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Exploitation du BIM pour la modélisation Chronographique de la planification et

Exploitation du BIM pour la modélisation Chronographique de la planification et la simulation 4D par Thibault MAZARS MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L’ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE COMME EXIGENCE PARTIELLE À L’OBTENTION DE LA MAÎTRISE AVEC MÉMOIRE EN GÉNIE DE LA CONSTRUCTION M. SC. A. MONTRÉAL, LE 17 NOVEMBRE 2017 ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE UNIVERSITÉ DU QUÉBEC Thibault Mazars et Adel Francis 2017 Cette licence Creative Commons signifie qu’il est permis de diffuser, d’imprimer ou de sauvegarder sur un autre support une partie ou la totalité de cette œuvre à condition de mentionner l’auteur, que ces utilisations soient faites à des fins non commerciales et que le contenu de l’œuvre n’ait pas été modifié. PRÉSENTATION DU JURY CE MÉMOIRE A ÉTÉ ÉVALUÉ PAR UN JURY COMPOSÉ DE : M. Adel Francis, directeur de mémoire Département de génie de la construction à l’École de technologie supérieure M. Daniel Boyd, codirecteur de mémoire Groupe WSP M. Edmond Miresco, président du jury Département de génie de la construction à l’École de technologie supérieure M. Conrad Boton, professeur Département de génie de la construction à l’École de technologie supérieure Mme Tia-Olivia Rajohnson, examinatrice externe Groupe AECON QUÉBEC LTEE IL A FAIT L’OBJET D’UNE SOUTENANCE DEVANT JURY ET PUBLIC LE 26 OCTOBRE 2017 À L’ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE REMERCIEMENTS Premièrement, je tiens à remercier mon directeur de recherche, Mr Adel Francis pour m’avoir donné l’opportunité de travailler dans d’excellentes conditions au sein du laboratoire MGPlan ainsi que pour ses conseils et son expertise qui m’ont guidé durant ces deux années de recherches. Je tiens ensuite à remercier Mr Fabian Ardila, Mr Stéphane Morin Pépin et tous les membres du laboratoire MGPlan pour leur partage d’expérience et leur bienveillance. Je tiens aussi à remercier tout particulièrement mes parents Fabienne et Patrice pour leur soutien durant toutes mes études. Je ne sais comment exprimer l’immense gratitude que j’ai à votre égard ni ô combien je suis heureux d’être votre fils. Je tiens enfin à remercier Mélissa, Julien, Alexis, Paul-Alexandre ainsi que tous mes amis pour leur soutien et leurs encouragements durant ces deux années. Merci d’avoir contribué à rendre cette expérience si enrichissante. VI EXPLOITATION DU BIM POUR LA MODÉLISATION CHRONOGRAPHIQUE DE LA PLANIFICATION ET LA SIMULATION 4D Thibault MAZARS RÉSUMÉ La planification des projets de construction est une fonction managériale des plus importantes car elle influe directement sur le succès de la réalisation des travaux. Ces dernières années, différentes études ont été menées et divers outils ont été créés pour exploiter les possibilités de combiner le Building Information Modeling (BIM) et les méthodes traditionnelles de planification afin d’assister à la réalisation des calendriers de construction. Cependant, ces outils et méthodes sont principalement destinés à aborder les perspectives de conception des ouvrages. Leur utilisation pour la planification des travaux en phase de construction nécessite alors d’importants efforts pour remanier, d’une part les maquettes numériques BIM et d’autre part les échéanciers, notamment pour caractériser le caractère spatial des projets. La méthode Chronographique développée au sein du laboratoire MGPlan offre une modélisation de la planification des projets de construction adaptée aux différentes contraintes d’exécution des travaux. L’objectif de la présente recherche est donc de créer une stratégie de communication entre les maquettes numériques BIM, la méthode Chronographique et les outils de simulation 4D afin de réaliser plus efficacement la planification de la réalisation des travaux et le montage des modèles 4D. Afin de répondre à cette problématique, des études approfondies des mécanismes de la méthode Chronographique, des outils BIM de modélisation et de la simulation 4D ont été menées. Sur la base de ces observations, une stratégie de communication entre ces différents éléments a été conçue et des outils ont été mis en place pour l’assister. Une étude de cas d’un projet fictif a été réalisée pour éprouver cette stratégie. Mots-clés : Méthode Chronographique, BIM, BIM 4D, simulation 4D, Planification des travaux. VIII BIM EXPLOITATION FOR THE CHRONOGRAPHICAL SCHEDULING AND 4D SIMULATION Thibault MAZARS ABSTRACT The scheduling of construction projects is one of the most important management functions as it directly influences the success of the work execution. Recently, different studies have been led and many tools have been created to combine Building Information Modeling (BIM) and traditional scheduling methods, in order to assist the realisation of construction timetables. However, these tools and methods are mainly intended to the design perspectives. When used to apprehend the scheduling of works in construction phases, they then require important efforts to revise the BIM model on the one hand, and the schedule on the other. Particularly, to characterize the spatial nature of the projects. The Chronographical method developed within the MGPlan research laboratory offers a construction schedule modelling adapted to various work execution constraints. The goal of this research is therefore to create a communication strategy between the BIM models, the Chronographical method and the 4D simulation tools, in order to realize more effectively the scheduling as well as to simplify the creation of 4D BIM models. In order to answer this problem, in-depth studies of the mechanisms of the Chronological method, the BIM modeling tools and the 4D simulation were led. On the basis of these studies, a communication strategy between those different components has been conceived. Tools have also been set up to support it. A study case of a hypothetical project has been conducted in order to test this strategy. Keywords: Chronographical method, BIM, 4D BIM, 4D simulation, construction works scheduling. TABLE DES MATIÈRES Page INTRODUCTION .....................................................................................................................1 CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE ......................................................................7 1.1 La planification des projets de construction ..................................................................7 1.1.1 Rôle de la planification ............................................................................... 8 1.1.2 Niveau de détail de la planification ............................................................ 9 1.1.3 Différents formats de la planification ....................................................... 10 1.1.4 Représentations graphiques des échéanciers de construction ................... 11 1.1.4.1 ADM «Arrow Diagram Method » ............................................. 13 1.1.4.2 PDM « Precedence Diagram Method » ..................................... 13 1.1.5 Limite des méthodes du chemin critique .................................................. 