Démystifier la conception générative ou Generative Design pour l’Architecture, l’Ingénierie et la Construction

Conception générative ou generative design : Approche de conception axée sur les objectifs utilisant l’automatisation pour donner aux concepteurs et aux ingénieurs un meilleur aperçu afin qu’ils puissent prendre des décisions de conception plus rapides et plus éclairées. Vos paramètres de conception spécifiques sont définis pour générer des milliers, voire des millions de solutions potentielles. Vous annoncez au logiciel les résultats que vous voulez obtenir. Sur la base de vos conseils, il arrive à une conception optimale avec les données afin de définir quelle conception est la plus performante.

Qu’est-ce que la conception générative ?

Imaginez que vous conceviez l’intérieur d’un immeuble de bureaux. Dans un scénario classique, la première étape consisterait à définir les paramètres de conception en décrivant la quantité d’apport de lumière que vous souhaitez pour les bureaux selon la saison, les vues souhaitées pour les salles de conférence et le budget maximal que vous voudriez dépenser pour le projet. Après avoir défini les critères, vos outils de conception génèrent tous les meilleurs résultats possibles avec une seule analyse et évaluent les alternatives. Tout cela se fait en une fraction de secondes contrairement à un process manuel qui prendrait des heures, voire des jours…
Dans l’autre scénario, vous calculez manuellement l’impact de vos paramètres de conception sur d’autres critères relatifs à l’immeuble de bureaux tels que les charges énergétiques et les coûts de construction. Vous créeriez et analyseriez avec difficulté les centaines de variables d’emplacement – caféterias, salles de bains, bureaux ou espaces communs – produites par vos choix au fur et à mesure que le projet se développe. Tout ce processus prendrait des jours ou des semaines pendant que vous passeriez en revue les variantes.

Comment cela pourrait-il changer votre façon de concevoir si, comme dans le premier scénario, votre logiciel pouvait vous aider à découvrir les implications des objectifs que vous définissez et faites évoluer ?

Pensez maintenant à un projet de construction typique et changez votre approche de la procédure de construction proprement dite – et pas seulement à ce que vous construisez, mais à la façon dont il est construit. Les dépassements de coûts et le gaspillage sont toujours les risques de la construction. Et si vous pouviez atténuer ces facteurs de risque potentiels en formulant de meilleures recommandations sur les matériaux ou en planifiant et en ordonnançant le travail sur le chantier ? Quelle est la bonne stratégie pour la pose de panneaux préfabriqués en béton ? Ou l’emplacement optimal d’une grue ? Un algorithme logiciel peut tester de nombreux scénarios pour trouver la meilleure solution. Tels sont les objectifs de la conception générative ; une technique qui utilise le calcul pour augmenter la capacité du concepteur à définir, explorer et choisir des alternatives grâce à l’automatisation. La conception générative est plus qu’une méthodologie ; elle englobe de nombreuses applications et techniques. Elle continuera à devenir de plus en plus puissante et utile avec les progrès technologiques tels que l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique.

Mais, au fond, la conception générative consiste à donner aux praticiens la capacité d’explorer, d’optimiser et de prendre rapidement des décisions éclairées sur des problèmes de conception complexes.

La puissance de calcul

La conception générative est un changement définitif dans la façon de conceptualiser, de concevoir et de construire. La conception générative est une stratégie qui augmente les capacités humaines en utilisant des algorithmes pour automatiser votre logique de conception. Vous définissez toujours les paramètres de conception, mais au lieu de modéliser une chose à la fois, les logiciels de conception générative vous aident – le concepteur – à créer de nombreuses solutions simultanément et parfois même à trouver des « accidents heureux » ou des solutions inattendues et uniques qui seraient difficiles à trouver avec des méthodes traditionnelles.
Ce type d’automatisation n’est pas nouveau dans les logiciels de conception, il ne fait que décupler. Pensez par exemple aux premiers jours d’AutoLISP d’AutoCAD®, où de simples scripts automatisaient les tâches de routine. Ou imaginez les puissantes capacités de Dynamo (programmation visuelle) associées à Autodesk® Revit®. Le changement réside dans le fait que les scripts et les algorithmes contrôlent des blocs de fonctionnalités beaucoup plus importants et peuvent gérer des ensembles de données et d’analyses beaucoup plus importants.

Autodesk évalue 10 000 options de conception à l’aide de sa propre solution de conception générative

Pour la conception et le space planning d’un nouveau bureau et d’un nouvel espace de recherche Autodesk dans le quartier MaRS Innovation de Toronto, Autodesk a repoussé les limites de la conception générative en architecture. Les Equipes Autodesk ont commencé par des objectifs et des contraintes de haut niveau, en recueillant des données auprès des employés et des gestionnaires du site, sur les modes de travail et les préférences en matière d’emplacement. Ils ont ensuite élaboré six objectifs principaux et mesurables : préférence pour le style de travail, préférence pour la contiguïté, faible distraction, interconnectivité, lumière du jour et vues extérieures. Ils ont créé un système géométrique avec de multiples configurations de zones de travail, de commodités, de circulation et de bureaux privés. Ils ont ensuite utilisé la puissance du cloud computing pour générer, évaluer et faire évoluer 10 000 options de conception différentes afin d’arriver à la version de projet finale optimisée pour le nouveau bureau.

