L'apport de la Constructibilité au pré-design. Analyse et

Institut pour la Maîtrise des RisquesSûreté de Fonctionnement - Management - Cindyniques

15 mars 2019 IMdR – 12 av. Raspail 94250 Gentilly – 0145364210 – [email protected]

L'apport de la Constructibilité au pré-design.

Analyse et support au choix des solutions techniques.

Francesca CONTRADA


Diapo 215/03/19Journée « Jeunes Ingénieurs et Jeunes Chercheurs »

Contexte

▪ Processus de construction complexe ;

▪ Des bâtiments toujours plus performants (efficience énergétique, durabilité, bien-être des usagers) ;

▪ Nouvelles solutions technologiques difficilement prises en compte ;

98% des grands projets mondiaux ont dépassé de 80% le budget et accusent presque deux ans de

retardMcKinsey Global Institute

• 7 ans de retard• 10 fois plus cher

• 2 ans de retard• De 173 à 380 millions d’euros



Contexte

Constructibilité / Constructibility(IRC, 2010)

Buildability(CIRIA, 1983)

Constructability(CIIA, 1993)

+ Partage des connaissances + Cycle de vie

+ Garantie de performance+ Fonctions d’usage

©co

ram

ax

PERFORMANCE



Contexte

Constructibilité :

« Une démarche qui vise à fournir, dès le lancement du projet, une assurance raisonnée

quant à l’atteinte des objectifs de tout projet de construction sur son cycle de vie ».(Gobin, 2010)

▪ Analyse fonctionnelle ;

▪ Ingénierie système.

Système « à faire » (Construction)

Système « pour faire » (Processus)

IRC

Nouvelle discipline d’organisation et de maitrise du processus qui vise à la garantie de performance d’usage

(AFNOR, 2014)

(Azarian & Pollet, 2016)

(Gobin, 2015)

(Roozenburg & Eekels, 1995)



Objectifs de la thèse

Anticiper les efforts à l’aide de la constructibilité

▪ Enrichir les démarches d’aide au choix et de vérification en pré-design ;

▪ Evaluer le pré-design en termes de processus et de résultats ;

▪ Accompagner l’innovation technologique dans une démarche d’intégration ;

▪ Dépasser la répartition sectorielle de la connaissance en conception.

Proposition d’une nouvelle méthode

• d’évaluation globale de la performance ;

• de vérification de la pertinence du pré-design ;

• de support au choix en pré-design.



Synthèse de l’état de l’art

Développement de la méthode

Mise en situation de la méthode

Conclusions et Perspectives

Sommaire

A.

B.

C.

D.



A. Synthèse de l’état de l’art

▪ A) Méthodes et outils de la constructibilité

▪ B) Méthodes et outils d’accompagnement du pré-design




• Méthodes favorisant la faisabilité technique (Constructibilité ≠ Constructability et Buildability) ;

• Absence d’une mise en pratique des concepts de constructability ;

• Absence de protocoles de révision de la constructibilité.

Groupe 1Connaissance des procédés

techniques

Groupe 2Evaluation de la constructability

Groupe 3Révision et retour

d’expérience

A) Méthodes et outils de la Constructibilité(Kifokeris & Xenidis, 2017)

(Salazar & Brown, 1988) (BCA, 2017) (Zhang, et al., 2016) (Jiang, 2016)

(Jiang, 2016)

(CIIA, 1993)

(Arditi, et al., 2002)




• Difficilement applicables en phase de pré-design (incertitude) ;

• Les méthodes de classification fournissent une valeur économique à la construction / réarrangement

des cibles ;

• Absence de prise en compte de la constructibilité ;

• Méthodes d’aide au choix multicritère de plus en plus utilisées.

