Outil de calcul du coût global partagé

PEREN/Livrable D5 Outil de calcul du coût global partagé 1/30

Projet PEREN

PERformance ENergétique et environnement PERENNE

Outil de calcul du coût global partagé

Laboratoire de Recherche en

Architecture Groupe de Recherche Environnement Conception Architecturale et Urbaine

P E R E N (PERformance ENergétique et environnement PERENNE)

Etude réalisée avec le soutien de la Fondation Bâtiment Energie

suite au second appel à projets de juillet 2006 relatifs à la maîtrise de l'énergie, au recours aux énergies renouvelables et à la réduction des émissions de gaz à effet de serre

lors de la construction, de la réhabilitation ou de la rénovation des bâtiments de bureaux. www.batiment-energie.org


Titre Outil de calcul du coût global partagé Projet PEREN Diffusion du document Public Nature du document Livrable D5 Auteur(s) Bernard FERRIES, Jean-Pierre CORDIER (Coût global) Résumé Ce document décrit les étapes du développement de l’outil

informatique développé dans le cadre du projet Peren, puis détaille chacun de ses composants : - un quantitatif qui exploite un fichier au format IFC

généré par un logiciel de CAO - une base de données pouvant contenir plusieurs variantes

de différents bâtiments - une bibliothèque de matériaux et d’objets types - un ensemble de macros et de requêtes pour automatiser

des traitements dont le calcul des indicateurs destinés à comparer les configurations d’étude

- des outils de consultation et d’analyse du contenu de la base de données avec de nombreuses illustrations en an-nexe

Après une présentation de la procédure d’utilisation de l’outil, le document se termine par un bilan et des pistes d’améliorations potentielles.

Nom du fichier PEREN_D5_Outil


SOMMAIRE 1 Introduction .......................................................................................................................5

1.1 Objet du document ..................................................................................................... 5

2 Démarche de développement............................................................................................5 2.1 Parti initial.................................................................................................................. 5 2.2 Déroulement............................................................................................................... 5

� Première période ............................................................................................ 5 � Deuxième période .......................................................................................... 6 � Troisième période........................................................................................... 7 � Quatrième période .......................................................................................... 7

2.3 Architecture générale ................................................................................................. 8

3 Description détaillée de l’outil ..........................................................................................9 3.1 Quantitatif .................................................................................................................. 9 3.2 Intégration des résultats de simulation..................................................................... 10 3.3 Bibliothèque des matériaux et objets types.............................................................. 11 3.4 Base de données ....................................................................................................... 11

� Modèle conceptuel ....................................................................................... 11 � Tables ........................................................................................................... 12

3.5 Macros...................................................................................................................... 13 � Calcul des impacts des matériaux par unité de volume ............................... 13 � Calcul des impacts des objets types dont la composition est connue........... 14 � Calcul des indicateurs................................................................................... 15

3.6 Outils de consultation et d’analyse .......................................................................... 16 3.7 Coût global partagé .................................................................................................. 18

� Formules d’actualisation .............................................................................. 18 � Périmètre de l’outil et traitement des différents postes de coût ................... 21 � Application à la comparaison des variantes de l’immeuble virtuel ............. 22

4 Procédure d’utilisation....................................................................................................24

5 Conclusion ........................................................................................................................25 5.1 Bilan du développement........................................................................................... 25 5.2 Améliorations potentielles ....................................................................................... 25

� Extension du quantitatif à d’autres classes d’objets..................................... 25 � Une meilleure prise en compte des durées de vie ........................................ 25 � Une interface utilisateur convivial et sécurisé.............................................. 25

6 Annexes.............................................................................................................................26 6.1 Contrôles .................................................................................................................. 26

� Objets types .................................................................................................. 26 � Matériaux ..................................................................................................... 26 � Compositions................................................................................................ 26 � Paramètres .................................................................................................... 26


6.2 Configurations.......................................................................................................... 27 � Constituants.................................................................................................. 27 � Consommations d’énergie............................................................................ 27 � Coût de l’énergie .......................................................................................... 27 � Emissions de GES par usage........................................................................ 27 � Energie grise par constituant compte tenu des remplacements.................... 28 � Emissions de GES par constituant compte tenu des remplacements ........... 28 � Coût constructif ............................................................................................ 28 � Hypothèses et facteurs de différentiation ..................................................... 28

6.3 Benchmark ............................................................................................................... 29 � Tableaux comparatifs ................................................................................... 29 � Histogrammes............................................................................................... 29 � Comparaison des émissions GES (consommations vs constituants) ........... 29 � Emissions GES totales vs coût ..................................................................... 30 � Emissions GES par catégorie d’ouvrage...................................................... 30

Figures

FIGURE 1. DETAIL DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX........................................................................................... 6 FIGURE 2. QUANTITATIF IFC : ACCUEIL ................................................................................................................ 9 FIGURE 3. QUANTITATIF IFC : ONGLET MURS....................................................................................................... 9 FIGURE 4. QUANTITATIF IFC : ONGLET PORTES ................................................................................................... 10 FIGURE 5. QUANTITATIF IFC - CONSTITUANTS DE L'IMMEUBLE ........................................................................... 10 FIGURE 6. EXTRAIT DE LA REQUETE DE CALCUL DES CONSOMMATIONS ASSOCIEE AU PILOTE............................... 17 FIGURE 7. CONSOMMATIONS D’ENERGIE PAR USAGE POUR LA VARIANTE 1 DE L’IMMEUBLE GA ......................... 17 FIGURE 8. VARIATIONS DU FACTEUR D’ACTUALISATION POUR DES PERIODICITE DE 1 A 8 ANS............................. 20 FIGURE 9. VARIATIONS DU FACTEUR D’ACTUALISATION POUR DES PERIODICITE DE 8 A 40 ANS........................... 20

