Türkiye'deki konut projeleri için BIM tabanlı otomatik bina yönetmelik uygunluk kontrol modeli: BIMTRAC3
A BIM based automated code compliance checking model for residential projects in Turkey: BIMTRAC3
Yazar: MURAT AYDIN
Danışman: PROF. DR. HAKAN YAMAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Büyükşehir belediyeleri = Metropolitan municipality ; Toplu konut projeleri = Mass housing projects ; Yapı ruhsatları = Construction permits ; Yapı yönetmelikleri = Building regulations ; İnşaat sektörü = Construction sector

Özet:
Yapı üretim süreci sonunda inşa edilen bir binada arzu edilen performans ve kalitenin sağlanabilmesinin en önemli koşullarından birisi, binanın ilgili standart ve yönetmeliklere göre tasarlanması, inşa edilmesi ve inşaat belgeleri aracılığıyla önceden belirlenmiş olan performansa ulaşabilmesidir. Söz konusu koşulun denetimi belediyeler tarafından bina yönetmelik uygunluk kontrolü ile gerçekleşmektedir. Bina yönetmelik uygunluk kontrolü, yapı ruhsatı ve yapı kullanma izni süreçlerinde belediyeler tarafından verilen hizmetlerden biridir. Yapı üretim süreci boyunca binanın ilgili standart ve yönetmeliklerine uygun olarak tasarlanması, onaylanması, inşa edilmesi, denetlenmesi, kamu eliyle veya bazı yasal denetim araçlarıyla kontrol edilmesi şeklinde tanımlanmaktadır. Yapı ruhsatı ve yapı kullanma izni süreçlerindeki bina yönetmelik uygunluk kontrolü, belediyeler tarafından geleneksel yöntemle başka bir deyişle proje çıktısı üzerinde elle yapılmaktadır. Bina yönetmelik uygunluk kontrolünde, belediyeler tarafından tariﬂenmiş herhangi bir hizmet standartı da bulunmamaktadır. Bu yüzden, farklı belediyelerin yaptıkları işler farklı şekilde tanımlanmakta, yönetilmekte ve farklı uygulamalara tabi tutulmaktadır. Geleneksel yöntemle yapılan bina yönetmelik uygunluk kontrolü, belediyeler için tekrar eden, yorucu, zahmetli, zaman alıcı ve hata eğilimli bir hizmet olarak karşımıza çıkmaktadır.
Doktora  tezinde ele alınan problem, bina yönetmelik uygunluk kontrolünün belediye personeli tarafından geleneksel yöntemle elle yapılması ve geleneksel yöntemle yapılan bina yönetmelik uygunluk kontrolü sırasında pek çok sorun yaşanmasıdır. Doktora tezinin amacı, Türkiye'de belediyeler tarafından geleneksel yöntemle yapılan yapı ruhsatı ve yapı kullanma izni süreçlerindeki bina yönetmelik uygunluk kontrolünü bilgisayar aracılığıyla dijital ortamda gerçekleştirmek ve otomatize etmek, bina yönetmelik uygunluk kontrolünde karşılaşılan sorunları iyileştirmek ve en aza indirmek, bina yönetmelik uygunluk kontrolü için belediyelere yönelik, yenilikçi ve teknolojik bir model geliştirmektir. Belirtilen amaçlar doğrultusunda doktora tezinde, Türkiye'deki konut projelerinin Planlı Alanlar İmar Yönetmeliği'ne göre bina yönetmelik kontrolünü sağlayan, belediye kullanıcılarına yönelik BIM tabanlı otomatik bina yönetmelik uygunluk kontrol modeli "BIMTRAC3" önerilmiştir. BIMTRAC3'in adı BIM (Building Information Modeling), TR (Türkiye) ve AC3 (Automated Code Compliance Checking, ACCC) kelimelerinin bir araya getirilmesiyle tanımlanmıştır. BIMTRAC3'in işlevi, bina projesinin IFC veritabanına yüklenmesi ve seçilmesi, görselleştirilmesi, otomatik bina yönetmelik uygunluk kontrolünün gerçekleştirilmesi ve otomatik bina yönetmelik uygunluk kontrolü sonuç raporunun hatasız ve hızlı bir şekilde iletilmesidir.
