Performansa dayalı adaptif bina kabuğu tasarımı
Performance based adaptive building envelope design
Yazar: ERHAN KARAKOÇ
Danışman: PROF. DR. GÜLEN ÇAĞDAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilişim Ana Bilim Dalı / Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
"Adaptif mimarlık" çevresel etkenlerin mimariyi etkili bir şekilde biçimlendirerek, bina içerisinde bulunan kullanıcının da konforlu ve ideal şartlar altında yaşam sürdürmesini sağlamaktadır. Bunların yanısıra "adaptif mimarlık" çevrenin korunması ve sürdürlebilirlik açısından da önemlidir.
Yaşadığımız mekanların sürekli olarak değiştiği dünyamızda, çevresel etkenler söz edilen değişimde büyük rol oynamaktadır. İklimsel farklılaşmanın sürekli olarak yaşandığı bölgelerde çevreye adapte olabilen binaların tasarlanması gerekmektedir.
Değişen iklimsel tasarım parametrelerinin gözlendiği günümüzde Performansa Dayalı Adaptif Binalar giderek önemli hale gelmektedir. Çevresel etkenlere göre değişebilen performansa dayalı adaptif bina kabukları binadaki yaşam konforunu artırmakta, binanın sürdürülebilir olmasını sağlamakta, işletim maliyetlerini azaltmakta ve bina ömrünün uzatılmasında önemli bir çözüm önerisi olarak görülmektedir.
Mimarlık disiplini günümüzde çok farklı disiplinlerle işbirliği yapmakta, tasarım sürecinde çok farklı yöntemler kullanılmaktadır. Performansa dayalı adaptif mimarlık bu yöntemlerin günümüzde en sık kullanılanlarından biridir. Mimarlık konularının pek çok değişkene bağlı olması bu konuların başta bilim, mühendislik ve sosyal alanlar ile birlikte irdelenmesi yaklaşımını ortaya çıkarmıştır. Tez kapsamında Performansa Dayalı Adaptif Binalar ile ilgili çeşitli tespitlerde bulunulmuş ve bu tespitler örnek analizleri üzerinde gösterilmiştir. Performansa Dayalı Tasarımdaki girdiler incelenmiş ve değerlendirilerek Adaptif Bina Kabuğu tasarlanması üzerindeki etkileri anlatılmıştır.
Tezin önemli bir kısmını performatif mimarlık, adaptif mimarlık, pnömatik mimarlık gibi günümüz teknolojilerinin ve mimari yaklaşımlarının değişimine paralel olarak gelişen konular oluşturmaktadır. Tez kapsamında, hesaplamalı parametrik tasarım araçlarının, adaptif sistemlerin tasarım süreçleri üzerindeki etkileri yazar tarafından geliştirilen örnek proje çalışması ile açıklanmıştır. Önerilen projenin tasarım sürecinde parametrik tabanlı tasarım araçlarının, performansa dayalı adaptif ve pnömatik sistem ilişkisi üzerindeki etkileri de incelenmiştir. Farklı sistem, morfoloji ve geometrilerin oluşturulmasına yönelik yazılımlar ve yöntemler ile performansa dayalı adaptif ve pnömatik morfolojilerin kontrolünü sağlayan algoritmalara dair araştırmalar örnek proje kapsamında aktarılmıştır.
Tez çalışması kapsamında kuramsal çalışmalar ve uygulama örnekleri değerlendirilmiştir. Kuramsal kısımda incelenen performatif mimarlık, adaptif mimarlık, pnömatik mimarlık, tarihte ve günümüzde, mimarlıkta nasıl yer buldukları, tasarım stratejileri ve örnek projeler gibi başlıklar altında incelenmiştir. Bu incelemelerin sonucunda çeşitli çıkarımlarda bulunulmuştur. Önerilen model ile üretilen adaptif kabuk tasarımının farklı mevsimlerde, gün içerisindeki farklı zaman dilimlerinde ve farklı yüzey şekilleri üzerinde uygulanması sonucu oluşan görseller ve bu görsellerin paralelinde oluşturulan çeşitli analizler kullanılarak sistemin nasıl çalıştığı açıklanmıştır. Sonuç ürünün verimli olup olmadığı izlenerek performatif bina
kabuğunun ne tür parametrelere göre değişebileceği araştırılmıştır. Tez kapmında geliştirilen bilgisayar modelinde açık kaynak kodlu yazılımlardan da yararlanılmştır.
Model önerisinde doğadan esinli yaklaşımlar kullanılmıştır. Bitki gözenekleri olan stomaların hareketleri incelenmiştir. Stomalardaki sistematik basınç değişimleri modelin geliştirilmesinde farklı bir benzetim tekniğinin uygulanmasına esin kaynağı olmuştur. Bu yaklaşım sayesinde bina kabuğunun ısıl konfor açısından optimizasyonu sağlanmış ve bu yöntem kullanılarak bina kabuğunun morfolojisini değiştiren çeşitli algoritmalar tasarlanmıştır. Modelin oluşturulmasında ve tasarlanan bina kabuğunun hareketinin sağlanmasında izlenen aşamalar bölüm içerisinde bulunan akış diyagramları ile anlatılmıştır.
