Nouveau centre de conception assistée par ordinateur

Lorsque les architectes et les ingénieur·es développent des bâtiments, il y a souvent un long intervalle entre le projet initial et le début de la construction. Pendant cette période, il·les pèsent le pour et le contre de différentes conceptions, avec de nombreuses discussions sur les matériaux, les coûts, les délais et l'analyse structurelle et dynamique. Ces délibérations ont tendance à se dérouler l'une 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 étendue (XR) sont sur le point de révolutionner ce processus, en permettant aux architectes et aux ingénieur·es de collaborer plus étroitement sur les ébauches et les calculs. Pour faciliter la réalisation de cet objectif, l'ETH Zurich crée Design++, un nouveau centre pour la conception informatique augmentée.

L'IA rationalise la conception des ponts

Ces méthodes pourraient transformer complètement la construction des ponts, par exemple. Les ponts étant très complexes, les analyses structurelles réalistes - en d'autres termes, la modélisation informatique de toutes les forces à équilibrer - prennent souvent trop de temps lors des premières phases de planification. Les constructeur·ices de ponts développent donc des concepts structurels sans les optimiser de manière approfondie en termes d'utilisation de matériaux ou d'écologie, entre autres. En conséquence, des réserves relativement importantes sont actuellement intégrées, souvent sous forme de béton.

Avec son équipe, Walter Kaufmann, titulaire de la chaire d'ingénierie structurelle (structures en béton et conception de ponts) de l'ETH Zurich, veut changer cela. Le chercheur postdoctoral et chef de projet Michael A. Kraus travaille avec ses collègues à la création d'analyses structurelles numériques de ponts définies par des paramètres afin d'entraîner l'intelligence artificielle. L'IA peut ensuite effectuer des analyses structurelles similaires dans un laps de temps beaucoup plus court.

À terme, sur la base de certains paramètres du pont, l'IA sera même capable de générer des ébauches de manière autonome, qui pourront ensuite être affinées relativement rapidement et de manière interactive avec le concepteur. À l'heure actuelle, il faut souvent des mois avant que les constructeur·ices de ponts soient prêts à présenter leurs premières conceptions; la nouvelle méthode pourrait rendre cela possible en quelques jours, voire quelques heures. Les ébauches numériques offrent aux développeur·ses toute latitude de création, leur permettant d'appliquer un éventail beaucoup plus large de conceptions et de matériaux.

L'IA fait des propositions de conception

Dans le cadre d'un autre projet de recherche du centre, une équipe interdisciplinaire dirigée par Romana Rust, post-doctorante au sein du groupe de recherche Gramazio Kohler, met au point des outils informatiques qui permettront aux architectes d'explorer librement les possibilités créatives de certains points de départ. Au lieu d'ajuster et d'adapter minutieusement un projet jusqu'à ce qu'il réponde à tous les critères et objectifs de performance, les modèles d'IA devraient proposer des conceptions alternatives. Les outils sont testés sur des poutres et des supports, des façades translucides et des éléments de mur spéciaux pour l'acoustique architecturale.

Une créativité étendue numériquement

À l'avenir, ces projets et d'autres similaires seront au centre du nouveau centre de l'ETH Zurich pour la conception computationnelle augmentée en architecture, ingénierie et construction, connu sous le nom de Design++. Comme le dit Robert Flatt, professeur de physico-chimie des matériaux de construction à l'ETH Zurich et l'un des fondateurs de Design++, «notre objectif est la créativité étendue. Nous voulons optimiser les bâtiments à l'aide de nouveaux outils de conception et élargir en même temps le champ de l'architecture par des moyens numériques.»

Le principe repose sur la mise à disposition de beaucoup plus d'informations qui peuvent être visualisées en temps réel pendant le processus de conception. Des variables telles que l'empreinte écologique d'une structure, son cycle de vie, ses coûts de construction et d'exploitation, ainsi que la qualité du bâtiment, en termes d'acoustique par exemple, peuvent être prises en considération ou influencées avec plus de précision au stade de la conception. Par conséquent, les planificateur·ices - mais aussi les entrepreneur·ses - peuvent s'appuyer sur des outils de prise de décision fondés sur des données, et donc objectifs, à un stade précoce.

Vingt-deux chaires affiliées

Cette approche de la conception exige une collaboration interdisciplinaire beaucoup plus étroite. Quelque 22 professeur·es, principalement dans les domaines de l'architecture, du génie civil et de l'informatique, sont donc impliqué·es dans Design++. En outre, l'ETH Zurich lancera prochainement un appel à candidatures pour un nouveau poste de professeur·e de conception augmentée par ordinateur en architecture, ingénierie et construction. Outre les projets de recherche conjoints, Design++ prévoit également de nouveaux cours sur l'utilisation de l'IA dans le secteur de l'architecture et de la construction. Les formats d'apprentissage immersifs seront particulièrement utiles pour enseigner des sujets complexes en matière de structure et de génie civil.

Laboratoire de conception pour la réalité augmentée numériquement et intelligence artificielle

Un laboratoire innovant de réalité étendue, récemment ouvert sur le campus de Hönggerberg, sert de centre de collaboration pour le centre. Les utilisateur·ices du laboratoire de conception immersive, un espace de 70m², peuvent visualiser et modifier des conceptions et des modèles numériques dans des scénarios de réalité virtuelle, augmentée et mixte. Les conceptions architecturales ou les modèles de pont générés numériquement, par exemple, peuvent être analysés et affinés en temps réel. Plusieurs personnes peuvent travailler ensemble sur les conceptions virtuelles et échanger des notes sur les améliorations à apporter.

Le nouveau laboratoire de conception est équipé de projecteurs stéréo 3D et d'un écran de 8x 5m, de capteurs de mouvement, d'un réseau de 75 haut-parleurs en forme de dôme, de diverses lunettes de RV et de RA, d'un serveur haute performance et d'ordinateurs portables qui permettent de restituer les images en temps réel. Outre l'inspection virtuelle de projets de construction, le laboratoire permet également de visualiser des données complexes et d'utiliser des équipements de construction sans équipage sur des sites de construction distants. Gramazio Kohler Research a initié et lancé le laboratoire en collaboration avec des expert·es dans les domaines de la réalité étendue et de l'acoustique.