Mevcut metro hatlarının belirme kavramı bağlamında değerlendirilmesi
The evaluation of existing subway lines through the emergent term
Yazar: SENA KAYNARKAYA
Danışman: PROF. DR. GÜLEN ÇAĞDAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilişim Ana Bilim Dalı / Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Bilgisayar teknolojileri günümüzde her alanda olduğu gibi mimari ve kentsel tasarım alanlarında da önemli yer tutmaktadır. Bu teknolojilerin mimari ve kentsel tasarım alanlarında gelişim süreçlerine daha yakından bakıldığında büyük ölçüde canlı organizmaların yaşam döngülerinden esinlenildiğini görmek mümkündür. Biyolojik yapıların özerk olarak gerçekleştirdikleri mikro ölçekteki davranışların, etkileşimler ile makro boyutta sonuçlar doğurması ''belirme kavramı'' olarak karşımıza çıkarak birçok alan için esin kaynağı olmuştur.  
Beliren canlı sistem örneklerinden olan cıvık mantarlar; temel ihtiyaçlarından doğan ve bireysel davranışlarından çok farklı sonuçlar doğuran sürü davranışları ile son yıllarda birçok araştırmacının ilgisini çekmektedir. Gerek iki besin kaynağı arasında oluşturdukları ağların çapları, gerekse iletişim kurmak için arkalarında bıraktıkları kemoatraktör iz miktarlarını ayarlama şekilleri basit biyolojik yapılarından beklenmeyecek karmaşıklıktadır.  
Canlı yapıların ilişkiler zincirine dayanarak ortaya çıkardıkları davranışların sonuçları, biyoloji bilimi ile sınırlı tutulamayacak kadar şaşırtıcı bir hal almıştır. Beliren sistem elemanlarının aralarında kurdukları komşuluk ilişkilerine dayanan etkileşimleri, hücresel özdevinim ve sürü zekâsı algoritmaları olarak karşımıza çıkmaktadır. Dijitalleşmenin tüm alanlara girmesi ile daha da önem kazanan bu algoritmalar, tasarım aşamalarının daha hızlı ve sistematik ilerlemesini sağlamaktadır. Kentsel tasarım yapılırken bilgisayar yazılımlarının sağladığı imkanlar, çok fazla alt bileşeni bulunan kentlerin sürekli değişen yapılarını güncel tutmak için oldukça önem taşımaktadır.  
Günümüz kent içi ulaşım ağlarının yükünü önemli ölçüde hafifleten raylı sistemler, özellikle büyük kentlerde sürekli olarak değişmekte ve yenilenmektedir. Cıvık mantarların kullanıldığı örneklere bakıldığında, metro hatları ve otoyol sistemlerinin tasarımında oldukça önemli bir rolü olduğu görülmektedir.  
xx 
 