Tezin sonuç ve tartışma bölümünde ise adaptif mimarlık, performatif mimarlık ve pnömatik mimarlığın gelecek potansiyelleri ile değişen kullanım alanları ve geliştirilen modelin gelecek potansiyelleri anlatılmıştır. Bu bölümde ayrıca, gelecekteki mimari yaklaşımlar ve mimarlık anlayışı konusunda öngörülerde bulunulmuştur.

Abstract:
Adaptive architecture provides the user to live under the comfortable and ideal conditions in the building by forming the architecture with environmental factors. Addition to this, adaptive architecture is important regarding the protecting the environment and sustainability.
In the world which the conditions change constantly, the environmental factors play an important role. It is necessary to design adaptive buildings in which the climate changes occur permanently. Climate changing effects people and buildings. Especially global warming is really effective on the architectural styles and design methodology.
Sustainability is the one of the most popular concept. Especially in architecture and design topics it is more common. Performance Based Adaptive Buildings can provide people and architecture being sustainable. I think it is the best way of being adaptive to the environment by protecting nature and designing new buildings.
Performance Based Adaptive Buildings have become much more important in case of the changeable climate parameters. Performance Based Adaptive Building Shells, which can change according to the environmental factors, enhance the living comfort of the users, ensure the sustainability, reduce the operation costs and extend the life of the building thanks to integration the other disiplines with the architecture.
Performance-based design may be generally considered an approach in which building performance becomes the guiding factor in design. Performance-based models in architecture may be defined as the exploitation of building performance simulation for the modification of geometrical form towards the objective of optimizing a candidate design.
Contemporary approaches to performance-based design are fundamentally different from conventional computer aided design simulation processes. Traditional simulation tools are premised upon the ability to simulate and evaluate performance of the object itself once it has been defined at an appropriate and desired level of resolution.
On the other hand, technology is developing day by day. Technological developments provide us to create new ideas and concepts about architecture and its styles. Artifical intelligence and the material researchs are the really important potentials for the Performance-based design.
Architectural concepts are changing by the technology and innovation. İn the past "form follows function" as the important expression. At the present day form "follow performance" is the popular expression. Performative design methods are used widely by the architects that is famous.
Performance input can conceptualized by the smart computer that uses artifical intelligence. So, this is an important opportunity for humanity to create new architecture that is comfortable for building users and sustainable for the nature.
The architectural design has different methods. Performance based adaptive architecture is one of these methods. Because the architecture issues are related to lots of variables, it has become necessary to examine these issues with the other disiplines like engineering, natural and social sciences.
In this thesis, it has been evaluated severally in regarding to performance based adaptive architecture and these evaluations are shown via the example analyses. The inputs of the Performance Based Design are examined and the effects of these inputs upon the Adaptive Building Envelope are explained by evaluating the data.
The important part of the thesis is derived from the recently developing issues according to the changes in architectural approaches like the adaptive performative, and pneumatic archictecture.
In this thesis, it is explained that the effects of computational design tools upon the design of the adaptive systems by author. In the design process of the project which is proposed, it is examined that the effects of the parametric based design tools upon the performance based adaptive and pneumatic systems.
It is clarifed that the softwares which are used in constitution of the different systems, morphologies and geometries, the methods and the researches in regards to algorithms providing the control of the performance based adaptive and pneumatic morphologies within the project.
For the method of the proposal, nature inspired approach is used. The opening and closing of the stomas which are the pores of the plants are analyzed. These systematical pressure changes which are observed in the plants provide to use a different analogy technique for the application of the model.
Thanks to the nature inspired design approaches, the optimization of the building envelope according to the sun is ensured and the algorithms which are led to the changes in building morphology are created.
Within this thesis, it is evaluated that the theoretical works and application data. The performative, adaptive and pneumatic architecture which are explained in theoritical part of the thesis, are examined in terms of the place in architectural medium, design strategies and project examples. At the end of these examinations, some deductions are made.
In the application part of the thesis, it is examined how the adaptive envelopes reacts in the different time zones and different places and seasons. Also the algorithm is applied on different geometries to analyzed the forms which emerged according to the sun. These output are collected and evaluated to understand how the algorithm works.
The proposed model of the performance based adaptive and pneumatic envelope can be used existing buildings and also new buildings. Because it can be applied to the facade directly. Even for the historical buildings adaptive facades can be a option for protecting from weather conditions as sun,wind, rain and so on.
The proposed model of the performance based adaptive and pneumatic building has many potentials. This software and forms can be improved by the computers. Especially, Artificial intelligence is an important and innovation for the model propsal. Because computers can manage buildings as the parameters like sun, wind and so on.
Smart building envelopes that can be oriented to the sun is really an opportunity for a sustainable environment. Because, by using adaptive buildings, people spent less natural resources and provide building users more comfortable spaces.
Economic reasons are the important for the building users. If architects use performance based adaptive building, building users can have all these opportunities.
Outcome is affected differently according to the parameters. In terms of model proposal, the computer programs which related to the computational design are used.
In the conclusion part of the thesis, it is explained that the changing area of usage and the potential of the performative, adaptive and pneumatic architecture. Predictions are made according to the informations and theoretical base upon the future architectural approaches and intellect.