L'Impact de l'Intelligence Artificielle et des Modèles Génératifs sur le Design et la Construction Durable

Dans le premier chapitre de ce livre, l'impact des modèles de génération de texte à grande échelle, tels que DALL-E et Stable Diffusion, est mis en avant comme une opportunité révolutionnaire pour transformer la communication visuelle en design. Ces technologies, comme démontré par le projet "Ambrosinus-Toolkit" d'Ambrosini, fusionnent l'intelligence artificielle et la conception créative, offrant des perspectives nouvelles sur la manière dont l'IA peut redéfinir les processus de création. L'intelligence artificielle, en tant qu'outil, permet d'enrichir la conception architecturale en générant des images et des représentations visuelles instantanées basées sur des descriptions textuelles. Cette avancée ouvre la voie à une plus grande fluidité dans la conception et la collaboration, permettant aux architectes de partager rapidement leurs idées sous forme visuelle, tout en explorant de nouvelles formes de créativité et de personnalisation.

Le troisième chapitre, écrit par Alessio Lombardi, explore les défis d'interopérabilité dans le secteur de la construction, mettant en lumière les tendances émergentes et les pratiques collaboratives permettant de surmonter ces obstacles. L'utilisation de solutions open-source, telles que BHoM et Speckle, permet une meilleure intégration entre les différents outils de conception et de fabrication, favorisant ainsi une approche plus fluide et collaborative de l'architecture. En unifiant les flux de travail et en améliorant la communication entre les parties prenantes, l'interopérabilité devient un catalyseur pour des processus de conception et de construction plus efficaces.

Dans un registre plus large, le chapitre de Carlo Beltracchi explore la complexité des villes modernes à travers le prisme des crises environnementales. Il aborde la résilience des structures urbaines et leur capacité à se réinventer face aux catastrophes. En intégrant les métavers et la blockchain, il propose un modèle de reconstruction après sinistre où la technologie devient un moyen d'optimiser la planification urbaine tout en offrant de nouvelles solutions pour les communautés en détresse. Cette approche met en lumière l'importance d'une évolution éthique et pragmatique de l'urbanisme, où la technologie se met au service de l'humain dans un contexte de crise.

Il est également essentiel de noter que la durabilité dans la construction ne se limite pas à la réduction des émissions de carbone. L'usage de technologies telles que l'IA, la fabrication numérique et la robotique offre des moyens de repenser l'ensemble du cycle de vie des bâtiments, de leur conception à leur démolition. Ces outils permettent une gestion plus efficace des ressources et une adaptation plus agile aux défis environnementaux, réduisant ainsi l'empreinte écologique de l'industrie.

Comment le développement du cadre de robotique HAL transforme les applications industrielles et la fabrication

Le développement des modèles computationnels holistiques pour les projets de construction que j'ai supervisés – jusqu'à 90 par semestre – a été une excellente occasion de tester à la fois la mise en œuvre et la conception de HAL pour Grasshopper. Cette plateforme devait répondre à diverses applications pour la conception architecturale et le prototypage de produits, dont la plupart étaient imprévues. Ces activités pédagogiques ont conduit à des projets intéressants, poursuivant mes recherches sur les structures légères en maçonnerie et les techniques de fabrication non standard économiques, notamment à l'UCL Bartlett B-Pro GAD où j'ai introduit la robotique entre 2012 et 2014, en collaboration avec Philippe Morel et Guan T. Schwartz Lee. Entre 2013 et 2015, deux projets propulsés par HAL ont donné naissance aux start-ups de fabrication additive à grande échelle MX3D et XtreeE, mettant en lumière une question imprévue dans le développement du logiciel : la capacité à être distribué dans des environnements industriels et à être à l'échelle.

Cette complexité technique a conduit à des exigences de conception affinées pour tout logiciel futur, afin de garantir que tout capteur et protocole de communication puisse être géré de manière fluide. Au début de l'année 2015, l'équipe HAL Robotics a été constituée, j'ai quitté le milieu académique et le développement du HAL Robotics Framework a commencé. Ce cadre représente un travail d'équipe de long terme, motivé par la nécessité d'atteindre des normes industrielles de qualité pour faciliter les transferts technologiques et l'émergence de nouvelles entreprises dans la robotique de construction, et par le manque d'un cadre logiciel fiable, cohérent et facilement déployable pour le développement de processus adaptatifs impliquant des robots industriels.