Groupe 1Directives de conception

Groupe 2Evaluation de la

performance

Groupe 3Classification et certification

B) Méthodes et outils d’accompagnement du pré-design (Gowri, 2005)

(Russell-Smith, et al., 2015) (Attia, et al, 2012) (Struck, 2012)

(Hollberg, et al., 2018) (Favoino, et al., 2017)

(Urban & Glicksman, 2006)

(Giama & Papadopoulos, 2012)

(BREEAM, 2016) (LEED, 2018)

(Certivea, 2016)

(Cinelli, et al., 2014) (Moghtadernejad, et al., 2018)




➢ Outils et méthodes Constructibilité

Accompagnement basé sur la performance

➢ Réduire l’incertitude du pré-design à travers le partage des connaissances

➢ Proposer une méthode adaptable.

Axes d’intervention



B. Développement de la méthode

Evaluation globale

Programme

Solutions techniques

ESQ/APS

Satisfait ?Non

Etapes suivantes

Oui

Utilisation de la méthode

Etablir la structure de la nouvelle méthode d’évaluation

MOE : Autocontrôle/ aide au choixMOA/AMO : Vérification

(Szigeti & Davis, 2005)

Exigences Performance




Etablir la grille d’évaluation de la pertinence du pré-design

Hypothèse : cahier des charges précis et exhaustif.

Définir les sous-critères et les indicateurs de performance

Etablir la démarche d’aide à la décision pour l’agrégation des sous-critères

Démarche de développement

1 2

3

Définir le type de représentation4




Etablir la grille d’évaluation de la pertinence du pré-design1

Constructibilité

Système « pour faire »

Système « à faire »

Adaptation de la méthode de diagnostic de pertinence d’un projet (Gobin 2017)

7 critères

Possibilité de vérification

Disponibilité des compétences

Simplicité de gestion

Pertinence/robustesse fonctions d’usage

Economie

Simplicité de la solution

Soutenabilité environnementale




Définir les sous-critères et les indicateurs2

Constructibilité

Système « pour faire »

Système « à faire »

Simplicité de la solution

Possibilité de vérification

Disponibilité des compétences

Soutenabilité environnementale

Simplicité de gestion

Pertinence/robustesse fonctions d’usage

Economie

23 concepts de constructability

Méthodes et outils d’évaluation de la performance

Constructibilité

32 sous-critères

(Nima, et al., 2001)










Critère Sous-critères Type d’évaluation

CC5Exigences d'ambiance

CC5.1 Réponse aux exigences d’espaces

Indicateurs

numériques

CC5.2 Ambiance visuelle

CC5.3 Ambiance thermique en été

CC5.4 Ambiance thermique en hiver

Espace Ambiance visuelle Ambiance Thermique

Vérification m² demandés FLJ sDA % ou DA n° h confort

𝐶𝐶𝑘. 𝑖 =𝐼𝑐𝑎𝑙𝑐𝐼𝑙𝑖𝑚

k : indice relatif au critère i : indice relatif au sous-critère𝐼𝑐𝑎𝑙𝑐 : valeur calculée pour l’indicateur 𝐼𝑙𝑖𝑚 : valeur limite

Cible : vérifier le respect des niveaux de performance fixés et comparer plusieurs solutions technologiques

Indicateurs pris en compte :

Pertinence/robustesse fonctions d’usage → vérification des exigences d’ambiance(Gobin, 2015) (Santamouris, 2003)

(CEN, 2007)(CEN, 2007) (IES, 2013)




Economie de ressources Emissions

Eau Sol Energie Emissions de CO2

Consommation d’eau [m3] m² utilisés CEP [kWhep/m².an] kgCO2eq

Critère Sous-critères Type d’évaluation

CC6Soutenabilité

environnementale

CC6.1 Economie des ressources en eau

Indicateurs

numériques

CC6.2 Economie des ressources en sol

CC6.3 Economie des ressources énergétiques

CC6.4 Réduction des émissions de CO2.

