Comment la technologie peut faire progresser la construction modulaire

Par Andy Brown et Eva Carranza09 juin 2023

Le secteur de l'architecture, de l'ingénierie et de la construction (AEC) est en retard par rapport aux autres industries en termes de normes environnementales, sociales et de gouvernance (ESG). Responsable d'un tiers de la consommation mondiale d'énergie, l'importante empreinte environnementale du secteur découle en partie de ses chaînes d'approvisionnement lourdes en déchets et énergivores.

Les travailleurs de la construction sont exposés à des situations dangereuses, à des augmentations fréquentes des coûts et à des retards dus à des flux de travail très complexes qui continuent d'affliger l'industrie et d'affecter l'abordabilité du logement.

La construction modulaire – fabriquer des éléments de construction en usine et les assembler sur site – est une approche pour répondre aux enjeux ESG du secteur. Les unités modulaires préfabriquées peuvent aller de composants plats, tels que des murs, des assemblages mécaniques, électriques et de plomberie (MEP) complexes à des sections de bâtiment en trois dimensions, telles que des salles de bains entièrement construites.

La pratique de la construction hors site existe depuis le début des années 1900 mais est restée, jusqu'à récemment, une approche de niche. Cela est en train de changer car les progrès de la technologie numérique ont érodé certaines des lacunes traditionnelles de la construction hors site. Des outils numériques de pointe permettent une planification complexe et aident à optimiser la conception des modules, les flux de travail et la logistique de livraison. La construction hors site offre désormais des solutions à une série de défis sociaux et environnementaux urgents associés aux méthodes traditionnelles sur site.

Actuellement, environ 25 % des matériaux de construction finissent dans les décharges. La préfabrication contribue à réduire les déchets en optimisant l'utilisation des matériaux et en permettant la réutilisation ou le recyclage des chutes. Étant donné que les composants préfabriqués sont fabriqués dans un environnement contrôlé et sans humidité, il est plus facile d'utiliser des matériaux durables pour certains des composants, comme le bois. La construction de grandes parties d'un bâtiment hors site signifie que les responsables de la construction doivent transporter moins de matériaux sur le site, ce qui entraîne moins d'émissions. Moins de déchets de construction sur site signifie également moins d'émissions provenant des camions d'enlèvement des déchets.

De plus, l'environnement contrôlé de l'usine réduit le risque d'erreur humaine et optimise les flux de travail. Les retards météorologiques ne font pas dérailler la construction en usine et les travaux de fondation sur site peuvent avoir lieu pendant que les unités modulaires sont assemblées. D'un point de vue environnemental, ces optimisations présentent plusieurs avantages : moins de temps consacré à la construction se traduit inévitablement par moins d'émissions de carbone des véhicules et moins de besoins en chauffage ou en climatisation sur les chantiers. L'apport d'unités de construction pré-assemblées minimise la pollution par le bruit et la poussière sur le site.

En fin de vie, les éléments de construction préfabriqués peuvent être démontés sans les démolir. Grâce au dimensionnement standard, les unités modulaires déconstruites sont plus susceptibles d'être réutilisées sur d'autres sites. Au total, le programme européen EuroHouse estime que la construction modulaire réduit de 50 % la quantité de matériaux utilisés et produits par les excavations et produit jusqu'à 80 % de déchets en moins lors des travaux sur site.

L'industrie de la construction a notoirement lutté avec de mauvais dossiers de sécurité. En déplaçant une partie du processus de construction vers un environnement d'usine contrôlé et en minimisant le temps passé sur le chantier, la préfabrication réduit le risque de nombreux accidents de travail courants. Ainsi, la construction en usine offre des conditions de travail plus sûres et plus confortables aux travailleurs de la construction. Pendant ce temps, les usines peuvent être installées là où se trouve la main-d'œuvre – un avantage crucial dans une industrie en proie à une pénurie de talents.