Abréviations

CAO Conception Assistée par Ordinateur

GES Gaz à effet de serre

IFC Industry Foundation Classes. Modèle de données (ISO/PAS 16739) et format de fichier d’échange. (www.buildingsmart.fr)

SHON Surface Hors Œuvre Nette

STD Simulation Thermique Dynamique

http://www.buildingsmart.fr/

PEREN/D5 Outil de calcul du coût global partagé 5/30

1 Introduction

1.1 OBJET DU DOCUMENT Ce document présente l’outil développé dans le cadre du projet de recherche PEREN. Nous décrivons successivement la démarche de développement puis les divers composants de l’outil. Nous terminons par une évaluation de ses potentialités et de ses limites, et par la pré-sentation de quelques perspectives d’évolutions.

2 Démarche de développement

2.1 PARTI INITIAL Notre proposition initiale prévoyait que nous utiliserions des progiciels et applications exis-tantes, déjà maîtrisés par les partenaires du projet dans les domaines de la simulation thermi-que dynamique, de l’acoustique et de l’éclairage. Elle envisageait aussi des développements spécifiques pour aboutir à un outil de coût global partagé avec pour principales fonctionnalités :

- la gestion d’une bibliothèque d’impacts environnementaux et de coûts - la détermination d’indicateurs permettant la comparaison de différents immeubles ou

de différentes variantes d’un même immeuble - la fédération des informations nécessaires à cette détermination (caractéristiques de

l’immeuble, résultats des simulations) Nous nous étions également engagés à utiliser les standards d’échange pour que notre outil puisse évoluer ultérieurement en communiquant avec d’autres outils que ceux initialement prévus.

2.2 DEROULEMENT

�� Première période Nous avons rédigé un protocole d’évaluation décrivant :

1. Les informations nécessaires aux outils d’évaluation et les informations qu’ils pro-duisent

2. Les indicateurs permettant d’apprécier la performance d’un immeuble selon diffé-rents points de vue

3. L’enchaînement des différentes procédures nécessaires à l’évaluation d’un immeu-ble de bureau.

Nous avons également analysé les solutions ECOTECT et Green Building Studio ce qui nous a conduit à préciser le positionnement de l’outil PEREN :

ECOTECT1 est un outil intégré qui comprend un éditeur graphique, un outil de visua-lisation des effets du rayonnement solaire et des outils de simulation et de calcul (thermique, acoustique, coûts constructifs et d’exploitation, impacts environnemen-taux). C’est un outil particulièrement adapté au stade de l’esquisse ou de l’avant-projet simplifié et il a d’ailleurs été conçu « par des architectes pour des architectes ».

1 http://ecotect.com/


L’outil PEREN mobilise des outils de simulation plus puissants que nous avons jugés indispensables dans le cadre de ce projet de recherche pour analyser les phénomènes et concevoir des assemblages de solutions performants. Green Building Studio2 est un service en ligne : le projet est modélisé de façon som-maire avec un logiciel comme Archicad ou Revit. Une extension de ces logiciels de CAO génère un modèle complet du projet par une définition automatique des locaux et des planchers. Une station météo ayant été choisie, le projet est évalué au prix d’un grand nombre d’hypothèses non maîtrisées, notamment en matière de scénarios d’occupation. Il s’agit encore d’une aide lors des premières étapes du projet. Compte tenu de la sen-sibilité des résultats des consommations énergétiques à l’usage de l’immeuble, il nous a paru essentiel de pouvoir contrôler et faire varier l’ensemble des paramètres ayant une influence. D’où l’intérêt de PEREN pour gérer et maîtriser l’ensemble des infor-mations relatives à l’immeuble étudié et aux résultats de ses évaluations.

Nous avons d’autre part testé l’utilisation conjointe des standards IFC3 et NBDM4 pour le transfert de données entre CAO et TRNSYS, et exploré la possibilité de produire un quantita-tif à partir de la CAO. Pour l’environnement de développement et d’utilisation, notre choix s’est porté sur Open Of-fice5 et notamment pour les composants BASE et CALC qui sont fonctionnellement équiva-lents à EXCEL et ACCESS.

�� Deuxième période Nous n’avions pas prévu initialement de développer une version tableur de l’outil mais elle s’est construite progressivement lors de l’évaluation de l’immeuble GA.

