Recherche et application des technologies de construction modulaire en béton pour bâtiments bas et moyens

Sync WeChat · Xiaowei · 2026-10-17

Cet article est reproduit depuis « Structures en béton préfabriqué et précontraint », auteurs originaux : Liu Zhilong Li Jinjun. Cliquez pour lire l'article original :Voir l'article original. La reproduction vise à transmettre davantage d'informations ; en cas d'infraction, veuillez nous contacter pour suppression.

Introduction : Cet article prend comme objet d'étude un grand projet de quartier résidentiel au Moyen-Orient, et, dans les conditions d'un plan architectural établi, réalise l'étude de conversion du système PC en béton préfabriqué vers le système de construction intégrée modulaire MIC en béton, la comparaison de solutions, la vérification structurelle, la simulation de construction et la comparaison technico-économique, offrant une référence pour la construction modulaire de projets similaires à l'étranger.

Présentation du projet

1.1 Informations générales du projet

Ce projet est un grand quartier résidentiel intégré au Moyen-Orient, principalement axé sur le développement résidentiel, avec des équipements commerciaux, éducatifs, médicaux, des espaces verts, des infrastructures urbaines et des services de transport en accompagnement, l'ensemble étant de grande envergure et de composition fonctionnelle complète. La forme principale des produits du projet est le logement en béton bas et moyen, avec un degré élevé de standardisation des plans, offrant une bonne base pour la construction standardisée et modulaire. Cette étude sélectionne le plan type principal, représentant une part importante du projet, comme objet d'analyse ; tout en maintenant inchangés le plan architectural, les façades, la hauteur d'étage et les fonctions d'usage d'origine, le système PC en béton préfabriqué est remplacé par le système de construction intégrée modulaire MIC en béton, avec une recherche systématique portant sur la conversion de solution, la vérification structurelle, la simulation de construction et la comparaison technico-économique.

La région du Moyen-Orient connaît des étés longs et très chauds avec un ensoleillement intense, les périodes de construction en extérieur étant limitées et l'efficacité des opérations sur site fortement contrainte par les conditions climatiques. Les équipes de construction locales sont principalement composées de main-d'œuvre étrangère, avec une gestion du personnel et des niveaux de compétence hétérogènes, rendant l'organisation du site et le contrôle qualité difficiles. La construction traditionnelle coulée en place et les systèmes préfabriqués conventionnels comportent de nombreuses opérations sur site et une forte dépendance à la main-d'œuvre, rendant difficile l'atteinte d'un objectif de livraison stable et de qualité uniforme. Sur cette base, le projet envisage de faire évoluer le système préfabriqué existant vers un système de construction intégrée modulaire, par une production en usine et un levage intégral sur site, afin de réduire les opérations sur site, raccourcir les délais, améliorer la stabilité de la qualité et explorer une nouvelle voie de construction de logements en béton bas et moyen adaptée aux conditions de construction du Moyen-Orient.

1.2 Difficultés de recherche

La difficulté centrale du projet réside dans le fait que : le plan architectural étant essentiellement figé, la conversion du système structurel vers le modulaire doit être réalisée sans modifier l'agencement spatial, sans empiéter de manière significative sur la surface utile et sans réduire les normes de sécurité structurelle ; parallèlement, toutes les analyses structurelles sont menées selon les normes chinoises relatives aux bâtiments modulaires en béton pour les calculs théoriques et la simulation de solutions, ce qui exige de garantir la rationalité de l'approche technique et la rigueur logique des données.

Afin de garantir la rationalité et la faisabilité de la conversion de solution, cette étude suit les principes fondamentaux suivants : premièrement, aucune réduction des performances structurelles, les indicateurs de vérification structurelle après conversion ne devant pas être inférieurs à ceux du système d'origine, satisfaisant aux exigences de sécurité et de durabilité ; deuxièmement, maîtrise des coûts et des délais, une légère augmentation du coût de construction dans une plage raisonnable étant autorisée, la valeur globale optimale étant atteinte par la réduction des délais et l'amélioration de l'efficacité de gestion ; troisièmement, espace fonctionnel essentiellement inchangé, sous réserve de satisfaire aux indicateurs de planification tels que le coefficient d'occupation des sols, l'espace intérieur et les fonctions d'usage ne subissant pas de modifications significatives ; quatrièmement, production et construction des modules adaptées aux conditions locales, en tenant compte des procédés d'usine, des limites de transport, des capacités de levage sur site et de l'environnement climatique.

