Innovative construction in Canada’s extreme environments: Combining computational design and digital fabrication with modern timber techniques

Zerrad, Yakine (2024). Innovative construction in Canada’s extreme environments: Combining computational design and digital fabrication with modern timber techniques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

To help solve the housing crisis in Northern Canada’s permafrost zones, this article-based thesis explores the combination of Computational Design (CD) and modern construction techniques. The study discusses how Cross-Laminated Timber (CLT) and 3D printing can be used to develop adaptable, sustainable, and culturally suitable housing solutions that address the logistical, cultural, and environmental challenges of extreme climates. The research highlights the use of CD for the optimization of structural configurations and resources in remote construction sites, where transportation costs are expensive, and access is often challenging or even impossible. The research is organized around two main themes: the need to incorporate Indigenous culture values into architectural design and the technological potential of employing CLT and 3D printing in extreme environment. The case studies from Canada and international projects are used as references to evaluate how these construction technologies are applied in real-world contexts. Findings suggest that 3D printing presents a great opportunity in terms of waste reduction, customization, standardization, and ease of assembly. On the other hand, CLT offers a great alternative for conventional building materials, accelerating construction and reducing the carbon footprint.

An important aspect of this research involved a participation in a two-week analog mission at LunAres Research Station in Poland. The mission simulated an isolated environment and brought relevant information of psychological challenges that a human can face in daily life during space missions. The mission underlined the need to design spaces that support psychological well-being, reduce stress, and offer privacy and human interaction. The mission presents essential results on resource management, health monitoring, waste reduction, and self-sustained habitat. Finally, the research reveals the need of continued innovation and collaboration between, industry, researchers, and indigenous communities to effectively address the distinct housing crisis of Northern Canada and promote environmental sustainability and respect of cultural heritage.

Titre traduit

Construction innovante dans les environnements extrêmes du Canada : intégration de l’impression 3D et du bois lamellé croisé à travers la conception computationnelle et la fabrication numérique

Résumé traduit

Afin de contribuer à résoudre la crise du logement dans les régions de pergélisol du Canada Nord. Cette thèse par articles explore la combinaison de la conception computationnelle (Computational Design - CD) et des techniques de construction modernes. L’analyse aborde de comment le bois lamellé-croisé (Cross-Laminated Timber - CLT) et l'impression 3D peuvent être utilisés pour développer des solutions de logement adaptables, durables et culturellement appropriées qui répondent aux défis logistiques, culturels et environnementaux des climats extrêmes. La recherche met en avant l'utilisation d'Ameba et de Karamba 3D pour l'optimisation des configurations structurelles et des ressources sur des chantiers de construction éloignés, où les coûts de transport sont élevés et l'accès est souvent difficile, voire impossible. La recherche s’articule autour de deux axes principaux. La nécessité d'incorporer les valeurs culturelles autochtones dans la conception architecturale et le potentiel technologique d'utiliser le CLT et l'impression 3D dans des environnements extrêmes. Des études de cas provenant du Canada et de projets internationaux sont utilisées comme références pour évaluer comment les technologies de construction sont appliquées dans des contextes réels. Les résultats suggèrent que l'impression 3D offre une opportunité majeure en matière de réduction des déchets, de personnalisation, de standardisation et de facilité d'assemblage.

Un aspect important de cette recherche a été ma participation à une mission analogique de deux semaines à la station de recherche LunAres en Pologne. La mission a simulé un environnement d'isolement et à fournir des informations précieuses sur les défis psychologiques auxquels l'être humain peut être confronté dans la vie quotidienne. Enfin, la recherche révèle la nécessité d'une innovation continue et d'une collaboration entre l'industrie, les chercheurs et les communautés autochtones pour aborder efficacement la crise du logement distincte du Nord canadien et promouvoir la durabilité environnementale et le respect du patrimoine culturel.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master’s degree with thesis in construction engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 195-204).
Mots-clés libres:	conception computationnelle, impression 3D, bois lamellé-croisé, environnements extrêmes, pergélisol, architecture autochtone, construction durable, mission analogique, crise du logement
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Iordanova, Ivanka
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	16 avr. 2025 18:44
Dernière modification:	16 avr. 2025 18:44
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3574

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