Un moteur de planification des mouvements soutenant des cellules multi-robots a été conçu pour résoudre des séquences de mouvement complexes en tenant compte des redondances cinématiques. Ce moteur permet aussi la planification des mouvements de bras robotiques modulaires. Un moteur de post-traitement de procédure extensible a également été mis en place, permettant l'analyse et la traduction des tâches simulées vers n'importe quel langage de programmation robot spécifique. Un générateur de protocoles de communication flexible a été développé, garantissant la compatibilité avec les standards industriels ouverts et propriétaires. Cela permet au HRF de fonctionner sur place ou dans le cloud avec une latence adéquate pour la commande, l'enregistrement ou l'orchestration des processus. En outre, un catalogue complet d'équipements, comprenant des milliers de robots et des émulations de contrôleurs des 25 dernières années, permet de créer rapidement des jumeaux numériques de toute cellule de production.

L'un des aspects les plus intéressants du HRF est sa capacité à faciliter l'exécution de processus hybrides qui peuvent être réalisés simultanément ou successivement, et la reprogrammation des tâches en temps réel en fonction des lectures de capteurs ou d'autres sources de données. Grâce à cette flexibilité, la plateforme devient idéale pour l'optimisation de la production et la gestion de processus industriels complexes, tout en garantissant une haute sécurité et une facilité d'utilisation dans les environnements les plus exigeants.

Il est également possible d’utiliser ces données simulées pour évaluer le temps de cycle, entraîner des modèles d'apprentissage automatique (ML) ou optimiser les paramètres de conception des produits ou des cellules de production. En effet, le HRF permet non seulement d’améliorer l'efficacité des processus industriels, mais aussi de créer un environnement de travail plus intelligent et plus flexible.

Comment les Systèmes de Façade Intelligents Peuvent Transformer l'Évaluation du Design en Réalité Virtuelle : Le Cas des Fenêtres Orientées

L'un des aspects les plus fascinants de ce processus est la modélisation paramétrique des brise-soleil, un élément clé dans l'efficacité énergétique des bâtiments modernes. Dans un exemple tiré d'un projet de rénovation de façade, des tests ont été réalisés pour explorer 1521 configurations différentes basées sur 13 orientations possibles, 2 ensembles de lames (supérieures et inférieures) et 9 espaces de contrôle. Ce calcul minutieux a permis de générer plus de 9000 résultats différents, chacun évalué selon des critères définis tels que l'exposition au soleil et la qualité visuelle des vues extérieures. Ces résultats ont ensuite été filtrés pour ne conserver que les solutions les plus performantes, qui ont été testées par les utilisateurs dans un environnement VR immersif.

Les résultats de ce processus montrent que les utilisateurs, en utilisant cette technologie immersive, sont capables de faire des choix plus éclairés et collaboratifs concernant les orientations des brise-soleil. Ce type d'interaction donne non seulement un aperçu plus précis de l'impact visuel des modifications, mais permet également d’évaluer la manière dont les changements affectent le confort des espaces intérieurs. De plus, cette méthode ouvre la voie à des décisions plus flexibles et personnalisées, en tenant compte des préférences des utilisateurs et des spécificités de chaque espace.

Cependant, au-delà de l’aspect purement technologique, cette approche implique une réflexion plus profonde sur l’intégration de l’utilisateur dans le processus de design. L’aspect immersif de la VR permet une évaluation subjective des propositions, donnant ainsi aux utilisateurs un rôle actif dans la création de l’espace qu’ils occuperont. La possibilité de tester différents scénarios de conception dans un environnement contrôlé offre une approche plus pragmatique et orientée vers l’utilisateur que les méthodes traditionnelles, où les évaluations sont généralement limitées à des vues statiques ou des modèles physiques.