Outre l'amélioration du bien-être des travailleurs, la préfabrication offre des avantages sociaux supplémentaires. L'industrie de la construction fait face à un besoin croissant et urgent de logements abordables, et la préfabrication peut aider à répondre à cette demande. Parce que les composants préfabriqués peuvent être fabriqués rapidement et efficacement, il est possible de construire des logements abordables de haute qualité en moins de temps et à moindre coût qu'avec les méthodes traditionnelles.

Il en va de même pour les infrastructures au service de la communauté qui peuvent être construites à grande échelle, comme les écoles et les hôpitaux. Pendant l'urgence de Covid, par exemple, la construction modulaire a permis à la Chine de mettre en place de nouveaux hôpitaux en quelques semaines. Et la construction hors site a encore un énorme potentiel d'économie de temps et d'argent - que la technologie numérique en évolution rapide est sur le point d'aborder.

McKinsey & Company s'attend à ce que la numérisation et l'automatisation transforment rapidement l'industrie de la construction, dans laquelle la préfabrication jouera un rôle majeur. pièces préfabriquées.

La nécessité de maintenir tous les participants au projet à jour augmente la demande de modélisation des informations du bâtiment (BIM) et de solutions modernes de partage de données. Les solutions actuelles de l'industrie connectent des acteurs auparavant cloisonnés en rendant les données accessibles à des parties prenantes disparates à toutes les phases du projet de construction. Les plates-formes conçues pour optimiser la conception et la construction des bâtiments en reliant le bureau et le terrain à chaque étape du processus sont particulièrement importantes.

Des piles de solutions intégrées permettent aux clients de surveiller la complexité de leurs projets en fonction de l'état et de l'emplacement géographique en temps quasi réel. Spécialement conçues pour l'industrie de la construction, ces solutions offrent une interface facile à utiliser pour les coordonnateurs de matériaux, les planificateurs de main-d'œuvre et les équipes de gestion de la construction afin de planifier efficacement les activités et de respecter le calendrier.

Les calendriers de construction serrés et les pénuries de main-d'œuvre poussent l'adoption de méthodes de préfabrication par nécessité. Des plateformes d'analyse de la réalité axées sur le BIM ont émergé pour résoudre efficacement ces problèmes. Les outils de flux de travail automatisés permettent aux équipes de détecter et de corriger les erreurs, de réduire les retouches coûteuses, d'éviter les retards du chemin critique et d'obtenir une visibilité financière précise et transparente sur l'avancement du projet.

La technologie de capture de la réalité permet une disposition et des mesures précises. Künzli Holz AG, par exemple, a utilisé la solution Leica iCON dans la construction d'un nouvel hôpital pour enfants à Lengg, Zurich. Le nouvel hôpital est une structure hybride en béton avec des éléments préfabriqués à ossature bois. Les stations totales robotisées permettent le placement des éléments préfabriqués avec une précision incomparable, permettant à Künzli Holz AG de maximiser les avantages structurels et architecturaux de la combinaison de composants constitués de différents matériaux.

Les stations totales permettent la création de systèmes plus sophistiqués et flexibles de composants hors site et l'intégration de composants hors site dans des constructions conventionnelles. La technologie aide ainsi à résoudre un "problème d'image" majeur de la construction modulaire, une méthode souvent associée à des conceptions de bâtiments ennuyeuses qui permettent peu de personnalisation. De plus, la modélisation et les simulations logicielles permettent aux concepteurs d'affiner la conception des bâtiments et d'optimiser la préfabrication, ce qui contribue à accélérer la construction et à réduire les déchets.

La construction modulaire et la numérisation iront de pair pour rendre le secteur AEC plus propre, plus léger et plus vert. Ce qui peut sembler un défi presque impossible - répondre aux besoins en construction qui montent en flèche face à la diminution des ressources et à la pénurie de main-d'œuvre - peut se transformer en opportunités prometteuses pour réinventer les pratiques de construction prêtes à bénéficier à l'environnement, à la société et au résultat net.

Eva Carranza est Global Director ESG & Sustainability chez Hexagon.