Doktora  tezinde ele alınan konuya ilişkin ayrıntılı bir mevcut durum analizi gerçekleştirilmiştir. İstanbul'daki 6 farklı belediyenin İmar ve Şehircilik Müdürlüğü ve Yapı Kontrol Müdürlüğü birimlerinde görevli personel ile 9 karşılıklı görüşme yapılmıştır. Üsküdar, Ataşehir, Kadıköy, Beşiktaş, Şişli ve Zeytinburnu Belediyelerinin yapı ruhsatı ve yapı kullanma izin süreçlerinin genel durumu ortaya koyulmuştur. Süreçlerdeki bina yönetmelik uygunluk kontrolünde karşılaşılan ortak sorunlar belirlenmiştir. Sorunlara yönelik çözüm önerileri analiz edilmiştir. Öte yandan, BIM tabanlı otomatik bina yönetmelik uygunluk kontrolü konu alanında yapılmış yayınların mimarlık, mühendislik, inşaat sektöründeki genel durumunu ortaya koymak amacıyla meta analizi yapılmıştır. 1988-2018 yılları arasında yayınlanmış ve  elektronik akademik veritabanlarından ulaşılabilen 131 adet makale incelenmiştir. Literatür taraması sonucunda elde edilen makalelerin araştırma eğilimleri, çalışılan veya eksik kalan konu alanları, geliştirilen veya önerilen yazılımların özellikleri ve genel durumu sergilenmiştir.
Otomaik Bina  Yönetmelik Uygunluk Kontrolü (ACCC), uzun yıllardır kullanılmakta olan bir yöntemdir. Otomatik bina yönetmelik uygunluk kontrolünün tarihçesi, otomatik bina yönetmelik uygunluk kontrol sistemleri ve bina yönetmelik alan bilgi gösterimleri ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. ACCC yönteminin uygulanması için üç temel aşama belirlenmiştir. Bina yönetmelik alan bilgi gösterimlerinde daha önce kullanılmış olan diller incelenmiş, ortak başlıklar altında gruplandırılmıştır. Planlı Alanlar İmar Yönetmeliği'nin alan bilgi gösterimi için RASE dili ve Semantik Web dili (SWL) seçilmiştir. Literatürde önerilen ve geliştirilen ACCC sistemleri incelenmiştir. ACCC sistemlerini sınıflandıran bir kavramsal çerçeve hazırlanmıştır. Kavramsal çerçeve BIMTRAC3'in geliştirilmesinde kullanılmıştır. ACCC uygulamasında bina projesine ait verilerin temsil edildiği BIM modeli, IFC veya IFCXML veri standardı açıklanmıştır. BIMTRAC3'de otomatik bina yönetmelik uygunluk kontrolü için bina projesinin IFCXML veri standardı tercih edilmiştir. Çünkü, IFCXML, IFC verilerindeki karmaşıklığı azaltarak IFC kullanımını kolaylaştırmaktadır.
ACCC geliştirme sürecindeki ilk aşamada, Planlı   Alanlar İmar Yönetmeliği'nin (Planned Areas Zoning Regulation, PAZR) alan bilgi gösterimi ele alınmıştır. Alan bilgi gösteriminde yapı üretim sürecinde belediyelerin görev tanımlarının en net çizildiği 03.07.2017 tarih ve 30113 sayılı Resmi Gazete'de yayınlanmış olan Planlı Alanlar İmar Yönetmeliği seçilmiştir. Seçilen yönetmelik maddelerindeki cümlelerin kural oluşturma işlemi için 4 Seviyeli Yapı ve RASE tabanlı Semantik Web Dili (RSWL) önerilmiştir. Alan bilgi gösterimi için uygulanan PAZR Ayrıştırma Aşaması, PAZRCode Dönüştürme Aşaması, RASE Tanımlama Aşaması ve C# Kodlama Aşaması ayrıntılı bir şekilde açıklanmıştır. 4 seviyeli yapı, PAZR ayrıştırma aşamasında ve PAZRCode dönüştürme aşamasında uygulanmıştır. PAZRCode dönüştürme aşaması sonucu elde edilen PAZRCode kurallarının, kural olarak tanımlanması ve programlama dili aracılığıyla kodlanması için RSWL kullanılmıştır. RASE dilinin 4 temel özelliğine göre tanımlanmış 50 adet PAZRCode kuralı, C# programlama dilindeki if-else kontrol yapısına göre kodlanmıştır. PAZRCode kuralları, IFC türüne göre 15 adet IfcSpace kuralı, 8 adet IfcDoor kuralı, 6 adet IfcWindow kuralı, 2 adet IfcRailing kuralı, 1 adet IfcBuildingElementProxy kuralı, 11 adet IfcTransportElement kuralı ve 7 adet IfcStair kuralı sınıflandırılmıştır.
