Karayolu projelerinde yeni teknolojilerin kullanımı
Usage of new technologies in highway projects
Yazar: EMRAH ERDEM ÖZLÜ
Danışman: DOÇ. MURAT ERGÜN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry ; Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Harita üretimi = Map production ; Haritalama = Mapping ; Kara yolları = Highways ; İnşaat mühendisliği = Civil engineering

Özet:
İnsanoğlunun varoluşundan beri en önemli ihtiyaçlarından biri hareket etme ya da bir noktadan diğerine ulaşma talebidir. Bu gereklilik için ise doğada hep optimum geçkileri aramıştır; kısa, güvenli, zahmetsiz olanları yüz yıllar boyu kullanmıştır. Tekerleğin icat edilmesi ve ticari olarak kullanılmaya başlanmasından sonra ise uzun ticaret yolları tasarlamış ve globalleşmenin ilk adımları atılmıştır. Karasal yollarla liman kentlerindeki zenginlik, iç kentlere de yayılmıştır. 
Tekerleğin makine ile birleşiminden, kısacası aracın icadından sonra ise mesafeler daha da kısalmış, en temel varoluş talebi, gereklilikler kadar keyfi sebeplere de hasıl olmuştur. İnsanın yaşadığı her yere araç yolları tasarlanmış, araçlar insanın yeni uzvu haline gelmiştir.
Her aşamasında bir mühendislik problemini içeren ulaştırma konusu, zamanla sistem tasarımı ve inşasını içeren bir bilim dalı haline gelmiştir. Bu bağlamda planlama, tasarım, inşaat, bakım ve işletme alanları, ulaştırma mühendisliğinin temel konularıdır ve her biri ayrı uzmanlıklar gerektirmektedir. Bu yapı itibariyle ulaştırma mühendisliği, çok branşlı bir içeriğe sahiptir. Mühendislik, tasarım ve planlamaya dair pek çok temel bilgi bu mühendislik dalında birleşmektedir. Ulaştırma problemlerini çözümlemek, uzun ve meşakkatli bir takım çalışması gerektirmektedir.
Pek çok tasarım dalında olduğu gibi ulaştırma mühendisliğinde de tasarım aşamaları bilgisayar destekli çizimin hayatımıza girmesiyle evrilmiştir. Tasarım zaman içinde kâğıttan dijital ortama, iki boyuttan üç boyuta, çizgilerden nesnelere taşınmıştır. Tasarım aşamalarının dijitalleşmesiyle daha büyük projeler daha kısa zamanlarda tasarlanmaya başlanmış, ancak bu süreçler beraberinde yeni soruların oluşmasına sebep olmuştur.
Gerek veri boyutları gerekse yol mühendisliğinin çok branşlı bir yapıya sahip olması, tek bir platformda-formatta tüm verileri işlemeyi zorlaştırmaktadır. Son zamanlarda büyük projelerin teknik şartnamelerinde çokça karşılaştığımız üzere, bulut üzerinden veri aktarımları ve birbirlerine çevrilebilir bilgi setleri üretmek mümkündür. Kaldı ki, birbiri arasında geçebilen dinamik veriler üretmek ve üretilen bu verileri ayrı platformlarda kullanmak mümkünse, tasarım programlarını da aynı çatı altında kullanmak anlamsız kalabilir. O halde gereken, tasarım sürecinin tümüyle dinamik hale gelmesi için bir iş akışı ortaya koymaktır. Burada oluşturulması gereken kılavuz şu beş sorunun cevabı niteliğinde olmalıdır; tasarım öncesi hangi veriler hangi formatta toplanacak, toplanan verilerin hassasiyeti ne olacak, tasarımda hangi araçlar kullanılacak, hangi ortak şartnamelere uyulacak, tasarım sonrası üretilen veriler hangi formatta ve platformda yayınlanacak, üretilen veriler hangi hassasiyette uygulanacak, imalat aşaması nasıl kontrol edilecek?
