Yapı bilgi modellemesi uygulama planının döngüsel yapı tasarımı açısından ele alınması: Raylı sistem projeleri örneği
Building information modelling execution plan based on circularity in built environment: The case of rail systems projects
Yazar: SEMİN ERDEM
Danışman: PROF. DR. MERYEM BİRGÜL ÇOLAKOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Bilişim Ana Bilim Dalı / Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mimarlık = Architecture ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Sanayi devrimi ile kente göçün artması buna bağlı olarak kentlerde nüfus artışı ve çevre kirliliği, biyolojik çeşitlerin azalması ve iklim değişikliği günümüzün en önemli sorunları haline gelmiştir. Tüketime dayalı doğrusal ekonomi modeli oluşan üretim sırasında oluşan atık miktarı, doğaya bırakılan zararları gazlar, doğal kaynakların kullanımı ve kullanılan enerji miktarı kontrolsüz bir şekilde artmaktadır. İnşaat sektörü de bu çevresel sorunlara olan olumsuz etkisi azımsanamayacak kadar fazladır. İnşaat endüstrisinde kullanılan ham madde miktarı, karbon salınımı, kullanılan enerji ve oluşan katı atık miktarlarına ait değerler diğer sektörlere göre oldukça fazla olması göze çarpmaktadır.  Bu tüketim anlayışının önüne geçmek için kaynakların daha verimli kullanılmasını hedefleyen döngüsel ekonomi modeline geçilmesi gerektiği öngörülmektedir. Üretim sisteminde doğayı örnek olan döngüsel ekonomi ile kaynakların kapalı bir döngü içinde kullanımı, atık oluşumunun önlenmesi, ürünleri yeniden kullanımı ve enerji tüketiminin kontrol altına alınması hedeflenir. Bu nedenlerle inşaat sektöründe döngüsel ekonomiye geçiş kaçınılmazdır. Literatürde, yapılı çevrede döngüselliğe geçişi kolaylaştıracak birçok dijital araç varken bunlarla ilgili çalışma sayılarının azlığına vurgu yapılmaktadır.
Dijital teknolojilere birçok alanda olduğu gibi mimarlık, mühendislik ve inşaat sektöründe de ihtiyaç duyulmuştur ardından bilgisayar destekli tasarım olarak sektörün en önemli araçlarından biri haline gelmiştir. Zamanla dijital teknolojiler tasarım ve süreçlerinde sadece temsil olmakla sınırlı kalmayıp tasarım ve tasarım optimizasyonu için çeşitli analizler veya testler yapılmasına olanak sağlamıştır. Yapı Bilgi Modellemesi (YBM) bu dijital araçlardan biri olup, tasarım öncesi sürecinden itibaren etkin rol oynayan, birden fazla paydaşın olduğu tasarım ve inşaat süreçlerinde disiplinler arası koordinasyonu sağlayan ve binanın yaşam döngüsü boyunca kullanılabilen bir teknolojidir. Yapı bilgi modellemesi bu özellikleri ile yapı sektöründe döngüsel ekonominin karşılığı olan döngüsel yapı tasarımı açısından da oldukça iyi bir araçtır.
Bu tez kapsamında yapılı çevrede döngüselliğe geçişte YBM'nin rolü ele alınmıştır. Çalışmanın amacı YBM'nin döngüsel yapı tasarımında kullanımında yol gösterici olması adına YBM Uygulama Planı (YBM-UP) şablonun hazırlanmasıdır. YBM-UP proje kapsamındaki YBM kullanımlarının tanımlandığı, iş birliği ve disiplinler arası koordinasyonu tarifleyen bir dokümandır. 
