Sujet de Thèse
Titre :
Planification collaborative et multi-niveaux de chantiers de construction basée sur le Lean et le BIM
Dates :
2021/11/26 - 2024/11/25
Etudiant :
Encadrant(s) :
Description :
Contexte : Le projet ISoBIM (Proposition d'un processus collaboratif pour la rénovation par ISOlation
extérieure basé sur les paradigmes Lean et BIM) se propose d'apporter une réponse originale aux
développements des activités de la rénovation énergétique et à l'accompagnement des TPE-PME du
secteur de la construction bois dans leur transition digitale et l'amélioration de leur productivité. La
proposition ISOBIM est innovante, d'une part, par le fait qu'elle cherche à couvrir tout le processus de
rénovation de l'identification de la solution constructive, en passant par l'élaboration des modèles de
configuration et de calepinage, jusqu'à l'élaboration des modèles de planification et suivi des projets de
construction. Et, d'autre part, par son approche holistique et anthropocentrée qui s'inscrit dans une
démarche de rupture par rapport aux recherches scientifiques dans le domaine du contrôle et de
pilotage des systèmes industriels/bâtiments. Cette thèse se focalisera sur le sous processus de
planification et d'ordonnancement des activités de chantiers de construction.
La grande taille des panneaux (pouvant aller de quelques m² à plus de 30 m²) 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 prévues, conditions météorologiques, etc [1], [2]. 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
l'approche holistique et anthropocentrée défendue dans ce projet, la piste que nous souhaitons
explorer est l'utilisation du LPS (Last Planner System) processus de planification reposant sur
l'animation de quatre différents plannings)
Objectif : La mise en place d'un LPS implique donc de concevoir un modèle en plusieurs plans, chaque
plan étant le lieu d'un ensemble de décisions de périodicités et d'horizons spécifiques. Cette étape est
cruciale car une précision temporelle et une fréquence de replanification inadéquates peuvent
conduire à une désynchronisation des différents plannings. En outre, 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 [3], [4] 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 BIM4D pour 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.
Verrous scientifiques :
Il est clair que cette structuration particulière du LPS couplant une vision flux d'activités poussées et
tirées en fait une originalité par rapport aux structures hiérarchisées classiques (HPP) et conduisent à
proposer des modèles d'optimisation originaux. Cela passe aussi par la modélisation des contraintes de
nature différentes et leur dépendance intra-plan et inter-plan plan qui n'est pas triviale et reste non
étudiée. Par ailleurs, le BIM offre un environnement de partage d'informations consolidées tout au long
du projet avec la possibilité d'améliorer l'analyse et le contrôle des conflits spatiaux dépendant du
temps grâce à la simulation 4D de l'avancement des travaux de construction. Dans ce contexte, associer
le BIM et les méthodes de planification est un challenge important [5]. Néanmoins, le couplage BIM et
Lean reste très peu étudié en particulier dans le contexte des PME [6]. La revue de littérature nous a
conduit au constat qu'il manque un cadre formel de cette intégration. La piste que nous envisageons
dans ce projet est le couplage des modèles d'optimisation interactifs sous contraintes et la simulation
4D pour la validation des plannings et leur synchronisation.
extérieure basé sur les paradigmes Lean et BIM) se propose d'apporter une réponse originale aux
développements des activités de la rénovation énergétique et à l'accompagnement des TPE-PME du
secteur de la construction bois dans leur transition digitale et l'amélioration de leur productivité. La
proposition ISOBIM est innovante, d'une part, par le fait qu'elle cherche à couvrir tout le processus de
rénovation de l'identification de la solution constructive, en passant par l'élaboration des modèles de
configuration et de calepinage, jusqu'à l'élaboration des modèles de planification et suivi des projets de
construction. Et, d'autre part, par son approche holistique et anthropocentrée qui s'inscrit dans une
démarche de rupture par rapport aux recherches scientifiques dans le domaine du contrôle et de
pilotage des systèmes industriels/bâtiments. Cette thèse se focalisera sur le sous processus de
planification et d'ordonnancement des activités de chantiers de construction.
La grande taille des panneaux (pouvant aller de quelques m² à plus de 30 m²) 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 prévues, conditions météorologiques, etc [1], [2]. 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
l'approche holistique et anthropocentrée défendue dans ce projet, la piste que nous souhaitons
explorer est l'utilisation du LPS (Last Planner System) processus de planification reposant sur
l'animation de quatre différents plannings)
Objectif : La mise en place d'un LPS implique donc de concevoir un modèle en plusieurs plans, chaque
plan étant le lieu d'un ensemble de décisions de périodicités et d'horizons spécifiques. Cette étape est
cruciale car une précision temporelle et une fréquence de replanification inadéquates peuvent
conduire à une désynchronisation des différents plannings. En outre, 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 [3], [4] 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 BIM4D pour 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.
Verrous scientifiques :
Il est clair que cette structuration particulière du LPS couplant une vision flux d'activités poussées et
tirées en fait une originalité par rapport aux structures hiérarchisées classiques (HPP) et conduisent à
proposer des modèles d'optimisation originaux. Cela passe aussi par la modélisation des contraintes de
nature différentes et leur dépendance intra-plan et inter-plan plan qui n'est pas triviale et reste non
étudiée. Par ailleurs, le BIM offre un environnement de partage d'informations consolidées tout au long
du projet avec la possibilité d'améliorer l'analyse et le contrôle des conflits spatiaux dépendant du
temps grâce à la simulation 4D de l'avancement des travaux de construction. Dans ce contexte, associer
le BIM et les méthodes de planification est un challenge important [5]. Néanmoins, le couplage BIM et
Lean reste très peu étudié en particulier dans le contexte des PME [6]. La revue de littérature nous a
conduit au constat qu'il manque un cadre formel de cette intégration. La piste que nous envisageons
dans ce projet est le couplage des modèles d'optimisation interactifs sous contraintes et la simulation
4D pour la validation des plannings et leur synchronisation.
Mots clés :
BIM4D, LPS, Scheduling
Département(s) :
| Modélisation Pilotage des Systèmes Industriels |