ACCC   geliştirme sürecindeki ikinci aşamada, BIM tabanlı otomatik bina yönetmelik uygunluk kontrol modeli olan BIMTRAC3 oluşturulmuştur. BIMTRAC3'in amacı ve kapsamı açıklanmıştır. BIMTRAC3, gereksinim, tasarım, kodlama ve test olmak üzere dört temel geliştirme evresinden geçerek hazırlanmıştır. BIMTRAC3, ASP.NET teknolojisi ve MVC mimari deseninin birlikte kullanılmasıyla bir ASP.NET web modeli olarak tasarlanmıştır. BIMTRAC3'in geliştirilmesinde ASP.NET teknolojisiyle birlikte kullanılan araçlar tercih edilmiştir. BIMTRAC3'in yapısında, ASP.NET teknolojisine entegre edilmiş MVC mimari deseni kullanılmıştır. BIMTRAC3'in MVC yapısı Veri, Görünüm ve Denetleyici şeklinde 3 katmandan oluşmaktadır. BIMTRAC3'in mimarisi BIMTRAC3 Anasayfası, Dosya Modülü, Model Modülü, Kontrol Modülü ve İletişim Modülü şeklinde ele alınmıştır. BIMTRAC3'in katmanları arasındaki gerçekleştirilen işlemler, modüllerine göre C# programlama diliyle kodlanmıştır. BIMTRAC3'in mimarisini meydana getiren kodlamaların test edilmesi sırasında ortaya çıkan sınırlar ve kısıtlamalar belirlenmiştir. Kullanıcılara yönelik BIMTRAC3'in kullanım iş akışı şeması hazırlanmıştır .
ACCC  geliştirme sürecindeki üçüncü aşamada, BIMTRAC3 örnek proje üzerinden sınanmıştır. BIM tabanlı yazılım aracılığıyla Mia Caddebostan apartman projesi hazırlanmıştır. Örnek proje ile BIMTRAC3'in doğru çalışıp çalışmadığı test edilmiş ve test sonuçları değerlendirilmiştir. Örnek projenin BIM modeli ve IFCXML veri dosyası için BIM tabanlı ArchiCAD yazılımı tercih edilmiştir. Örnek projede bir katı bodrum olmak üzere toplamda 9 kat, 8 daire ve 2 asansör bulunmaktadır. Mia Caddebostan apartman projesindeki 179 adet mahalin, 91 adet kapının, 66 adet pencerenin, 52 adet korkuluğun, 2 adet mekanik havalandırmanın, 2 adet asansörün ve 8 adet merdivenin PAZR'ne göre mimari bina yönetmelik uygunluk kontrolü gerçekleştirilmiştir. Doktora tezi kapsamında belediye kullanıcısı Hasan Tan tarafından Mia Caddebostan apartman projesinin BIMTRAC3 Mimari Bina Yönetmelik Uygunluk Kontrolü Sonuç Raporu, yüklenici inşaat firma kullanıcısı Murat Aydın'a PDF formatında e-posta yoluyla başarılı bir şekilde gönderilmiştir.
BIMTRAC3 , BIM tabanlı bir bina yönetmelik uygunluk kontrol modelidir. Bina elemanlarının ve ilgili bina yönetmeliklerin özelliklerini dikkate alarak, bilgisayar tarafından eşzamanlı otomatik bina yönetmelik uygunluk kontrolünü sağlayan kural tabanlı bir kontrol sistemine sahiptir. BIMTRAC3, inşaat sektörünün çok yoğun bir şekilde faaliyet gösterdiği Türkiye'deki belediyelere yönelik BIM tabanlı ACCC yöntemini kullanan ilk bina yönetmelik uygunluk kontrol modeli olma özelliğine sahiptir. BIMTRAC3 ile PAZR dışındaki diğer bina yönetmelikleri, bilgisayar tarafından okunabilir ve denetlenebilir kurallara dönüştürülebilecektir. Binaların mimari, statik, mekanik, elektrik ve tesisat projelerinin bina yönetmelik uygunluk kontrolleri BIMTRAC3 ile doğru, eksiksiz, hatasız ve hızlıca yapılabilecektir. Yapı ruhsatı ve yapı kullanma izni sürecindeki bina yönetmelik uygunluk kontrolü, belediye tarafından BIMTRAC3 aracılığıyla bir gün içinde tamamlanabilecektir. BIMTRAC3'in güncellenmesi ve yeni özelliklerin eklenmesiyle bu işlem bir saat içinde gerçekleşebilecektir. BIMTRAC3 sadece belediyelere yönelik önerilse de yapı üretim sürecinde yer alan mimar, mühendis, mal sahibi, işveren vb. gibi diğer katılımcıların beklentilerine ve gereksinimlerine göre geliştirilebilecektir. BIMTRAC3'in kişi, kurum veya kuruluşlar tarafından finans ve iş gücü desteği ile yazılım olarak piyasaya sunulması halinde ülke ekonomisine katkı sağlayabilecektir.

