Tünel kalıp sistemleri kullanılarak bilgisayar ortamında bireyselleştirilmiş konut üretimi
Generating customized housing plan layouts in computer environment using tunnel form structures
Yazar: BELİNDA TORUS
Danışman: PROF. DR. SİNAN MERT ŞENER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilişim Ana Bilim Dalı / Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Bilgisayar destekli tasarım = Computer aided design ; Kitlesel bireyselleştirme = Mass customization ; Toplu konutlar = Mass houses

Özet:
Türkiye'deki konut stokunun alternatif hanehalklarına ve zamanla değişen ihtiyaçlara uyum sağlayabilmesi için, öne çıkan kavramlardan biri de esneklik kavramıdır. Konut üretiminde esneklik meselesi çoğunlukla 20. Yüzyıl'a özgü üretimden kaynaklanan bir problem alanı olmaktadır. Üretilen bu konutların kullanıcısının tekil bir konutta olduğu gibi net tanımlanamayan değişken bir aktör olması ile kullanım sırasında geçireceği müdahalelerin tahmin edilemez oluşu esneklik olgusunu çözümlenmesi zor bir problem alanı hâline getirir (İlhan, 2008). 
Yürekli (1983) esnekliği iki grupta toplamaktadır: tasarım ve kullanım esnekliği. Binanın kullanım evresinden önce ortaya çıkan esneklik, tasarım esnekliği olarak tanımlamaktadır (Yürekli, 1983). Yürekli (1983) esnekliğin gerçekleşme zamanı yapım evresiyle sınırlı ise, uygulamasında yalnız planlama ve mekân organizasyonu (layout) kararlarının etkili olduğu; ancak gerçekleşme zamanı yapım evresini de kapsıyorsa, bu kararların yanı sıra yapı ve yapım sistemi niteliklerinin de uygulamada önem taşıdığını belirtmektedir. Söz konusu gruplandırmada tasarım esnekliği kapsamına giren, yapım evresinde planlama ve mekân organizasyonu karalarının yanı sıra, özellikle yapı ve yapım sistemi özelliklerine bağlı olarak gerçeklesen yapım esnekliği ayrı bir esneklik türü olarak belirlenebilir (Deniz, 1999).
Her türlü kullanıcı için sınırsız esnek olabilen tasarımlar ise, başlangıç maliyetini artıracağı için, esneklik sınırlarının planlama ve tasarım sürecinde çizilmesi ilk yatırım maliyetini ciddi oranlarda düşürecektir. Bu açıdan ele alındığında esnek konut tasarımında esneklik boyutunun önceden belirlenmesi ve gelecekte nasıl değişikliklere olanak sağlayabileceğinin tasarlanması önem kazanmaktadır. 
Diğer pek çok alanda olduğu gibi konut üretimi ve mimarlık alanında da 20. Yüzyıl öncesindeki tekil ve kişiye özgü tasarım ve üretim anlayışı yerini seri üretime bırakmıştır. Bu açıdan bakıldığında kitlesel bireyselleşme; kitlesel üretim ile kişiye özgü tekil üretimin olumlu yönlerinin mümkün olan en iyi şekilde bir araya gelmesi olarak öne çıkar. Kitlesel bireyselleştirme, farklı ürün alternatifleri üretmekte ve esnekliği desteklemektedir. Böylelikle daha önceden çerçevesi çizilerek tanımlanmış kuralların farklı düzenlerle bir araya gelmesi ve ürünlerin oluşması mümkün olur. Ayrıca hesaplamalı tasarım teknolojilerinin de kullanılması ile, hem olası alternatifleri hesaplamak, hem de bilgisayar ortamında hızlı, ekonomik ve uygulanabilir üretim yapmak mümkün olmaktadır.