Figure 1. Détail des impacts environnementaux 2 http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/index?id=11179508&siteID=123112 3 www.buildingsmart.fr 4 http://nbdm.org/ 5 Open Office est la version libre de StarOffice, disponible gratuitement sur http://fr.openoffice.org/


Elle a permis de définir et de valider les différents postes d’analyse et leur granularité. Plusieurs partenaires se sont approprié l’outil et l’on fait évoluer de façon concertée. Nous avons donc considéré cette version tableur comme l’expression de la façon dont ils souhaitent analyser un projet d’immeuble de bureau et nous l’avons prise comme référence pour la ver-sion base de données de l’outil. Pour le quantitatif issu de la CAO, nous avons décidé de développer une solution indépen-dante du logiciel de CAO en exploitant la norme internationale IFC. Il s’agit de macros Visual Basic qui font appel au composant ActiveX IFCsvr pour la lecture et l’exploitation du contenu du fichier IFC.

�� Troisième période Elle a été consacrée à la finalisation du module de quantitatif mais surtout au développement de modules et de requêtes dans l’environnement BASE. Nous avons en particulier programmé le calcul des indicateurs à l’aide de requêtes SQL. Exemple de requête qui, pour une configuration donnée, calcule l’indicateur TH01 (consom-mation d’énergie en kwh ep par an et par m2 SHON) :

Les interfaces utilisateur réalisés dans l’environnement Base sous la forme de « formulaires intégrés » se sont avérées décevantes. Nous avons décidé de déporter la consultation de la base dans des tableurs dont le contenu est extrait automatiquement de la base de données grâce à la technologie des « pilotes de données » décrite au chapitre suivant.

�� Quatrième période Elle a consisté à terminer le développement en fonction des besoins exprimés lors de l’étude de l’immeuble virtuel.


2.3 ARCHITECTURE GENERALE Les blocs de couleur orange représentent les logiciels tiers. Les blocs de couleur jaune corres-pondent à ce qui a été développé dans le cadre du projet et dont l’ensemble constitue « l’outil PEREN » :

- un module de production d’un quantitatif des constituants de l’immeuble à partir d’un fichier au format IFC produit par un logiciel de CAO

- des modules pour intégrer à la base de données le résultat de ce quantitatif et la syn-thèse des calculs thermiques

- un module de gestion des bibliothèques - un module de gestion des configurations - un ensemble de macros et de requêtes pour alimenter les outils de consultation

Evaluation

Consultation

CAO

Immeuble.Ifc

TRNSYS

Synthèserésultats STD

(.xls) BDPEREN

Intégrationrésultats

simulations(Base)

Gestion Bibliothèquesmatériaux et objets types

(Base)

QuantitatifVisual Basic

Excel

INIESImport constituants(Base)

Quantitatif(.xls)

IFC svr(contrôleActiveX)

Contrôles(Calc)

Configurations(Calc)

Benchmark(Calc)

Macros OO Basicet requêtes SQL

(Base)

HallAcoustics

Eclairage

Gestion configurations(Base)


3 Description détaillée de l’outil

3.1 QUANTITATIF Nous avons mis en œuvre une solution basée sur le composant ActiveX IFCsvr développé par la société SECOM et disponible gratuitement6. IFCsvr contient des fonctions d’analyse et d’extraction du contenu d’un fichier au format IFC. Ces fonctions sont appelées par une macro Visual basic qui remplit les onglets correspondant à chaque catégorie d’objet à partir du fichier IFC. Nota : cette macro fonctionne uniquement lorsque le logiciel de CAO exporte les quantités sous la forme d’instances de la classe IfcElementQuantity. Cette convention est appliquée pour l’instant par les logiciels Archicad et Bentley Architecture.

Figure 2. Quantitatif IFC : Accueil

Figure 3. Quantitatif IFC : Onglet Murs

6 S’inscrire au groupe http://tech.groups.yahoo.com/group/ifcsvr-users/?yguid=40247048 pour télécharger l’application et sa documentation


Figure 4. Quantitatif IFC : Onglet Portes

Une deuxième macro rassemble l’ensemble des informations dans l’onglet « Constituants ». Elles seront ensuite importées dans la base de données et regroupées par type.

Figure 5. Quantitatif IFC - Constituants de l'immeuble

3.2 INTEGRATION DES RESULTATS DE SIMULATION Les seules valeurs produites par TRNSYS que nous intégrons à la base de données PEREN sont les consommations, les dépenses d’énergie par usage (chauffage, rafraîchissement, ECS, éclairage, auxiliaires et équipements techniques dont la bureautique) et le coût de l’abonne-ment annuel. Le nombre de valeurs par configuration est donc faible et elles sont saisies manuellement. Tout logiciel de thermique capable de les produire peut être utilisé.


3.3 BIBLIOTHEQUE DES MATERIAUX ET OBJETS TYPES Tout constituant d’un immeuble est associé à un objet type auquel sont associés des valeurs unitaires des coûts et des impacts environnementaux, la durée au bout de laquelle il doit être remplacé et un facteur d’actualisation (cf. § 3.7). Lorsqu’on dispose d’une fiche de déclaration environnementale et sanitaire (FDES), les va-leurs des impacts et en particulier l’énergie grise et les émissions de GES sont extraites de la fiche et saisies telles quelles, sans aucune conversion pour réduire le risque d’erreur. L’énergie grise notamment est saisie en MJoules. Mais les cas où il n’existe pas encore de FDES sont encore nombreux. On décrit alors la composition de l’objet type à partir d’une bibliothèque de matériaux et les impacts environnementaux de l’objet type sont déduits auto-matiquement des quantités et des impacts unitaires des matériaux qui le composent.