Il est crucial de comprendre que l’utilisation de la réalité virtuelle dans le processus de conception n’est pas seulement un moyen d’améliorer l’expérience de l’utilisateur. C’est également un outil puissant qui permet de combiner une multitude de paramètres techniques et humains dans un cadre interactif. Ainsi, la simulation dynamique de l’éclairage, des ombres et des effets météorologiques, en plus d'offrir une précision dans la conception des systèmes de façade, permet de modéliser des scénarios réels de la vie quotidienne dans l’espace de travail. Cela peut inclure des éléments sensoriels comme le bruit de la pluie, ou encore les changements de lumière au cours de la journée, offrant ainsi une perspective plus complète de l'impact du design sur le bien-être et le confort des occupants.

Comment les flux de travail numériques intégrés transforment-ils la rénovation des bâtiments ?

L’intégration d’un workflow numérique dans les travaux de rénovation s’avère non seulement faisable, mais également porteuse de bénéfices considérables. Au-delà de l’analyse approfondie du projet, qui permet une prise de décision fondée sur les données, cette approche digitale favorise l’engagement simultané des différentes parties prenantes — aussi bien la haute direction que les occupants quotidiens des bâtiments. Ainsi, elle permet d’identifier des critères de conception autrement inaccessibles, transformant la démarche architecturale en un processus plus inclusif et informé.

L’apport qualitatif des études en réalité virtuelle (VR) est exemplaire dans cette transformation. Ces outils ont permis non seulement de tester et d’ajuster les solutions de conception, mais aussi de simplifier les échanges entre concepteurs et parties prenantes. Cette simplification communicationnelle a pour corollaire une réduction substantielle des coûts, du temps et des ressources nécessaires à la production de maquettes visuelles et fonctionnelles. À plus grande échelle, cette efficience soutient la transition vers un secteur de l’architecture, de l’ingénierie et de la construction (AEC) plus allégé et moins émissif en carbone.

L’expérience menée sur le bâtiment F10—New Law Building illustre comment les technologies digitales peuvent promouvoir une approche intégrée, centrée sur la performance utilisateur. Cette démarche hybride nourrit une analyse multivariée, croisant à la fois des critères quantitatifs et qualitatifs pour présélectionner les solutions les plus efficaces. Si ce projet reste modeste, son workflow est aisément transposable et adaptable à d’autres projets neufs ou de rénovation, en tenant compte des spécificités et risques propres à chaque contexte.

La pandémie a accéléré de manière exponentielle l’émergence d’innovations technologiques dans le secteur AEC, propulsant l’ensemble du domaine dans une dynamique numérique. Cette mutation impose de repenser fondamentalement la manière dont les problèmes sont formulés et résolus, avec un objectif commun : livrer des solutions moins coûteuses, plus performantes et plus rapides. Dans cette optique, la simple adoption d’outils digitaux peut apporter des améliorations ponctuelles, mais la clé réside dans la refonte radicale des processus pour maximiser les avantages.

Le concept d’ingénierie « zéro-base », promu par Honda, illustre bien cette philosophie : il s’agit de déconstruire intégralement le processus, du matériau brut au produit fini, en anticipant à chaque étape les potentielles défaillances. Cette capacité à analyser et optimiser les processus devient aussi cruciale que la capacité à imaginer des conceptions originales. La réévaluation systématique des workflows de conception ouvre la voie à l’automatisation à grande échelle.

L’équipe d’ingénierie et technologies digitales chez Mott MacDonald travaille actuellement à la scalabilité de ces innovations, visant à standardiser les processus et développer des outils réutilisables à travers divers projets et disciplines. La formalisation de ce savoir-faire dans des algorithmes permet non seulement de partager l’information, mais aussi de préserver la propriété intellectuelle et l’expertise accumulée. Une centralisation des fonctionnalités dans des plateformes communes améliore la réutilisabilité, uniformise la qualité, limite les erreurs humaines, et favorise une approche agile fondée sur des cycles rapides d’expérimentation et d’amélioration continue.