Comparaison des solutions de conception modulaire en béton pour bâtiments bas

2.1 Comparaison des solutions de systèmes modulaires

Compte tenu des caractéristiques des plans du projet et des exigences de sollicitation structurelle, cette étude propose trois solutions de division modulaire, avec une comparaison globale selon les dimensions de difficulté de construction, d'impact spatial, de maîtrise des risques et de faisabilité de mise en œuvre. Solution 1 : système de modules à double paroi, le module étant globalement de type caisson fermé, avec des panneaux de paroi bilatéraux formés intégralement, un assemblage sur site simple, un nombre réduit de nœuds et une précision de construction facile à contrôler, offrant une grande stabilité de qualité ; les calculs montrent que cette solution réduit légèrement la surface utile intérieure, ce qui peut être compensé par des dispositions mixtes. Solution 2 : système de modules à paroi simple, avec un impact moindre sur l'espace intérieur, mais un nombre accru d'opérations d'assemblage sur site et une complexité de traitement des nœuds plus élevée, exigeant une grande précision de construction et un contrôle qualité rigoureux. Solution 3 : système de modules mixtes, combinant les avantages des deux précédents, mais la diversification des spécifications de modules accroît la difficulté de production en usine et d'organisation sur site, réduisant les avantages en termes de coût global et de délais.

Figure 1 Sélection du système modulaire

Sur la base de la fiabilité technique globale, de la commodité de construction, du degré d'impact spatial et des résultats de simulation, l'étude détermine finalement le système de modules à double paroi de la solution 1 comme solution de base, avec des optimisations locales selon l'approche du système mixte, afin de contrôler autant que possible l'impact sur l'espace utilisable tout en garantissant les avantages en termes de délais et de qualité.

2.2 Principes de conception de la division modulaire

La division des unités modulaires suit les principes de conception suivants : (1) Limites de transport. Compte tenu des exigences de gabarit de transport routier conventionnel du lieu du projet, la largeur maximale des modules est limitée à 4,5 m afin de satisfaire aux conditions de circulation par voie terrestre. (2) Adaptation au levage. Les unités modulaires en béton ayant un poids propre important, la division des modules doit correspondre à la capacité de levage nominale des équipements de levage du chantier, le poids d'un module unique étant limité à 20 tonnes. (3) Intégrité fonctionnelle du bâtiment. La division des modules est effectuée selon les fonctions d'usage du bâtiment, garantissant que chaque module peut réaliser en usine la production intégrée de la structure, de l'isolation, des revêtements, des réseaux techniques et des composants de finition intérieure. (4) Nœuds rationnels. Les nœuds de connexion entre modules doivent avoir une transmission d'efforts claire, une construction commode et une étanchéité fiable, en conciliant l'intégrité structurelle et la précision d'installation sur site. (5) Coordination de la standardisation. Les spécifications des modules doivent être aussi uniformes que possible, réduisant le nombre de pièces spéciales, créant les conditions d'une production industrialisée et d'une diffusion à grande échelle.

Figure 2 Modèle de division modulaire d'un bâtiment du projet

Tout au long du processus du projet, la technologie BIM est utilisée pour réaliser la conception modulaire, la division, la coordination et la production de résultats par simulation numérique, offrant un soutien solide à la faisabilité de la solution. S'appuyant sur les logiciels BIM, des modèles pluridisciplinaires sont construits pour mener des analyses spatiales, des comparaisons de solutions, des statistiques de surfaces et des vérifications tridimensionnelles, validant la faisabilité et la rationalité de la division modulaire. Lors de la phase de comparaison des solutions, la technologie BIM fournit un outil d'analyse visuelle pour la recherche sur la modularité du béton bas et moyen, permettant de simuler et d'optimiser à l'avance les étapes clés telles que la conversion de système, la division des composants, la construction des nœuds et la coordination pluridisciplinaire.

