Tendances, innovations et ruptures dans l'architecture, l'ingénierie et la construction

Les secteurs de l'architecture, de l'ingénierie et de la construction (AEC) ne sont pas épargnés par les changements et tendances en évolution constante. En outre, la pandémie a forcé de nombreux autres secteurs à se réinventer et le secteur AEC ne fait pas exception. Les acteurs mondiaux adaptent leurs activités, non seulement à la pandémie, mais également à l'urgence climatique. Plusieurs tendances visant à apporter des changements sont aujourd'hui devenues prioritaires pour le secteur AEC.

Dans cet esprit, examinons les tendances du secteur AEC auxquelles les professionnels peuvent s'attendre.

Vers la décarbonation de la construction

Actuellement, près de 56 % de la population mondiale, soit 4,4 milliards d'habitants, vit en ville. Cette tendance devrait se poursuivre et s'accentuer, car la population urbaine devrait doubler d'ici 2050. L'augmentation de la population urbaine exige la création de nouvelles villes, ce qui nécessite la construction de nouveaux actifs d'infrastructure et entraîne l'augmentation des émissions de carbone dans l'atmosphère. En fait, les nouvelles constructions consomment une quantité considérable de matières premières et contribuent par conséquent à environ 39 % des émissions mondiales de carbone. Le secteur de la construction est donc devenu un contributeur majeur aux impacts négatifs sur l'environnement, ce qui exige des acteurs du secteur qu'ils réduisent leur influence néfaste sur l'environnement, grâce à la décarbonation des processus de construction.

Émergence des bases de données carbone

L'acier et le béton utilisés pour la construction sont les pires émetteurs de carbone incorporé. C'est grâce à la gestion de la teneur en carbone de ces matières premières, que les courbes des niveaux d'émission pourront s'inverser. Par conséquent, le secteur AEC doit avoir accès aux fabricants de ces matières premières. Divers services et bases de données, offrant des descriptions techniques détaillées des produits utilisés pour la construction ont été créés afin d'aider les utilisateurs à assurer le suivi des fabricants individuels. Ainsi, les organisations chargées des infrastructures peuvent prendre des décisions éclairées sur le choix des fournisseurs et des matières premières qu'elles utilisent. Le calculateur de carbone incorporé dédié à la construction (EC3) et One Click LCA, sont les principaux fournisseurs de base de données qui permettent aux utilisateurs d'évaluer les données de la chaîne logistique tout en permettant la spécification et l'approvisionnement en options à faible émission de carbone.

La plateforme iTwin de Bentley, l'architecture de base pour la création et la gestion des jumeaux numériques, peut aussi bien être intégrée à EC3 qu'à One Click LCA. Par conséquent, les utilisateurs peuvent utiliser les relevés des quantités de matériaux créés par la plateforme de création de rapports iTwin et les exporter vers EC3 ou One Click LCA, ce qui facilite l'analyse du cycle de vie adapté des projets d'infrastructure. Grâce à la plateforme Bentley iTwin, les utilisateurs peuvent intégrer les données d'ingénierie créées au moyen de différents outils de conception, puis exporter un résumé des données de conception, grâce à cette intégration, pour exploiter les informations relatives à l'impact environnemental du projet d'infrastructure.

Mise en œuvre de changements de conception essentiels

Outre le choix de matériaux de construction adaptés, les architectes doivent également appliquer des mesures simples à leurs conceptions afin de réduire l'empreinte carbone du bâtiment. Par exemple, un bâtiment équipé d'un parking souterrain n'est pas aussi avantageux que si le parking était créé au niveau du sol, car la quantité de carbone utilisée pour construire des parkings souterrains est très élevée.

Vers la conception pour la fabrication (Dfma)

La fabrication hors site (OSM), une méthode efficace pour améliorer la productivité de la construction, pourrait également accélérer l'initiative de décarbonation. La fabrication de composants modulaires dans un environnement contrôlé au sein d'installations intérieures sur une ligne de production, puis leur assemblage sur le site de construction même, peut potentiellement réduire les déchets de manière drastique. Ce processus permet également de contrôler la quantité de carbone émise. Cette approche pourrait permettre de réduire le trafic sur site et ainsi diminuer l'impact environnemental global des chantiers de construction.

