Yapısal sürdürülebilirlik bağlamında BIM koordinasyonu ile yapı elemanı tasarımı yaklaşımı
Sustainable building elements design approach for disassembly with BIM coordination
Yazar: PINAR SOYLU
Danışman: PROF. DR. GÜLTEN ASLIHAN ÜNLÜ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Bilgisayar destekli modelleme = Computer aided modelling ; Bilgisayar destekli tasarım = Computer aided design ; Sürdürülebilir mimari = Sustainable architecture ; Sürdürülebilir çevre = Sustainable environment ; Yapı elemanları = Building elements ; Yapıbozumu = Deconstruction ; Yıkım yöntemleri = Demolition methods ; Çevre sorunları = Environmental problems

Özet:
Günümüzde yapısal atıklar kaynaklı doğal çevre kirliliği,  ham madde tüketimi, enerji tüketimi kontrol edilemez boyutlara varmaktadır. Yapılar sonsuz varlıklar değildir, yapının öngörülen yaşam ömrünü tamamlamasıyla beraber yıkımı kadar estetik kaygılar, değişen ihtiyaçlarla da yapının ömrü sonlandırılmaktadır ve yıkım sonrası büyük yapısal atık problemleri ortaya çıkmaktadır. Sebep ne olursa olsun bir yapının plansız ve kontrolsüz yıkımı pek çok açıdan çevresel yük oluşturduğu kadar maliyet yüküne ve enerji kaybına da neden olmaktadır. Bu nedenle bina yaşam döngüsünün her evresini dikkate alan tasarımlar daha önemli hale gelmektedir. Bu amaç doğrultusunda bir yapının tüm katılımcıları kendi profesyonel alanlarına göre stratejiler geliştirmektedir. Mimar, mühendis ve diğer profesyonel proje paydaşları bu strateji doğrultusunda bütüncül şekilde çalışarak yapısal atık miktarını azaltacak, enerji, ham madde, zaman ve ekonomik kaybı da düşürecek alternatif yollara, seçimlere yönelmektedir. "Design for Deconstruction" (DfD) söküme dayalı, kullanım ömrünü daha verimli bir şekilde yönetmeyi amaçlayan, yapısal sürdürülebilirliği yapı, yapı elemanı, bileşen ve malzeme ölçeklerinde geri kazanımı ele alan ve bina yaşam döngüsünü dikkate alan bir tasarım stratejisidir. Bir yapının tasarım aşamasında bu stratejiler ile tasarlanması, atık oluşumunun azalmasına, yapının kullanımının değişmesinde esnekliğe ve yapı elemanlarında, bileşenlerde ve malzemelerde yeniden kullanım için sökme, geri dönüşüm için nitelikli geri kazanım gibi olanaklara imkan veren tasarım anlamına gelmektedir. Bir başka deyişle yapısökümü için tasarımda mevcut yapı gelecekteki yapının yapı elemanları, bileşenleri ve/veya malzemeleri için kaynak olabilmektedir; enerji, ham madde, zaman ve ekonomik kaybı azaltmaktadır. Bu stratejinin verimli işlemesi tasarımın doğru şekilde yapılmasına ve "yıkım" sürecinin tamamen planlı ve verimli yönetilmesine bağlıdır. Yapının tasarım aşamasında yıkım sürecini belirleyen söküm stratejileri ve değişkenlik gösteren kullanıcı ihtiyaçlarına yönelik uyarlanabilirliği de göz önüne alındığında yapı üretim - yıkım süreci karmaşıklaşarak koordinasyonu gittikçe zorlaşan bir faaliyete dönüşmektedir. Süreç bütünlüğünü korumak, verimli şekilde yönetebilmek ve sağlıklı şekilde koordinasyonunu sağlamak amacıyla geleneksel tasarım yöntemlerinin yetersiz kaldığı noktada BIM (Yapı Bilgi Modelleme Sistemi) devreye girmektedir. Sahip olduğu avantajlar ve yazılımın gelişime açık olması nedeniyle güncel çalışmaların pek çoğu BIM da üzerinden yürütülmektedir ve büyük bir fırsat alanıdır. BIM ile beraber karmaşık yapı üretim sürecinin inşasından önce sayısal ortamda koordine etme, net veriler elde etme, inşa etme ve bu verileri saklama seçeneği sağlanmıştır. BIM'in gelişimi ile beraber tasarımcıya ve diğer proje paydaşlarına proje yapım sürecinin bina yaşam döngüsüyle beraber her evrede beraber değerlendirilme imkanı sağlanmıştır. Bu durum ayrıca problemleri önceden görme ve inşa etmeden önce stratejik olarak sürdürülebilirlik kararlarını uygulayarak süreci verimli şekilde yönetmeye ve uygulamaya dair bilgileri sayısal model içerisinde biriktirmeye de imkan vermektedir. Bu amaçla tez çalışmasında "Yapısal Sürdürülebilirlik Bağlamında BIM Koordinasyonuyla Söküme Uygun Yapı Elemanı Tasarımı Yaklaşımı" geliştirilmeye çalışılmıştır. Bu doğrultuda tasarlanan yapı elemanının yaşam süreci boyunca muhtemel onarım, değişim, dönüşüm, söküm, yıkım ve yenileme gibi müdahalelerde esneklik sağlayacak ve ömrünü tamamladığında minimum yapısal atık üretimi ve üretilen bu yapısal atıkların da ne şekilde dönüştürüleceğinin tasarımda planlanması ile çevresel zararları düşürmeyi hedeflemektedir. Bu üretilen sökülebilir yapı elemanının BIM aracılığı ile bir veritabanı haline getirilerek saklanabileceği ve başka projelerde kullanılabileceği düşünülmektedir. Bu sonucunda ise inşaat endüstrisinin alternatif yöntemlere yönelmesine ve atık çevriminin kapalı döngüde kalmasına destek olunacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Today, natural environmental pollution caused by C&D waste, material consumption, energy consumption reach uncontrollable levels. Structures are not infinite beings. Normally, the demolition of the building takes place when the building's life is completed. However, the structure can be demolished with aesthetic concerns and changing needs. After these demolitions, major waste problems arise. Whatever the reason, unplanned and uncontrolled demolition of a building is a problem in many ways such as environmental pollution. For this reason, design strategies that take into account every phase of the life cycle are becoming more critical. For this purpose, all project stakeholders develop strategies according to their professional fields. Architects, engineers, and other professional stakeholders work in a holistic manner in line with this purpose, turning to alternative ways and choices that will reduce the amount of C&D waste and also reduce energy, raw material, time, and economic loss. On the other hand, countries have also taken action to control this amount of waste. One of the most important policies established is the waste management hierarchy in accordance with the Waste Management Framework Directive. According to this hierarchical approach, the prevention / reduction, reuse, recycling, other recovery methods and disposal options of waste