Geleneksel kırsal bölge mimarisi için parametrik H-BIM uygulamalarının değerlendirilmesi; Vernabim
Parametric H-BIM application for traditional rural architecture; Vernabim
Yazar: MUSTAFA ONUR SAVAŞKAN
Danışman: DOÇ. DR. OZAN ÖNDER ÖZENER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Bilişim Ana Bilim Dalı / Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Kırsal mimari = Rural architecture ; Vernaküler mimari = Vernacular architecture ; Yapı bilgi modellemesi = Building information modeling

Özet:
Kırsal mimari, yıllar boyu süren tecrübelere dayanan, yaşamın içerisinde şekillenmiş ve deneyimlenmiş pek çok bilgi ile yüklüdür. Yapıldığı dönem ve yörenin tasarım ve inşaat teknolojisi ile harmanlanmış mekânsal, ekonomik, ekolojik, sosyal ve politik pek çok faktörün bir araya gelmesi ile şekillenmiştir. Kırsal mimarinin bu bağlamda; tasarım yaklaşımları, yapıldığı coğrafyadaki kentsel ve bağlamsal ilişkileri, yerel yapım teknolojileri, iklim koşullarına uyumlu yapı tasarımları ve mimari özellikleri açılarından oldukça önemli bir kültürel birikimi içerisinde barındırdığı görülmektedir. Ayrıca bu basit olarak nitelendirilebilecek yapılar birçok anlamda sürdürülebilir bir mimarlığın genetik kodlarını da üzerlerinde taşımaktadırlar.
Bu yapıların yapımı sırasında kullanılan çözümler, işçilik, malzeme ve performans özellikleri ile yereldeki yapısal bilgi birikimi bu binaların kültürel değerlerinin farklı bir boyutunu da oluşturmaktadır. Kültürel miras değeri taşıyan bu binaların çevresel ve sosyo-ekonomik değişik nedenler ile kaybolması söz konusu kültürel birikimin kaybedilmesi gibi olumsuz durumları da gündeme getirmektedir.
Miras niteliğindeki yapıların mimari anlamda korunması için belgeleme konusunda mevcut uygulamalar hem geleneksel hem de çağdaş belgeleme stratejilerini içeren yaklaşımlara sahiptir. Günümüzde artık yaygın biçimde kullanılmakta olan dijital teknolojilerin yardımı ile korunması gereken yapıların üzerlerinde taşıdığı bilgilerin toplanabilmesi, koruma, yaşatma ve kullanım anlamında hassasiyet, doğruluk ve hız gibi çeşitli avantajlar sunmaktadır. Yerel mimari örneklerin üzerinde yapılacak koruma çalışmalarının dijitalleşmesi ayrıca çalışmaların yorumlanabilmesini, analiz edilmesini, kullanım alanının yayılmasını ve orijinal yapının sanal bir temsilinin elde edilmesini sağlamaktadır.
Bu çalışmaya önem kazandıran bir nokta dijital yöntemler yardımı ile yapım sistemleri, bileşenleri ve eleman özellikleriyle birlikte yapıların form ve strüktürel kurgusu hakkında veri toplanabilmesidir. Bahsedilen dijital yöntemler çalışmada öncelikle veri toplama alanında kullanılan fotogrametrik yöntemlerdir. Bu sayede yapıların barındırdığı geometrik ve geometrik olmayan veriler temassız biçimde elde edilmekte ve gerçekeğe dayalı biçimde kütle modelleri oluşumu sağlanmaktadır. Ardından toplanan veriler ve onlardan elde edilen biçimsel ve görsel veriler teknoloji odaklı bir belgeleme sürecinde belirlenen BIM metodolojisine tabi tutularak, yazılımlarının sunduğu araçlar yardımı ile yüksek bir kullanım potansiyeline sahip parametrik objelere dönüştürülmektedir. Ayrıca BIM altyapısının sağladığı parametrik bileşenler ve akıllı nesne yaklaşımları yüksek bir performans ve geri bildirim mekanizması sağlanmaktadır.
