De l’importance de l’IA, du BIM et de la conception générative
En 1989, l’usine sidérurgique Phoenix Ironworks de West Oakland, en Californie, a déménagé vers un site plus petit près de la marina. Les bâtiments et les équipements ont été démolis, laissant une dalle de béton de 2 hectares près de l’autoroute I-880. Pendant près de 30 ans, le site est resté vide ou sous-utilisé, malgré l’augmentation de la population dans la région. Par ailleurs, le coût de la construction a augmenté et la crise du logement s’est intensifiée.
Mais d’ici un an, ce terrain deviendra un village d’innovation pour les architectes, les ingénieurs et les constructeurs qui explorent des solutions pour le logement et pour faire face au changement climatique. Le fil d’ariane reliant ces équipes et leurs données de projet de la conception à la construction est la plateforme Design and Make d’Autodesk.
Baptisé « The Phoenix », le nouveau projet comprendra 316 logements abordables et durables, construits pour environ la moitié du coût, du temps et de l’empreinte carbone d’un immeuble collectif typique de la région de la baie de San Francisco.
Afin de rendre cela possible, l’équipe pluridisciplinaire a exploité la puissance de la plateforme Autodesk pour partager des données et des flux de travail et exploiter des informations alimentées par l’IA tout au long du cycle de vie du projet. Dans les premières phases du projet, l’équipe a fait des compromis éclairés par les données entre les objectifs de carbone en exploitation, de carbone embarqué, de coût et d’habitabilité. Plus tard, ils ont exploité leur catalogue d’unités de projets antérieurs pour réduire le temps et les risques grâce à une intelligence de conception réutilisable. Et dans les étapes finales, l’équipe associe l’automatisation physique et numérique afin de construire un ensemble de bâtiments à la fois efficace et apprécié des résidents.
Découvrez ci-dessous l’histoire complète du projet Phoenix lors d’Autodesk University, notre conférence annuelle Design and Make.
La conception assistée par l’IA permet de décrocher des financements et d’obtenir une meilleure qualité de vie
The Phoenix est propulsé par le California Housing Accelerator. Il offre des incitations massives pour les projets de logements abordables pouvant respecter des délais serrés impossibles avec les méthodes de conception et de construction traditionnelles.
Relever le défi peut débloquer des milliards de dollars de subventions pour construire de nouveaux logements, mais cela nécessite des solutions créatives à chaque étape.
L’innovation requise pour être admissible à un tel financement commence par la conception. Autodesk et MBH Architects – une agence d’architecture renommée de plus de 34 ans spécialisée dans le retail, l’hôtellerie et la conception de logements de forte densité – ont pris l’opportunité du projet The Phoenix pour tester de nouvelles technologies et transformer les flux de travail traditionnels.
Le directeur Ryan McNulty mène sa société vers l’avenir. « L’expression la plus dangereuse de la langue anglaise est : « C’est comme ça que nous avons toujours fait », explique McNulty.
En utilisant Autodesk Forma pour la conception en phase initiale, MBH Architects peut rapidement explorer une vaste gamme de variantes qui répondent aux objectifs complexes du projet. L’ajout d’un étage à un bâtiment, la rotation des bâtiments vers le nord ou le sud, le déplacement d’une aire de jeux ou d’un espace vert des extérieurs de la parcelle vers le centre… chaque déplacement modifie les résultats finaux en termes de coût, de poids carbone et d’habitabilité.
Forma permet aux concepteurs de commencer avec des blocs de construction de projets antérieurs, de générer des améliorations optimisés par l’IA d’Autodesk, de visualiser des analyses de performances en temps réel et de se concentrer rapidement sur des projets qui maximisent les résultats souhaités.
L’utilisation d’un catalogue d’unités de projets antérieurs a aidé MBH Architects à se concentrer rapidement sur des projets qui maximisent les résultats souhaités.
« En fin de compte, nous essayons de construire des logements. Et l’outil nous aide à le faire plus rapidement », explique McNulty. « En utilisant les outils Autodesk et les nouveaux flux de travail, nous avons pu réaliser une esquisse initiale en six heures, ce qui prendrait normalement deux semaines. »
La construction industrialisée permet des processus de construction plus prévisibles
En plus d’accélérer et d’améliorer la conception, la transformation de la construction offre de grandes opportunités. La population mondiale devrait augmenter de deux milliards de personnes au cours des 30 prochaines années. Pour créer suffisamment de logements, de lieux de travail et d’écoles pour cette population urbanisée, il faudra construire chaque mois jusqu’en 2050 l’équivalent de la valeur de la ville de New York en bâtiments. Et cela doit se faire en même temps que l’on élimine les émissions nettes de carbone de l’environnement bâti.
