Dijital ikiz teknolojisinin bir altyapı projesinde tesis yönetimi amaçlı kullanımı: İstanbul Havalimanı örneği
The use of digital twin technology for facility management in an infrastructure project: A case study of İstanbul Airport
Yazar: MUHİTTİN EGEMEN YILDIRIM
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENEM BİLİR MAHÇİÇEK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı İşletmesi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Cumhurbaşkanlığı Dijital Dönüşüm Ofisi = Presidential Digital Transformation Office ; Proje üretimi = Project manufacturing ; Tesis yönetimi = Facility management ; İstanbul = Istanbul ; İstanbul Havalimanı = Istanbul Airport

Özet:
Teknolojideki son gelişmelerle birlikte sanayi, otomasyon ve inşaat gibi birçok alanda dijital dönüşüm stratejisi yaygın bir şekilde uygulanmaya başlamıştır. Bu bağlamda, dijital dönüşüm uygulamalarından biri olan dijital ikiz teknolojisi, fiziksel ürünün çeşitli sensörler ve simülasyonlar ile sanal ortamda bir kopyası oluşturulmak için kullanılmaktadır. Dijital ikiz teknolojisi ürün yaşam döngüsü boyunca çift taraflı veri akışına olanak sağlar. Bu teknoloji sağlık, otomotiv, havacılık, finans, ve endüstriyel üretim alanlarında kullanılmaktadır. Buna ek olarak, dijital teknolojilerin ve veri toplama yöntemlerinin gelişmesiyle dijital ikiz teknolojisi inşaat sektöründe tasarım, yapım, ve işletme aşamalarında kullanılmaktadır. Dijital ikiz teknolojisi inşaat sektöründe birçok farklı teknolojinin bir arada çalıştırılmasıyla uygulanmaktadır. Tez çalışması kapsamında tesis yönetiminde dijital ikiz teknolojisi kullanımının, geleneksel yöntemlere göre avantajları detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Yapılan çalışmada vaka örneği olarak İstanbul Havalimanı incelenmiştir. Çalışmada ilk olarak inşaat sektöründeki dijital dönüşüm konusu ele alınmıştır. İnşaat sektöründe yapılan dijital dönüşüm uygulamaları ve avantajları değerlendirilmiştir. Bu kısmın ardından ülkemizdeki inşaat sektörünün dijital dönüşüm stratejileri, avantajları ve karşılaşılan zorlukları ele alınmıştır. Bu aşamadan sonra dijital ikiz teknolojisi ile ilgili genel bilgiler verilmiş ve dijital ikiz teknolojisinin kullanıldığı sektörler incelenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında inşaat sektöründe dijital ikiz teknolojisi değerlendirilmiş ve bu teknolojinin gelişim süreci incelenmiştir. Ayrıca dijital ikiz altyapısının nasıl kurulacağı konusu detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Bu bağlamda, inşaat sektöründe kullanılan dijital araçların yetersiz kaldığı noktalar incelenmiş ve dijital ikiz oluşturulmasına olan ihtiyaç belirlenmiştir. Çalışma kapsamında yapılan literatür araştırması ile tesis yönetiminde kullanılan dijital ikiz uygulamaları detaylı bir şekilde incelenmiştir. Ayrıca tez çalışmasında soğan araştırma metodu kullanılmıştır. Tez kapsamında yapılan uygulama çalışmasında İstanbul Havalimanı tesis yönetimi uygulamaları ve dijital ikiz altyapıları analiz edilmiştir. Havalimanında kullanılan dijital ikiz altyapıları elektrik ve elektronik sistemler, mekanik otomasyon sistemleri ve aydınlatma otomasyon sistemleri olmak üzere üç bölümde incelenmiştir. Bu kapsamda, incelenen sistemlere ait dashboard verileri alınarak havalimanı tesis yönetiminde kurgulanan dijital ikiz altyapısının detaylı bir şekilde analizi gerçekleştirilmiştir. Verilerin nasıl elde edildiği ve verilerin ortak bir sisteme entegrasyonu analiz edilmiştir. Ek olarak merkezi otomasyon sisteminin merkeziyetçiliğinin tesis yönetimine katkısı da göz önünde bulundurularak merkezi otomasyon sisteminde toplanan ilgili verilerle oluşturulan çeşitli simülasyonlar değerlendirilmiştir. Tesis yönetiminde bakım ve onarım ile ilgili zorlukların belirlenmesinin yanı sıra dijital ikiz teknolojisini kullanarak nasıl aksiyon alınacağı ve sorunların nasıl çözüleceği araştırılmıştır. Dijital ikiz teknolojisi ile tesis yönetiminin geleneksel yöntemlerle yapılan tesis yönetimine göre avantajları ele alınmıştır. Dijital ikiz teknolojisinin sağladığı faydalar zaman, maliyet ve iş gücü açısından değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, ürün yaşam döngüsü boyunca dijital ikiz teknolojisi uygulanarak gerçekleştirilen tesis yönetiminin geleneksel yönteme göre üstünlüğü ortaya çıkmıştır.