Temelinde yeni bina üretimi odaklı olan BIM araçlarının tarihi yapılardaki koruma uygulamaları için birçok yeni olanağa sahip olduğu, bu alanda da yeni stratejiler ve yaklaşımlar geliştirildiği yapılan analiz ve vaka çalışmaları aracılığıyla görülmektedir. Bu araştırma ve uygulama alanına dair bir yaklaşım olarak karşımıza Tarihi Yapı Bilgi Modelleme (H-BIM) çıkmaktadır.
Araştırmanın amacı, kırsal mimari bağlamında yapım sistemleri konusundaki zenginlik ve teknik bilgi birikiminin dijital yöntemler yardımıyla elde edilmesi, tanımlanan H-BIM uygulama planı ile parametrik bir yaklaşımla belgelenmesi, yorumlanması, detay ve yapı sistemlerine ait parametrik, modifiye edilebilir modeller ve sistem yaklaşımlarının oluşturulmasıdır.
Bu araştırma yöntem ve kapsam olarak irdelendiğinde, kırsal mimari bağlamında belirlenen H-BIM metodolojisi içerisinde, erişimi nispeten kolay yazılım ve donanımsal araçlarla yürütülecek dijital fotogrametrik yöntemler ve parametrik meta modelleme altyapısı ile nesneden sisteme şeklinde ilerleyen bir H-BIM model sentezi sunmaktadır. Donanım olarak sahadan veri elde etme aşamasında kişisel kullanıma uygun insansız hava aracı ve cep telefonu kameraları kullanılmıştır. Tüm süreç, henüz ilk aşamada geliştirilen H-BIM uygulama planı çerçevesinde yürütülmüştür. Çalışmanın iş akışları, görevler, prosedürler ve aşamalar bu çerçeve ile belirlenmiştir. Araştırmada saha çalışmaları ile başlatılan uygulama aşaması belirlenen metodoloji çerçevesinde ilerletilmiştir. Yürütülen H-BIM süreci ve sonucunda ortaya koyulan zengin içerikli vaka çalışmaları ile ele model tanımlanmış ve işlerliği test edilmiştir. 
Çalışma yerel koruma uygulamaları adına uygulanabilir, pratik ve tekrarlamaya müsait bir H-BIM uygulama metodolojisi sunmaktadır. Erişilebilir dijital fotogrametri ve parametrik BIM modelleme yöntemlerinin bir arada kullanılması ile ortaya bilgi içeriği yüksek meta-modellerin çıkarılması amaçlanmış ve yapılan uygulama ile çalışan bir model ortaya koyulmuştur. Çalışma sonucu ortaya çıkan bulgular ve deneyimler, miras niteliği taşıyan kırsal yapıların belgelenmesi, korunumu ve devamlılığının sağlanması açısından önem arz eden bir model geliştirildiğini gösterir niteliktedir.

Abstract:
Current sustainability trends in architecture include the identification of unique solutions for living with nature. In contrast to highly urbanized areas, rural areas include a rich cultural repository of design and planning approaches, urban and contextual relationships, vernacular principles and architectural features. Rural architecture is loaded with a lot of knowledge based on years of experience, shaped and experienced in life. It has been shaped by the combination of many spatial, economic, ecological, social and political factors blended with the design and construction technology of the period and the region. In this context, it is seen that rural architecture has a very important cultural accumulation in terms of design approaches, urban and contextual relations in the geography where it is built, local construction technologies and building designs compatible with climatic conditions and architectural features. In addition, these structures which can be seen as basic, carry the genetic codes of sustainable architecture in many senses.
The solutions, workmanship, materials and performance characteristics used during the construction of these buildings and the local structural knowledge constitute a different dimension of the cultural values of these buildings. The disappearance of these buildings, which have cultural heritage value, due to various environmental and socio-economic reasons, also brings up negative situations such as the loss of the mentioned cultural accumulation.