Un intérêt accru pour les composants standardisés

Dans le secteur de la construction, nous observons un réel engouement pour les composants standardisés. Nombre d'utilisateurs de la plateforme ouverte Bentley, ont commencé à importer des composants normalisés dans le catalogue de composants de Bentley, afin d'en obtenir une vue numérique. Ainsi, ces objets normalisés peuvent être examinés et approuvés en termes de conformité des matières premières et d'adéquation à la construction. Les utilisateurs peuvent les sélectionner en toute confiance, car ils sont assurés qu'ils répondent aux exigences de leur projet.

Optimiser l'utilisation des stocks existants

Chaque actif de l'infrastructure contient du carbone, qui est « dépensé » lors de la construction du bâtiment. Il faut ensuite tenir compte du carbone opérationnel généré par l'économie quotidienne pour alimenter l'installation, qu'il est possible d'adapter aux changements des objectifs d'entreprise ou des fonctions internes.

Lors des évaluations du cycle de vie du carbone, les professionnels peuvent envisager une approche « du berceau à la porte » ou une approche « du berceau à la tombe ». Dans le cadre de l'approche « du berceau à la tombe », il faut tenir compte de la fin de vie du bâtiment et de sa démolition, et du coût en carbone de ces actions, notamment le recyclage des matériaux. Dans l'approche « du berceau à la porte », les utilisateurs envisagent des adaptations ou des réaménagements. Cela peut avoir un impact significatif en termes de carbone et peut se produire à plusieurs reprises tout au long de la durée de vie du bâtiment. Ces deux approches font partie du concept d'économie circulaire. Les concepteurs, doivent-ils donc tenir compte de l'adaptabilité et de la flexibilité dès la planification initiale de la conception, afin de rendre les changements à la phase « porte » moins coûteux en termes de carbone et, par conséquent, prolonger la durée de vie de l'installation et réduire les besoins de démolition ?

La planification précoce, au cours des phases de conception, permet de contrôler les émissions de carbone d'un bâtiment. Il est possible d'évaluer plusieurs options d'agencement à partir de spécifications énergétiques ou matérielles, en lien avec le cycle de vie et les coûts d'exploitation. Ainsi, les professionnels obtiennent l'option la plus écologique. En ce qui concerne le carbone incorporé, il doit être pris en compte non seulement au cours de la construction initiale, mais également lors des réaménagements et des adaptations. Pour cela, une approche repose sur le concept de Buildings as Material Banks (Bâtiments en tant que banques de matériaux), qui s'appuie sur la conception réversible des bâtiments (accès efficace aux matériaux et récupération des matériaux lors des réaménagements et des adaptations) et les passeports de matériaux (informations de réutilisation et de récupération des matériaux).

OpenBuildings Energy Simulator (la fonction d'analyse énergétique de l'outil OpenBuildings Designer de Bentley) permet aux ingénieurs, aux architectes et aux concepteurs, d'intégrer les analyses de l'éclairage, du chauffage et de l'énergie solaire dans leur workflow, mais aussi de développer des conceptions de bâtiments durables. Ainsi, les utilisateurs peuvent prédire le comportement énergétique et l'efficacité du carburant, tout en analysant les caractéristiques thermiques de différents matériaux de construction, afin de concevoir des bâtiments plus écoresponsables qui consomment moins d'énergie pendant leur exploitation.

La technologie des jumeaux numériques peut également jouer un rôle essentiel pour faciliter la décarbonation des bâtiments existants. Les propriétaires et les gestionnaires d'installations peuvent utiliser OpenCities 365, la solution des jumeaux numériques d'infrastructure de Bentley pour les villes et les campus, associée à Microsoft Cloud afin de créer des jumeaux numériques de leurs actifs physiques. En intégrant les jumeaux numériques et les capteurs et appareils IdO, les propriétaires et gestionnaires de bâtiments peuvent comprendre l'exploitation globale du bâtiment et réduire son empreinte carbone en diminuant la consommation d'énergie de différents composants et systèmes. Les utilisateurs peuvent, également, appréhender le cycle de vie carbone du bâtiment et prédire les émissions de carbone à venir, tout au long du cycle de vie de l'actif, afin de prendre des décisions éclairées sur les plans d'extension ou de modification du bâtiment.

La promotion de l'ouverture et du travail collaboratif

L'interopérabilité, ou le flux de données graphiques et non graphiques entre les applications logicielles ou les plateformes technologiques, a toujours représenté un défi pour le secteur. En cette période post-pandémie, l'adoption de nouvelles plateformes technologiques, telles que le Cloud, a redéfini l'environnement technologique tout en augmentant l'importance de l'intérêt pour les applications ouvertes. En outre, la recherche de nouvelles façons de travailler a connu un nouvel élan.

