La surutilisation des matériaux et la nécessité d'améliorer l'efficacité de la conception et de la construction sont deux défis persistants auxquels l'environnement bâti est confronté. La fabrication numérique est un ensemble de technologies et de pratiques en constante évolution, qui offre de puissants moyens de réduire la consommation de ressources, d'atteindre une complexité matérielle et géométrique et d'améliorer le flux de travail de la construction. Chez Arup, nous utilisons la fabrication numérique pour améliorer l'efficacité, répondre aux objectifs de durabilité, renforcer la créativité et améliorer la sécurité sur le chantier, en transformant les processus traditionnels et en offrant de nouvelles possibilités de conception.
Comment nous pouvons vous aider
Réduire l'utilisation des ressources
Les approches traditionnelles de la conception créent des difficultés dans l'environnement bâti d'aujourd'hui, notamment en ce qui concerne la consommation de ressources. La conception avec la fabrication numérique nous aide à relever ces défis, en optimisant l'utilisation des matériaux et en repoussant les limites de la conception complexe.
En concevant pour la préfabrication modulaire ou même la robotique, nous pouvons être plus précis dans notre utilisation des matériaux. En premier lieu, la conception pour la fabrication numérique nous permet de tirer parti de la possibilité d'utiliser des moules pour la production de pièces et la construction en béton afin d'éliminer les déchets. Cette approche de la conception permet également de créer des formes plus faciles à travailler et à assembler plus efficacement. De plus, la conception pour la fabrication numérique nous permet de trouver d'autres moyens d'améliorer l'efficacité de l'utilisation des matériaux en considérant de manière créative des ressources déjà utilisées, comme le béton et le verre, comme des matériaux potentiellement réutilisables. Grâce aux nouvelles technologies, nous pouvons analyser avec précision et confiance la résistance, l'utilité et les performances des matériaux récupérés.
Dans le cas de l'aéroport international du Koweït, la conception par fabrication numérique a permis de résoudre de nombreux problèmes du client. Par exemple, nous avons pu réduire de moitié les matériaux utilisés dans une structure en béton déjà efficace en concevant la fabrication de "cassettes" de toit en béton spécialisées. Un fabricant a ensuite utilisé des moules adaptables à commande numérique par ordinateur (CNC) pour produire 70 000 de ces cassettes. Non seulement l'efficacité s'en est trouvée améliorée, mais la réduction de moitié du poids du toit a également enclenché un cercle vertueux, réduisant les matériaux nécessaires pour les colonnes et les fondations. Le concept de la force par la géométrie peut être largement utilisé dans la conception des plafonds, mais il peut également être adapté à d'autres typologies.
Complexité des matériaux et de la géométrie
Concevoir pour la fabrication numérique peut rendre notre utilisation des matériaux plus efficace, en réduisant les coûts et les émissions de carbone dans la fabrication et la construction. Cependant, cette conception nous permet également de repousser les limites de la complexité géométrique en utilisant des matériaux qui n'ont souvent pas été testés.
La conception peut être associée à des méthodes de fabrication numérique telles que l'impression 3D pour rationaliser le processus de production, ce qui permet aux concepteurs d'explorer une plus grande liberté de forme et de réduire les délais de livraison. Dans le cas du pont MX3D, en affinant le processus de conception pour le matériau spécifique et les propriétés mécaniques de l'acier imprimé en 3D, nous avons pu nous assurer que cette conception innovante était validée pour le service public.
Pour la jetée de Little Island à New York, notre processus de conception a rationalisé la géométrie de la structure pour permettre la fabrication de pots en béton préfabriqués pour la construction. Cela a permis de préserver la complexité esthétique du projet et de faire en sorte que ces pièces puissent être expédiées à moindre coût et facilement assemblées sur place. La conception pour l'impression 3D peut être poussée encore plus loin, jusqu'à l'impression 3D de maisons. C'est une technique qui nous permet de gérer une complexité géométrique et matérielle accrue tout en offrant l'efficacité nécessaire en termes de temps, de coût et de carbone.
Agilité du flux de travail
La flexibilité et la précision de la fabrication numérique nous permettent de concevoir des processus de construction plus rapides et plus réactifs aux changements d'objectifs ou de conditions. Les innovations dans la manière dont nous concevons et utilisons les nouveaux matériaux nous permettent d'achever des projets complexes dans les délais impartis.
La conception pour la fabrication numérique a été un élément central de notre travail pour l'achèvement de la Sagrada Familia de Gaudi. Pour ce projet ambitieux, la découpe de la pierre par commande numérique par ordinateur (CNC) et le forage interne de précision par CNC des canaux dans la pierre ont permis de concevoir des panneaux de pierre préfabriqués post-contraints pour réduire le poids et s'adapter aux fondations existantes de l'église.
Cette utilisation précise de nouveaux matériaux a facilité l'installation de ces panneaux à des hauteurs importantes. La légèreté de ces pièces a également permis de les mettre en place plus rapidement, minimisant ainsi l'impact sur les entreprises et la communauté dans la zone environnante.
Le concept de construction de précision sur mesure appliqué à la Sagrada Familia peut également s'appliquer à la modernisation (prolongation de la durée de vie des actifs existants) et à la réparation des infrastructures. Dans ce contexte, la fabrication numérique permettra de remplacer individuellement les éléments nécessaires dans les collecteurs d'eaux pluviales ou les puits de tunnel existants.