Conception sous contraintes : configuration de panneaux isolants à deux dimensions

Constraint-based design : two-dimensional insulating panels configuration

• Auteur / Autrice : Andrés Felipe Barco Santa
• Direction : Michel Aldanondo, Elise Vareilles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Génie Industriel
• Date : Soutenance le 20/09/2016
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche Génie industriel (Albi) - Centre Génie Industriel / CGI
• Jury : Président / Présidente : Nadège Troussier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Alain Yvars, André Thomas, Paul Gaborit, Juha Tiihonen, Lars Hvam
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Alain Yvars, André Thomas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions -- Isolation thermique

Contraintes (intelligence artificielle)

Génie civil

Habitations -- Réfection

Systèmes d'aide à la décision

Mots clés libres

Problème de satisfaction de contrainte

Configuration

Calepinage

Aide à la décision

Rénovation du bâtiment

Génie civil

Constraint satisfaction problem

Configuration

Layout synthesis

Decision support system

Building renovation

Civil engineering

Résumé

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse se situent dans une problématique d’aide à la conception d’enveloppes isolantes pour la rénovation thermique de bâtiments résidentiels collectifs. Ces enveloppes isolantes sont composées de panneaux multifonctionnels rectangulaires, configurables et préfabriqués en usine. Leur conception repose sur les cinq caractéristiques suivantes. Premièrement, le nombre de panneaux nécessaires pour concevoir une enveloppe ainsi que leur taille respective ne sont pas
 connus au début de la rénovation (mais leur taille est cependant bornée). Deuxièmement, en raison des contraintes de fabrication, chaque fenêtre et chaque porte présentes sur la façade à rénover doivent être insérées dans un et un seul panneau. Troisièmement, les panneaux sont fixés à des endroits spécifiques de la façade, assez résistants pour supporter leur poids, nommés zones d’accroche. Quatrièmement, ni trous (zone non couverte), ni chevauchements entre panneaux ne sont autorisés. Cinquièmement, afin de garantir une isolation thermique performante tout en minimisant son coût, les enveloppes doivent être
 composées d’un nombre minimal de panneaux. Aux vues de la complexité de ce problème, nous restreignons nos travaux de recherche aux façades rectangulaires portant des menuiseries et des zones d’accroche rectangulaires. Compte tenu des cinq caractéristiques énoncées et de l’hypothèse de forme rectangulaire des éléments traités (panneaux, façades, menuiseries, zones d’accroche), la conception des enveloppes est à la fois un problème de découpe et de conditionnement à deux dimensions et un problème de configuration. Ce problème est formalisé et traité comme un problème de satisfaction de contraintes et a pour but d’aider la conception dédites enveloppes isolantes. En tant que tel, les travaux de cette thèse présentent deux contributions majeures. En raison des caractéristiques originales du problème de calepinage de façades, sa description et sa formalisation comme un problème de satisfaction de contraintes constituent la première contribution de ces travaux de thèse. Deuxièmement, les solutions algorithmiques basées sur les contraintes constituent notre seconde contribution. En particulier, ces travaux de thèse présentent deux solutions manuelles et trois automatiques pour le problème de conception d’enveloppes isolantes.

The research presented in this thesis falls within the problem of supporting the design of thermal insulating envelopes for the renovation of collective residential buildings. These insulating envelopes are composed of rectangular multi-functional panels, configurable and prefabricated in the factory. Their design is based on the following five characteristics. First, the number of panels needed to design an envelope and their size are not known at the beginning of the renovation (but their size is however bounded). Second, because of manufacturing constraints, every window and every door present on the facade to be renovated must be inserted into one and only one panel. Third, panels are attached to specific areas of the facade strong enough to support their weight, called supporting areas. Fourth, neither holes (uncovered area) or overlapping between panels are allowed. Fifth, to ensure efficient thermal insulation while minimizing cost, envelopes should be composed of a minimum number of panels. In view of the complexity of this problem, we restrict our research to rectangular facades with rectangular joinery and supporting areas. Given the five stated characteristics and the assumption of rectangular elements (panels, facades, joinery, supporting areas), the envelopes design is both a two-dimensional Cutting & Packing problem as well as a configuration one. This problem is formalized and treated as a constraint satisfaction problem and aims to support the design of such insulating structures. As such, the thesis presents two major contributions. Given the original features of the building renovation problem, its description and its formalization as a constraint satisfaction problem are the first contribution of the work. Second, constraint-based algorithmic solution’s are our second contribution. In particular, the thesis presents two manual and three automatic solutions for the design problem of insulating envelopes.