Abstract:
One essential condition for achieving the desired performance and quality in a building at the end of the building production process is the design and construction of the building following the relevant standards and regulations and the ability to reach the predetermined performance through construction documents. The municipalities carry out the control of the condition with the building regulation compliance checking. Building regulation compliance checking is one of the services provided by municipalities in the construction permit and building use permit processes. It is defined as the design, approval, construction, inspection of the building following the relevant standards and regulations by the public or some legal inspection tools throughout the building production process. The building regulation compliance checking is done manually by the municipalities with the traditional method (in other words, on the building project's output) in the construction permit and building use permit processes. The municipalities define no service standard in the building regulation compliance checking. Therefore, the works of different municipalities are defined, managed, and applied differently. The building regulation compliance checking, which is done with the traditional method, is a repetitive, tiring, troublesome, time-consuming, and error-prone service for municipalities.
The problem addressed in the doctoral thesis is that the building regulation compliance checking is performed manually by the municipality staff with the traditional method. There are many problems during the building regulation compliance checking done with the traditional method. The doctoral thesis aims to carry out and automate the building regulation compliance checking in the construction permit and building use permit processes, which are done by the municipalities with the traditional method in Turkey, in the digital environment, to improve and minimize the problems encountered in the building regulation compliance checking, and to develop an innovative and technological model for municipalities for building regulation compliance checking. Following the three specified main objectives in the doctoral thesis, a BIM-based automated code compliance checking model "BIMTRAC3" has been proposed for municipality users, which provides the building regulation compliance checking of residential projects according to the Planned Areas Zoning Regulation (PAZR) in Turkey. The name of the BIMTRAC3 is identified by combining the three words: BIM (Building Information Modeling), TR (Turkey), and AC3 (Automated Code Compliance Checking, ACCC). The tasks of the BIMTRAC3 are to upload and select a building project in/into the IFC database, visualize the building project, perform an ACCC process, and send the ACCC result report.
A detailed current situation analysis was carried out on the subject covered in the doctoral thesis. 9 mutual interviews were held with the personnel working in the Housing and Urban Development Department, and the Construction Control Department of 6 different municipalities in Istanbul. It presented the general situation of the construction permit and building use permit processes of Uskudar, Atasehir, Kadikoy, Besiktas, Sisli, and Zeytinburnu Municipalities. It determined the common problems encountered in the building regulation compliance checking in the processes. It analyzed the solution suggestions for the problems. On the other hand, a meta-analysis study was realized to show the general situation of the publications published in ACCC through BIM in the architecture, engineering, and construction industry. It analyzed 131 articles written in English and accessed from electronic academic databases between 1988-2018. The literature review presents the articles' research tendencies, and the studied or missing subject areas, the features, and the general status of the developed or proposed software.
Automated Code Compliance Checking (ACCC) is a method that has been used for many years. The background of the ACCC, the ACCC systems, and the domain knowledge representations in building regulations were examined in detail. Three primary phases have been determined for the implementation of the ACCC method. The languages used in the domain knowledge representations in building regulations were examined and grouped under the standard headings with the meta-analysis study. RASE language and Semantic Web language (SWL) were chosen for the domain knowledge representation of the Planned Areas Zoning Regulation. The ACCC systems proposed and developed in the literature were analyzed. For this purpose, a conceptual framework used in the development of the BIMTRAC3 was prepared to classify the ACCC systems. The BIM model, the IFC, or the IFCXML data standards, in which the data of the building project is represented, were explained in the ACCC process. The IFCXML data standard of the building project was preferred for the ACCC in the BIMTRAC3 because the IFCXML simplifies the use of the IFC by reducing the complexity in the IFC data.