3.4 BASE DE DONNEES

�� Modèle conceptuel La base de données contient des bibliothèques (matériaux, objets types) et les informations relatives à des configurations d’étude correspondant à divers immeubles ou à diverses varian-tes d’un même immeuble.

-Quantité-Unité-Origine CAO : Boolean

Constituant

-Nom-Site-Nature

Immeuble

-Libellé-Densité-EG kwh par m3-Emissions GES par m3

Matériau

-Quantité-Unité

Composition

-Numéro variante-SHON-Indicateur 1-Indicateur 2-Indicateur 3-...-Comparer : Boolean

Configuration

1

*

-Description-Unité-Coût constructif-Coût exploitation-EG_kwhParM3-GESparM3

ObjetType

1

*

-Libellé-Domaine valeurs

Facteur

-ValeurValeurFacteur

-Usage-Energie-Conso EF-Dépense-Emission GES

Energie

*1

1 *

1

*

* 1

1 * * 1

-Libellé-Catégorie

Groupe

*1*

1

Toute configuration est associée à un ensemble de constituants qui décrivent de quoi est com-posée la variante de l’immeuble. Un constituant est lié à un objet type et un seul. La composi-tion de l’objet type est décrite lorsqu’on ne dispose pas de FDES. Pour formaliser les caractéristiques des diverses configurations et mettre en évidence ce qui les différentie, on utilise une liste de facteurs dont on précise les valeurs pour chaque configu-ration d’étude.


�� Tables

Nom Contenu Bâtiment Les noms et caractéristiques des bâtiments étudiés. Composition Contient la description de la composition d’un objet type sous la forme

d’une liste de composants dont on précise le matériau, la quantité et l’unité (cm, kg, m3). Permet de décrire aussi bien une paroi composite que le bilan matière d’un type de mobilier.

Configuration Contient les caractéristiques principales (référence à l’immeuble, SHON,…) ainsi que les valeurs des indicateurs, finaux et intermédiaires.

Constituant Un élément qui entre dans la composition d’une configuration (une va-riante d’un immeuble). On précise l’objet type et la quantité exprimée dans l’unité définie au niveau de l’objet type

Energie Contient les consommations et les dépenses par usage pour chaque confi-guration.

Facteur Les facteurs qui caractérisent une configuration. Destinés à formaliser les hypothèses de calcul et à mettre en évidence les différences entre les configurations.

Groupe Classification à 2 niveaux des ouvrages et des équipements. 1er niveau : aménagement, construction, équipements, frais (branche utili-sée seulement pour le calcul du coût constructif) .

Historique Enregistrement des évolutions successives de l’application Materiau Bibliothèque des matériaux pouvant entrer dans la composition d’un objet

type. ObjetType Correspond à la notion d’unité fonctionnelle de la base Inies7. Parametres Valeurs nécessaires à certains calculs ou traitements et susceptibles d’être

modifiées ultérieurement comme des coefficients de conversion. Transfert Table intermédiaire pour l’importation des constituants.

7 http://www.inies.fr/


3.5 MACROS

Module/Fonction Description Matériau/ CalculProprietesMateriau

Calcul des impacts environnementaux par unité de volume. Voir schéma ci-après

Composition/ CalculProprietesObjetType

Calcul de l’énergie grise et des émissions de GES pour les ob-jets types dont la composition est connue. Voir schéma ci-après

Indicateurs/ CalculIndicateurs

Calcul automatique des indicateurs. Voir schéma ci-après

Benchmark/ ExportIndicateurs

Transfert automatique dans l’onglet « import » du tableur « Configurations » des valeurs des indicateurs des configura-tions à comparer

ImportIFCBase/ VersBase

Vide la table « transfert » et la remplit avec le contenu de l’onglet « Constituants » du tableur généré par le module Quantitatif. A partir du contenu de la table « Transfert », insère le quantita-tif dans la table « Constituant » pour la configuration choisie

Dupliquer/ DupliqueValeurFacteurs DupliqueConstituants

Pour définir une configuration par clonage d’une configuration déjà présente dans la base. Très utile car la plupart des varian-tes d’un même immeuble sont « à quantitatif constant »

�� Calcul des impacts des matériaux par unité de volume Pour faciliter le contrôle et réduire le risque des erreurs de saisie, l’énergie grise est toujours saisie en Méga Joules, unité utilisée dans les FDES. Cette macro a pour effet de convertir l’énergie grise en Kwh et de calculer les valeurs de l’énergie grise et des émissions de gaz à effet de serre au m3.

[Materiau]EGKwhparM3

CalculProprietesMateriau

[Materiau]EnergieGrise(MJoule par UF)

[Materiau]GESparM3[Materiau]EpaisseurUF(exprimée en cm)

[Materiau]LongueurUF(exprimée en m)

[Materiau]EmissionGES(Kg eq CO2 par UF)

[Materiau]LargeurUF(exprimée en m)


�� Calcul des impacts des objets types dont la composition est connue Lorsqu’on dispose d’une FDES, les valeurs de l’énergie grise et des émissions de gaz à effet de serre sont saisies à partir de la FDES dans les unités de la FDES. Lorsqu’on ne dispose pas de FDES, l’utilisateur décrit la composition de l’objet type à partir des matériaux. Cette macro calcule l’énergie grise et les émissions de gaz à effet de serre d’un objet type à partir de sa composition détaillée.