Cette infrastructure digitale est la clé pour libérer une approche véritablement intégrée et basée sur la connaissance dans la conception architecturale. Elle permettra non seulement d’améliorer les projets spécifiques comme le F10—New Law Building, mais aussi d’influencer et d’inspirer les itérations futures, que ce soit sur le campus universitaire de Sydney ou au sein des activités de Mott MacDonald.

Comment la Fabrication Additive par Arc de Fil (WAAM) Révolutionne l'Industrie de la Construction

La fabrication additive par arc de fil (WAAM) est une technologie en pleine expansion qui transforme l'industrie de la construction, de l'architecture et de l'ingénierie. Basée sur un procédé où un arc électrique est utilisé pour fondre un fil d'alimentation métallique, la WAAM permet de produire des composants métalliques avec une précision et une efficacité accrues. Cette technologie présente des avantages notables par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles, notamment la réduction des coûts, une flexibilité accrue et la possibilité de fabriquer des structures géométriquement complexes qui seraient difficiles, voire impossibles, à réaliser par des techniques conventionnelles. Bien que cette technologie soit encore en phase de développement, elle a déjà montré un potentiel considérable pour redéfinir les processus de fabrication dans les secteurs de l’architecture, de l’ingénierie et de la construction (AEC).

Le principe de base de la WAAM repose sur l’utilisation d’un arc de soudage pour fondre un fil métallique. Lorsque l’arc est créé entre le fil et la base métallique, il chauffe suffisamment pour créer une gouttelette de métal fondu. Ce métal est ensuite déposé couche par couche à l’aide de machines à commande numérique par ordinateur (CNC) ou de bras robotiques, permettant la construction de pièces métalliques complexes. Ce processus est souvent accompagné de gaz de protection pour éviter l’oxydation et les défauts de soudure qui pourraient affecter la qualité de la structure.

L'une des grandes forces de la WAAM dans le secteur AEC réside dans sa capacité à fabriquer des éléments métalliques personnalisés et à intégrer des fonctionnalités spécifiques à la conception d’un projet. Un exemple marquant de cette capacité est l’utilisation de WAAM pour la fabrication de structures en treillis ou de connecteurs personnalisés pour des façades en verre, permettant une adaptation précise aux besoins architecturaux spécifiques. L'optimisation topologique, une technique permettant de déterminer la répartition optimale des matériaux dans une structure en fonction de critères de performance, a également été utilisée avec succès dans des projets en WAAM, comme le renforcement d'une peau de fuselage en aluminium pour l’aéronautique.

Une autre difficulté réside dans les défis liés à la post-production. Après la fabrication des structures par WAAM, un certain nombre de techniques de finition doivent être appliquées pour garantir que les surfaces des pièces sont conformes aux spécifications du projet. Cela inclut l’utilisation de fraiseuses pour créer des formes complexes et des textures qui répondent aux exigences esthétiques et fonctionnelles des projets architecturaux. L'innovation dans ces techniques de post-traitement est essentielle pour libérer tout le potentiel de la WAAM dans le secteur de la construction.

En dépit de ces défis, la WAAM s'impose progressivement comme une technologie clé pour l'avenir de l'industrie de la construction. Son potentiel pour produire des structures plus légères, plus complexes et mieux adaptées aux exigences spécifiques des projets architecturaux représente une avancée majeure dans le domaine. Dans un monde où la personnalisation et l'efficacité sont primordiales, la WAAM pourrait bien être l'une des réponses aux besoins croissants d'une construction plus durable, plus rapide et plus flexible.

La transformation de l’industrie de la construction par la WAAM ne se limite pas seulement à la capacité de produire des objets plus complexes ou de réduire les coûts de fabrication. Elle introduit également une nouvelle manière de penser les matériaux et les structures dans l'architecture. En permettant une personnalisation à grande échelle, cette technologie invite à repenser les pratiques traditionnelles de conception et de fabrication, en mettant l'accent sur l'intégration de l'innovation dans chaque phase du projet. Pour le secteur AEC, cela signifie une transition vers des processus de fabrication de plus en plus automatisés, intelligents et numériques.