Abstract:
With the recent developments in technology, digital transformation strategy has become widely applied in many fields such as industry, automation and construction. In addition, digital twin technology, one of the digital transformation applications, is used to create a copy of the physical product in a virtual environment with various sensors and simulations. Digital twin technology enables double-sided data throughout products life cycle. This technology is used in the fields of healthcare, automotive, aviation, finance, and industrial production. In addition, with the development of digital technologies and data collection methods, it is used at the design, construction and operation stages. Digital twin technology is applied in the construction sector by combining many different technologies together. Within the scope of the dissertation study, the advantages of the use of digital twin technology in facility management compared to traditional methods have been investigated in detail. In the study, Istanbul Airport was examined as a case study. Firstly, the digital transformation in the construction sector was considered and the digital transformation applications and advantages in the construction sector were evaluated in the study. Following this section, the digital transformation strategies, advantages and challenges of the construction sector in Turkey were discussed. Then, general informations about digital twin technology was given and the sectors where digital twin technology is applied were investigated. In the second part of the dissertation, digital twin technology in the construction was evaluated and the development process of the digital twin technology was examined. In addition, how to set up the digital twin infrastructure was investigated in detail. In this context, it is examined that points where the digital tools used in the construction sector are insufficient and there is need for the creation of digital twins. With the literature research carried out within the scope of the study, the digital twin applications used in facility management were examined in detail. In addition, onion research method was used in the thesis study. In the application study carried out within the scope of the thesis, Istanbul Airport facility management implementations and digital twin infrastructures were analyzed. Moreover, the infrastructures are examined in three parts including electrical and electronic systems, mechanical automation systems, and lighting automation systems. In this context, the dashboard data of the systems were obtained and the digital twin infrastructure constructed in the airport facility management was investigated in detail. How the data were obtained and the integration of the data into a common system were analyzed. Additionaly, simulations created with data collected in the central automation system were evaluated. In this context, the contribution of the centrality of the central automation system to facility management was also taken into account. In addition to identifying the difficulties related to maintenance and repair in facility management, it was investigated how to take action and solve problems using digital twin technology. The advantages of facility management using digital twin technology compared to traditional methods were investigated. Moreover, the benefits of digital twin technology were evaluated in terms of time, cost and labor force. When considering the outcomes of the study, it was inferred that has many advantages in terms of facility management, asset management, resource management, operation and maintenance management, operational scenarios, sustainability and energy consumption estimates. In addition, it was concluded that the management of the electrical and electronic systems evaluated in the thesis study with the digital twin infrastructure provides significant advantages over traditional methods. Meter reading operations performed by personnel in the field using traditional methods are performed digitally through the automation system thanks to the IoT LoRaWAN system. Thus, all collected meter data can be displayed instantly. In addition, the data in this system, which was established using the digital twin infrastructure, can be transferred to the SAP system. In this way, billing operations can be performed more quickly, saving time and minimizing errors in cost calculations. Although employees collect data manually in facility management applied by traditional methods, the ability to obtain meter data automatically thanks to digital twin technology significantly reduces labor costs. With the existing digital twin infrastructure, an analysis of the consumption amounts of a desired region or a building such as an airport terminal area can be performed according to the daily, weekly, monthly and annual time periods. Due to the fact that fault information is constantly recorded with this system, a report can be created according to the frequency of faults coming from any region. For this reason, early intervention to malfunctions is available. In traditional methods, monitoring assets in facility management and manually recording fault conditions of these assets creates difficulties in terms of maintenance and repair. When it comes to mechanical systems, controls are made from a single center thanks to the central automation system and it is ensured that the systems work in the desired way. Thanks to the instant monitoring of all the data contained in the air conditioning unit examined within the scope of the study, the ventilation system can be optimized better. Therefore, ambient comfort and passenger satisfaction are ensured. Thanks to the data recorded in mechanical systems, it is possible to make forecasts for the future. Also, fault notifications in these systems, which are controlled by the central automation side, can alarm instantly. Thanks to the digital twin infrastructure in mechanical systems, unnecessary labor spent is eliminated and facility management is provided more efficiently. Thanks to the digital twin infrastructure in the lighting systems, the existing lighting systems at the airport are adjusted at a certain rate with set values, energy savings are achieved and passenger satisfaction is contributed to. Thus, lighting systems can be controlled remotely and point-by-point, ease of maintenance and repair is provided, and can be managed more effectively in terms of detecting fault conditions. Thanks to the digital twin infrastructure in lighting systems, energy consumption analyzes of the regions are carried out daily, weekly and monthly, and energy saving and efficiency strategies can be created with the analyzes performed. In summary, when digital twin technology is used effectively in facility management, it is seen that it enables to provide coordination in digital environment, analysis of future forecasts by simulations and remote monitoring of the facility. It has been observed that the most important factor in the successful implementation of digital twin technology is the ability to monitor and collect data instantly. Additionally, it has been seen that the data should be collected with the right methods in the process of creating digital twins. In order to use digital twin technology effectively, the data collected separately in automation systems must be evaluated together. As a result, the superiority of facility management, which is conducted by applying digital twin technology throughout the product life cycle, was revealed compared to traditional methods.