Tez kapsamında öncelikle girişin ardından ikinci bölümde YBM ile ilgili literatür taramasına yer verilmiştir. Uluslararası ve ulusal kurumların ve üniversitelerin yayınladığı YBM-UP planı çalışmaları incelenmiştir. Üçüncü bölümde ise yapılı çevrede döngüsellik konusu ele alınarak; döngüsel ekonomi, yapılı çevre ve döngüsel ekonomi ve yapılı çevrede döngüsellik ile YBM entegrasyonu araştırılmıştır. Yapılı çevredeki döngüsel ekonomi uygulamalarına değinerek bu uygulamalarda YBM'nin üstleneceği role ilişkin literatür taraması yapılmıştır. Ardından bu araştırmalardan elde edilen veriler doğrultusunda YBM-UP dokümanı hazırlanmıştır. Bu YBM-UP dokümanı İstanbul Büyükşehir Belediyesi Raylı Sistem Projeler Müdürlüğü'nün kullanımına yönelik tasarım aşaması YBM-UP dokümanı olarak ele alınmıştır. Mevcut YBM-UP dokümanı geliştirilerek döngüsel yapı tasarımında YBM kullanımı açısından uygun hale getirilmiştir. Hazırlanan YBM-UP dokümanında döngüsellik hedefleri, yaşam döngüsü değerlendirmesi analizi, döngüsellik değerlendirmesi, malzeme pasaportlarına ilişkin verilerin ve söküm, bakım, onarım ve yenileme aşamalarında kullanılmak üzere gereken bilgilerin modele işlenmesi ile ilgili gereklilikleri ayrıntılı bir şekilde ele alınarak belirtilmiştir. 
Elde edilen bu YBM-UP dokümanı ile mimarlık, mühendislik ve inşaat sektöründe döngüsel ekonomi ilkelerinin uygulanması ve malzeme pasaportu gibi döngüsel ekonominin temel bileşenlerinin kullanılmasına katkı sunması hedeflenmektedir. Çalışma sonucunda döngüsel yapı tasarımı açısından ele alınan YBM-UP dokümanı ile literatüre ve raylı sistem projelerinde işveren olan kamu kurumlarına katkı sağlaması beklenmektedir.

Abstract:
An Industrial Revolution has led to increased migration to cities, resulting in urban population growth, environmental pollution, a decline in biodiversity, and climate change, which have become some of the most critical problems for todays. The linear economy which is based on buying, using and throwing it away has led to increase in waste production, release of harmful gases into environment, use of natural resources and energy consumption. The construction sector also significantly contributes to the environmental problems. The amount of raw materials used, carbon emissions, energy consumption, and solid waste in the construction industry are considerably higher compared to other sectors. Therefore a transition to circular economy model in the sector, which aims for more efficient use of resources, is essential because of unsustainable approach to consumption.  The circular economy, inspired by natural ecosystems, focuses on maintaining resources in a closed loop, preventing waste generation, reusing products, and controlling energy consumption. Even though the numerous digital tools in the literature that can facilitate the shift towards circularity in the built environment like other sectors, existing literature highlights a lack of integration of information technologies into circular economy in built environment.
Moreover, digital technologies have become essential in the architecture, engineering, and construction sector, eventually becoming one of the most important tools in the form of computer-aided design since the twentieth century. Over time, digital technologies have evolved beyond simple representation in design processes, enabling various analyses and tests for design and design optimization. Building Information Modelling (BIM) is one such digital tool that plays an effective role from the pre-design phase, facilitates interdisciplinary coordination in design and construction processes involving multiple stakeholders, and can be used throughout the building's lifecycle. Due to these features, Building Information Modelling is also an excellent tool for circular building design, which aligns with the principles of the circular economy in the construction sector.
This thesis explores the crucial role of BIM in facilitating the transition to a circular economy within the built environment. The aim of this research is to develop a BIM Execution Plan (BEP) template, which will serve as a comprehensive guide for integrating BIM into circular building design. The BEP is envisioned as a document that defines the uses of BIM within the project's scope and outlines collaboration and interdisciplinary coordination.