2.3 Vérification structurelle des modules en situation transitoire

Outre la satisfaction des exigences de conception à l'état limite de service de la structure globale, la structure modulaire doit également faire l'objet d'une vérification structurelle spécifique pour la situation transitoire de levage en construction. Prenant comme exemple le module 1 illustré à la figure 2, un modèle de calcul par éléments finis raffiné d'un module en béton unique est établi ; les conditions aux limites des points de levage sont simulées par des liaisons articulées, et compte tenu des exigences de stabilité du module, des supports temporaires en situation de transport et de levage sont ajoutés, afin de résoudre la réponse en déformation des composants du module et la distribution des efforts internes dans les panneaux de paroi sous la situation transitoire de levage, puis de vérifier la rigidité et la capacité portante du module, fournissant une base pour la disposition des points de levage, les mesures de renforcement temporaire et le plan de transport.

Figure 3 Modèle de calcul par éléments finis du module

Figure 4 Diagramme de déformation du calcul par éléments finis du module

Analyse comparative des solutions de bâtiments modulaires

3.1 Comparaison des modes de construction

La solution PC d'origine combine composants préfabriqués et coulage en place sur site, comprenant des dalles de plancher préfabriquées, des poutres, des escaliers, des panneaux de façade extérieure et autres composants ; le site nécessite encore de nombreux travaux d'assemblage, de coffrage, de coulage et de cure, avec de nombreux types de composants et d'étapes de travail, les installations techniques et la finition devant être réalisées après l'achèvement de la structure principale, allongeant la chaîne de construction globale.

Le système MIC adopte une approche de division en modules de type caisson, l'ensemble du bâtiment étant divisé en plusieurs modules spatiaux, avec une production intégrée en usine en une seule fois de la structure, de l'isolation, des revêtements, des réseaux techniques et des composants de finition intérieure ; le site ne nécessite que les travaux de fondation, le levage des modules, le scellement des nœuds et les travaux de finition, les travaux humides étant considérablement réduits, les installations techniques et la finition étant réalisées en parallèle en usine, et le délai sur site nettement comprimé. Selon les estimations, la quantité de béton de la solution MIC est légèrement supérieure à celle de la solution PC, mais l'intégrité des composants est meilleure, la stabilité de la qualité supérieure et le bénéfice global sur le cycle de vie plus favorable.

Figure 5 Site de fabrication en usine de modules MIC d'un projet national

3.2 Comparaison des délais et des coûts de construction

Selon la simulation du processus de construction, le délai total sur site de la solution PC est relativement long, comprenant les travaux de fondation, la construction de la structure de chaque étage, les installations techniques, la finition et les travaux extérieurs ; la solution MIC, grâce à la réalisation en parallèle en usine d'un grand nombre d'opérations, se concentre sur site sur le levage et la construction des nœuds, avec un délai nettement raccourci. Selon les estimations, le mode MIC peut comprimer d'environ 40 % le cycle de construction de la structure principale sur site, avec une amélioration significative de l'efficacité globale de construction, comme détaillé dans le tableau 1.

Tableau 1 Comparaison des différences de modes de construction entre projets PC et MIC

En termes de coût de construction, la solution MIC, incluant la production en usine, la finition intégrée, le transport et le levage, présente un coût unitaire estimé supérieur à celui de la solution PC ; toutefois, en raison de la réduction des délais, de la diminution de la main-d'œuvre sur site, de la baisse des coûts de gestion et de l'accélération de la rotation des fonds, son bénéfice global sur le cycle de vie est mieux adapté aux grands projets de développement rapide.

3.3 Analyse des avantages globaux

Selon les résultats de la comparaison des solutions, le système MIC présente des avantages évidents dans ce projet : premièrement, une vitesse de construction rapide, peu affectée par le climat chaud, parfaitement adaptée aux conditions de construction du Moyen-Orient ; deuxièmement, une grande précision de fabrication en usine et une bonne stabilité de la qualité, réduisant significativement les risques de pathologies courantes telles que les infiltrations et les fissures ; troisièmement, un volume réduit d'opérations sur site, une dépendance moindre à l'égard du nombre et des compétences de la main-d'œuvre, s'adaptant mieux au climat chaud local et à la structure de la main-d'œuvre ; quatrièmement, une intégration du bâtiment, de l'isolation, de la décoration et des installations techniques, avec un niveau de livraison élevé et de faibles coûts de maintenance ultérieure ; cinquièmement, un bâtiment modulaire facilitant la standardisation et la diffusion à grande échelle, adapté à la construction unifiée de grands quartiers résidentiels, particulièrement pour les projets à plans types peu nombreux et en grande quantité.

