Compétences BIM — application des techniques paramétriques aux dalles de plancher mixtes préfabriquées

Source de l’article suivant : Engineering BIM Learning

[Résumé] :

Après l’achèvement de l’analyse de calcul structurel, lors de l’établissement des plans d’exécution et des plans de fabrication, le découpage et le numérotage des dalles mixtes reposent encore principalement sur le travail manuel. Ce processus peut entraîner des problèmes tels que des sauts importants dans la numérotation ou des panneaux inégaux après découpe. Ces tâches fastidieuses accaparent une part significative du temps des concepteurs, qui ne peuvent alors se consacrer à des travaux de conception plus importants. Afin d’améliorer l’efficacité et la précision du découpage, la technologie paramétrique a été introduite pour une recherche et une application partielles.

[Mots-clés] :préfabriqué, dalle mixte, paramétrique

0 Introduction

L’application de la technologie paramétrique se généralise de plus en plus, mais beaucoup croient à tort que le paramétrique se limite aux formes complexes, aux façades-rideaux ou aux concepts architecturaux. En réalité, ce ne sont là que quelques domaines d’application parmi d’autres, qui ne représentent ni la totalité ni l’essence de cette approche. Afin de mieux exploiter son potentiel dans le contexte de la préfabrication, nous avons utilisé la méthode paramétrique pour réaliser le découpage, le numérotage et le calcul statistique des dalles mixtes, en comparaison avec la méthode traditionnelle, afin de mettre en lumière sa valeur ajoutée dans le domaine du bâtiment préfabriqué. Les parties réalisées avec la technologie paramétrique dans cette étude sont :

① Identification des dalles unidirectionnelles et bidirectionnelles

② Découpage uniforme des panneaux

③ Cotation des dimensions de découpe

④ Numérotage des panneaux par zone

⑤ Annotation de la surface et du poids des panneaux après découpe

⑥ Calcul des charges des murs architecturaux sur les panneaux après découpe

Parmi celles-ci, les points ①②③ relèvent du découpage des panneaux, le point ④ du numérotage, et les points ⑤⑥ du calcul statistique

2 Présentation du projet

Le projet de la parcelle n° 3, phase 1, au sud de l’avenue industrielle de Huadu, est situé au nord de l’avenue Kaiyuan et à l’ouest de la rue Yuyan, dans le district de Huangpu à Guangzhou. Il s’agit d’un ensemble résidentiel avec équipements d’accompagnement, d’une superficie totale de terrain de 25 204 m² et d’une surface de plancher totale de 84 738,65 m², dont 61 041,82 m² en superstructure et 23 696,83 m² en infrastructure, avec 33 niveaux en élévation et 2 niveaux en sous-sol.

3 Application de la technologie paramétrique au découpage et au numérotage des dalles mixtes

3.1 Identification des dalles unidirectionnelles et bidirectionnelles

Dans le bâtiment préfabriqué, l’identification correcte des dalles unidirectionnelles et bidirectionnelles est essentielle^[1], car elle influence les joints de dalle, les armatures, l’installation, etc. Par conséquent, une identification précise est essentielle. La détermination est effectuée conformément à l’article 9.1.1 du Code de conception des structures en béton. Pour une dalle quadrilatérale normale, il suffit de connaître les dimensions dans les deux directions pour trancher facilement. Pour les dalles de formes irrégulières, le programme calcule un rectangle englobant sur lequel se base la détermination. Comme illustré ci-dessous, la partie verte représente le panneau et la zone bleue le rectangle englobant ; les dimensions du rectangle englobant servent de base au jugement. D’après cette application, aucune erreur de détermination n’a été constatée.

         

Détermination de la direction du coffrage

3.2 Découpage uniforme des panneaux

Après avoir établi la logique de découpage et extrait les lignes de contour des dalles, le découpage des 36 dalles mixtes du premier étage des bâtiments C1-C2 a été réalisé en moins d’une minute. Le système affiche toutes les méthodes de découpage uniforme de chaque panneau dans la tolérance définie, trace les contours des panneaux après découpe et crée un nouveau calque pour le texte du schéma de découpage. Une fois la méthode choisie, il suffit de supprimer ce calque ou de le définir comme non imprimable pour qu’il n’apparaisse pas sur les plans de fabrication finaux. Voici le résultat :

Résultat du découpage

3.3 Cotation des dimensions de découpe

Ce travail est effectué simultanément avec l’identification des dalles unidirectionnelles et bidirectionnelles. L’objectif principal est de réaliser certaines cotations de dimensions, qui permettent également de vérifier les panneaux après découpe. Ces cotations sont gérées sur un calque dédié, facilitant les opérations par lots.

