Méthodes de calcul de la charge de chauffage et de climatisation

Design for X

L’arrivée du BIM coïncide avec l’envie de construire des bâtiments durables (Bynum, Issa, & Olbina, 2012; Wimmer, Maile, & O’Donnell, 2014). Il est donc crucial de s’intéresser au cycle de vie des bâtiments lors de leur conception. Dans ce souci de conception adapté au cycle de vie du produit, il existe le concept du Product Life Management (PLM) ainsi que l’ingénierie simultanée. Le PLM est une méthode de gestion d’ingénierie qui tient compte de l’ensemble du cycle de vie d’un produit pour améliorer sa qualité et l’efficacité de sa production (Jupp, 2016). Même si le concept PLM est plus ancien que le BIM, ils partagent des similitudes comme l’aspect collaboratif. Jupp (2016) explique même que le BIM pourrait apprendre des pratiques PLM développées dans l’industrie aéronautique notamment et bénéficier de son savoir et de son expérience pour son adoption. L’ingénierie simultanée est une approche qui rejoint le PLM en regroupant simultanément les acteurs d’un projet dès le début de celui-ci (Filippi & Cristofolini, 2009).

Cela permet de mettre en commun les objectifs de chacun pour favoriser un meilleur développement du produit. L’ingénierie simultanée permet d’éviter les problèmes inhérents au fonctionnement en silo vu précédemment. À partir de l’ingénierie simultanée, le Design for X a ainsi été développé. Le Design for X (DfX) propose des règles de conception permettant de ramener les enjeux d’une phase de la vie du produit ou bien d’une caractéristique au moment de penser le produit, de le concevoir, comme illustré sur la Figure 1.4. Le terme Design for X désigne les méthodes de conception dans le processus de conception des ingénieurs qui a un but X (Filippi & Cristofolini, 2009). Plusieurs méthodes de DfX ont été établies ; une des premières et plus connues est ainsi le Design for Manufacturing and Assembly (DFMA) apparu dans les années 1970. Le DFMA regroupe des règles de conception permettant de faciliter l’assemblage et la fabrication du produit, notamment en limitant le nombre de pièces pour réduire le nombre d’étapes d’assemblage. Un autre exemple est le Design for Safety, qui établit des règles de conception pour augmenter la sécurité du produit et/ou de ses utilisateurs.

Le Design for X a été développé sur de longues années et utilisé avec succès dans le domaine manufacturier, il est alors intéressant de s’en inspirer dans le domaine de la construction. En effet, les concepteurs de bâtiments (architectes et ingénieurs) manquent parfois de connaissances à propos des coûts et de la constructibilité de certaines solutions (Berard & Karlshoej, 2012), amenant ainsi des incohérences devant être gérées lors de la phase de construction. Une mauvaise conception peut entrainer des modifications de dernière minute sur le chantier, ce qui amène des retards et un surcoût dans le projet. Les interactions entre le développement de produit et la planification de construction/assemblage n’ont pas souvent lieu (Steimer 2016). Il devient donc important de comprendre les besoins des phases postérieures à la phase de conception et notamment l’information qui voyage tout au long du cycle de vie du produit. Pour renforcer ces interactions et ainsi éviter des problèmes dans la phase de construction, il faut renforcer les échanges d’information dès les débuts du cycle de vie du produit.

C’est pourquoi il faut se soucier de la gestion de l’information. La gestion de l’information dans les firmes n’est souvent pas maitrisée (Shamsuzoha 2012). Cette information se perd durant les échanges entre les différents acteurs du projet de construction. De plus, les phases multiples du projet n’ont pas les mêmes besoins en information, ce qui amène certains acteurs à ne transmettre qu’une partie des données associées au projet. En s’appuyant sur le principe de Design for X et en l’appliquant à ces échanges d’information, nous proposons d’introduire le terme Information for X où l’information est produite et acheminée en fonction des besoins des différentes phases du cycle de vie du produit. Ainsi, pour le calcul de charge de chauffage et refroidissement du bâtiment, il y a un besoin d’information qui doit être connu par les phases en amont du processus de conception. De même, l’information récupérée et le résultat du calcul de charge peuvent répondre à un besoin de phases en aval qui doit être identifié.

Gestion de l’information

La création et l’échange d’informations font partie d’un processus important dans la construction, comme cela a pu être vu dans la partie 1.1 sur le Building Information Modeling (Miettinen & Paavola, 2014). Winch (2010) explique que les flux d’informations se retrouvent au centre des pratiques des entreprises de construction. Ils sont fondamentaux pour la prise de décision, la communication et le suivi du projet. Il est nécessaire de connaitre la valeur de l’information alors même qu’elle s’accumule très vite dans les firmes et autour des projets. Tang, Zhao, Austin, Darlington, et Culley (2008) expliquent d’ailleurs qu’un produit de longue durée, tel qu’un bâtiment, accumule beaucoup plus d’information qu’un produit ayant un cycle de vie court. Les maquettes BIM rencontrent ainsi le problème d’avoir trop d’information non pertinente (Gray et al., 2013). Les différentes firmes d’un projet de construction n’ont pas forcément la même organisation concernant ce processus, et souvent elles stockent toute l’information disponible sans se soucier du coût et de l’impact sur la productivité (Tang et al., 2008). La gestion de l’information représente donc un enjeu pour les projets de construction.