are listed in order of importance. In addition to the development of this basic approach, many design methods such as design for recycling, ecological design, design for flexibility and design for deconstruction were developed to provide more sustainability in order to increase resource efficiency. Controlling, reducing and eliminating the amount of construction and demolition waste is important for us to be able to talk about a holistic sustainable world. In addition, it is the most important step for us to talk about a sustainable economy. In the construction industry, the waste problem should be evaluated from an integrated perspective with economic inputs and outputs. Today, many unions and / or countries such as the EU, Britain, China and America attach importance to the construction industry at the national level in a sustainability perspective. They carry out detailed studies with the goal of sustainable economy and sustainable construction industry. In countries where it has a significant place in the economic development of the construction industry such as Turkey, this issue should be handled with care. Therefore, in this regard Turkey is required to make efforts. The construction industry in Turkey has a fast construction and demolition circulation. The time pressure caused by this situation leads to the traditional demolition. In traditional demolition, waste of great size and quantity is produced. The amount of demolition waste reaches uncontrollable levels in Turkey. Although there are regulations relating to demolition in Turkey there are failures in the implementation stage. Even the total amount of construction and demolition waste produced annually is unknown. On the other hand, professionals who undertake demolition work can disassemble various construction elements and components in exchange of demolition activity and sell second hand components and materials. However, the fact that the building does not allow disassembling and is not designed for this purpose causes failures in deconstruction. Dismantling is poor quality and materials are not stored properly. For this reason, materials often turn into scraps. Construction and demolition waste is a problem that must be addressed at the national level in Turkey. Studies to keep the construction industry in a closed loop should be supported at the national level. Legal perspectives should be created and necessary investments should be made. In this thesis, an approach was tried to be created in order to reduce the amount of demolition waste. Sustainable building element design approach has been developed and evaluated through the mentioned design methods such as "Design for Deconstruction" and "Design for Disassembly". Design for Deconstruction (DfD) is a design strategy that aims to manage the life of the building more efficiently. DfD is a design strategy that aims to dismantle the building elements, building components, and materials of the building for recovery. This also means a strategy that enables possibilities such as the qualified recovery of building elements, materials, and components. Designing a building with this strategy primarily means the reduction of waste generation. In other words, the existing structure in the design for deconstruction may be the source of the future structure. Thus, energy, raw material, time, and economic loss are reduced. The effectiveness of this strategy depends on the efficiency of the design and the planning of the "demolition" process. The difficulty of planning the dismantling of the building during the design phase turns into an increasingly difficult activity with its complex building concept and user needs. Traditional design methods are insufficient to maintain process integrity and ensure coordination. At this point, BIM (Building Information Modeling System), which is a contemporary software, is efficient. Due to its advantages and openness to development, most of the current studies are carried out via BIM. BIM is a great opportunity area. With the use of BIM, it was possible to coordinate in a digital environment before the construction of the complex building process. Also, the possibility of working with net data, adding new data, and storing these data was obtained with the use of BIM. With the development of BIM, the designer and other project stakeholders were provided with the opportunity to evaluate the construction process at every stage with the building life cycle. This software also allows you to see and solve problems before construction. In this way, sustainability decisions can be made much earlier than construction. For this purpose, "Sustainable Building Element Design Approach for Disassembly with BIM Coordination." was proposed in the thesis study. It is thought that the building element designed for this purpose will have design flexibility throughout the building life cycle. With this approach, it is predicted that there will be a lower amount of waste produced during the repair, renovation, and demolition phases. The main goal is to reduce environmental damage and reduce C&D waste with an efficient design strategy. It is thought that this sustainable building element, designed with the coordination of BIM, will be stored as data and can be included in other projects.  The sustainable construction industry is not only the responsibility of architects. Other project stakeholders and material producers should consider design strategies to reduce waste. Demand will naturally increase when designers start using sustainable design methods and prefer using sustainable materials. The role of the designer in the face of this major problem in the construction industry will also be important in changing the perspective of the building's users and other stakeholders. The thesis study,  "Sustainable Building Elements Design Approach for Disassembly with BIM Coordination", was carried out with these goals. With this thesis approach it is thought that the construction industry's waste cycle will be supported to remain in a closed loop.