Metro hatlarının ve otoyolların tasarım kriterlerine uygunluğunu değerlendirmek için yapılan çalışmalardan yola çıkılarak, bu tez çalışmasında İstanbul kentinde bulunan ve yapımı devam etmekte olan Göztepe-Ümraniye metro hattı üzerinde çalışılacaktır. İlk bölümünde yapılan araştırmalar bağlamında; tezin amacı, kapsamı ve yöntemi üzerinde durulmuştur. Tezin ikinci bölümünde belirme kavramı ve kullanım alanları örnekler üzerinden irdelenmiştir. Belirme kavramının ortaya çıkmasını ve davranış modellerini algoritmalara döken üretken modellerden olan hücresel özdevinim ve sürü zekâsı üçüncü bölümde açıklanmıştır. Belirme kavramının yaşam döngüsünde gözlendiği biyolojik organizasyonlardan olan cıvık mantarların davranışları ve bu davranışlar referans alınarak yapılan deneyler dördüncü bölümün içeriğini oluşturmaktadır. Modelin geliştirildiği bölümde, fiziksel ortamda üretilen ve gözlemlenen cıvık mantar davranışları üzerinden inceleme yapan ve referans alınan çalışmalardan farklı olarak model dijital ortamda geliştirilmiştir. Üreme davranışının dijital olarak gerçekleştirilebileceği ortam belirlenerek çeşitli parametre değişimleri ile mantar davranışları ve cıvık mantar popülasyonunun yoğunluğundaki değişim gözlemlenmiştir. Daha sonra çalışma alanı olarak seçilen Göztepe-Ümraniye metro hattı üzerindeki istasyonlar sabit tutulup modelin bir güzergâh oluşturması beklenmiş ve oluşan güzergahın metro tasarım kriterlerine uygunluğuna bakılmıştır. Tasarım kriterlerine uygunluk göstermeyen noktalarda model üzerinde Pyhton kodu aracılığı ile komutlar tanıtılıp, sürünün metro hattını tekrardan oluşturması sağlanmıştır. Kriterlere göre üretilen güzergâh ile mevcut güzergâh arasındaki benzerlik ve farklılıklar karşılaştırılmıştır.  
Tez kapsamında modelin geliştirilmesinde, sonuç çıktısının daha güncel olarak elde edilmesine imkân sağlaması nedeni ile Rhinoceros programı ve bu program ile entegre olarak çalışan Grasshopper seçilmiştir. Cıvık mantarların davranış biçimlerini algoritmik olarak yansıtan ve Grasshopper içerisinde çalıştırılabilen Physarealm eklentisi üzerinden modelleme yapılmıştır. Geliştirilen model için öncelikle metro hatlarının tasarım aşamaları ve dikkat edilmesi gereken hususlar incelenerek, üzerinde çalışılacak metro güzergahının dijital ve fiziksel verileri elde edilmiştir. Dijital veriler Rhinoceros ortamına aktarılarak Physarealm'da çalışmaya uygun hale getirilmiştir 
Cıvık mantarların davranış şekilleri birbirleri ile etkileşimlerine göre değiştiği için popülasyonun uygun sayıda olması gerekmektedir. Bu yüzden ilk olarak Physarealm eklentisinde, mantar popülasyonunu oluşturan etmen sayısının uygun miktara ulaşması 
xxi 
 
için bir dizi parametre denemesi yapılmıştır. Etmenler arasındaki mesafe, konumları arasındaki açı, ölüm ve doğum yarıçapları gibi unsurlar, bıraktıkları izin miktarını algılayarak aralarındaki iletişimi sağlamak için oldukça önemlidir. Bu yüzden ikinci aşamada sürüyü oluşturan etmenlerin üremesi sağlandıktan sonra istasyonlar arasında sağlıklı bir geçiş sağlayarak metro güzergahını oluşturmaları için aralarında gruplaşmalarını sağlayan bir düğüm dizisi oluşturulmuştur. 
Son olarak oluşan metro güzergahının, metro tasarım kriterleri üzerinden geçtiği noktalara bakılarak uygunluğu irdelenmiş ve bazı noktalarda müdahalelerde bulunulmuştur. Yapılan son müdahalelerin ardından elde edilen güzergâh görselleştirilerek, yapımı devam etmekte olan Göztepe-Ümraniye metro güzergahı ile karşılaştırılmış ve iki hattın birbiri ile çok benzer olduğu görülmüştür.  
Tezin son bölümünde; yapılan model üzerinden elde edilen veriler tartışılmıştır. Uzun hesaplamalar ve yüklü parasal maliyetler barındıran metro tasarım süreçlerinin; daha kısa sürelere indirgenerek daha ucuza mal edilebileceği sonucuna varılmıştır. Dijital teknolojilerin etkin kullanılması kentsel tasarım dahil birçok alanda sayısız avantaj sağlamaktadır.