De plus, selon Winch (2010), un compromis doit être trouvé entre une dépense de ressources pour récupérer l’information et la partager, et se contenter d’un manque d’information pour assurer une qualité optimale des modèles 3D. De plus, Ramaji et Memari (2016) expliquent qu’il existe deux types d’information échangés : l’information échangée directement, c’est-à-dire l’information brute présente dans les plans et les maquettes numériques qui ne subit pas de changement sémantique ; et l’information interprétée lors de l’échange. Un exemple d’information pouvant être interprétée est présenté à la Figure 1.5. La structure métallique issue du modèle numérique est ainsi interprétée comme un mur structural plein d’épaisseur t par celui qui reçoit le modèle (ingénieur mécanique, entrepreneur, etc.). Cette interprétation requiert une intelligence et parfois des informations extérieures au modèle. Dans l’exemple, l’information extérieure est la capacité du mur calculée par l’ingénieur structure. Afin d’automatiser les processus d’échange, l’information du modèle ainsi que l’information extérieure au modèle doivent être standardisées afin de faciliter l’interprétation. Les nouveaux outils technologiques ont donc un impact sur cette gestion de l’information.

L’utilisation massive des outils CAO dans les années 80 a ainsi modifié le processus d’information (Eastman, 2009). La gestion de l’information a dû être repensée compte tenu des possibilités de communication de ces nouveaux outils. Les entreprises de la construction ont mis au point une gestion des documents électroniques pour permettre le stockage des données sur fichiers informatiques afin de faciliter l’échange des informations créées. C’est pourquoi l’arrivée du BIM doit aussi amener une remise en question de la gestion actuelle de l’information afin de l’adapter aux possibilités offertes par ces nouveaux outils. Un avantage certain avancé par Berard et Karlshoej (2012) est que l’information, que l’architecte ou l’ingénieur devait chercher dans la feuille d’information produite ou en contactant le fournisseur, se trouverait intégrée à l’objet numérique. Dans cette optique, il faut noter la mise en place de standard pour l’échange des maquettes 3D à travers les différents outils et plateformes BIM, par exemple le format IFC (Industry Foundation Classes) développé par l’Alliance Internationale pour l’Interopérabilité (IAI en anglais). Ce format standardisé est un langage commun qui favorise l’échange de l’information dans ce contexte BIM. Pour d’autres chercheurs, un des enjeux majeurs pour une construction plus rapide et moins coûteuse est l’amélioration de la conception et de la construction des systèmes CVCA. Le coût de ses systèmes représente 40 à 60% du coût total de construction d’un bâtiment (Hartmann, 2009).

De plus, dans ce contexte BIM, la conception des systèmes CVCA représente un aspect important du cycle de vie du bâtiment, car ses systèmes impactent la consommation d’énergie et donc le coût de fonctionnement du bâtiment durant son utilisation. Afin de comprendre le besoin en information pour le calcul de charge de chauffage et refroidissement et faciliter l’identification de l’information, il est intéressant d’examiner les différentes méthodes utilisées pour ce calcul.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE
1.1 Building Information Modeling (BIM)
1.2 Design for X
1.3 Gestion de l’information
1.4 Méthodes de calcul de la charge de chauffage et de climatisation
1.4.1 CLTD/CLF
1.4.2 Weighting Factor Method
1.4.3 Heat Balance Method
1.4.4 Radiant Time Series Method
1.4.5 Synthèse
1.5 Zonage du bâtiment
1.6 Limites de la littérature
CHAPITRE 2 METHODOLOGIE DE RECHERCHE
2.1 Rappel des objectifs
2.2 Observations professionnelles
2.2.1 Cartographie du processus
2.2.2 Identification de l’information
2.3 Étude de cas
2.3.1 Choix du type d’étude de cas
2.3.2 Échantillonnage et choix des projets
2.3.2.1 Projet A1
2.3.2.2 Projet A2
2.3.2.3 Projet A3
2.3.2.4 Projet N4
2.3.3 Entrevues semi-dirigée
2.3.4 Validation de l’information
2.4 Analyse des résultats
2.5 Validation par triangulation
CHAPITRE 3 RESULTATS OBSERVES
3.1 Processus de calcul de charge de la firme
3.1.1 Carte établie suite à l’observation professionnelle
3.1.2 Carte finale établie suite aux entrevues
3.2 Identifications des données de calcul
3.2.1 Données nécessaires au calcul de charge
3.2.2 Données disponibles sur une maquette BIM
3.3 Présentation des résultats des entrevues
3.3.1 Processus de conception
3.3.2 Calcul de charge
3.3.3 Expérience BIM
CHAPITRE 4 DISCUSSION
4.1 Analyse des résultats par rapport aux premières observations
4.2 Recommandations pour l’industriel
4.3 Limites du mémoire
CONCLUSION
ANNEXE I FORMULAIRE D’INFORMATION ET DE CONSENTEMENT
ANNEXE II QUESTIONNAIRE ENTREVUE
ANNEXE III NIVEAU DE MATURITE DE LA FIRME
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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