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Ammar Hadj Messaoud, Ing.; M.SC.

TOC/LEAN dans la construction et le BIM : ennemis ou partenaires?

L’excellence dans le monde des affaires c’est quoi au juste? C’est l’intégration ! L’intégration des outils, des processus de management (philosophies de management) et des aspects humains. En ce qui concerne la gestion de projet et plus spécialement ceux du domaine de la construction les années 1990 ont fourni un terrain fertile pour repenser l’ingénierie et la gestion de la construction à travers le spectre de la technologie, des technologies de l’information (TI) – BIM, de la reconception des processus (TOC-Lean-Six Sigma – PMBOK) et des interactions entre les personnes dans différentes formes d’organisation et de gestion.

En fait, les projets sont tellement ingérables que de nombreux cadres supérieurs ne croient pas qu’un projet puisse être livré dans les délais et dans les limites du budget. Ils insistent donc pour que des imprévus sains soient intégrés au projet afin de compenser les dépassements des délais et des budgets. La raison de cette situation est que l’exécution du projet, malheureusement, est à peine abordée dans le PMBOK. Le guide PMBOK consacre moins de 5% de son contenu à l’exécution, qui consiste à exécuter un projet. Lorsque l’exécution est mentionnée, le guide suggère simplement de disposer de chefs de projet qualifiés et d’un système d’information. Essentiellement, le volet planification du projet est clairement défini, de sorte que tout gestionnaire de projet « qualifié » devrait être en mesure d’exécuter ce plan. Or, s’il ne maîtrise pas la synergie TOC/LEAN le projet à de forte probabilité d’échouer. Le PMBOK, par conséquent la certification (PMP-PMI), et le BIM n’abordent pas les principaux problèmes liés aux retards de livraison et aux budgets démesurés. En effet, Il existe trois principaux facteurs de performance lors de l’exécution du projet : 1) la visibilité situationnelle ; 2) la gestion de la variation ; et 3) la gestion de la capacité.

Les philosophies de management TOC/LEAN appliquée à la construction et la modélisation des informations de la construction BIM (Building Information Modeling)  sont des initiatives assez différentes, mais les deux ont des impacts profonds sur l’industrie de la construction. Une analyse rigoureuse de la myriade d’interactions indique qu’il existe une synergie qui, si elle est bien comprise en termes théoriques, peut être exploitée pour améliorer les processus de construction au-delà du degré auquel ils pourraient être améliorés par l’application de l’un ou l’autre de ces paradigmes indépendamment. Par exemple, en utilisant une matrice qui juxtapose les fonctionnalités du BIM avec les principes prescriptifs de construction TOC/Lean, 56 interactions ont été identifiées, toutes sauf quatre représentant une interaction négative. Bien que des preuves aient été trouvées pour la majorité d’entre elles, la matrice n’est pas considérée comme complète mais plutôt comme un cadre de développement pour explorer le degré de validité des interactions. Les responsables de la construction, les gestionnaires, les concepteurs et les développeurs de systèmes informatiques pour la construction peuvent également bénéficier du cadre comme une aide à la reconnaissance des synergies potentielles lors de la planification de leurs stratégies d’adoption TOC/Lean -BIM.

L’application du TOC/LEAN à la construction fait référence à l’application et à l’adaptation des concepts de la Théorie des Contraintes et les principes sous-jacents du système de production Toyota TPS à la construction. La TOC permet de gérer la capacité et de focaliser sur la contrainte de l’ensemble du projet par l’utilisation de des concepts de la chaine critique. Avec le LEAN, la construction au plus juste est axée sur la réduction des gaspillages, l’augmentation de la valeur pour le client et l’amélioration continue. Si de nombreux principes et outils du TPS sont applicables en tant que tels dans la construction, il existe également des principes et des outils dans la construction LEAN qui sont différents de ceux du TPS.

