Optimisation de l’aménagement d’un Chantier de Construction en Fonction des Risques Naturels et Technologiques, Utilisation du SIG

par Mohammed Abune'meh

Thèse de doctorat en Génie Civil

Sous la direction de Ahmed Mébarki et de Rani El Meouche.

Soutenue le 24-05-2017

à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Laboratoire Modélisation et simulation multi échelle (Marne-la-Vallée) (laboratoire) et de Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi Echelle / MSME (laboratoire) .

Le président du jury était Hamid Afra.

Le jury était composé de Ahmed Mébarki, Rani El Meouche, Hélène Beraud, Ihab Hijaze, Isam Shahrour.

Les rapporteurs étaient Marwan Al-Heib.


  • Résumé

    Les chantiers de construction contiennent plusieurs installations. Celles-ci sont susceptibles d’être endommagées par des incidents liés aux risques naturels ou technologiques comme les incendies, les explosions, les ondes de souffles, etc. Ces incidents peuvent avoir des conséquences néfastes sur l’ensemble du processus de construction, ce qui pourrait entrainer des accidents graves ayant un impact majeur sur la productivité des employés, le temps global du projet, sa qualité et son budget. Par conséquent les gestionnaires et les planificateurs du projet doivent adopter et développer des approches novatrices capables de faire face aux risques naturels potentiels, de minimiser leurs conséquences et de faciliter l’évacuation du site en cas de danger. Une de ces approches consiste à optimiser l’aménagement des chantiers de construction. En général, la réduction des dommages résultants de risques naturels ou technologiques est encore un défi scientifique.Dans cette thèse, deux modèles (déterministe et probabiliste) sont développés pour minimiser les risques au sein d’un chantier. La méthode adoptée pour le développement de ces deux modèles consiste en :• La modélisation des éléments du chantier, par exemple : le générateur électrique, les bureaux et les entrepôts de matériaux, sont modélisés en 2D, pour agir en tant que source d’aléa et/ou cible vulnérable potentielle.• La modélisation de l’aléa : elle montre l’interaction des aléas entre les composants du chantier.• La modélisation de la vulnérabilité : elle représente la faiblesse potentielle des cibles sur l’aléa généré par chaque source.• La définition de la fonction d’utilité : elle vise à offrir une disposition optimisée avec un minimum de risque total sur le chantier. L’algorithme à évolution différentielle est adopté pour exécuter le processus d’optimisation.D’une part, dans le modèle déterministe, nous utilisons le principe de la syntaxe spatiale pour étudier l’impact des configurations spatiales dans l’évaluation du risque sur le chantier. Par conséquent, comme le processus d’évacuation est pris en compte dans l’estimation du risque, le risque réel est amplifié en utilisant le facteur de pénalité appelé « profondeur moyenne ». L’algorithme de Dijkstra est appliqué sur un modèle déterministe afin de trouver les chemins les plus sûrs (chemins de moindre risque) pour évacuer les sites à partir de chaque position sur le chantier vers les lieux sûrs afin de diminuer les pertes humaines et matérielles.D’autre part, le modèle probabiliste suppose que le risque est composé de la défaillance individuelle de chaque installation sur le chantier de construction. La simulation numérique est utilisée pour trouver la distribution de probabilités des défaillances pour l’ensemble du site.Les fonctionnalités d’un SIG (Système d’Information Géographique) ont été utilisées pour présenter les données sous forme de cartes, pour produire des cartes spatiales de risque sur le chantier de construction, pour mettre en œuvre l’algorithme de Dijkastra et pour l’analyse du coût le plus faible.A titre indicatif, les modèles proposés sont utilisés dans un cas d’étude comprenant plusieurs installations. Dans le modèle déterministe, toutes ces installations agissent comme des sources d’aléa et des cibles vulnérables, en même temps, dans le modèle probabiliste, quelques-unes de ces installations agissent comme des sources d’aléa et toutes comme des cibles vulnérables. Les résultats obtenus montrent que les modèles proposés sont efficaces en raison de leur capacité à générer une disposition optimale du site avec un environnement de travail plus sûr. En outre, les modèles obtenus sont capables de mettre en évidence les zones les plus risquées d’un chantier, de générer les chemins d’évacuation les moins risqués, ce qui permettra de minimiser les blessures graves et les victimes en cas d’urgence

  • Titre traduit

    Construction Site Layout Optimization, Considering Risk of Natural or Technological Hazard Utilizing GIS


  • Résumé

    Construction sites contain several supporting facilities that are required to complete construction activities. These facilities are susceptible to damage due to the occurrence of natural or technological hazards such as fire, explosion, blast wave, and so on. These may cause adverse consequences for the whole construction process, which in turn lead to fatal accidents that have a major impact on worker and employee productivity, project completion time, project quality and project budget. Therefore, project planners must adopt and develop innovative approaches able to face the occurrence of potential hazards, minimize their consequences, and facilitate the evacuation of the site in case of their occurrence. One of these approaches is optimizing construction site layout. In general, generating construction site layout able minimizing risk resulting from natural or technological hazards is still a scientific challenge.In the present research, two proposed model (deterministic and probabilistic) are developed to minimize the risks within a construction site. The common methodology adopted to develop these two models consists of:• Modeling construction site components, for instance; electric generator, offices and material storages, in a 2D layout, to act as either hazardous source or potential target or both at the same time.• Modeling hazard: it shows the hazard interaction among site components and the attenuation of hazard.• Modeling vulnerability: it represents the potential weakness of whole targets to the hazard generated from each source.• Defining the utility function: it aims to afford an optimized site layout with minimum total risk in the construction site. The differential evolution algorithm is adopted to run optimization process.Particularly, in the deterministic model, we use space syntax principle in order to realize the impact of space configurations in evaluating the risk in the construction site. Therefore, as the evacuation process is considered in estimating the risk, the actual risk is amplified by utilizing penalty factor called mean depth. Furthermore, Dijkstra’s algorithm is run on deterministic model to find the safest paths (least risk paths) for evacuating sites from any position on the construction site towards the safe places in order to diminish losses and fatalities. On the other hand, the framework utilized to develop a probabilistic model assumed that the risk is combined of the individual failure of each facility within a construction site. Moreover, the numerical simulation is performed to find the probabilistic distribution of failure for the whole site.Geographic information system (GIS) capabilities were exploited, in this research, to present data in maps format, generate the spatial risk map in the construction site, and implement the Dijkstra’s algorithm and least-cost path analysis.For illustration purposes, the proposed models are employed in a case study consisting of several facilities. In the deterministic model, all of these facilities act as hazardous sources and potential targets, at the same time, while, in a probabilistic model, only three of these facilities act as fire hazardous sources, whereas, all of them are potential targets. The results revealed that the proposed models are efficient due to their capability of generating site layout with the safer work environment. In addition, the model is capable of highlighting the riskiest areas within a construction site. Moreover, the proposed models are able to generate paths through least-risk zones, which will minimize the serious injuries and victims in cases of emergencies

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