Cette approche offre de nombreux avantages pour la conception d’un espace de bureau, y compris :
– Gérer la complexité
– Optimisation en fonction de critères spécifiques
– Augmenter la créativité et l’intuition humaines
– Intégrer une grande quantité de retours provenant de projets antérieurs et de l’expérience des demandes en cours
– Naviguer entre les compromis basés sur des données réelles
– Structurer la discussion entre les parties prenantes sur les caractéristiques de conception et les objectifs du projet
– Offrir de la transparence sur les hypothèses du projet et offrir une maquette « Live » du projet exécuté pour le suivi et la compilation des données en phase d’occupation
-Découvrir des solutions de conception non prévues

Un regard sur la productivité, les économies de temps et d’argent, et le gaspillage

Que vous soyez ingénieur, entrepreneur ou architecte, la même bataille ancestrale continue de faire rage : plus de travail, en moins de temps et à moindre coût. Selon l’Institut Technavio, le marché mondial de l’architecture, de l’ingénierie et de la construction devrait croître à un taux annuel de 11,8% sur la période 2017-2021. La pénurie croissante de main-d’œuvre dans ce secteur ajoute une complication supplémentaire indéniable. Récemment, la USG Corporation et la Chambre Américaine de Commerce ont indiqué que plus de la moitié des entreprises de construction (57 %) veulent embaucher plus de travailleurs au cours des six prochains mois, mais que la disponibilité des ressources et leurs compétences ainsi que leur coût posaient problème.

En conséquence, les budgets, les calendriers et la qualité de construction subissent une forte pression. Pour répondre à cette demande et afin d’obtenir des résultats rentables et durables, il faut de nouvelles méthodologies de travail et l’adoption de nouvelles technologies. Il y a tout simplement plus de travail qu’il n’est possible d’en faire avec les méthodes actuelles et les effectifs à disposition. Cela signifie que l’automatisation n’est plus uniquement une option mais c’est une exigence pour être compétitif et répondre au nombre de projets nécessaires dans le monde entier pour répondre aux besoins liés à la population croissante et les défis de taille à relever.

L’un des attraits de la conception générative est la possibilité de réduire les tâches fastidieuses qui consomment votre temps afin que vous puissiez vous concentrer sur des problématiques plus complexes. Ce type d’automatisation vous permet de vous concentrer sur davantage de projets et de décisions stratégiques.

« Pour Phil Bernstein, doyen associé et chargé de cours principal à la Yale School of Architecture et ancien employé éminent Autodesk,  » tirer parti de la conception générative signifie reconnaître que les ordinateurs peuvent faire un meilleur travail sur certains types de tâches analytiques à faible valeur ajoutée, comme s’assurer que toutes les portes ouvrent bien dans le bon sens, que les escaliers soient suffisamment larges ou que le vitrage dans la paroi des fenêtres assure bien son rôle dans le contexte des objectifs énergétiques globaux. « Cela permet ainsi à un concepteur de se concentrer sur des choses plus importantes, telles que la conception générale du bâtiment, la qualité spatiale et fonctionnelle d’un hall d’entrée ou l’espace approprié pour un quartier. Les meilleures réponses à ces problèmes de conception ne peuvent pas être « générées » par un ordinateur, mais seulement par l’esprit humain. »

De nombreuses personnes pensent aux ordinateurs, à l’automatisation, et ils se disent instantanément :  » Est-ce que cela veut dire que vous pouvez tout faire en une fraction de seconde ?  » Nous ne pensons pas qu’il s’agisse tant de réduire les délais, comme par exemple passer soudainement de 100 à 50 heures. Ce qui est bien plus important, c’est de réaliser plus de choses avec cette centaine d’heures. »

Krigh Bachmann, directeur des technologies de conception chez DIALOGUE

Alors que la puissance de calcul peut réduire la corvée des tâches répétitives, les méthodes de conception générative aident également les équipes de conception et de construction à atteindre l’objectif ultime de réduction des déchets et des coûts.

La mise en place d’un algorithme pour minimiser l’utilisation de matériaux ou la consommation énergétique réduit naturellement les coûts et rend la construction plus efficace. C’est ce qu’a fait Van Wijnen, une entreprise familiale de construction basée aux Pays-Bas.
En mettant l’accent sur la construction de logements durables et abordables, l’entreprise s’est tournée vers la conception générative pour explorer 15 000 variantes de conception différentes pour un nouveau projet d’aménagement de lotissement. En utilisant des méthodes génératives, Van Wijnen a pu réduire à trois la sélection des choix les plus pertinents pour créer le projet de quartier parfait. Ils ont ensuite choisi le choix optimal qui maximisait l’apport d’énergie solaire et répondait aux objectifs de bâtiment à énergie positive, tout en optimisant la taille des patios et les vues pour les habitants. Mieux encore, les concepteurs de Van Wijnen ont pu intégrer les coûts et les bénéfices dans leurs préférences pour la solution optimale.

« La conception générative nous donne la possibilité de laisser l’ordinateur faire autant de variantes que vous le souhaitez , il nous permet de créer de beaux quartiers et de belles maisons dans lesquelles nos clients aiment vivre, mais il nous permet aussi d’atteindre nos objectifs de consommation énergétique nette zéro. C’est mieux pour nos clients, pour la communauté et pour l’environnement. »

Hilbrand Katsma, COO (Chief Operating Officer) chez Van Wijnen

La conception générative donne au secteur de l’AEC de nouvelles et puissantes capacités.

Alors qu’un algorithme n’est encore qu’un algorithme, seul un humain va décider quel problème est à résoudre, quels objectifs doivent être atteints et quels facteurs sont les plus importants pour résoudre un problème.
Les ordinateurs peuvent aider à organiser ces décisions et à les classer par ordre de priorité, mais ils ne peuvent pas vraiment les hierarchiser car seuls les étres humains peuvent décider de ce qui est important.
La conception générative donne aux architectes, aux ingénieurs et aux constructeurs une nouvelle liberté pour concevoir et créer un monde meilleur.
Apprenez-en davantage sur la façon dont la conception générative est utilisée par vos pairs pour changer leur façon d’aborder la conception en cliquant ici.

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