Yol tasarımı ve imalatı yapan kurumların iş akış süreçlerine bakıldığında, karar verme, tasarım, uygulama ve işletme aşamalarının dinamik bir akışta bir arada yürümediği görülmektedir. Yeni teknolojilere yeteri kadar adapte olunmaması ve ekip kabiliyetlerinin farklılıklar göstermesi gibi sebeplerden ötürü, proje başlangıcından işletmeye kadar geçen süre zarfında, benzer kalite kriterleriyle devam edilememesine sebep olmaktadır. Karar verici kurumların yüksek nitelikteki verilerini uygun formatlarda paylaşamaması ya da diğer kurumlarla entegre olunamaması başlangıçtaki en önemli problemlerden biridir. Proje safhalarında üretilen verilerin, klasik proje teslim yöntemleri sebebiyle imalat aşamalarına aynı kalitede aktarılamaması ise diğer önemli problem olarak görülebilir. Bu bağlamda, birbirinden tamamen kopuk yürüyen süreçler, işletme aşamasında da geri dönülmesi oldukça zor sorunlara sebep olmaktadır. 
Son yıllarda büyük projelerde karşılaşılan en büyük zorluk, disiplinler arası geçişlerin uygun şekilde yapılamaması ve henüz proje gruplarının veri kaybı olmaksızın paylaşılabilir verileri üretecek yetenekte olmamasıdır. Örnek verilecek olursa, köprü projesi yapılırken yol kotlarından faydalanılır ve genellikle yol projesi yapan grup çizim formatında iki boyutlu ya da üç boyutlu nokta dosyaları ya da kot yazıları paylaşır. Köprü tasarımcısı elindeki veriden yeni veriler üretmeye çalışır; kenar profilleri ya da enkesitleri, kotları enterpole ederek tahmin eder. Aslında çoğu programda artık yüzeyler (surface) ve örgüler (mesh) ya da çoklu yüzler (polyface) elde edilebilmektedir. Hatta bu veriler proje kriterleri değiştikçe güncellenebilmektedir, yani dinamiktir. 
Aslında doğru veri, doğru sıra ile ve dinamik bir yapıda paylaşılırsa tasarım süreci hazırlanır, süperpoze planların içerikleri güçlenir ve çakışma kontrolleri çaprazlanarak en az hata ile proje üretimi yapılabilir. Dinamik projeler, düzeltilmiş projelerin yapımını (as-built) kolaylaştırır, böylece işletme ve rehabilitasyon aşamasında hep güncel projeler kullanılabilir.
İnşaat ve harita sektörlerine konu olan teknolojilerde yaşanan yeni gelişmeler, iş akış süreçlerini değişmeye zorlamaktadır. Özellikle işlemci teknolojisi ve veri aktarım hızlarındaki artış, proje paydaşlarının hayal sınırlarını genişletmektedir. Artık süreçlerin daha sorunsuz, dinamik ve hızlı ilerlemesini sağlamak için gereken tek şey saf bilgidir.
AEC endüstrisinde (Architecture Engineering Construction Industry) tasarım süreçlerinde kullanılan ortak dilin adı BIM (Building Information Modelling) olarak bilinir. Son zamanlarda özellikle büyük projelerin yapımında kullanılan BIM, dijital bir modelin oluşturulma, paylaşılma ve yönetilme biçimidir. BIM altyapısı yeni teknolojilerin kullanılmasını desteklemekte ve yaşam döngüsünde akıllı modellerin üretilmesini gerekli kılmaktadır. BIM ile projelerdeki zaman, maliyet ve kalite ayaklarının dengede tutulmasına gayret edilir.
BIM süreçleri ortaya çıkış amacı itibariye üstyapı çalışmaları sınırlarında sorunsuz çalışsa da, yapıların çevreyle entegrasyonu ve altyapı problemlerine henüz tam anlamıyla entegre olamamaktadır. Dünyada çeşitli altyapı projelerinde kullanılan bu sistemin adı çoğu zaman "BIM for Infrastructure" (altyapı için BIM) olarak geçse de pek çok kaynakta çeşitli tanımlar karşımıza çıkmaktadır. Aslında henüz ortak bir isim bulunamaması, belki de içeriğinin ve sınırlarının tam olarak ortaya konamamasından ileri gelmektedir. 1995 yılında çeşitli yazılım şirketlerinin ve araştırma enstitülerinin desteği ile kurulan IAI (Industry Alliance for Interoperability), hala ortak bir dilin oluşması için çalışmalarına ara vermeden devam etmektedir. Karayolu mühendisliği ile ilgili bugüne kadar yapılan çalışmalar henüz sonuçlanmamış olsa da, son günlerde buildingSMART tarafından sektörün öncüleriyle nitelikli çalışmalar yapıldığı bilinmektedir. 