Abstract:
Computer technologies have an important place in the fields of architecture and urban design as in every field today. It is possible to see that they are largely inspired by the life cycles of living organisms, when we look closely at the development processes of these technologies in the fields of architecture and urban design. The autonomous and micro-scale behaviors of biological structures produces macro-scale results with interactions, has defined as an "emergent term" and has inspired many fields. 
Slime mould one of the emerging examples of living systems has attracted the attention of many researchers in recent years with swarm behaviors that arise from their basic needs and have very different results from their individual behavior. Both the diameters of the networks they form between the two food sources and the way they adjust the amount of chemoattractor traces they left behind to communicate are unexpectedly complex. The results of the behaviors that living structures reveal based on the chain of relationships have become so surprising that they cannot be limited to the science of biology. The interactions of the emerging system elements based on the neighborly relationships established between them emerge as cellular automata and swarm intelligence algorithms. These algorithms, which have gained more importance with the spread of digitalization in all fields, provide faster and systematic progress of the design stages. The opportunities provided by computer software during urban design are very important to keep the constantly changing structures of cities with many subcomponents up to date.  
Rail systems that significantly reduce the burden of today's urban transportation networks, are constantly changing and renewed, especially in large cities. When we look at the examples of which slime mould are used, it is seen that they have a very important role in the design of metro lines and highway systems. 
Based on the studies conducted to evaluate the conformity of the metro lines and highways design criteria, this thesis will work on the Göztepe-Ümraniye metro line in Istanbul, which is still under construction. In the first part, the purpose, scope and 
xxiv 
 
method of the thesis are emphasized in the context of researches. In the second part of the thesis, the concept of emergence and its usage areas are examined through examples.Swarm intelligence and cellular automata, which is one of the productive models that shed behavior models into algorithms and arising the emergent concept are explained in the third chapter. Behaviors of slime mould, which is one of the biological organizations where the concept of emergence is observed in the life cycle and experiments based on these behaviors constitutes the content of the fourth section. The model was developed in a digital environment, unlike the studies that examined and reference the slime mould behavior produced and observed in the physical environment. The change in the density of the slime mould population and behaviours were observed via changing various parameters by determining the environment where reproductive behavior can be performed digitally. Afterwards, the stations on the Göztepe-Ümraniye metro line, which was chosen as the study area, were kept constant and the model was expected to form a route and compliance of the formed route with the metro design criteria was observed. At the points that do not comply with the design criteria, commands are introduced on the model through the Python code and the swarm is recreated the metro line. The similarities and differences between the route produced according to the criteria and the existing route were compared. 
In the development of the model within the scope of the thesis, Rhinoceros and Grasshopper programs which are integragrated with each other was chosen as it allows the final output to be obtained uptodate. Modeling has been designed through the Physarealm plugin, which algorithmically reflects the behavior of slime mould and can be run in Grasshopper. First of all, the digital and physical data of the metro route to be studied were obtained by examining the design stages of the metro lines and the points to be considered for the model developed through the thesis study. Digital data was transferred to Rhinoceros environment and made suitable for working in Physarealm. 
Because of the behavior patterns of slime mould change according to their interactions with each other, the population should be in an appropriate number. Therefore, a number of parameter attempts have been made? to increase the number of factors that make up the slime mould population in Physarealm plug-in. Factors such as distance between agents, angle between positions, radii of death and birth, are very important for communicating between them by perceiving the amount of trace they left. In the 
xxv 
 
second stage, after the agents that make up the swarm have been reproduced, a series of nodes have been created that provide a healthy transition between the stations, allowing them to group together to form the metro route. 
Finally, the appropriateness of the metro route formed was checked according to the metro design criteria and interventions were made at some points. The route obtained after the last interventions was visualized and compared with the ongoing GöztepeÜmraniye subway route and it was seen that the two lines were very similar to each other.  
In the last part of the thesis; the data obtained from the model is discussed.It is concluded that metro design processes, which include long calculations and large monetary costs, can be reduced to shorter periods and cheaper. The effective use of digital technologies provides numerous advantages in many areas including urban design.