In the thesis, following the introduction, the second chapter presents a literature review on Building Information Modeling (BIM). The review provides BEP studies published by international and national institutions and universities. The third chapter addresses the concept of circularity in the built environment, exploring topics in order of the circular economy, the built environment, the integration of circular economy principles, and BIM in the built environment. This section includes a review of the literature on the role of BIM in circular economy uses and applications within the built environment. 
Based on the data obtained from these studies, a BEP document has been prepared in the fourth chapter of the thesis.  This BEP document is tailored for the design phase of projects under the Rail Systems Projects Directorate of the Istanbul Metropolitan Municipality. The BEP template at the design stage is a document prepared by the Rail System Projects Directorate to be provided to the design contractor during the preliminary and final design stages for implementation. The primary reason for preparing these documents as a template by the Administration, which is Rail Systems Projects Directorate of the Istanbul Metropolitan Municipality, is to ensure that there are no project-specific variations in each project, to maintain consistent coordination across projects, to utilize BIM from the pre-design phase of the project, and to standardize the use of BIM. The existing BEP document has been enhanced to be suitable for the use of BIM in circular building design. The prepared BEP document comprehensively details the requirements for integrating circularity goals, life cycle assessment analysis, circularity evaluation, material passports, and information necessary for disassembly, maintenance, repair, and refurbishment stages into the BIM model. In detail; first, it is expected to determine which of the 9 circularity definitions and objectives described by Kricherr et al. (2017) are included in the introduction section of the developed BEP document. Thus, the circularity stages aimed to be achieved through the use of the BIM model will be identified. After, BIM uses and BIM aims defined by adding circularity implementations that are circularity assessment and life cycle assessment (LCA). In the roles and responsibilities section of the, the task of managing circular design practices and checking compliance with the Building Circularity Index objective has been added to the BIM managers of the administration, consultant, and contractor. Additionally, the role of Circular Design BIM responsible has been introduced for the administration/consultant and contractor. This role encompasses responsibilities such as ensuring that the selected materials have a material passport, incorporating the necessary circularity information into the model, conducting life cycle assesment analysis, performing circularity assessments, and entering the required information into the model for use in the event of the building's disassembly or separation. In the BIM planning section of BEP document, the general BIM process diagram has been supplemented with a circular design flowchart, thereby defining the process from a circularity perspective. Subsequently, it is specified that a Level of Development (LOD) 300 is required for the LCA analysis and circularity assessment in the model element information requirements table section. It is also noted that this will be implemented during the final project phase. Final stage of the BEP, in the model structuring section, a subheading for the requirements and model structuring for circular design has been added, outlining the necessary requirements for circularity in the model. Firstly, information regarding spatial flexibility, which is one of the goals of circular design, should be embedded in the spaces and building elements. Areas where the type of use is expected to change should be indicated in the model, and similarly, building elements, such as walls that are in a movable or detachable and attachable system, should be specified in the model. Additionally, it is necessary to specifically include vacant areas in the stations for various reasons in the model. The digital archive indicating unused or vacant areas in existing or ongoing project stations will provide valuable insights for assessing the utilization of unused areas in the stations. Similarly, if the structural design is suitable or if there is potential for public use from a real estate development perspective, areas above the stations should also be indicated in the model to be evaluated as public spaces instead of backfill. Including this information in the digital archive will provide a valuable opportunity for the directorate to assess rail system lines from this perspective and facilitate informed decision-making. Evaluating the areas within and above the stations in this manner is also a significant approach in terms of circularity.The final chapter of the thesis is conclusion stage which evaluates benefits of BIM for circularity in built environment and the BEP document preparing based on circularity.
The BEP document purposes to facilitate the application of circular economy principles within the architecture, engineering, and construction sectors, particularly through the use of fundamental components of the circular economy, such as material passports. This study seeks to contribute to the literature on circular building design and to provide public institutions as clients in rail system projects, with a valuable resource. The BEP document is expected to enhance the transition and implementation of circular economy practices and support interdisciplinary collaboration in public infrastructure projects.