On peut définir le BIM comme «un verbe ou une phrase adjectif pour décrire des outils, des processus et des technologies qui sont facilités par une documentation numérique lisible par ordinateur sur un bâtiment, ses performances, sa planification, sa construction et plus tard son fonctionnement. Le résultat de l’activité BIM est un «modèle d’information du bâtiment». Les outils logiciels BIM sont caractérisés par la capacité de compiler des modèles virtuels de bâtiments à l’aide d’objets paramétriques lisibles par ordinateur qui présentent un comportement en rapport avec la nécessité de concevoir, analyser et tester une conception de bâtiment. En tant que tels, les modèles CAO de dessin assisté par ordinateur 3D en trois dimensions qui ne sont pas exprimés comme des objets présentant une forme, une fonction et un comportement ne peuvent pas être considérés comme des modèles d’informations de construction.

Cependant, le BIM fournit la base de nouvelles capacités de construction et des changements dans les rôles et les relations au sein d’une équipe de projet. Lorsqu’il est mis en œuvre correctement, le BIM facilite un processus de conception et de construction plus intégré qui se traduit par des bâtiments de meilleure qualité à moindre coût et une durée de projet réduite. En ce sens, le BIM devrait fournir la base de certains des résultats attendus de la construction TOC/LEANLean.

La construction TOC/LEAN et le BIM ne dépendent pas l’un de l’autre, c’est-à-dire que les pratiques de construction TOC/LEAN peuvent être adoptées sans le BIM, et le BIM peut être adopté sans construction TOC/LEAN. Ceci est illustré par les nombreux cas d’adoption séparée de chacun dans les entreprises de conception et de construction au cours de la dernière décennie. Cependant, nous pensons que le plein potentiel d’amélioration des projets de construction ne peut être atteint que lorsque l’adoption du TOC/LEAN-BIM est intégrée.

Quels sont les principes de construction TOC/Lean pertinents ?

Améliorer la visibilité situationnelle : Elle permet de s’attaquer au problème fondamental. En effet, le premier problème majeur dans l’exécution de projets est le manque de visibilité.  Les gestionnaires de portefeuille utilisent tellement de roues et de rouages différents qu’il est difficile de vraiment voir les projets. Par «voir dans les projets», on entend savoir avec certitude quel est le niveau de risque de chaque projet et quelles actions spécifiques doivent être entreprises pour réduire ce risque. Ce problème est souvent attribué à la communication. La grande majorité des dirigeants et les chefs de projet du monde entier conviennent que la mauvaise communication est un facteur majeur de l’échec du projet.

Faire face à l’incertitude : C’est le problème clé que les gestionnaires n’ont tout simplement pas la capacité d’identifier, puis de compenser. C’est quoi la loi de Murphy ? Si cela peut mal tourner, ça ira mal. La vérité est que les projets sont imprévisibles et incertains, peu importe ce qu’on fait pour anticiper et prévenir les problèmes. L’incertitude est probablement l’élément le plus déterminant des projets. On ignore beaucoup de choses sur l’étendue, le contenu du travail, la durée, la météo, etc.… Néanmoins, on doit terminer dans les délais et dans les limites du budget. L’incertitude existe dans les projets parce que la variation est essentielle à la nature même des choses. Les projets ne sont pas livrés sous forme de feuilles de calcul ou de logiciels de gestion de projet. Ils sont livrés dans le monde réel, où les choses sont un peu en désordre. On a peut-être créé un plan «parfait» qui devrait, en théorie, nous amener avec l’équipe à atteindre notre objectif, mais en pratique, il ne peut pas rendre pleinement compte de tout ce qui se passera réellement. Il faut donc trouver un moyen de régler le désordre avec une vision imparfaite de l’avenir.