[ObjetType]EGcm

CalculProprietesObjetType

[Composition]Code

[ObjetType]EnergieGrise(Kwh par UniteUF)

[Composition]Quantité

[Materiau]ID

[Composition]ID_Materiau

[ObjetType]EGKg

[ObjetType]EGm3

[ObjetType]GEScm

[ObjetType]GESKg

[ObjetType]GESm3

[ObjetType]EmissionGES(Kg eq CO2 par UniteUF)

[Materiau]EGKwhparM3

[Materiau]GESparM3

[ObjetType]Code

[Composition]Unité(cm, m3 ou kg)

[ObjetType]Composition(Vrai si composition définie)


�� Calcul des indicateurs

[Configuration]TH01Consommation annuelle d’énergie

primaire (Kwh ep/m2 SHON)

CalculIndicateurs

[Energie]

[Configuration]TH02Dépense énergétique annuelle,

abonnement inclus (€HT/m2 SHON)

[Configuration]CT1Coût de construction

(clos-couvert, équipements et frais)(€HT/m2 SHON)

[ObjetType]

[Configuration]IMP3Energie grise (Kwh/m2 SHON)

[Constituant]

[Parametres]

Variable Choix configuration

[Configuration]IMP2Emissions GES induites par lesproduits, remplacements inclus

(kg eq CO2/m2 SHON)

[Configuration]IMP1Emissions GES induites par les

consommations d’énergie(kg eq CO2/m2 SHON)

[Configuration]

[Configuration]CT2Coût aménagement avec prise en

compte des remplacements(€HT/m2 SHON)


3.6 OUTILS DE CONSULTATION ET D’ANALYSE Les tableurs « Contrôles », « Configurations » et « Benchmark » exploitent le contenu de la base de données. L’information est extraite par des requêtes SQL. La composition des ta-bleaux de présentation et les fonctionnalités de filtrage sont définies à l’aide de pilotes de données.

La technologie des « pilotes de données » s’apparente à celle des tableaux croisés dynamiques d’Excel. Un pilote de données est associé à une table ou à une requête. Parmi les champs disponibles de la table ou de la requête, on choisit ceux qui composeront le tableau, ceux qui permettront d’effectuer des sélections et ceux pour lesquels on veut un cumul. Il suffit ensuite de les faire glisser dans la zone concernée :

Base de données

PEREN

Contrôles

Configurations

Benchmark

Requêtes SQL

Pilotes de

données

Champs disponibles

Champs de filtrage

Colonnes

Champ à cumuler


SELECT "Batiment"."Batiment" AS "Bâtiment", "Configuration"."NumeroVariante" AS "Variante","Configuration"."ID" AS "Configuration" , "Configuration"."SHON", "Energie"."Usage", "Ener-gie"."Energie", "Energie"."ConsoEF" AS "Kwh ef/an", "Energie"."ConsoEF" / "Configura-tion"."SHON" AS "Kwh ef/an/m2 SHON", "Energie"."ConsoEF" * "Parametres"."Valeur" AS "Kwhep/an", "Energie"."ConsoEF" * "Parametres"."Valeur" / "Configuration"."SHON" AS "Kwhep/an/m2SHON"

FROM "Batiment", "Energie", "Configuration", "Parametres"

WHERE "Configuration"."ID" = "Energie"."Configuration"AND "Batiment"."ID" = "Configuration"."ID_Immeuble"AND "Energie"."Energie" = 'Electricité'AND "Parametres"."NomVariable" = 'ConversionElecEP'AND "Energie"."Usage" <> 'Abonnement'

UNION

…

Figure 6. Extrait de la requête de calcul des consommations associée au pilote

Figure 7. Consommations d’énergie par usage pour la variante 1 de l’immeuble GA


3.7 COUT GLOBAL PARTAGE Le développement durable motive actuellement des approches en coût global non limitées au strict point de vue économique. Le coût global fait l’objet d’une norme internationale (ISO/DIS 15686-5) qui est prise comme référence par un document récent du MEDDAT8. Cette norme introduit la notion de coût glo-bal étendu lorsqu’il intègre des externalités, c’est-à-dire « des contraintes (externalité néga-tive) ou des bénéfices (externalité positive) revenant à des tiers. En particulier, les émissions en CO2 pourront être monétisées en valorisant la tonne de carbone suivant des études sur l’évolution des prix du marché ou suivant son coût institutionnel. 9» Cette notion de coût global étendu est équivalente à celle du coût global partagé introduite dans le document « Ouvrages publics et coût global10 ». C’est l’option que nous avions rete-nue dès le début du projet PEREN avec le développement d’un outil de coût global partagé, complémentaire aux autres outils utilisés par les membres de l’équipe de recherche pour l’évaluation des immeubles de bureau. Ce chapitre décrit successivement la méthode de calcul, le périmètre exact de l’outil et son application à la comparaison des variantes de l’immeuble virtuel.