Gelişen inşaat ve haritacılık teknolojileri konusunda sektörde bu sıkıntılar yaşanırken, yeni teknolojilerin süreçlere dahil edilmesi konusunda benzer sorunlar bulunmaktadır. Özellikle BIM konularında yeterli sayı ve nitelikte uzmanların olamaması, kurum altyapılarının ve proje şartnamelerinin henüz tam manasıyla BIM çalışmalarına hazır olmaması sebebiyle geçişler oldukça sancılı olabilmektedir. 
Bu yüksek lisans tezinin amacı, ulaştırma mühendisliğinin tasarım ve imalat sürecine dahil olan alt branşları güncel teknolojilerle birleştirip veri dinamikliğini ve geçişkenliğini sağlayan yeni bir iş akışı ortaya koymaktır. Halihazırda şartnamelere henüz girmemiş olsa da kullanılan yeni teknolojilerin, çok branşlı bu yapının altında birleşmesini sağlayacak öneri bir akış şemasıyla, tasarım çalışmalarının başlangıcından işletmeye kadar ortak bir veri dilinin kullanılabilirliğini ve sürdürülebilirliğini göstermek amacıyla örnek çalışmalar yapılacaktır.
Ulaştırma mühendisliği projelerinde en büyük problemlerden biri, maliyet, zaman ve kalite optimizasyonunun projelendirme aşamasında tasarlanmasına rağmen, inşaat aşamasına geçildiğinde bütçe ve zaman bakımından sıkıntılı durumlara düşülmesidir. AEC endüstrisinde amaç, bir projenin tüm yaşamsal döngüsünün kontrol edilebileceği bir iş akışı ortaya koyabilmektir. Bu sayede proje aşamasında planlanan işletme şemasının, ortaya konulan eserin hayat döngüsüne katkıda bulunacağı düşünülmektedir. Bu tezin katkısı, projelerin "Altyapı için BIM" ayağına, karayolu mühendisliği konusunda bir iş akışı önerisi sunmak ve bu sayede sağlıklı bir yaşam döngüsü oluşturmayı sağlamak olacaktır.

Abstract:
One of the most important needs of human beings since their existence is to move or to reach from one location to another. Because of this basic necessity, he always looked for optimum routes in nature, and used the shortest, safest and easiest ones for centuries. With the invention and commercial use of wheel, he designed long trade routes and took the first steps of globalisation. With the help of land routes, the wealth of coastal towns expanded to hinterland.
After the combination of the wheel with the machine, or in other words after the invention of the vehicle, the distances have been further shortened, and the most basic demand for existence has evolved from just the basic requirements to arbitrary reasons. Vehicle paths have been designed wherever people live, and vehicles have become the new limb of human beings.
With the development of vehicles and highways in time, transportation, which covers an engineering problem in every stage, has become a science branch that involves system design and construction. In this context, planning, design, construction, maintenance and management are the basic topics for transportation engineering, and each topic has its own expertise field. And because of its structure, transportation engineering has a multi-branch content. Many basic know-hows about engineering, design and planning were integrated in this engineering discipline. However, since it is a multi-branch discipline, long and tedious teamwork is needed to solve the transportation problems.
As well as many other design branches, in transportation engineering design phases have evolved with computer-based drawing, also.  Design has transferred from paper to digital environment, from 2D to 3D, from lines to objects. With the digitalisation of design, bigger scaled projects were able to be designed in shorter time. But those phases brought new questions with them since it is hard to process all data in one platform and format, because of the data size and multi-branch structure of transportation engineering. 