15 1.1.6 Les réseaux temporels ............................................................................... 16 1.1.7 Évolution de la logique de planification : ................................................. 20 1.1.8 La méthode Chronographique ................................................................... 22 1.1.9 Analyse et discussion ................................................................................ 25 1.2 La gestion des espaces .................................................................................................25 1.2.1 Enjeux et problématiques de la gestion des espaces sur les chantiers de construction ............................................................................................... 26 1.2.2 Définition des espaces ............................................................................... 27 1.2.2.1 Définition en fonction de l’état d’occupation ............................ 27 1.2.2.2 Définition en fonction du type d’utilisation de l’espace ............ 28 1.2.2.3 Définition en fonction des besoins des intervenants .................. 30 1.2.3 Évolution des espaces au cours du temps ................................................. 31 1.2.3.1 Différentes possibilités d’occupation de l’espace pour une même activité ............................................................................. 31 1.2.3.2 Évolution physique des espaces au cours du temps ................... 33 1.2.4 Détection des conflits spatio-temporels .................................................... 35 1.2.5 Résolution des conflits .............................................................................. 37 1.2.6 Analyse et discussion ................................................................................ 37 1.3 Le BIM (Building Information Modeling) ..................................................................38 1.3.1 La modélisation des informations du bâtiment ......................................... 41 1.3.1.1 Présentation ................................................................................ 41 1.3.1.2 Modélisation paramétrique ........................................................ 41 1.3.1.3 Interopérabilité ........................................................................... 42 1.3.1.4 L’utilisation du BIM à différentes étapes du projet ................... 43 1.3.1.5 La détection de conflit entre les maquettes numériques ............ 44 1.3.1.6 Analyse et discussion ................................................................. 45 1.3.2 Le BIM 4D ................................................................................................ 46 1.3.2.1 L’utilisation du BIM pour la planification ................................. 46 1.3.2.2 La simulation 4D ........................................................................ 46 1.3.2.3 Évolution du processus de simulation 4D .................................. 47 XII 1.3.2.4 Avantages de la simulation 4D .................................................. 50 1.3.2.5 Contraintes et déroulement du processus de simulation 4D ...... 52 1.3.2.6 Exemples d’application de la simulation 4D ............................. 53 1.3.2.7 Analyse et discussion ................................................................. 55 1.4 Le Lean Construction et le Last Planner System .........................................................55 1.4.1 Le Lean Manufacturing ............................................................................. 55 1.4.2 Le Lean Construction ................................................................................ 56 1.4.3 Le Last Planner System ............................................................................ 56 1.4.4 Analyse et discussion ................................................................................ 58 CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE....................................................................................59 2.1 Motivations ..................................................................................................................59 2.2 Vue d’ensemble de la méthodologie ............................................................................61 2.2.1 Analyse des travaux antérieurs ................................................................. 62 2.2.2 Analyse de la méthode Chronographique ................................................. 62 2.2.3 Analyse expérimentale .............................................................................. 63 2.2.3.1 Objectifs de l’analyse expérimentale : ....................................... 63 2.2.3.2 Déroulement de la recherche : ................................................... 63 2.2.4 Développement de la stratégie de communication ................................... 64 2.2.4.1 Objectifs : ................................................................................... 65 2.2.4.2 Déroulement de la recherche ..................................................... 65 2.2.5 Étude de cas .............................................................................................. 66 2.2.5.1 Objectifs de l’étude de cas ......................................................... 66 2.2.5.2 Déroulement de l’étude de cas ................................................... 67 CHAPITRE 3 LA MÉTHODE CHRONOGRAPHIQUE .................................................69 3.1 Objectifs de l’approche de planification Chronographique .........................................69 3.2 Définition des éléments du concept .............................................................................69 3.2.1 Données d’entrées ..................................................................................... 70 3.2.1.1 Les Activités .............................................................................. 70 3.2.1.2 Les matériaux ............................................................................. 70 3.2.1.3 Les zones .................................................................................... 71 3.2.1.4 Les ressources ............................................................................ 73 3.2.1.5 Les sous-traitants et les fournisseurs .......................................... 74 3.2.1.6 Les équipements......................................................................... 74 3.3 Définition des liens logiques entre les éléments ..........................................................74 3.3.1 Liens au niveau de la productivité ............................................................ 75 3.3.2 Lien au niveau de la coordination ............................................................. 76 3.3.2.1 Coordination au niveau des zones .............................................. 76 3.3.2.2 Coordination au niveau de la sous-traitance .............................. 76 3.3.2.3 Coordination au niveau des approvisionnements ...................... 76 3.3.3 Lien au niveau de l’échéancier : ............................................................... 77 3.4 Approches de modélisation Chronographique de la planification ...............................77 3.4.1 Représentations graphiques de la planification ......................................... uploads/Science et Technologie/ revit-et-navisworks.pdf