Tasarımda tekil bir ürün tasarlamak yerine, ürün grubunu tasarlayacak olan tasarım stratejisi ve tasarım yöntemi uygulanmaya başlanmıştır (Akipek ve İnceoğlu, 2007). Bir başka ifadeyle artık ürün değil, ürün grubunu oluşturacak kural setleri, tasarım girdileri ve çeşitli parametreler tanımlanmakta ve tasarlanmaktadır. Bu durum, ürünün tasarım sürecinde kullanılacak olan mimari bilgilerin ve kural setlerinin iyi bir şekilde tanımlanması gerekliliğini oraya çıkarmaktadır. Ayrıca ürünler test edilerek, geri bildirimlerle ve müdahaleler ile, bu kararlarda ve kurallarda değişiklikler yapılabilmektedir. 
Bu çalışmada apartman blokları için bilgisayar ortamında plan şemaları üreten (FPL_Gen - Floor Plan Layout Generator, Kat Plan Şeması Türeticisi isimli) bir uzman sistem geliştirilmiştir. Daha sonrasında ise, çeşitli mimarlık ofisleriyle görüşmeler yapılarak bu prototipin ve yaklaşımın test edilmesi ve değerlendirilmesi amaçlanıştır. 
Prototipte farklı kullanıcı profillerinin isteklerine cevap verebilecek konut plan şeması alternatifleri üretmek amaçlanmaktadır. Bir başka ifadeyle, daha önceden belirlenmeyen (farklılaşabilen) kullanıcı profiline göre farklı boyutlarda plan şemaları üretecek ve esnek kullanıma olanak sağlanması hedeflenmektedir. Bilgisayar ortamında geliştirilen prototipte, plan şemaları isteklere ve kısıtlara cevap verebilecek şekilde ve hızlı üretilebilmesi amaçlanmaktadır
Prototip için esneklik kavramının sınırlarını belirlenmesi ve alternatif üretiminin gerçekleşebilmesi için açık yapı yaklaşımı kullanılmıştır. Kendall ve Teicher (2000, s.4) açık yapı uygulamasında yapıyı iki bölümde ele alır; 1) destek (ya da temel yapı - support): yapının taşıyıcı ve temel altyapısını barındıran bölümler, 2) tamamlayıcı (infill): yapının değişebilir ve kullanıcıya cevap verebilen –değişebilen ve dönüşebilen- bölümler.
Açık yapı sisteminde destek, taşıyıcı sistemle beraber tesisat altyapısını da içeren binanın daha katı ve durağan kısmını oluştururken; tamamlayıcı, belli ölçüde değişebilen ve dönüşebilen, daha esnek kısmını oluşturmaktadır. Bir başka ifadeyle, açık yapı sistemi, taşıyıcı ve taşıyıcı ile ilişkili olan hizmet alanlarının altyapısını, yapının temel kalıcı kısmı olarak tasarlarken, tamamlayıcı bireysel kullanıcının isteklerine, seçimlerine ve yaşam stiline göre değişiklikler gösterebilecek şekilde tasarlanmaktadır (Kendall ve Teicher, 2000, s. 33).
Farklı plan şemalarının ve kütle ilişkilerinin seçilmesi mümkün olmasına rağmen ilk aşamada dikdörtgen plan şeması seçilmiştir. Bunun sebebi öncelikle prototipi test etmek ve alternatifleri daha iyi takip etmektir. İlk önce açık yapı yaklaşımı ile destek oluşturulmaktadır. Desteği oluşturmak için taşıyıcı sistemi ve servis mekânlarıyla ilgili ana kararlar önceden verilmiş ve gerekli hesaplar yapılmıştır. Böylece üretimi yapabilmek için gerekli altyapı oluşturulmuştur. Destek kısmı üretilirken tamamlayıcı kısmı için ana hatlar belirlenmektedir. Kesinleşen kullanıcının kararına göre tamamlayıcı kısmının detaylandırılması öngörülmektedir. 