Indicateurs pris en compte :

𝐶𝐶𝑘. 𝑖 =𝐼𝑐𝑎𝑙𝑐𝐼𝑙𝑖𝑚

k : indice relatif au critère i : indice relatif au sous-critère𝐼𝑐𝑎𝑙𝑐 : valeur calculée pour l’indicateur 𝐼𝑙𝑖𝑚 : valeur limite

Cible : vérifier le respect des niveaux de performance fixés et comparer plusieurs solutions technologiques

(ISO/TC 207, 2006)(HQE, 1994) RT2012

(Cherqui, 2005)

(Cherqui, 2005)




Critère Sous-critères Type d’évaluationCC7

Economie en exploitation

Analyse du coût global Indicateur

numérique

𝐶𝐶7 =𝐶𝑂𝑖𝑛𝑣𝐶𝐺

CG : coût global actualisé ;𝐶𝑂𝑖𝑛𝑣 : coût d’investissement initial

Cible : Comparer les solutions sur la base de l’efficacité en phase d’exploitation

▪ Aide au choix en phase de conception ;

▪ Coût d’investissement initial tient compte des études à réaliser.

(NF EN 15459-1, 2017)




CCk.1 CCk.2 CCk.3 CCk.4 CCk.5

CCk.1 1 a12 a13 a14 a15

CCk.2 1/a12 1 a23 a24 a25

CCk.3 1/a13 1/a23 1 a34 a35

CCk.4 1/a14 1/a24 1/a34 1 a45

CCk.5 1/a15 1/a25 1/a35 1/a45 1

Etablir la démarche d’aide à la décision pour l’agrégation des sous-critères 3

Matrice d’intensité /de jugement

Analytic Hierarchy Process

(Saaty, 1980)

Intensité de

l'importanceDéfinition

1 Importance égale

3 Faible importance de l'un sur l'autre

5 Importance essentielle ou forte

7 Importance démontrée

9 Importance absolue

2, 4, 6, 8 Valeurs intermédiaires

𝑤𝑖 =

σ𝑙=15 𝑎𝑖𝑙

σ𝑗=15 𝑎𝑗𝑙

5

Coefficients de pondération

𝐶𝐶𝑘 =

𝑖=1

𝑛

𝑤𝑖 ∙ 𝐶𝐶𝑘. 𝑖

Agrégation




𝑤𝑖

𝐶𝐶𝑘 =

𝑖=1

𝑛

𝑤𝑖 ∙ 𝐶𝐶𝑘. 𝑖

𝐶𝐶𝑚 =

𝑖=1

𝑛

𝑤𝑖 ∙ 𝐶𝐶𝑚. 𝑖 Système de notation

Indicateursk : indice relatif au critèrei : indice relatif au sous-critère

m : indice relatif au critèrei : indice relatif au sous-critère𝑁𝑖 : note acquise par le sous-critère𝑁 : note optimale (N=6)

Matrice d’intensité établie pour le critère CC1

𝑤𝑖 : poids

Analyse des risques de dégradation de la performance

(1 → 4)

(5→7)

CC1.1 CC1.2 CC1.3 CC1.4 CC1.5 CC1.6 CC1.7 CC1.8

CC1.1 1 5 1 3 3 3 3 1

CC1.2 1/5 1 1/3 1/3 1/3 1/3 1/5 1/3

CC1.3 1 3 1 5 3 3 3 1

CC1.4 1/3 3 1/5 1 1/3 1/3 1/3 1

CC1.5 1/3 3 1/3 3 1 1 3 1/3

CC1.6 1/3 3 1/3 3 1 1 3 1

CC1.7 1/3 5 1/3 3 1/3 1/3 1 1

CC1.8 1 3 1 1 3 1 1 1

Type de productiondes composants

Standardisation structure verticale

(Van Moeseke, 2013) (Gobin, 2009) (Koles, et al., 1996) (Preiser, et al., 2005)




• Lisible ;• Perte d’information.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

CC1 - Simplicitéde la solution

CC2 - Possibilitéde vérification

CC3 -Disponibilité

descompétences

CC4 - Simplicitéde gestion

CC5 - Exigencesd'ambiance

CC6 -Soutenabilité

CC7 - Economieen exploitation

Evaluation globale - ensemble des critères

Alternative 1 Alternative 2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0CC1.1

CC1.2

CC1.3

CC1.4

CC1.5

CC1.6

CC1.7

CC1.8

CC1 Simplicité de la solution

+ Evaluation pour chaque critère

Définir le type de représentation4

CC1 : 0,89→ 0,8 Simplicité inferieure



C. Mise en situation de la méthodeEvaluation ex post du pré-design

• Mixité fonctionnelle ;

• Démarche HQE ;

• En phase de réalisation.