Both the data sizes and the multi-branch structure of road engineering make it difficult to process all data in a single platform or format. As we see in full-scale projects' specifications recently, it's possible to transfer data via cloud and to produce convertible information sets nowadays. Besides, if it is possible to produce dynamic data and to use this data in different platforms, then it can be senseless to use the design tools under the same roof. So, building a workflow to form a totally dynamic design process is needed. The process guide should answer these five main questions; which data must be collected before design and in which format, how should we determine the sensitivity of pre-design data, which tools will be used in design, which specifications will be considered, in which format and platform will post-design data be issued and how will it be controlled?
When the workflow processes of the road designing and manufacturing institutions are analyzed, it is seen that the decision making, design, implementation and operation phases do not work together in a dynamic flow. Due to the lack of adaptation to new technologies and differences in team capabilities, it cannot be continued with similar quality criteria during the period from start of a project to operation phase. One of the most important problems at the beginning is that decision-makers cannot share high quality data in appropriate formats or those data cannot be integrated with other institutions. Another important problem is that the data produced during the project phases cannot be transferred to the manufacturing stages with the same quality due to classical project delivery methods. In this context, processes that are completely disconnected from each other cause problems which are very difficult to overcome during the operation phase.
The main challenge we have faced in big scale projects in recent years is the lack of proper inter disciplinary transformations and avoiding data loss. For example, in a big-scale bridge project level values are used and usually the team working on road project shares two or three-dimensional point cloud drawings or level plans. Bridge designer tries to generate new data from these and estimates side profiles and cross sections by interpolating grades. However, if a complete data set is shared in proper inter disciplinary transformation, many computer software can generate surface, mesh and polyface nowadays. Moreover, these data sets can be updated with changes to project and therefore are dynamic indeed. 
Actually, if the correct data is shared in the correct order and in a dynamic structure, the design process can be prepared more accurately where the contents of the superposed plans are strengthened and the overlap controls can be crossed and the project can be produced with the least error. Dynamic projects simplify the construction of as-built projects, so projects are always up-to-date at the operation and rehabilitation stage.
New developments in the technologies that are the subject of construction and mapping industries force the work flow processes to change. In particular, the increase in processor technology and data transfer rates broadens the imagination of project stakeholders. Now all that is needed is pure information to make processes go smoothly, dynamically, and faster.
In the AEC industry (Architecture Engineering Construction Industry), the common language used in design processes is called BIM (Building Information Modelling). Recently, BIM, especially used in the construction of large projects, is the way in which a digital model is created, shared and managed. The BIM infrastructure supports the use of new technologies and requires intelligent models in the life cycle. With BIM, efforts are made to keep the time, cost and quality aspects in balance.
Although the BIM processes have worked flawlessly in architecture, the integration of buildings with the environment and infrastructure solutions has yet to be fully developed. Although the name of this system, which is used in many infrastructure projects in the world, is often referred to as "BIM for Infrastructure", other definitions appear in many sources. In fact, the lack of a common name is perhaps because the content and limits are not fully revealed yet. Established in 1995 with the support of various software companies and research institutes, the IAI (Industry Alliance for Interoperability) continues to work to create a common language. Although the studies on road engineering have not been completed until today, it is known that buildingSMART has recently carried out qualified works with the pioneers of the AEC industry.
While these problems are experienced in the industry, especially regarding the still developing construction and mapping technologies, there are similar problems regarding the inclusion of new technologies in the processes. Transitions are very painful, especially since there are not enough experts in the number and quality, and the institutions and project specifications are not yet fully prepared for BIM studies.
The purpose of this master thesis is to introduce a new workflow by combining the sub-branches of transportation engineering with design and manufacturing processes with up-to-date technologies and providing data dynamism and passivity. Even though it has not yet entered the specifications, exemplary studies will be carried out in order to demonstrate the availability and sustainability of a common data language from the beginning of the design work to the start-up, with a suggestion flow chart that will enable the new technologies to be united under this multi-branch structure.
One of the biggest problems in transportation engineering projects is that although cost, time and quality optimisation are designed at the projecting stage, they are troubled in terms of budget and time, when passing through the construction phase. The aim in the AEC industry is to create a workflow in which the entire life cycle of a project can be controlled. In this way, it is thought that the operational scheme planned at the project stage will contribute to the life cycle of the work put forward. The contribution of this master thesis will be to provide a workflow proposal on the road engineering part of the BIM for Infrastructure approach and to ensure a healthy life cycle.