Les processus de construction actuels sont beaucoup trop lents et trop gourmands en carbone pour relever le défi. La construction doit être réinventée, et l’une des façons d’y parvenir est de fabriquer des bâtiments en usine. Cela permet aux bâtiments de ressembler davantage à des bâtiments commerciaux.
Les produits sont plus économiques que les produits uniques et réduisent les déchets, les délais et les coûts tout en améliorant la sécurité et la fiabilité. Cette application des principes de fabrication à l’environnement bâti est connue sous le nom de construction industrialisée ou hors site.
Les constructeurs de The Phoenix, Factory_OS, ont déchiffré le code de la construction hors site. Ils utilisent une production industrielle rapide pour construire des modules de logement qui peuvent être transportés par camion vers les sites du projet et assemblés par grue. Pour faire passer rapidement les modèles de la conception à la production et à l’emménagement des résidents, l’équipe exploite les flux de travail basés sur le cloud d’Autodesk pour la collaboration.
Axé sur la préfabrication, ce processus innovant élimine l’imprévisibilité d’un chantier de construction traditionnel. Et la convergence des flux de travail de conception, de construction et de fabrication accélère considérablement la vitesse d’achèvement. Les unités Phoenix seront érigées en deux semaines environ, alors que les processus traditionnels prennent généralement près d’un an.
« Les logements modulaires peuvent apporter un certain niveau de certitude, ce qui vous permet de vous concentrer sur les choses sur lesquelles vous voulez vous concentrer, comme la conception et l’habitabilité », a déclaré Andrew Meagher, vice-président de l’architecture et de l’ingénierie de Factory_OS. « Il en va de même pour les flux de travail logiciels axés sur les données. Ils peuvent libérer plus de temps pour se concentrer sur la création de meilleurs projets plus abordables pour les personnes de tout niveau social. »
De nouveaux matériaux permettent de diminuer l’empreinte carbone des bâtiments
L’un des défis de la création de logements abordables et durables est la façade du bâtiment. La façade représente souvent plus de 20 % du carbone embarqué d’un bâtiment, et trouver des matériaux à faible teneur en carbone peut être difficile en raison des exigences de performance élevées telles que la durabilité et la résistance au feu. En même temps, la façade prend souvent du temps à se construire. Alors que les modules de logement de Factory_OS peuvent être empilés sur site en une dizaine de jours, l’installation de la façade prend souvent six mois. Cela est dû au besoin d’échafaudages et de différents sous-traitants pour installer des couches séparées.
MBH Architects, Factory_OS, la société de biomatériaux Ecovative, le consultant en enveloppe de bâtiment Heintges et Kreysler & Associates, un pionnier dans l’utilisation de composites avancés pour les façades ont collaboré ensemble afin de créer un panneau de façade préfabriqué révolutionnaire de 11,5 mètres de long qui a considérablement réduit le temps de construction et le poids carbone de la façade.
Le panneau est originaire d’Ecovative, qui cultive des biomatériaux durables en combinant des sous-produits agricoles tels que des tiges de maïs avec la structure vivante en forme de racine de champignons appelée mycélium. Des pièces de mycélium conçues sur mesure par Ecovative sont devenues le noyau à l’intérieur d’une coque en polymère renforcé de fibres (FRP) produite par Kreysler & Associates.
Le noyau de mycélium permet un emprisonnement du carbone et la coque en PRF assure la durabilité. Le résultat est un système de façade unique en son genre avec de très grands panneaux à bilan carbone négatif : le processus de fabrication implique une absorption de carbone supérieure à celle émise, en raison du grand volume de matière végétale qui a extrait le carbone de l’air au fur et à mesure de sa croissance.
Ces nouveaux panneaux offrent cinq niveaux de performance de façade (structure, étanchéité, résistance au feu, isolation thermique et amortissement acoustique) et ils peuvent être utilisés tels quels avec les codes de construction et les méthodes de construction actuels.
Des processus évolutifs pilotent les bâtiments du futur
Mais ce n’est que le début. Toutes les explorations et inventions de The Phoenix sont généralisables aux projets futurs. Factory_OS prévoit d’utiliser les nouveaux flux de travail d’échange de données sur de futurs projets de logements abordables. MBH Architects applique Forma et les techniques de conception basées sur les résultats de The Phoenix à des projets allant au-delà du simple programme de logements, tels que les bâtiments des sciences de la vie. Ecovative et Kreysler & Associates voient ce projet comme la première étape importante vers le développement commercial d’un système de façade de bâtiment à bilan carbone négatif.
Ces efforts tournés vers l’avenir nous donnent l’espoir que des projets comme The Phoenix puissent avoir un impact à la fois local et mondial. Ils peuvent permettre de produire des logements de haute qualité à faible émission carbone aux résidents de West Oakland, et ils peuvent servir de levier pour transformer l’environnement bâti. En d’autres termes, après ce projet pilote, ils sont prêts à passer à l’échelle supérieure.
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