Current practices in documentation for the architectural preservation of heritage buildings have approaches that include both traditional and contemporary documentation strategies. The data acquisition from the built environment is affected by various factors such as technological capabilities, equipment availability, time and practice methods. Collecting data from the built environment and transforming it into 3D information requires a great deal of effort when handled with traditional methods. With the help of digital technologies, which are now widely used today, collecting the information on the structures that need to be protected offers various advantages such as precision, accuracy and speed in terms of protection, survival and use. The digitization of the conservation works on local architectural examples also enables the works to be interpreted, analyzed, the usage area expanded and a virtual representation of the original structure obtained.
A point that gives importance to this study is the collection of data about the form and structural setup of the buildings, together with the construction systems, components and element properties, with the help of digital methods. The digital methods mentioned are primarily photogrammetric methods which gives opportunity to capture 3D spatial information in a non-disruptive fashion with the help of digital sensors used in the field of data collection in the study.  In this way, geometric and non-geometric data of the structures are obtained in a contactless way and mass models are formed based on reality. In fact, the big change in the last decade is 3D laser scanning methods that use a digital point cloud representation of a particular building. However, although this method offers obvious advantages and potential, important issues such as practicality, costs, heavy data processing and required expertise arise when compared to close-range digital photogrammetry.
Then, the collected formal and visual data obtained from them are subjected to the BIM methodology determined in a technology-oriented documentation process and transformed into parametric objects with a high potential for use with the help of the tools provided by the software. In addition, the parametric components and smart object approaches provided by the BIM infrastructure provide a high performance and feedback mechanism. 
With these possibilities, object-oriented parametric approaches are becoming more dominant in the profession since they have the semantic representation capability for transforming geometric attributes to parametric information from building to urban scale. They provide various streamlined information at nD levels including 2D drawings, 3D partial models, quantities and reconstruction options.  BIM methods and technologies have been used extensively in the recent past and continue to be the focus of different academic studies. However, these studies generally focus on high-tech buildings and the design and construction of new buildings. It is seen through the analysis and case studies that BIM tools, which are mostly based on recent building construction, have many new possibilities for conservation applications in heritage buildings, and new strategies and approaches are developed in this field. Heritage Building Information Modeling (H-BIM) emerges as an approach to this research and application area. With that approach, H-BIM allows an in-depth evaluation of local architectural heritage with its physical, spatial and environmental characteristics.
The research aims to obtain the richness and technical knowledge on construction systems in the context of rural architecture with the help of digital methods, to document and interpret the defined H-BIM application plan with a parametric approach, to create parametric, modifiable models and system approaches of detail and building systems. In this research framework, this study elaborates the role of H-BIM for the understanding of low-tech design and construction systems by using a high-tech perspective as it is essential that these buildings survive in negative social and environmental conditions. Also provides significant benefits for preserving the vernacular examples which are prone to extinction especially due to structural and systemic deterioration.
When this research is examined in terms of method and scope, it presents an H-BIM model synthesis that proceeds from object to system with digital photogrammetric methods and parametric meta-modeling infrastructure, which will be carried out with relatively easy-to-access software and hardware tools, within the H-BIM methodology determined in the context of rural architecture. As equipment, unmanned aerial vehicles suitable for personal use and mobile phone cameras were used in the process of obtaining data from the field. The whole process was carried out within the framework of the H-BIM implementation plan, which was developed in the first stage. Workflows, tasks, procedures and stages of the study were determined with this framework. The implementation phase, which was initiated with field studies in the research, was advanced within the framework of the determined methodology. With the H-BIM process carried out and the rich case studies revealed as a result, the model was defined and its operability tested.
The study presents a feasible, practical and replicable H-BIM implementation methodology for vernacular conservation practices. By using accessible digital photogrammetry and parametric BIM modeling methods together, it is aimed to reveal meta-models with high information content and a model that works with the application has been revealed. Also, the process flow and outcomes of the study stress the importance of careful planning for H-BIM implementation in strategic, tactical and operational levels targeting tight process integration. Eventually, the findings and experiences that emerged as a result of the study show that a model has been developed that is important in terms of documenting, protecting and maintaining the heritage rural structures.