Développer un processus collaboratif combinant de manière innovante des modèles d’optimisation du calepinage et des modèles de planification multi-niveaux basés sur le LPS dans un environnement BIM adapté et dans lesquels le décideur sera partie prenante du processus de résolution.
Les objectifs en détails :
Le premier objectif scientifique du projet sera de formaliser le problème de calepinage et de proposer des méthodes et algorithmes de résolution. La complexité de cet objectif est liée à la diversité des problèmes(solutions constructives) pouvant exister. Le problème sera cependant considéré comme «plan»et modélisé comme un problème de satisfaction de contraintes[11]. En ce qui concerne les façades, si les dimensions sont fixes, les formes ne sont pas toujours rectangulaires et des formes triangulaires (pignons) nécessitent des panneaux spécifiques. En ce qui concerne les panneaux, (i) s’ils embarquent les menuiseries,des contraintes d’inclusions géométriques et des contraintes de charge (un tel panneau peut peser plusieurs tonnes) seront à considérer; s’ils les contournent, des contraintes de contiguïtés seront à considérer, (ii) s’ils sont accrochés sur la façade des contraintes de charge acceptable et de positionnement par rapport aux zones d’accroche seront à considérer. Pour terminer, (iii) les angles, lieux de fuites thermiques majeures,sont souvent l’objet de panneaux spécifiques délicats à modéliser dans les problèmes plans. Les contraintes du problème sont ainsi très variées et complexes à formaliser.Les solutions recherchées devront bien sûr optimiser la performance énergétique des façades ce qui se traduit par: (i) des tailles de panneaux maximales et des longueurs de joints minimales, (ii) mais également des critères économiques visant une diversité des panneaux minimale ce qui se traduit par un nombre de types de panneaux différents minimal et un nombre maximal de panneaux de chaque type. La prise en compte simultanée de tous ces critères n’est pas simple[12]. Une première piste sera de les agréger en minimisant simultanément le nombre de types de panneaux différents et le nombre total de panneaux(éventuellement sous la forme d’un ensemble de solutions Pareto-optimales). Bien que la définition d’une solution se résume assez simplement à déterminer pour chaque panneau(i) une forme, (ii) des dimensions et (iii) une position sur la façade, l’état de l’art qui suit montrera qu’il n’existe pas de solutions traitant ce problème dans toute sa diversité. Nous proposerons en conséquence d’étudier plusieurs méthodes de recherche exactes et heuristiques. La prise en compte des besoins ou souhaits de l’utilisateur (le plus souvent l’architecte) constitue également un point clé. Il est indispensable de pouvoir, durant la recherche de solutions, proposer une forme de dialogue interactif avec l’utilisateur permettant de guider la recherche. La nature descriptive et cumulative de la prise en compte des contraintes par le formalisme des problèmes de satisfaction de contraintes en fait une approche très adéquate du calepinage.
L’intégration des modèles d'optimisation de la planification et de calepinage par le biais d'un modèle numérique 3D comprenant, d'une part, le bâtiment et les panneaux d'isolation et, d'autre part, le processus de construction (tâches, ressources...) entraînent la nécessité de coupler différentes composantes temporelles, géométriques et de ressources au sein d’un même modèle de type Produit-Ressource-Processus qu’il faudra développer. Le modèle BIM supportant cette interopérabilité et intégrant des données liées à la 4D (3D+temps)est connu sous le nom de BIM4D [17]. Une première piste est de construire ce référentiel 4D entièrement à partir d'un modèle de référence commun à l'ensemble du projet ISOBIM, basé sur la norme IFC ISO 16739 –IfcProcessExtension. Ce dernier point nécessitera l'utilisation de procédures de transformation de modèles, entre les outils tiers et nos optimiseurs, dont la conception pourrait devenir difficile en fonction des données considérées.De nombreuses méthodes automatiques existent déjà dans la littérature mais souffrent de problèmes de robustesse[18]. Compte-tenu des différentes sources de données de ISOBIM(données automatisées, saisies humaines...), une première piste sera l'intégration de l'expertise humaine dans ces méthodes de transformation pour garantir leur qualité et leur pertinence.Par ailleurs, l’étude de l’état l’art qui suit montrera qu’il n’existe pas un cadre formel du couplage BIM4D-Leannécessaire au développement des modèles de simulation requis à chaque niveau du processus LPS. Une piste qui sera explorée est l’utilisation des concepts niveau de détail(LOD),relatif aux objets géométriques et niveau d’information(LOI), relatif à la sémantique du modèle BIM. Ces LOD et LOI augmenteront au fur et à mesure que l’on passe d’un niveau de planification à un autre. Cela garantit que le modèle BIM4Dse développe de manière suffisamment détaillée et selon le cas d’utilisation cible.