Conclusion

Cet article prend comme objet d'étude un grand projet de quartier résidentiel au Moyen-Orient et, dans les conditions d'un plan architectural établi, réalise l'étude de conversion en phase de solution du système PC en béton préfabriqué vers le système de construction intégrée modulaire MIC en béton, la comparaison de solutions, la vérification structurelle, la simulation de construction et la comparaison technico-économique.

Le système modulaire en béton bas et moyen, sous réserve de satisfaire à la sécurité structurelle, aux fonctions d'usage et aux indicateurs de planification, peut réduire significativement les délais, diminuer les opérations sur site et améliorer la qualité et l'efficacité de construction, s'adaptant bien au climat chaud local et aux conditions de main-d'œuvre. La méthode de division modulaire en béton bas et moyen, l'approche de vérification structurelle, les principes de construction des nœuds, la voie de coordination BIM et la logique de comparaison de solutions proposés dans cet article peuvent servir de référence pour la construction modulaire de grands projets résidentiels au Moyen-Orient et dans des régions climatiques similaires à l'étranger, et fournir une recherche préliminaire et une réserve technique pour l'internationalisation de la technologie chinoise de bâtiments modulaires en béton. Après optimisation ultérieure en intégrant les politiques, normes, chaînes d'approvisionnement et modes de gestion locaux, la construction modulaire bénéficiera d'un espace d'application plus large dans la construction de grands quartiers résidentiels à l'étranger.

Références

[1] Lu Yifeng. Conception structurelle de bâtiments modulaires résidentiels en Arabie saoudite [C]//Association chinoise des structures métalliques du bâtiment. Progrès des technologies de construction en structure en acier. CIMC Modular Building Investment Co., Ltd., 2025 : 166-169.

[2] Luo Yang. Recherche sur le système d'évaluation et les stratégies de développement de haute qualité des bâtiments modulaires [D]. Université du Hunan, 2023.

[3] Liu Zhihong, Cui Yao, Li Shengjie, et al. Étude expérimentale sur les performances mécaniques des composants de connexion horizontale des structures en béton préfabriqué modulaires [J]. Technologie de construction (chinois-anglais), 2026, 55(04) : 7-13.

[4] Jin Tingzhu, Wang Nian, Tang Jie. Construction et application de la gestion numérique des projets de bâtiments modulaires MIC [J]. Développement de la technologie du bâtiment, 2026, 53(01) : 3-7.

[5] Zhang Zaichen, Gui Zhengrong, Chen Kai, et al. Recherche sur le développement des bâtiments modulaires en béton [J]. Science et technologie du bâtiment, 2025, 9(09) : 80-83.

[6] Cui Can, Ouyang Wei. Recherche sur le développement de la technologie des bâtiments modulaires intégrés en béton (MiC) [J]. Science et technologie de l'ingénierie moderne, 2025, 4(22) : 45-48.

Projet financé par : le sujet « Recherche sur les méthodes de conception des bâtiments modulaires en béton bas et moyen » de East China Architectural Design & Research Institute Co., Ltd.

Affiliation des auteurs : East China Architectural Design & Research Institute Co., Ltd.

Auteurs originaux : Liu Zhilong Li Jinjun

END

Les opinions exprimées dans cet article ne représentent que celles des auteurs les droits d'auteur appartiennent àZhuwei Architectural Technology

Reproduction interdite sans autorisation

Veuillez indiquer la source lors de la reproduction :Zhuwei Architectural Technology

Zhuwei Architectural Technology est une nouvelle entreprise de services techniques dont les activités principales sont l'optimisation de conception architecturale, le conseil en conception BIM et le conseil en conception de bâtiments préfabriqués. L'équipe est composée de cadres techniques d'instituts de conception, d'anciens cadres dirigeants de l'entreprise, d'ingénieurs BIM et de concepteurs en conception détaillée de bâtiments préfabriqués, offrant des services de conseil sur tout le processus, incluant l'optimisation de conception avec plans d'exécution, le conseil BIM, la conception détaillée électrique, le conseil et la conception détaillée en bâtiment préfabriqué.