In the first phase of the ACCC development process, the domain knowledge representation of the Planned Areas Zoning Regulation (PAZR) was discussed. The PAZR, which was published in the Official Gazette dated 03.07.2017 and numbered 30113, was selected for the domain knowledge representation within the scope of the doctoral thesis because the PAZR defines the job descriptions of the municipalities most clearly in the building production process. A 4-Level Structure and a RASE-based Semantic Web Language (RSWL) were proposed for the domain knowledge representation of the PAZR. PAZR Decomposition Phase, PAZRCode Transformation Phase, RASE Translation Phase, and C# Coding Phase were explained in detail and applied for the domain knowledge representation of the PAZR. The 4-level structure was implemented in the PAZR decomposition phase and the PAZRCode transformation phase. The RSWL was used to define the PAZRCode rules obtained due to the PAZRCode transformation phase and encode them as a rule through the programming language. 50 PAZRCode rules, which were defined according to the four basic features of the RASE language, were coded according to the if-else control structure in the C# programming language. These rules were classified by the IFC types in the condition of the if-else control structure in the C# coding phase. These were 15 IfcSpace rules, 8 IfcDoor rules, 6 IfcWindow rules, 2 IfcRailing rules, 1 IfcBuildingElementProxy rules, 11 IfcTransportElement rules, and 7 IfcStair rules.
In the second phase of the ACCC development process, the BIMTRAC3, a BIM-based automated code compliance checking model, was created. The purpose and the scope of the BIMTRAC3 were explained. The development steps of BIMTRAC3 were prepared from four basic steps. These were the requirement step, the design step, the coding step, and the testing step. The BIMTRAC3 was designed as an ASP.NET web model, using the ASP.NET technology and the MVC architectural pattern. Tools used with the ASP.NET technology were preferred in the development of the BIMTRAC3 that the MVC architectural pattern integrated with the ASP.NET technology was used in the structure of the BIMTRAC3. The MVC structure of the BIMTRAC3 was designed from Data, View, and Controller layers. The architecture of the BIMTRAC3 was formed with the BIMTRAC3 Homepage, File Module, Model Module, Control Module, and Communication Module. According to their modules, the operations performed between the layers of the BIMTRAC3 were coded in the C# programming language. The limits and restrictions that emerged during the testing of the BIMTRAC3 were determined. The usage workflow chart of the BIMTRAC3 was prepared for the users.
In the third phase of the ACCC development process, the BIMTRAC3 was tested on a sample project. Mia Caddebostan's apartment project was prepared through the BIM-based ArchiCAD software. The BIMTRAC3 was tested correctly with the sample project, and it was evaluated according to the test results. The ArchiCAD software was preferred for the BIM model and the IFCXML data file of the sample project. The sample project was designed with 9 floors (with a basement), 8 flats, and 2 elevators. Finally, the IFCXML data file of the sample project was exported by ArchiCAD. The BIMTRAC3 checked 179 spaces, 91 doors, 66 windows, 52 railings, 2 mechanical ventilation, 2 elevators, and 8 stairs of the Mia Caddebostan apartment project following the PAZR. The Architectural ACCC took 15 minutes in the BIMTRAC3. Within the scope of the doctoral thesis, the BIMTRAC3 Architectural Code Checking Result Report of the Mia Caddebostan apartment project was successfully sent to the contractor user (Murat Aydın) from the municipality user (Hasan Tan) via e-mail in the PDF format.
The BIMTRAC3 is a BIM-based automated code compliance checking model. It has a rule-based checking system that provides simultaneous control of the building regulation compliance checking by computer, taking into account the characteristics of the building elements and the related building regulations. The BIMTRAC3 is the first automated code compliance checking model for municipalities that uses the BIM-based ACCC method in Turkey, where the construction industry is heavily active. The building regulations can be converted into computer-readable and controllable rules with the BIMTRAC3. It can be applied to other building regulations, such as car parking, elevators, shelters, and energy performance in buildings. The Architectural, Structural, Mechanical, Electrical, and Plumbing ACCC of the building projects can be controlled accurately, completely, and quickly with the BIMTRAC3. The building regulation compliance checking service performed in the construction permit and the building use permit processes can be checked in 1 day by the municipalities with the BIMTRAC3. This service can be realized in 1 hour by adding new features, eliminating the deficiencies, and updating the BIMTRAC3. Although the BIMTRAC3 is only recommended for the municipalities, it can be improved according to the expectations and requirements of other participants involved in the building production process, such as architects, engineers, owners, employers, contractors, subcontractors, construction managers, and so forth. The BIMTRAC3 will contribute to the economy of Turkey when it is released on the market as software with the financial and workforce support of individuals, institutions, or organizations.