Nouveau centre de conception assistée par ordinateur

Lorsque les architectes et les ingénieurs développent des ouvrages, il s'écoule souvent beaucoup de temps entre la première ébauche et le début de la construction. Entre-temps, il y a de nombreux cycles au cours desquels ils explorent et mettent en balance différents projets en termes de matériaux, de co?ts, de délais, de statique et de dynamique. Cela se fait souvent l'un après l'autre, étape par étape.

Les méthodes de conception numérique, et en particulier l'utilisation de l'intelligence artificielle (IA) et de la réalité augmentée (XR), devraient désormais changer fondamentalement la donne. Le travail des femmes architectes et ingénieures - conception et calculs - doit être plus étroitement lié. C'est dans ce but que l'ETH lance Design++, un nouveau centre de conception assistée par ordinateur.

L'IA accélère la conception des ponts

De telles méthodes pourraient par exemple apporter de grands changements dans la construction de ponts. Les ponts sont des ouvrages très complexes, de sorte que des analyses structurelles réalistes - c'est-à-dire la modélisation par calcul de toutes les forces pertinentes sous différentes actions - sont souvent trop co?teuses dans les premières phases de la conception. Les constructeurs de ponts con?oivent donc des concepts de structures porteuses sans les optimiser en profondeur, par exemple en termes de consommation de matériaux ou d'écologie. En conséquence, des réserves relativement importantes sont actuellement intégrées, par exemple sous forme de béton.

Walter Kaufmann, professeur de statique du b?timent et de construction à l'ETH Zurich, veut maintenant changer cela avec son équipe. Avec des collaborateurs, le post-doctorant et chef de projet Michael A. Kraus réalise des analyses structurelles numériques de ponts décrits par des paramètres, afin d'entra?ner une intelligence artificielle (IA). L'IA devrait ensuite être en mesure d'effectuer de telles analyses structurelles en beaucoup moins de temps.

Au final, l'IA pourra même générer elle-même des ébauches de projets à l'aide de certains paramètres de ponts, qui pourront être affinés assez rapidement en interaction avec le concepteur. Alors qu'aujourd'hui, il faut souvent des mois pour que les constructeurs de ponts puissent présenter leurs premières ébauches, cela pourrait se faire en quelques jours ou quelques heures avec la nouvelle méthode. Gr?ce aux conceptions numériques, la marge de man?uvre en matière de design et de matériaux peut également être explorée de manière beaucoup plus large.

L'IA propose des projets

Dans le cadre d'un autre projet de recherche du centre, Romana Rust, post-doctorante dans le groupe de Gramazio Kohler Research, développe des outils assistés par ordinateur qui permettent aux architectes de mieux explorer la marge de man?uvre en matière de conception pour une situation initiale donnée. Au lieu d'ajuster et d'adapter péniblement un projet jusqu'à ce qu'il réponde à tous les critères et objectifs de performance, les modèles d'IA doivent proposer des variantes de conception. Les outils sont testés sur des poteaux et des sponsors, des fa?ades translucides et des éléments muraux spéciaux pour l'acoustique des pièces.

La créativité augmentée par le numérique

De tels projets et d'autres similaires devraient voir le jour à l'avenir dans le nouveau centre de conception assistée par ordinateur en architecture et en génie civil de l'ETH, en bref Design++. Robert Flatt, professeur de matériaux de construction à l'ETH et l'un des pères de l'idée derrière Design++, explique : "Nous visons une créativité élargie : Nous voulons optimiser les constructions à l'aide de nouveaux outils de conception tout en élargissant numériquement l'espace de création".

Le principe : pendant la conception, beaucoup plus d'informations doivent être disponibles et visualisables en temps réel. Des paramètres tels que l'empreinte écologique, la durée de vie, les co?ts de construction et d'exploitation, mais aussi la qualité de la construction - par exemple l'acoustique - doivent pouvoir être pris en compte et influencés de manière beaucoup plus précise dès la conception. Les concepteurs, mais aussi les ma?tres d'ouvrage, disposeront ainsi de bases de décision basées sur des données et donc objectives dès les premières étapes de la conception.

22 chaires impliquées

Cette fa?on de concevoir nécessite une collaboration multidisciplinaire beaucoup plus importante. C'est pourquoi 22 chaires participent à Design++, principalement dans les domaines de l'architecture, du génie civil et de l'informatique. S'y ajoute une nouvelle chaire de conception augmentée par ordinateur en architecture, génie civil et construction, qui sera prochainement mise au concours. Outre des projets de recherche communs, Design ++ prévoit également de nouveaux cours sur l'IA en architecture et en génie civil. Les formes d'enseignement immersives doivent notamment permettre de mieux transmettre les relations complexes dans le domaine du b?timent mais aussi de l'ingénierie constructive.

Laboratoire de conception pour la réalité numérique augmentée

Un laboratoire de réalité augmentée nouvellement con?u et récemment inauguré sur le campus du H?nggerberg sert de c?ur commun au centre. Dans l'Immersive Design Lab, un espace de 70 m2, les projets et modèles numériques peuvent être expérimentés et traités à l'aide de la réalité virtuelle, augmentée et mixte. Des projets d'architecture ou des modèles de ponts générés numériquement peuvent ainsi être analysés et développés en temps réel. Plusieurs personnes peuvent ainsi travailler ensemble sur les projets virtuels et échanger des idées d'amélioration.

Le nouveau laboratoire de conception est notamment équipé de projecteurs stéréo 3D et d'un écran de 8x5 mètres, de capteurs de mouvement, de 75 haut-parleurs disposés en forme de d?me, de diverses lunettes VR et AR, d'un serveur haute performance et d'ordinateurs portables pour le rendu en temps réel des images. Outre la visite virtuelle de projets de construction, le laboratoire permet également de visualiser des données complexes ou de télécommander des engins de chantier sans pilote sur des chantiers éloignés. Le laboratoire a été initié et réalisé par la chaire Gramazio Kohler en collaboration avec des experts des domaines de la réalité étendue et de l'acoustique.