Toplu Konut İdaresi Başkanlığı (TOKİ) devlet desteği ile en çok konut üretimini gerçekleştirmektedir. Bu sebeple taşıyıcı sistem olarak TOKİ'nin de uygulamalarında sıkça kullandığı tünel kalıp sistemi seçilmiştir. Tünel kalıp sistemi, prefabrike bir sistem olduğu için hızlı üretim yapabilen ekonomik bir sistemdir. Bu sistemi kullanmak hem boyut sınırlamalarının belirlemesi açısından, hem de elde edilecek olan örneklerin gerçekçi ve uygulanabilir olması açısından avantajlıdır. 
Önerilen prototipte girdi olarak kütle boyutu, kat adedi ve istenilen daire tipi yüzdeleri girilmektedir. Kütle boyutu ve kat sayısı ile ilişkili olarak çekirdek boyutları ve ihtiyaç duyulan dolaşım alanları hesaplanmaktadır. Çekirdek alanı kütle boyutuna ve kat adedine bağlı olarak, kütlenin köşesinde, kenarında veya ortasında konumlandırılmaktadır. İlk değerler girildikten sonra çekirdeğin boyutu ve yeri saptanmakta ve birden fazla alternatif üretilebilmesi durumunda ise, rastlantısal olarak aralarından seçim yapılmaktadır. 
Çekirdek ve taşıyıcılar prototipte taban (base) oluşumunu sağlamaktadır. Taban ve odalar oluşturulduktan sonra istenilen yüzdelere göre her katta daireleri oluşturacak şekilde üretim yapmaktadır. Böylelikle belirlenen taşıyıcı sistemine sahip bir apartman bloğunun kat planlarında farklı dairelerin üretilmeleri mümkün olmaktadır. Burada taşıyıcıların genişliklerine bağlı olarak dairelerin her biri farklı alanlara sahip olarak oluşabilmektedir. Her türetmede farklı taşıyıcılar üretileceği için alternatif taban üretimleri gerçekleştirmek mümkündür. Bir başka ifadeyle, aynı taban üretimi üzerinden farklı daire tipleri üretmek kadar, aynı ilk girdilere alternatif taban üretimi üzerinden farklı daire tipleri üretmek de mümkündür. Prototip, ürün çıktısını hem plan şemaları, hem de metraj verisi olarak vermektedir. 
Prototip geliştirildikten sonra mimarlık ve mühendislik ofisleriyle prototipi değerlendirmek için görüşmeler yapılmıştır. Ofislerin seçiminde farklı ölçeklerde ve aşamalarda toplu konut üretiminde rol almış olan ofisler tercih edilerek daha geniş bir grubun temsil edilmesi amaçlanmıştır. Kullanıcılar öncelikle yaptıkları konut çalışmalarından, konut üretim sektöründeki çalışma ve uygulama alanlarından bahsederek, ofis ve bireysel deneyimlerinin genel bir profil çizmişler, daha sonrasında ise prototipi test ederek değerlendirmeler yapmışlar ve yorumlarda bulunmuşlardır. 
Kullanıcılar, bazı eleştirilerde bulunsalar da genel anlamla araç kullanarak üretimi olumlu bulmuşlardır. Metraj hesabının yapılıyor olması tüm kullanıcılardan olumlu geri bildirimler almış, çeşitli yönetmeliklerin ve faydalı alan hesabı gibi hesapların da prototipte yer alması önerilmiştir. Burada en çarpıcı sonuç, kullanıcıların herkesin kullanabileceği daha genel kullanıma yönelik bir araçtan çok özelleşmiş bir aracı tarif etmeleridir. Kullanıcılar; kendi mimari ihtiyaçlarına, tarzlarına veya bilgilerine göre prototipe müdahale etmeyi ve bu doğrultuda çeşitli değişiklikleri önermişlerdir. 