La norme de l'International Foundation Class (IFC) s'est retrouvée au cœur de nombreuses approches visant à résoudre ces problèmes. Son statut de norme ISO 16739-1:2018 a amplifié son utilisation, dans la construction verticale classique, depuis de nombreuses années. La norme IFC4.3, soumise au conseil de l'ISO, a généralisé cette approche aux projets linéaires, tels que les réseaux routiers ou ferroviaires, grâce aux travaux sous-jacents menés par l'organisation buildingSMART pour intégrer divers aspects de l'infrastructure. Les normes IFC sont au cœur du partage et des flux de données au sein des bases de données et des calculateurs de carbone sur le Cloud, ce qui favorise la décarbonation menée par le secteur dans le cadre des projets de construction.

La pandémie et les changements qui ont suivi en matière de télétravail ont soulevé des défis qui ont été relevés grâce à l'adoption de meilleures options de partage du travail, comme ProjectWise et ProjectWise 365 avec ProjectWise Drive. Cette dernière offre associe la puissance de la plateforme collaborative d’environnement commun de données de ProjectWise, avec la convivialité de la plateforme de documents OneDrive de Microsoft.

Nombreux sont les utilisateurs qui constatent les avantages de la plateforme Bentley iTwin, qui intègre les données d'ingénierie, des systèmes d'entreprise et des capteurs IoT, et les lacs de données. iTwin.js (plateforme ouverte dont les interfaces de programmation d'applications (API) sont publiées et accessibles gratuitement) est extensible afin que les utilisateurs puissent créer des intégrations avec d'autres systèmes disponibles. Ils peuvent ainsi se connecter à des API externes, comme One Click LCA et EC3, ce qui permet la publication de données directement depuis iTwin vers One Click LCA/les calculateurs de carbone. D'autres fournisseurs vont, peut-être, désormais publier, ou ouvrir leurs API, afin de faciliter le partage du travail et l’adoption d’applications ouvertes.

La tendance à l'ouverture et à la collaboration s'illustre également par le nombre de connexions établies entre la plateforme Bentley iTwin et la plateforme Omniverse de NVIDIA, la plateforme du moteur Unity et la plateforme Unreal Engine ; celles-ci sont toutes de puissantes plateformes de collaboration utilisées dans les secteurs de la conception pour livrer des solutions plus efficaces et plus durables.

Innovations et ruptures

La réalité mixte (MR) combine la réalité augmentée (AR) et la réalité virtuelle (VR) et offre de nouveaux avantages au secteur de la construction. Les casques de réalité mixte peuvent fournir aux architectes et aux ingénieurs des visites virtuelles de modèles ou de chantiers de construction, comme pour le projet ITER. Ils permettent également aux collaborateurs d'écouter et de voir les instructions pas-à-pas pour les installations et les réparations afin d'appliquer ultérieurement ces informations aux tâches qui leur sont confiées.

Certains cas d'utilisation évolués incluent le fait que les professionnels AEC tirent parti de la réalité mixte pour contrôler leurs équipements. Elle bénéficie également aux propriétaires-exploitants, qui peuvent utiliser la réalité mixte pour surveiller à distance les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), d'éclairage et les contrôles d'accès. Les données issues de la numérisation laser, ou de la photogrammétrie d'un site, ou d'un bâtiment existant, peuvent être intégrées à des applications d'intelligence artificielle ou d'apprentissage automatique, afin d’étiqueter automatiquement tous les équipements ou actifs, ce qui entraîne une intervention manuelle réduite, tout en assurant une précision accrue et un gain de temps.

L'avenir de la technologie de la réalité mixte dans le secteur AEC semble prometteur. En fin de compte, une adoption plus large dépendra de la préparation à la transformation digitale du secteur et de la maturité de la technologie même.

Un changement de paradigme

Le secteur AEC connait un changement de paradigme majeur, à l'occasion de son passage des environnements physiques aux environnements virtuels. Cet article a passé en revue plusieurs opportunités du secteur AEC à destination des entreprises d'ingénierie et d'architecture et des propriétaires-exploitants qui sont prêts à sortir de leur zone de confort pour suivre l'évolution de la technologie.