HiLo-Unit

L'unité «HiLo» de «NEST» combine de nouvelles méthodes numériques de planification et de construction pour des structures en béton efficaces avec une technique de construction auto-apprenante et adaptative. Un flux de données «Design-to-Fabrication» flexible a été développé pour coordonner numériquement le développement et la planification de «HiLo».

Situation initiale

Le secteur de la construction est responsable d'une grande partie de la consommation mondiale de ressources et d'énergie, ainsi que des émissions de gaz à effet de serre. Parallèlement, le secteur de la construction est confronté à une population mondiale en constante augmentation. L'unité «HiLo» met en œuvre des innovations qui répondent à ces défis. L'approche intégrée de la conception et de la fabrication est le point de départ de la manière dont nous allons planifier, concevoir et construire à l'avenir.

Ébauche du projet

Dans la dernière unité «NEST», baptisée «HiLo», les principes de construction du Moyen-Âge rencontrent les méthodes de construction du futur: ce module de bâtiment de deux étages, avec son toit en béton à double courbure caractéristique, a été planifié et construit avec les méthodes de conception et de fabrication les plus modernes. Pour le nouveau plafond voûté léger, les chercheurs de l'ETH Zurich se sont inspirés des anciens bâtisseurs de cathédrales, qui savaient créer des structures autoportantes. Les scientifiques réunis autour de Philippe Block, professeur d'architecture et de structure porteuse, et d'Arno Schlüter, professeur d'architecture et de systèmes de bâtiments, veulent tester avec ce bâtiment des méthodes de construction légère et les combiner avec des systèmes de bâtiments intelligents et adaptatifs.

Étude du projet

Le toit à double courbure, qui tire sa capacité portante de sa géométrie et de sa structure à double coque, est particulièrement frappant. Il a été construit avec un coffrage flexible composé d'un filet de cordes tendues et d'une membrane sur laquelle le béton a été projeté. Cela permet d'économiser de grandes quantités de béton et de matériel de coffrage.
Il fallait notamment utiliser le moins de matériau possible pour les planchers intermédiaires de l'unité à deux étages. La construction de planchers légers permet d'économiser plus de 70% de matériau par rapport aux planchers en béton traditionnels. Ce résultat est obtenu grâce à la géométrie intelligente de la voûte. Les méthodes de fabrication numériques permettent d'intégrer la ventilation, le refroidissement et le chauffage à basse température dans le plafond voûté nervuré et d'économiser encore plus de matériau et de volume.
Une façade solaire adaptative développée par le groupe d'Arno Schlüter est également utilisée dans l'unité HiLo. Celle-ci se compose de 30 modules photovoltaïques qui peuvent s'orienter en fonction du soleil et qui peuvent être utilisés pour contrôler l'incidence du soleil dans la pièce, pour chauffer passivement ou pour réduire les besoins de refroidissement.
En cours d'exploitation, l'interaction entre les différentes technologies est optimisée en permanence afin d'étudier comment obtenir des conditions intérieures confortables avec le moins d'énergie et d'émissions possible.

Réalisation

La fabrication des composants du coffrage et de la structure du toit a été entièrement réalisée à l'aide de modèles 3D informatisés, sans planification classique sur papier.La coordination de toutes les données de planification s'est faite via un modèle central en nuage, dans lequel tous les partenaires de planification ont pu intégrer leurs données et les mettre à jour en permanence. L'ensemble de la gestion de projet et de l'exécution a été réalisé avec le soutien total de BIM 4D et Autodesk 360.
L'installation et le contrôle précis du coffrage de toit flexible sur le chantier ont constitué un défi particulier pour la réalisation du toit en béton. Pour le contrôle de la position des éléments de construction, les données 3D ont été transférées directement du modèle central en nuage à une station de mesure numérique grâce à un processus «BIM to Field» et réintroduites sans délai dans le processus de planification. Cela a permis de contrôler un grand nombre de points de mesure avec très peu d'efforts par rapport aux méthodes classiques.

Particularités

Tous les détails importants de la structure du toit et du système de coffrage ont été élaborés à l'aide de prototypes en collaboration avec des experts et des partenaires de l'industrie. Les principes des solutions ainsi développées ont été intégrés dans un flux de travail flexible «Design to Fabrication». Celui-ci a été mis en œuvre avec «COMPAS» (https://compas.dev/), le cadre informatique open source pour la recherche et la collaboration en architecture, ingénierie et construction. «COMPAS» a servi de nœud central pour le développement, la coordination et la planification assistés par ordinateur des innovations HiLo, tout en offrant un mécanisme de transfert efficace de la recherche à la pratique.