Focaliser sur la capacité des ressources : C’est un problème fondamental qu’on ne peut pas ignorer. C’est la plainte numéro 1 des chefs de projet, ils ne disposent pas de suffisamment de ressources. C’est la cause majeure de l’échec des projets. L’incapacité à intégrer des informations sur la capacité des ressources dans les décisions de planification et d’exécution du projet. Il en résulte un manque de prise en compte des informations sur la quantité et le timing des ressources financières, des sous-traitants et des membres de l’équipe. Pour obtenir les meilleurs résultats, les gestionnaires de projet et de portefeuille doivent avoir une compréhension précise de la disponibilité des ressources, une visibilité sur les charges de travail actuelles et futures de ces ressources et une capacité à prendre des décisions éclairées basées non seulement sur les charges de projet prévues, mais également sur l’évolution des besoins de toute l’organisation.

Réduire la variabilité : Il s’agit d’un principe fondamental dérivé de deux domaines, l’ingénierie industrielle et l’ingénierie de la qualité. Dans la théorie statistique de la qualité, l’objectif est de réduire la variabilité des caractéristiques significatives du produit. Dans la compréhension de la production basée sur la théorie des files d’attente l’objectif est de réduire la variabilité temporelle des flux de production. Ces deux types de variabilité interagissent de manière complexe.

Réduire les temps de cycle : Étant donné que la variabilité augmente les temps de cycle, ce principe peut être utilisé comme facteur de réduction de la variabilité. Cependant, la réduction des temps de cycle a également une valeur intrinsèque. En raison du lien de définition entre les travaux en cours et le temps de cycle exprimé dans la loi de Little, ce principe équivaut à peu près à la réduction des stocks. Dans la construction, la réduction des temps de cycle doit être centrée sur plusieurs niveaux d’analyse : durée totale de construction, stade de construction, flux de matériaux de l’usine à l’installation et tâches.

Réduire la taille des lots : Rechercher un flux unitaire est une technique efficace pour réduire l’allongement des temps de cycle dû aux stocks des en-cours. Dans la construction, des conceptualisations abstraites de «produits» qui peuvent être comptés dans un lot sont nécessaires. Celles-ci sont généralement prédéfinies comme des ensembles de tâches exécutées dans des espaces distincts, tels que des appartements.

Augmenter la flexibilité : Ici, la flexibilité peut être associée à la capabilité et à la capacité du poste de travail, aux itinéraires, etc. La flexibilité réduit les temps de cycle simplifie le système de production. Dans la construction, les équipes polyvalentes fournissent un exemple. La réduction des temps de configuration ou de changement augmente la flexibilité de routage (gamme) avec des temps de cycle courts.

Sélectionner une approche de contrôle de production appropriée : Avec le TOC/LEAN on combine la chaine critique (DBR : Brum-Buffer-Rope) avec le « PULL ». Dans un système « Pull », une activité productive est déclenchée par la demande d’un poste de travail ou d’un client en aval, alors que dans un système « Push », un plan pousse les activités à se réaliser. Le système « Pull » est devenu étroitement associé au LEAN. Cependant, en réalité, la plupart des systèmes de contrôle de la production sont des systèmes mixtes TOC-Push-Pull, et la tâche est de sélectionner la meilleure méthode pour chaque étape de la production. Le nivellement de la production facilite les opérations d’un système Pull. En construction, le système Push est réalisé à travers des plans et des calendriers (programmes).

Standardiser : La standardisation (normalisation) du travail sert plusieurs objectifs. La variabilité des caractéristiques temporelles et du produit peut être réduite et une amélioration continue est activée. Les employés sont également habilités à améliorer leur travail.

Instituer l’amélioration continue : Grâce à une amélioration continue, la variabilité peut être réduite et la technologie peut être améliorée progressivement. La base de l’amélioration continue a été fournie par la méthode d’expérimentation scientifique pour l’amélioration et est maintenant connue sous le nom de cycle de Deming (ou POOGI de la TOC). L’amélioration continue est une forme d’amélioration délibérée, institutionnalisée et systématique et, à bien des égards, va au-delà du simple apprentissage (comme le traite le concept de l’apprentissage approfondi).

Utiliser la gestion visuelle : La gestion visuelle est étroitement liée à la normalisation, où la visualisation des méthodes de production offre un accès facile aux normes et prend en charge leur conformité. Elle est également étroitement liée à l’amélioration continue dans la mesure où la visualisation des processus de production permet aux travailleurs de percevoir l’état du processus et les mesures d’amélioration.