Cotation des dimensions de découpe

3.4 Numérotage des panneaux découpés par zone

Le découpage en zones repose principalement sur les habitudes de lecture courantes, de sorte que la numérotation soit continue dans chaque zone, sans sauts. Il suffit de sélectionner chaque zone par un cadre ou un clic pour en effectuer le numérotage. Lors de la sélection de la zone suivante, la numérotation se poursuit à partir du dernier numéro de la zone précédente. Par exemple, si la zone 1 comporte 7 panneaux après découpage, numérotés jusqu’à C1C2-PCB-7, la zone 2 commencera automatiquement à C1C2-PCB-8, et ainsi de suite.

Cotation des dimensions de découpe

3.5 Annotation de la surface et du poids des panneaux après découpe

Conformément à l’annexe A du Code des charges des structures de bâtiment, la masse volumique du béton est fixée à 25 kN/m³ pour le calcul du poids. La surface des panneaux est également calculée afin de faciliter le calcul ultérieur du taux de préfabrication. À partir des lignes de contour et de l’épaisseur de la dalle, l’annotation s’effectue rapidement. Les annotations de surface et de poids sont gérées sur un nouveau calque^[2].

Annotation de la surface et du poids des panneaux

3.6 Calcul des charges des murs architecturaux sur les panneaux après découpe

À partir des lignes de contour des panneaux et des murs architecturaux en 3D, le volume des murs sur chaque panneau peut être rapidement extrait. La masse volumique est déterminée conformément à l’annexe A du Code des charges des structures de bâtiment ou aux dispositions techniques unifiées de l’institut de conception, permettant de convertir rapidement le volume en charge surfacique des murs sur les panneaux, comme suit :

Intersection du solide extrudé à partir du contour de la dalle avec les murs architecturaux en 3D

Calcul itératif des charges surfaciques des murs sur la dalle obtenues par intersection

4. Synthèse de l’application

4.1 Avantages de l’application

L’utilisation de la méthode paramétrique pour le découpage a considérablement amélioré l’efficacité du travail, tout en produisant des panneaux très réguliers. Elle affiche tous les schémas de découpage possibles dans une plage dimensionnelle et une tolérance données, dont certains ne seraient pas facilement identifiables par une approche manuelle. Le découpage, le numérotage et le calcul statistique sont des tâches fastidieuses ; la paramétrisation de ces opérations améliore nettement l’efficacité. Voici deux graphiques comparatifs, où la courbe représente la méthode paramétrique et la droite la méthode traditionnelle. Lors de la première utilisation du découpage paramétrique, la phase oa du graphique correspond à l’observation des règles, à la formulation de la logique et au débogage — la production de cette phase est nulle ; une fois la logique établie, l’ordinateur prend le relais et produit rapidement. Après les tests, pour un nouveau projet, la phase oa disparaît : la courbe peut être déplacée directement à l’origine et utilisée immédiatement, avec une efficacité très élevée.

Comparaison d’efficacité avant la formulation de la logique

Comparaison d’efficacité après la formulation de la logique

4.2 Limites de l’application

Étant donné que dans la plupart des cas réels les bords de dalle sont appuyés, seules les lignes de contour ont été extraites, sans prise en compte des conditions d’appui. Lors du découpage, toutes les dalles sont supposées appuyées sur quatre côtés ; pour les dalles appuyées sur deux côtés opposés ou en porte-à-faux, qui relèvent clairement du comportement unidirectionnel, la détermination peut être erronée. Si une distinction s’avère nécessaire ultérieurement, il est possible de charger les éléments d’appui tels que les poutres et de détecter les collisions entre chaque bord de la dalle et les éléments d’appui environnants afin d’effectuer la détermination.

4.3 Réflexions sur l’application

Cette application a été divisée en trois modules — découpage, numérotage et calcul statistique — sans les fusionner en une génération unique. La raison en est que la conception structurelle est un travail extrêmement rigoureux : je souhaite qu’après chaque génération par le programme, une vérification humaine soit effectuée avant de passer à l’étape suivante. Comparée à la méthode traditionnelle, où l’homme doit à la fois dessiner et vérifier, la méthode paramétrique ne requiert de l’opérateur que certaines manipulations et un contrôle, le temps économisé pouvant être consacré à des travaux de conception plus importants. Les logiciels d’ingénierie étant de plus en plus matures, il est possible de les combiner davantage avec la conception ou la construction, en sélectionnant les parties où le BIM ou la paramétrisation offrent un avantage manifeste, afin d’améliorer la précision et l’efficacité et de disposer de plus de temps pour élever le niveau de conception.

Références : [1] Xie Zhongliang, Xu Yi, Zhang Qunli, Fang Bo, Gong Cong. Application de la technologie paramétrique BIM dans la conception structurelle de la couverture du stade de hockey des Jeux asiatiques de Hangzhou [J/OL]. Technologies de l’information pour l’ingénierie civile et le bâtiment

[2]Zhang Jilei, Qi Henghao. Application de la technologie paramétrique BIM dans les bâtiments de formes complexes [J]. Matériaux de construction du Jiangsu, 2019(S1) : 52-54.

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