�� Formules d’actualisation Soit a le taux réel d’actualisation. La norme ISO 15686-5 fixe une fourchette de 0 à 4%. Nous avons retenu la valeur de 4% pour l’ensemble des biens et services intervenant dans le cycle de vie de l’ouvrage. Soit g le taux de glissement des prix dont la valeur pourra varier suivant les postes. Nous avons pris les valeurs suivantes que l’outil permet de modifier si nécessaire :

Consommations électriques 5% Consommations gaz 10%Carbone 6% Maintenance 5% Remplacements 3%

La valeur actualisée d’un coût dépensé l’année n et dont la valeur l’année de la construction est de C est donnée par la formule [1] :

n

agCnVA

++×=

11)(

8 Calcul du Coût Global. Objectifs , méthodologie et principes d’application selon la norme ISO/DIS 15686-5 MEDDAT/CGDD/SEEI, version du 10/2/2009 www-coutglobal-developpement-durable-gouv-fr.aw.atosorigin.com/aide/download/filename/resume_norme.pdf 9 http://www-coutglobal-developpement-durable-gouv-fr.aw.atosorigin.com/glossaire 10 Ouvrages publics & coût global : une approche actuelle pour les constructions publiques ». Publication de la Mission Interministérielle pour la Qualité des Constructions Publiques (MIQCP).


Plusieurs postes de dépense ont une périodicité annuelle comme les dépenses d’énergie. A partir de la formule précédente, on obtient la formule [2] qui donne le cumul sur n années des valeurs actualisées d’un coût dont on s’acquitte tous les ans et dont la valeur l’année de la construction est de C : Si a≠g

( )gag

agCnCVA

n

−+×

++−×= 1

1111,

Si a=g, CVA(n,1) = n x C Certaines dépenses comme celles induites par les remplacements ont une périodicité p supé-rieure à l’année. Nous avons notamment considéré que la plupart des éléments de mobilier étaient remplacés tous les 8 ans. La formule [3] donne le cumul sur n années des valeurs actualisées d’un coût C qui est réglé avec une périodicité p :

111

111

),(

−

++

++−

×= p

n

ga

ag

CpnCVA

Nous appelons facteur d’actualisation le facteur multiplicatif à appliquer à une dépense ef-fectuée avec une périodicité p pour obtenir le cumul des valeurs actualisées de ces dépenses au bout de n années :

CVA(n,p) = C x Facteur d’actualisation Lorsqu’actualisation et glissement ont même valeur, il convient de multiplier la dépense par le ratio n/p, soit par 5 pour une dépense effectuée tous les 8 ans pendant 40 ans. Pour un glisse-ment supérieur (inférieur) à l’actualisation, le cumul sera supérieur (inférieur) à ce ratio :

Facteur d’actualisation Périodicité 3% 4% 5% 6%

1 33,0 40,0 49,0 60,5 4 8,1 10,0 12,4 15,6 8 4,0 5,0 6,3 8,1 16 1,9 2,5 3,3 4,3 24 1,2 1,7 2,3 3,1 32 0,9 1,3 1,8 2,5 40 0,7 1,0 1,5 2,1


Un tableur11 a été créé pour calculer les facteurs d’actualisation des objets type en fonction de la périodicité de renouvellement et du taux de glissement.

1 2 4 6 80,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

3%4%5%6%

Périodicité de remplacement

Fact

eur d

'act

ualis

atio

n

Figure 8. Variations du facteur d’actualisation pour des périodicités de 1 à 8 ans

8 16 24 32 400

2

4

6

8

10

3%4%5%6%

Périodicité de remplacement

Fact

eur d

'act

ualis

atio

n

Figure 9. Variations du facteur d’actualisation pour des périodicité de 8 à 40 ans

11 VariationsFacteurActualisation.ods


�� Périmètre de l’outil et traitement des différents postes de coût Etudes

Ce poste de coût n’a pas été pris en compte pour l’instant. D’une part, son poids est faible, de l’ordre de 2% du coût global. D’autre part, il serait peut-être plus judicieux d’évaluer le coût des études, non plus classiquement en pro-portion du coût des travaux, mais en raison de la complexité des études qui sont néces-saires à l’obtention de performances élevées et à la maîtrise de la qualité des ambian-ces (simulations thermiques dynamiques, calculs acoustiques,…). L’écart ne serait sans doute pas significatif rapporté au coût global.

Coût constructif initial

Il est calculé automatiquement par requête à partir des quantités des constituants et des prix unitaires des objets types associés à ces constituants. Il englobe le clos couvert, les équipements et les frais divers.

Maintenance et renouvellements annuels hors aménagement

Même avec l’aide des entreprises membres du consortium, il nous a été difficile d’estimer des prix unitaires relatifs à l’exploitation. Nous estimons le coût annuel de maintenance et de renouvellement en pourcentage du coût constructif initial. Nous avons pris la valeur 2,1% proposée pour les bureaux non IGH12 et avons ainsi obtenu une valeur annuelle qui est actualisée à l’aide de la formule [2] avec un taux de glissement de 3%.

Aménagement

Les constituants dont la durée de vie est inférieure à celle de l’immeuble font l’objet de renouvellements. Ceux-ci sont déjà pris en compte dans le calcul des émissions de GES. Pour chaque objet type, nous avons saisi le facteur d’actualisation correspondant à sa durée de vie et à une hypothèse de taux de glissement (3%). Le coût des remplace-ments est actualisé en multipliant le prix unitaire de l’objet type par la quantité mise en œuvre puis par le facteur d’actualisation.