Concevoir le système de production pour le flux et la valeur : Ce principe souligne l’importance de la conception du système de production (cette phrase est également destinée à couvrir la phase de développement et de conception du produit). En général, des critères dérivés des deux concepts de production devraient être utilisés dans cette entreprise. Un autre problème important est que la conception du système de production doit soutenir le contrôle de la production et l’amélioration continue. Il existe plusieurs heuristiques pour la conception du système de production, conseillant la simplification, l’utilisation du traitement parallèle et l’utilisation de la seule technologie fiable. Du point de vue de la valeur, il est important de garantir la capabilité du système de production.

Assurer une capture complète des exigences : Ce sont les premiers principes traitant uniquement du concept de création de valeur. Pour des raisons évidentes, la création de valeur nécessite une saisie complète des exigences, mais en pratique il s’agit d’une étape notoirement problématique.

Focus sur la sélection du concept : La conception se divise en conception conceptuelle et conception détaillée. Le développement de différents concepts et leur évaluation doivent être abordés avec le focus nécessaire, car il existe une tendance naturelle à se précipiter vers la conception détaillée. La conception basée sur les décors est une application de ce principe qui est utile pour la conception de bâtiments.

Assurer le flux des exigences : Le prochain défi du point de vue de la création de valeur est de s’assurer que toutes les exigences vont jusqu’au point où les plus petites pièces du produit sont conçues et produites.

Vérifier et valider : Toujours dans le domaine de la création de valeur, ce principe, bien connu du modèle V de l’ingénierie système, nous rappelle que l’intention ne suffit pas. Toutes les conceptions et tous les produits doivent être vérifiés par rapport aux spécifications et validés par rapport aux exigences du client.

Aller voir par vous-même : Ce principe «Gemba» souligne l’importance de l’observation personnelle plutôt que des rapports et des ouï-dire. Bien que traditionnellement dans la construction la tendance ait été de résoudre les problèmes in situ, ce principe tend à souligner l’importance des visites sur place de ceux qui ne les pratiquent généralement pas, par exemple les estimateurs et les gestionnaires.

Décider par consensus, considérer toutes les options : Ce principe découle de la pratique de Toyota. En élargissant le cercle des décideurs, une base de connaissances plus large peut être assurée pour les décisions. En augmentant le nombre d’options envisagées, la probabilité de trouver la solution pratiquement la meilleure est augmentée.

Cultiver un réseau étendu de partenaires : Ce principe implique qu’un réseau étendu de partenaires doit être construit, remis en question et aidé à s’améliorer. Dans la construction, cela peut se produire soit dans le cadre d’un projet (alliance), soit à plus long terme (accords-cadres).

Quelles sont la fonctionnalité pertinente du BIM ?

Nous identifions les aspects clés pertinents de la fonctionnalité fournie par la technologie BIM pour la compilation, l’édition, l’évaluation et le reporting d’informations sur les projets de construction. La technologie fondamentale qui est à la base de la plupart des fonctionnalités partagées par tous les outils BIM est la modélisation d’objets paramétriques et l’application de contraintes paramétriques. La modélisation d’objets implique l’utilisation d’objets logiciels, qui regroupent les données et les méthodes pour les manipuler, pour représenter des concepts du monde réel. Les concepts peuvent être physiques, comme des parties d’un bâtiment, ou abstraits, comme une estimation des coûts ou un résultat d’analyse structurelle. L’adjectif «objet paramétrique» implique la possibilité de réutiliser les définitions d’objet «classe» pour représenter plusieurs occurrences de choses similaires, celles-ci sont appelées «instances» d’une classe et ont des valeurs d’attribut différentes mais la même structure de base. L’héritage des attributs de classe et des méthodes dans une hiérarchie permet de construire de manière assez efficace des taxonomies étendues d’objets, avec des comportements complexes. Les contraintes paramétriques, qui sont appliquées aux instances d’objet de modèle résultantes, permettent l’expression et l’application de règles qui régissent la façon dont les objets se comportent lorsqu’ils sont manipulés, afin qu’ils puissent être programmés pour répondre aux actions sur eux de la manière que nous attendons leurs homologues du monde réel à se comporter. Par exemple, lorsqu’un mur est déplacé dans un outil de conception BIM, nous nous attendons naturellement à ce qu’une porte à l’intérieur se déplace avec lui. En résumé, c’est cette technologie qui permet aux outils BIM de modéliser la forme, la fonction et le comportement du bâtiment et qui rend possible tous les aspects de la fonctionnalité énumérés ci-dessous. Nous nous concentrons sur la fonctionnalité exposée plutôt que sur la technologie de base. Les éléments énumérés dans le texte suivant ont été formulés avec soin pour exprimer la simple fonctionnalité, en évitant les hypothèses a priori concernant les avantages ou inconvénients potentiels de leur utilisation par rapport aux principes de construction Lean.