Activité d'optimisation de conception architecturale : positionnée comme une extension et un complément à la gestion de conception des promoteurs immobiliers, avec les principes « la profession crée de la valeur » et « la qualité d'abord », assurant la maîtrise économique, rationnelle et sécuritaire des phases clés de la conception, afin d'atteindre les objectifs de « réduction des coûts », « optimisation des plans » et « création de valeur ».

Activité de conseil en conception BIM : en collaboration avec de grandes entreprises d'État, des entreprises centrales et des entreprises privées, couvrant tout le processus du conseil BIM, de la conception, de la construction et de l'exploitation-maintenance. Conception de logements de haute qualité, conception raffinée de sites, construction numérique réduisant les erreurs et améliorant la qualité, permettant aux entreprises de construction d'économiser des coûts tout en garantissant la qualité. Collaboration avec les principaux éditeurs de logiciels pour la gestion de la phase de construction, application des modèles BIM à la logistique et à la gestion de site (profondeur L0D500).

Activité de conseil en conception de bâtiments préfabriqués : utilisation du logiciel Tekla pour la conception détaillée PC sur tout le processus, avec possibilité d'ajuster les paramètres spatiaux et les modes de connexion dans le modèle BIM pour éviter les conflits de construction, et livraison numérique selon les standards de l'Industrie 4.0. Fourniture de données de composants PC (dimensions, espacement des armatures, etc.) et utilisation de l'IoT pour soutenir la production, le stockage, le transport et l'installation. Par rapport aux sociétés traditionnelles de conception détaillée PC, offre des solutions au niveau système, notamment dans les domaines de la logistique, du stockage et des bâtiments de grande hauteur.

L'équipe d'experts de l'entreprise est issue de grands instituts de conception, avec une solide base technique et une riche expérience dans la conception et l'optimisation à double voie, ses capacités techniques et son niveau de maîtrise étant à la pointe du secteur.

END

Reproduction interdite sans autorisation

Merci d’indiquer la source en cas de republication : Zhuwei Architectural Technology

Zhuwei Architectural Technology est une société de services techniques d'un nouveau type, spécialisée dans l'optimisation intégrée de conception, le conseil BIM et le conseil en conception préfabriquée. Notre équipe réunit des ingénieurs senior issus de grands instituts de conception, d'anciens dirigeants de promoteurs immobiliers, des ingénieurs BIM et des ingénieurs préfabrication, et propose l'optimisation intégrée de conception, la revue approfondie de plans, le conseil BIM avec plans MEP, ainsi que des services de conception préfabriquée.

Conseil en optimisation de la conception : Positionnés comme le prolongement et le complément de la maîtrise de conception des promoteurs, nous concentrons notre conseil et notre optimisation sur le bâtiment civil. Sur l'ensemble du processus — ou aux étapes clés choisies par le client — nous contrôlons l'économie, la rationalité et la sécurité de la conception, éliminant les coûts superflus tout en améliorant mesurablement la qualité des plans : « moins de coûts, plus d'efficacité ».

Conseil BIM : Grâce aux technologies de construction numérique, nous aidons les concepteurs à réduire les erreurs et à améliorer la qualité en phase de conception, nous aidons les entreprises à économiser et à planifier des installations MEP de haute qualité en phase de construction, et nous prolongeons les maquettes BIM vers la gestion de patrimoine en phase d'exploitation — en collaboration avec les principaux éditeurs de logiciels.

Conseil en conception préfabriquée : Conception de tout le processus sur plateformes BIM, avec Revit et Tekla pour le détail PC. Géométrie et ferraillage des composants sont liés de manière paramétrique — ce que vous voyez est ce que vous obtenez. Nous livrons des plans prêts pour l'industrie 4.0, avec les longueurs de coupe de chaque barre d'armature, et un support connecté (IoT) pour la production, le stockage, le transport et le montage des composants PC.

Notre équipe d'experts est issue de grands instituts de conception, avec une solide base technique et une riche expérience en conception et optimisation « double voie » ; ses capacités et son niveau de contrôle sont leaders du secteur.

—— Article synchronisé automatiquement depuis le compte officiel WeChat « Zhuwei Architectural Technology ». Lire l’original ——

← Retour aux actualités