La grande taille des panneaux (pouvant aller de quelques m² à plus de 30m²) ainsi que leur masse (qui va de 50 kg à quelques tonnes) posent des problèmes de planification et ordonnancement à capacité finie de ressources critiques de types grues, zones de stockage ou moyens de transport pour le levage de ces panneaux. Ainsi le problème de planification et d’ordonnancement des activités de rénovation sur un chantier peut être vu comme un problème classique d’ordonnancement de projet sous contrainte de ressources (Resource Constrained Project Scheduling Problem –RCPSP) qui consiste à minimiser la durée d’un projet en satisfaisant des contraintes de précédence et de disponibilités des ressources. Cependant, dans le contexte particulier de la rénovation, les activités sont soumises à de multiples perturbations qui peuvent dégrader les performances du projet : durées des tâches mal estimées, indisponibilité des ressources non prévue, conditions météorologiques, etc[13], [14]. Deux voies peuvent être explorées: une réponse à ces incertitudes par (i) l’établissement d’un plan robuste ou par (ii) un re-séquencement dynamique basé sur les contraintes réelles du chantier.Compte-tenu de la perspective tridimensionnelle défendue dans ce projet, la piste que nous souhaitons explorer est l’utilisation du LPS. La mise en place de cet outil implique de concevoir un modèle en plusieurs plans, chaque plan étant le lieu d’un ensemble de décisions de périodicités et d’horizons spécifiques. Pour chacun de ces plans, il faut donc, formaliser l’objectif du plan, définir un horizon et un degré de détail et la fréquence de sa révision.Cette étape est cruciale car une précision temporelle et une fréquence de re planification inadéquates peuvent conduire à une désynchronisation des différents plannings. La structuration des plans, l’identification des contraintes et leur modélisation ainsi que la mise en place des indicateurs de performance pour la mesure de la fiabilité des plannings ne sont pas triviales.De plus,elles ne reposent souvent que sur des pratiques métier et des savoir-faire des planificateurs (c’est ce qui constitue un des freins d’adoption du LPS. Un premier objectif sera,sur la base d’une étude de littérature poussée,de proposer un guide méthodologique pour la mise en place du LPS,en particulier,pour les chantiers cibles de ISOBIM. Par ailleurs,depuis plusieurs années,les recherches sur les structures de planification hiérarchisées[15], [16]ont montré l’importance du principe de la désagrégation des décisions d’un niveau à un autre. Une mauvaise coordination d’objectifs de planification ou de propagation des contraintes entre niveaux conduira également à une désynchronisation des plannings et par conséquent une planification moins performante.L’étude de la littérature sur le LPS montre qu’aucun lien explicite entre les niveaux inférieurs du plan et niveau supérieur n’est formalisé. Pour garder le principe d’autonomisation du LPS tout en guidant les acteurs du chantier dans leurs prises de décision,une première piste sera de développer des modèles d'optimisation interactifs sous contraintes à chaque niveau et de les coupler avec des outils de simulation BIM4Dpour valider les décisions du niveau en question et leurs impacts sur les plannings des niveaux supérieurs. Le développement de ces modèles d’optimisation et la définition et spécification des modèles de simulation constitueront le deuxième et principal objectif de cette partie.