Visualisation de la forme (pour l’évaluation esthétique et fonctionnelle) : Tous les systèmes BIM offrent la possibilité de rendre les conceptions avec un certain degré de réalisme, ce qui rend les conceptions de bâtiments plus accessibles aux participants et aux parties prenantes non techniques que ce qui est possible avec les dessins techniques.

Génération rapide de plusieurs alternatives de conception : Les concepteurs peuvent manipuler efficacement la géométrie de conception en tirant parti des relations paramétriques et de «l’intelligence» comportementale, qui maintiennent la cohérence de la conception, et de la génération et de la disposition automatisées des composants détaillés (par exemple, les détails de connexion automatisés dans la construction en acier). Cela n’était pas possible avec les systèmes CAO.

Utilisation de données de modèle pour l’analyse prédictive des performances du bâtiment : Cela a trois aspects :

  1. Certains logiciels BIM intègrent des outils d’analyse d’ingénierie tels que des analyses par éléments finis et d’énergie et la plupart peuvent exporter des données prétraitées pertinentes pour les importer vers des outils d’analyse tiers externes. Différents degrés d’effort humain sont nécessaires pour adapter les données exportées aux formes requises par les outils d’analyse, et différents degrés de retravail sont nécessaires pour modifier les modèles d’analyse chaque fois que le modèle de bâtiment est modifié. Néanmoins, les procédures sont plus productives, moins sujettes aux erreurs et plus rapides que la compilation des modèles d’analyse à partir de zéro.
  2. Estimation automatisée du cycle de vie et des coûts de construction avec des liens vers des sources en ligne de données sur les coûts.
  3. Évaluation automatisée de la conformité à la valeur du programme/client et vérification de la conformité du code à l’aide du traitement des règles. Un examen complet récent montre que si cette fonctionnalité est encore limitée dans sa portée, son développement dépasse largement le stade de la preuve de concept.

Maintenance des informations et intégrité du modèle de conception : Cette capacité est obtenue parce que les outils BIM stockent chaque information une fois, sans la répétition courante dans les systèmes de dessin où les mêmes informations de conception sont stockées dans plusieurs dessins ou vues de dessin (comme sur un plan, une élévation et une feuille de détails). L’intégrité géométrique est également améliorée lorsque les capacités de vérification automatique des conflits des outils logiciels d’intégration de modèles sont utilisées pour identifier et supprimer les conflits physiques entre les pièces du modèle.

Génération automatisée de dessins et de documents : Différents logiciels BIM offrent divers degrés d’automatisation pour la génération initiale de dessins et de documents, la plupart nécessitant au moins une entrée utilisateur pour une annotation personnalisée. Par définition, cependant, un système BIM est un système qui propage automatiquement toute modification de modèle dans les rapports, maintenant ainsi automatiquement l’intégrité entre le modèle et les rapports. Certains, mais pas tous, offrent également une édition bidirectionnelle complète, où le modèle peut être édité directement à partir des liens d’objet de modèle incorporés dans les dessins.

