
5.2.1 Espace exploitable
5.2.2 Masse et répartition de la masse
5.2.3 Placement des membres
5.2.4 Cales
5.2.5 Priorités
5.2.6 Préparation
5.3 Validation des principes de chargement
5.4 Proposition d’une esquisse d’algorithme
5.4.1 Données initiales
5.4.2 Analyse et classification des membres
5.4.3 Groupement des membres
5.4.4 Placement des tranches et paquets
5.4.5 Conclusion partielle
CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS

Télécharger le rapport complet