Evaluation à posteriori :• Applicabilité réelle de la méthode ;

• Point faibles démarche HQE ;

• Impact des changements en cours de route.




0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

CC1.1 Niveau destandardisation (Str_V)

CC1.2 Niveau destandardisation (Str_H)

CC1.3 Niveau destandardisation (Env_V)

CC1.4 Niveau destandardisation (Env_Ouv)

CC1.5 Organisation deséquipements (Equ)

CC1.6 Types deproduction des

technologies

CC1.7 Modes constructifs

CC1.8 Types d’interfaces techniques

CC1 - Simplicité de la solution

CC1 - Simplicité de la solution

CC1.1 CC1.2 CC1.3 CC1.4 CC1.5 CC1.6 CC1.7 CC1.8

ΣSpref/Stot < 30% ΣSpref/Stot = 100% et

grille structure

horizontale régulière

80%≤(ΣSf*ci/Stot)*100 <

100%

ΣNb/Nbtot = 100%

(forme et matériaux)

Equipements nécessaires

intégrés dans les éléments

de construction et

continuité verticale des

gaines assurée

Production

prévoyant

l'utilisation de

procédés de

préfabrication

foraine en unité

Structure

complétement réalisée

in situ. Façade intégrant

éléments standardisés

Construction

complètement réalisée

en chantier, que

certains éléments sont

détachables

NCC1.1 NCC1.2 NCC1.3 NCC1.4 NCC1.5 NCC1.6 NCC1.7 NCC1.8

1 6 5 6 3 2 2 2

𝐶𝐶1 =

𝑖=1

5

𝑤𝑖 ∙𝑁1.𝑖𝑁

= 0,49

w1 0,21

w2 0,04

w3 0,22

w4 0,06

w5 0,11

w6 0,12

w7 0,10

w8 0,15

Calcul des poids à travers les matrices d’intensité

Agrégation pour le calcul du critère

Utilisation du système de notation







0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

CC1 - Simplicité de lasolution

CC2 - Possibilité devérification

CC3 - Disponibilité descompétences

CC4 - Simplicité degestion

CC5 - Exigencesd'ambiance

CC6 - Soutenabilité

CC7 - Economie enexploitation

Evaluation globale du collège d'Aubervilliers

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0CC1.1

CC1.2

CC1.3

CC1.4

CC1.5

CC1.6

CC1.7

CC1.8

Impacts :

• Standardisation ;

• Type de production ;

• Modes constructifs.

ESQ → PRO : Procédé GBE

EXE : Procédé Pré-mur



D. Conclusions et perspectives

▪ Cadre d’évaluation Bâtiment/Processus ;

▪ Démarche d’amélioration de la solution en phase de pré-design

▪ Matrices d’intensité issue des retours d’expérience ;

▪ Traduction des concepts de constructability enrichissement cadre constructibilité ;

▪ Aide au choix multicritère interdisciplinaire.

Partage des connaissances ;

Engagement et responsabilité des acteurs ;

Ré

sulta

ts

▪ Hypothèse d’un cahier de charge exhaustif ;

▪ Vérification de la méthode

▪ Granulométrie de l’information du pré-design ;

▪ Comparaison avec autres méthodes d’évaluation

Lim

ite

s

Coûts et temps d’évaluation ;

Taille des projets ;



D. Conclusions et perspectives

Consolidement

▪ Enrichissement de la méthode ;

▪ Propositions d’autres matrices d’intensité en fonction des types de contrats décrivant le montage des projets ;

▪ Accompagnement d’un projet en phase de pré-design

Développement

▪ Utilisation d’outils d’optimisation multiobjectif pour accompagner la phase de conception ;

▪ Proposition d’un outil de commissionnement du projet basé sur les 7 critères ;

Pe

rsp

ec

tive

s


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