Collaboration en conception et construction : La collaboration dans la conception et la construction s’exprime de deux manières : «en interne», où plusieurs utilisateurs au sein d’une même organisation ou discipline éditent le même modèle simultanément, et «en externe», où plusieurs modélisateurs visualisent simultanément des modèles multidisciplinaires fusionnés ou séparés pour coordination de la conception. Alors qu’en mode interne, les objets peuvent être verrouillés pour éviter les incohérences lorsque des objets peuvent être modifiés pour produire plusieurs versions, en mode externe, seules les représentations non modifiables des objets sont partagées, évitant le problème mais imposant à chaque discipline de modifier ses propres objets séparément avant de vérifier si les conflits sont résolus.

Génération et évaluation rapides d’alternatives au plan de construction. De nombreux packages commerciaux sont disponibles pour la visualisation en quatre dimensions (4D) des calendriers de construction. Certains automatisent la génération des tâches de construction et la modélisation des dépendances et des prérequis (tels que l’achèvement des tâches précédentes, de l’espace, des informations et des revues de sécurité et des équipes de ressources, des matériaux, des équipements, etc.) en utilisant des bibliothèques de recettes de méthodes de construction, donc que les changements aux plans peuvent être apportés et évalués en quelques heures. Bien que l’utilisation ne soit pas répandue, certaines offrent des fonctions qui permettent la simulation d’événements discrets des procédures et des plans de construction. De tels développements permettent la répétition du processus de construction et l’optimisation itérative.

Communication en ligne/électronique basée sur des objets : À l’heure actuelle, la communication en ligne est largement limitée à l’utilisation d’intranets de projet et de modèles de serveurs plus avancés. Cependant, des systèmes plus sophistiqués qui intègrent des informations sur les produits dans des outils BIM avec des informations sur les processus provenant de systèmes d’information à l’échelle de l’entreprise sont allés au-delà des premières recherches et ont été mis en œuvre pour les usines de traitement. Ces nouveaux outils permettent de visualiser l’état des processus et des produits à l’aide des vues de modèle de bâtiment graphique pour fournir les informations aux travailleurs dans les environnements de construction. Dans un proche avenir, ces systèmes utiliseront également des vues de modèle de bâtiment pour fournir le contexte pour la collecte de données d’état sur et hors des sites.

Transfert direct d’informations pour prendre en charge la fabrication contrôlée par ordinateur : Le transfert direct d’informations pour soutenir la fabrication contrôlée par ordinateur de composants de construction (barres d’armature, éléments de structure en acier, etc.) à l’aide de machines à commande numérique est déjà courant. De même, l’intégration business-to-business entre les entreprises collaborant à des projets de construction est également possible sur la base de spécifications de produits issues des modèles de construction.

De nombreuses études ont montré que l’application des technologies de l’information à la gestion de la construction n’a, dans certaines circonstances, pas réussi à fournir un retour sur investissement positif. Les problèmes de sous-utilisassions et d’interopérabilité ont été identifiés comme des problèmes clés avec l’adoption du BIM, et le manque de compréhension conceptuelle peut être un obstacle aux initiatives de construction TOC/LEAN. En analysant cette situation on peut commencer par introduire l’idée que la réalisation des avantages des technologies de l’information en général dépend d’un réalignement compatible des processus métier. Ils s’appuient ensuite sur cela dans le contexte de la construction pour suggérer qu’un tel réalignement est lui-même fondé sur la nécessité d’une compréhension fondamentale des particularités de la construction. Dans le contexte actuel de la construction TOC/LEAN et du BIM, nous proposons que, pour une réalisation complète des avantages, non seulement les changements dans les processus d’information et de matériaux doivent être basés de manière cohérente sur ces deux, mais que les trois, c’est-à-dire les changements de processus, les outils BIM eux-mêmes et bien sûr, les principes de construction TOC/LEAN , devraient être enracinés dans la compréhension conceptuelle de la théorie de la production TOC/LEAN dans la construction.

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