Fluides

Les dépenses énergétiques annuelles sont actualisées à l’aide de la formule [2]. Elles prennent en compte l’abonnement et les dépenses induites par les usages suivants : chauffage, rafraîchissement, éclairage, bureautique et auxiliaires. Les dépenses relatives à l’eau ne sont pas traitées. Elles sont réduites à l’eau froide dans la mesure où la tendance actuelle est de ne pas proposer d’ECS.

12 Calcul du Coût Global. Objectifs , méthodologie et principes d’application selon la norme ISO/DIS 15686-5 MEDDAT/CGDD/SEEI, version du 10/2/2009


Carbone On distingue trois sources d’émissions de GES :

- les consommations d’énergie - les émissions induites par les constituants initiaux de l’immeuble en prenant en

compte la construction et l’aménagement - les émissions induites par les constituants dont la durée de vie est inférieure à celle

de l’immeuble et qui font l’objet de remplacements. Ces émissions sont calculées chaque fois que disponible à partir des FDES qui prennent en compte les émissions tout au long du cycle de vie des produits. En anticipant l’application d’une taxe carbone aujourd’hui à l’étude, il est possible de mo-nétiser les émissions de GES. Nous avons pris comme assiette l’ensemble des émissions que nous venons d’énumérer. En toute rigueur, il faudrait actualiser les versements de la taxe carbone sur une base annuelle pour celles liées aux consommations et en fonction de la périodicité pour celles dues aux remplacements. Par simplification et parce que ce poste est très faible par rapport aux autres composantes du coût global partagé, nous avons ramené l’ensemble des émissions à un tonnage annuel, monétarisé par la taxe carbone puis actualisé à l’aide de la formule [2]. Le taux de glisse-ment a été supposé égal à 6%.

Transport

Les incidences du transport en matière d’émissions de GES ne sont pas prises en compte car, spécifiques à l’implantation de l’immeuble, elles doivent être traitées à une autre échelle avec des outils dédiés.

Déconstruction

Pas pris en compte car le pourcentage prévisionnel est faible et il est écrasé par l’effet de l’actualisation.

�� Application à la comparaison des variantes de l’immeuble virtuel Un onglet du tableur Benchmark.ods a été dédié au coût global. Le calcul est sensible aux paramètres suivants :

Taux d'actualisation 4,0%

Taxe carbone 27 €/tonne

Durée 40 ans

Maintenance et renouvellementhors aménagement

en fonction du coût initial 2,1%

Ainsi qu’aux valeurs du facteur d’actualisation de chaque objet type :


Construction Aména-gement Energie Carbone

Variante SHON Coût initial cons-

truction

Coûts ex-ploitation annuels

Taux de glisse-ment

Cumul valeurs actualisées exploitation construction

Cumul valeurs actualisées

aménagement

€ / m2 SHON par an

€/an Taux de glisse-ment

Cumul valeurs actualisées

Tonnes eq CO2 €/an

Taux de glisse-ment

Cumul valeurs

actualisées

Coût global partagé

Base 10 190 9 831 795 € 206 468 5,0% 10 110 107 € 6 722 064 € 5,39 54 962 5,0% 2 691 335 € 187 5 058 6,0% 306 219 € 29 661 521 €

Grenelle 10 190 9 218 275 € 193 584 5,0% 9 479 220 € 6 880 866 € 2,85 29 092 5,0% 1 424 548 € 161 4 354 6,0% 263 645 € 27 266 554 €

Facteur 4 Consos 10 190 9 235 816 € 193 952 5,0% 9 497 257 € 6 697 119 € 3,09 31 458 5,0% 1 540 404 € 161 4 341 6,0% 262 823 € 27 233 420 €

Facteur 4 Construction 10 190 8 796 324 € 184 723 5,0% 9 045 324 € 7 573 404 € 3,09 31 458 5,0% 1 540 404 € 64 1 715 6,0% 103 821 € 27 059 277 €

Base Grenelle Facteur 4 Consos Facteur 4 Construction0 €

5 000 000 €

10 000 000 €

15 000 000 €

20 000 000 €

25 000 000 €

30 000 000 €

CarboneEnergieCumul valeurs actualisées aménagementCumul valeurs actualisées exploitation constructionCoût initial construction


4 Procédure d’utilisation

Début étude bâtiment

Production de la maquette numérique du bâtimentau format IFC avec un logiciel de CAO

QTO-PEREN.xls

Utilisation de l’application PEREN Quantitatifpour produire le quantitatif des constituants

Bâtiment.ifc

Import du quantitatif dans la base de données(Macro VersBase)

Peren.odb

Revue des constituants pour contrôle et ajoutséventuels de matériaux et d’objets types

(Macros CalculProprietesMateriau etCalculProprietesObjetType)

Duplication éventuelle du quantitatif pour l’étude devariantes « à quantitatif constant »

(Macro DupliqueConstituants)

Création des configurations d’étudeSaisie des valeurs des facteursde différentiation des variantes

(Macro DupliqueFacteurs)

Configurations.ods

Contrôle du quantitatif, des facteurs de différentiationet des résultats (énergie blanche et grise, emissions

de GES par usage et par constituant, coûts)

Saisie des résultats des simulations thermiquesdynamiques

Calcul automatique des indicateurs TH1, TH2, CT1,IMP2, IMP3 et saisie des autres indicateurs.