Prototipin kitlesel bireyselleştirme amaçlanarak bilgisayar ortamında tasarlanması sonucu olarak geliştirilme potansiyeli yüksektir. Ana kararlarda değişiklikler yapılarak çeşitli geri dönüşlerle ve müdahalelerle, farklı üretimler yapılabilmektedir. Ayrıca daha ileri aşamalarda çeşitli özelliklerin, örneğin faydalı alan hesabı, cephe tasarımı vb. gibi başlıkların veya panellerin eklenmesi de mümkündür.

Abstract:
Flexibility is featured as a key concept of the housing stock in Turkey in order to adapt to the changing needs of households. Flexibility in housing production became an issue in the 20th century due to the specific modalities of production adopted. Flexibility became a difficult problem area because unlike in single houses, the users of these houses are not identified and they are variable, therefore it is unpredictable to foresee the interventions that the houses will undergo in time (İlhan, 2008). Yürekli (1983) discusses the notion of flexibility under two headings; design flexibility, and usage flexibility. In design flexibility, decisions about the planning and space organization (layout) are considered in the design and construction phase (Yürekli, 1983). In addition to Yürekli, Deniz (1999) suggested the notion of production flexibility -within the scope of the design flexibility- as another type of flexibility depending on the particular characteristics of the building and construction system. 
A design which can have unlimited flexibility for all types of users would increase the initial cost. Therefore if the borders of the flexibility are delineated during the planning and design process, it will reduce the initial investment significantly. Thus, predetermination of flexibility in housing would allow the designer, to foresee the potential of the changes in the future. Unique and individualized design and production before 20th century was replaced by mass production in the areas of housing production and architecture as in many other areas. From this perspective, mass customization is combining positive aspects of mass production with individual design in the best way possible. Mass customization produces alternatives while supporting flexibility. Thus, with pre-defined framework and rules can be applied in various orders and products can be formed. Also with the use of computational design technology, it is possible to calculate and see the alternatives in computer environment and foster economical and feasible production. Thus was born the concept of developing a design strategy and method, instead of individual designs solutions (Akipek and İnceoğlu, 2007). In other words, instead of designing a product, the rule sets and a variety of design input parameters are defined to design product group(s). For this reason, the information required to design the products needs to be defined clearly as well as the rules and rule sets. Furthermore with tests and feedbacks, rules can be changed and design can be developed or altered.
In the case of housing, (as opposed to mass housing), a more individualized mass production is needed. Customized mass housing may respond the problems better but even in mass customization, the unpredictability of the future or change of needs must be taken into consideration. In addition, a more flexible methodology can be used in order to be able to respond the unforeseen needs. 
In the scope of this study an expert system (FPL_Gen – Floor Plan Layout Generator) is developed and designed in order to create plan layouts of apartment blocks. Three different topics/themes are discussed in order to generate the new housing solutions. While flexibility and mass customization emerges as the concepts for accurate solutions, open building approach is utilized as the major approach to create realistic and implementable layouts and postpone the final decision making to the household - final user. Pursuing the generation of FPL_Gen tool, structured interviews are held with various architects and engineer in order to test the tool and to discuss the aforementioned themes and methodology. In the suggested prototype, creating plan layout alternatives responding the requirements of various users is aimed. In other words, flexible plan layout alternatives in different sizes and positions are created for not pre-defined users. The prototype is designed and developed in computer environment aiming to respond to the defined parameters and constraints rapidly. To draw the borders of the flexibility and support alternative production, an open building approach is selected. 
As it is known, open building approach is a multidisciplinary approach applied in building design. Kendall and Teicher (2000, p. 4), define open building approach in two parts 1) support (the durable part of the building), and 2) infill (the changeable part of the building). The main idea is to create the support; the stable part of the building and to delay the infill process (the construction of partition walls). The support consists of the structural system, as well as the mechanical systems, which constitute the unchangeable part, and the infill is changeable and the user-responsive part, which may be determined or altered for each individual household (Kendall and Teicher, 2000, p. 33).