(Macro CalculIndicateurs)

Choix des configurations à compareret génération du comparatif(Macro ExportIndicateurs)

Analyse du comparatif

Benchmark.ods

Fin étude bâtiment CAO EXCEL BASE CALC

Contrôle des bibliothèquesContrôles.ods


5 Conclusion

5.1 BILAN DU DEVELOPPEMENT Le développement de l’outil a été beaucoup plus long que prévu initialement et s’est étalé sur toute la durée du projet. La version actuelle dispose des principales fonctionnalités dont nous avions besoin :

- Extraction d’un quantitatif à partir d’une description de l’immeuble au format IFC - Gestion d’une bibliothèque de matériaux et d’objets types permettant de tenir compte

des impacts environnementaux de produits pour lesquels on ne dispose pas encore de FDES

- Calcul automatique des principaux indicateurs pour comparer les différentes configu-rations d’étude

- Détermination d’un coût global partagé intégrant un poste carbone - Tableurs de contrôle et d’analyse alimentés automatiquement à partir de la base de

données à l’aide de la technologie des pilotes de données. L’outil est toutefois à considérer comme un prototype, principalement du point de vue de l’interface utilisateur.

5.2 AMELIORATIONS POTENTIELLES

�� Extension du quantitatif à d’autres classes d’objets Le module pourrait être étendu à d’autres classes d’objets pour le rendre plus polyvalent.

�� Une meilleure prise en compte des durées de vie Dans nos évaluations, le paramètre « Durée de vie de l’immeuble » a été supposé égal à 40 ans. Lorsqu’un objet type a une durée de vie inférieure, nous prenons en compte les renouvel-lements ce qui a des répercussions sur les calculs d’énergie grise, d’émissions de GES et de coût. Nous ne réduisons pas les impacts si la durée de vie est supérieure à 40 ans ce qui est souvent le cas pour les éléments structurels et pénalise les composants dont la durée de vie est élevée.

�� Une interface utilisateur convivial et sécurisé C’est l’évolution la plus importante. Elle sera indispensable pour que l’outil puisse servir à d’autres utilisateurs que les partenaires du projet et elle nécessitera sans doute un changement d’environnement. Une amélioration de la convivialité et de la sécurisation des saisies ne résoudra toutefois pas tous les problèmes car les principales difficultés que nous avons eu à surmonter au cours de la recherche ont été l’estimation de certaines quantités (réseaux notamment) et la détermination de certains impacts environnementaux.


6 Annexes

6.1 CONTROLES

�� Objets types

�� Matériaux

�� Compositions

�� Paramètres


6.2 CONFIGURATIONS Les copies d’écran correspondent à la configuration de Base (immeuble standard respectant la réglementation thermique 2005).

�� Constituants

�� Consommations d’énergie

�� Coût de l’énergie

�� Emissions de GES par usage


�� Energie grise par constituant compte tenu des remplacements

�� Emissions de GES par constituant compte tenu des remplacements

�� Coût constructif

�� Hypothèses et facteurs de différentiation


6.3 BENCHMARK

�� Tableaux comparatifs

Variante SHON

GES totales

Siège GA 265,91 62,08 10,00 43% 522,00 13,05 57% 23,05Immeuble Saarinen 735,33 60,90 26,10 65% 563,00 14,08 35% 40,18

Base 189,11 51,80 5,20 28% 527,38 13,18 72% 18,38Grenelle 94,01 83,55 2,20 14% 545,16 13,63 86% 15,83

Facteur 4 Consos 101,16 83,51 2,42 15% 534,38 13,36 85% 15,78Facteur 4 Construction 101,16 70,71 2,42 39% 152,58 3,81 61% 6,23

Energie blanche Energie grise, remplacements pendant la DVI inclus

GES induits par les consommations

GES induits par les produits, remplacements pendant la DVI inclus

Kwh ep/m2 SHON et par

annuité

Kwh ep/an.m2 SHON sur la DVI

Kwh ep Kwh ep/m2 SHON et par annuité

Kg eq CO2/m2 SHON et par annuité

Kg eq CO2/m2 SHON sur la DVI

Kg eq CO2/m2 SHON et par annuité

Kg eq CO2/m2

SHON et /an3 012 2 483,00

18 000 2 436,0010 190 2 072,1910 190 3 341,9910 190 3 340,3110 190 2 828,57

�� Histogrammes

�� Comparaison des émissions GES (consommations vs constituants)


�� Emissions GES totales vs coût

0 5 10 15 20 25 302 000

2 100

2 200

2 300

2 400

2 500

2 600

2 700

2 800

2 900

3 000

Facteur 4 ConstructionFacteur 4 ConsosGrenelleBase

Emissions GES induites par les constituants et les consommations

Coû

t con

stru

ctif

+ dé

pens

es é

nerg

ie p

enda

nt D

VI (

€HT/

m2

SH

O

�� Emissions GES par catégorie d’ouvrage

FaçadesFenêtres

FondationsPlanchers

StructureToiture

Equipements-CVCEquipements-Electricité

CloisonnementFaux plafond

Faux plancherMobilier

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200Base Grenelle Facteur 4 Consos Facteur 4 Construction

Documents

Outil de calcul du coût global partagé