Even though various plan schemes and mass configurations may be selected for the prototype, rectangular plan scheme is selected. The main reason for this decision is to use a basic shape so that the products and alternatives can easily be tracked. FPL_Gen generates rectangular blocks based on the architectural decisions, data (embedded in the tool), and the initial input (width, depth, number of floors, percentage for each type-selected by the user). In order to create the support (base - core and structural system), basic design decisions are made and various calculations are performed about the structural system, space organization, and service areas. After support decisions are finalized, the main frame for infill is determined. After this point, the architect can manipulate the design, re-generate it, or use it as a base and modify it manually. The detail and design on the infill part is assumed to be finalized by the household - the final user. 
In order to select the structural system, TOKİ (MHDA - Mass Housing Development Administration) and the houses designed / constructed by TOKİ are analyzed. TOKI tried to solve the housing problem by building mass houses -housing blocks (mostly medium and high-rise apartment buildings)- with solid infrastructure and most of the time created typical plan schemes which overlooks contextual features, climatic or cultural needs. Tunnel form construction system is the most common construction method in housing projects in Turkey which TOKİ is the biggest housing supplier. Tunnel form system is a prefabricated, fast, and economic system used in housing projects. Using tunnel form system helped to limit the size of the structural system and it is an applicable solution in Turkey. The modular and repetitive use of tunnel formwork can be altered and in order to design various alternatives with different width and depth sizes. 
In the prototype, the size of overall mass, the desired floor number and the percentage of apartment types are entered as initial input. Based on the overall size and floor numbers, core size and the required circulation area are calculated. Depending on the size the core and overall area of the mass, core is positioned on the corner, edge or in the middle of the mass. After initial values are set, the size and the position of the core is determined and in case of multiple alternatives, one is chosen randomly. The core and structural system creates the support part in the prototype which is called base. After the core is determined, structural system is randomly created to finalize the base. The structural system in turn, determines the sizes of the rooms and floor schemes are determined based on the initial percentages. It is possible to create various floor plan alternatives for the same structural system as well as creating various structural system alternatives with the same initial input. Prototype's outputs are plan schemes and their dimensions as well as their numeric list (room and house square footages) for each floor and overall building. 
With this organization the durable frame -the support- will be the center part of the plan with the bearing walls enable the infill to be planned freely and to be altered in case of need. Infill encourages flexibility and adaptability, while it also promotes mass customization. The flexibility is based on the possibility of generating numerous houses with the same structural system. The decisions are made, main elements and constraints are defined (for example, the size of the rooms, the size of the cores, the size of the bearing walls and their relations with each other etc. are all calculated) and embedded in the tool using the houses designed in Turkey as cases. 
Interviews with architects and engineers from engineering and architectural firms have been conducted with the aim of testing the prototype. In the process of sample selection, architecture and construction firms designing or constructing are preferred so that they can represent a wider group of people. Interviews are conducted with the founders of the firms or with senior professionals (architects mostly). First; the general profile of the participants are categorized. After that, the evaluation of the prototype and comments are explained briefly. Suggestions and comments of the participants (engineers and architects) are very valuable to improve the prototype, the approach and how to interpret the architectural knowledge. Although the firms design or produce (various) housing complexes in different scales for different income groups, the prototype has received positive response by all participants. Square footage calculations received positive feedback and suggestions about future additions such as useful area calculations, or percentages from regulations are also made. Working with such a tool has also received positive feedbacks, even though the participants wanted to manipulate different data or add / remove some features. In other words, instead of a generic tool, participants sought for a tool that could be modified based on their own architectural needs, knowledge and style. 
FPL-Gen generates flexible and mass customized plan layouts while it uses the structural system as a constraint. It is also promising to see that developing the prototype is also possible by manipulating the code. Changing the initial assumptions, or decisions, with feedbacks and various interventions the scope of the prototype may differ widely. And in the further phases other features and panels can also be added.