Nihai projelerde mekanik sistemlerin otomatik çıkarım yöntemi ile yapı bilgi modelinin oluşturulması
Generating the final bim with automatic extraction method in final projects
Yazar: AKIN AKCİGER
Danışman: PROF. DR. HANDE DEMİREL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Bakım yönetimi = Maintenance management ; Bina yönetimi = Building management ; Lazer tarayıcısı = Laser scanner ; Terminal binası = Terminal building ; Yapı bilgi modellemesi = Building information modeling ; Üç boyutlu tarayıcı = Three dimensional scanner

Özet:
Her geçen gün artan insan nüfusu ile birlikte daha büyük yapıların yapılması ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Yapılar büyüdükçe daha kompleks bir hale geldiği için yapım ve yönetim süreçleri de zorlaşmaktadır. Kompleks yapıların en başında içerisinde çok sayıda mekanik, elektrik, özel ekipman odaları ve dolaşım alanlarını barındıran havalimanları gelmektedir. Teknolojinin de gelişmesi ile inşaat sektöründe yeni ve uygulaması daha kazançlı yaklaşımlar ortaya çıkmaktadır. Yapı Bilgi Modeli (YBM) tasarımdan tesis yönetimine kadar üç boyutlu model kullanımı ile büyük verinin yönetilmesi için kullanılan önemli bir yaklaşımdır. İki boyutlu geleneksel yöntemlerin aksine, YBM tüm disiplinlerin ortak katkısının bütünleştirilebildiği üç boyutlu bir model sağlar. Bu modelin taşınabilir cihazlarla sahada kullanımı ile insan kaynaklı sorunlar minimuma indirilebilir. İnternet tabanlı bilgi sistemi ile kullanıcılar yapı hakkındaki tüm bilgiye YBM üzerinden ulaşabilir. Projelerin hayat döngüsü düşünüldüğünde, tasarımdan işletmeye kadar olan süreçlerdeki geçişte verilerin birbiri arasından sürekli olarak transfer edilmesi gereklidir. Kompleks yapılarda artan veri ile birlikte süreçler arası geçişlerdeki veri kaybı da artmaktadır. Yaşanan bu veri kayıpları projelerde yönetilmesi gereken zaman ve maaliyet hesaplarını da olumsuz etkilemektedir. YBM gibi dijital ortamda yapılan veri yönetimleri süreçler arası veri kaybını minimuma indirmektedir. Bu nedenle Yapı Bilgi Modellemesi günümüzde yapıların yönetilmesinde çok populer hale gelmiştir. Yapı Bilgi Modeli bir yapının hayata geçirilmesinde ilk aşama olan uygun yerin seçilmesindeki çevresel analizlerin yapıldığı süreçten başlayarak yapım sonrası yapı işletmesi yönetimi dahil tüm aşamalarda kullanılmaktadır. Araştırmalara göre yapıların hayat döngüsü içerisindeki yapılan harcamaların %85'i yapım aşamasından sonraki operasyon dönemindedir. Bakım-onarım aşamasında teknik personelin uyum sağlama problemleri ve yeterli bilgiye ulaşamama durumlarından dolayı Amerika Birleşik Devletleri'nde yıllık 10 milyar dolar maddi kayıp yaşanmaktadır. Operasyon aşamasındaki yapıların yönetiminde verimlilik, güvenilirlik ve işlevsellik amacıyla tüm varlıkların tek çatı altında toplanılarak yönetildiği sistem tesis yönetimidir. Operasyon dönemindeki yapılarda tesis yönetimi faaliyetlerinde nihai YBM kullanılarak bu kayıpların önüne geçilebilir. Tasarım ve yapım aşamalarında diğer bölümlerle koordineli bir şekilde çalışarak oluşturulmuş bir Yapı Bilgi Modeli yapının tüm bilgilerine sahip olacaktır. Ancak tesis yönetiminde modelin kullanılabilmesi için yapım sürecindeki as-built imalatlar YBM'ne aktarılarak yapı operasyon dönemindeki nihai haline getirilmelidir. Teknik alanlarda yapılan lazer tarama verilerinin YBM'ne işlenmesi ile sistemdeki ekipmanların nihai durumları belirlenebilir. Bu sayede bakım-onarım faaliyetlerinde teknik personelin doğru bilgiye ulaşması sağlanabilir. Ancak kompleks yapılardaki sistemlerin yoğunluğu düşünüldüğünde ortaya çıkacak as-built imalat modelleme işi ciddi zaman alacak bir süreç olmaktadır. Çalışma kapsamında as-built imalatların otomatik çıkarım yöntemi kullanılarak modellenmesi ile tesis yönetimine aktarılacak nihai Yapı Bilgi Modeli'nin mümkün olan en kısa sürede oluşturulması hedeflenmektedir. Bu amaçla nokta bulutu verisinden otomatik çıkarım yöntemi ile modellemenin hangi tür odalarda yapılabileceği araştırıldı. Eğrilik hesaplama yöntemi kullanılarak, İstanbul Havalimanının farklı mekanik odalarında yapılan çalışmada geleneksel yönteme göre modellemenin %70 daha kısa sürede tamamlanabileceği bulunmuştur.

Abstract:
With the increasing human population, the need for larger structures has emerged. As the buildings become more complex, the construction and management processes become more difficult. Airports, which contain many mechanical, electrical, special equipment rooms and circulation areas, one of the most important complex structures. When technology is not suitable for working in a digital environment, the processes of realizing buildings are based on two-dimensional drawing techniques made with traditional methods. When two-dimensional designs on paper and different disciplines are combined in a single project, visuality decreases. Coordination problems due to the inability to distinguish the systems completely cause continuity in the construction phase. There are serious financial losses due to projects that are not completed on time. This situation complicates the construction of complex structures. With the development of technology, new and more profitable approaches are emerging in the construction sector. Building Information Model (BIM) is an important approach used to manage big data with the use of three-dimensional models from design to facility management. By creating the BIM of the design drawings, a better visual understanding of the structure can be achieved through the three-dimensional model. Unlike traditional two-dimensional methods, BIM provides a three-dimensional model in which the joint contribution of all disciplines can be integrated. The fact that all disciplines can be seen on a single model increases interdisciplinary interaction and saves time by making joint decisions. With BIM, the feasibility analysis of manufacturing can be determined with the overlap reports obtained from the three-dimensional model. Continuity of production is ensured when the design phase is passed to the construction phase. With the use of BIM in the field with portable devices, human-induced problems can be minimized. By using a three-dimensional model in the field, other productions to be made can be noticed. With the internet-based information system, users can access all information about the building through BIM. All stakeholders can follow the construction of the project transparently. Considering the life cycle of projects, it is necessary to constantly transfer data between each other in the transition from design to operation. With the increase in data in complex structures, data loss in transitions between processes also increases. These data losses also negatively affect the time and cost calculations that need to be managed in projects. Data management in digital media such as BIM minimizes data loss in processes. For this reason, Building Information Modeling has become very popular in the management of buildings today. The Building Information Model is used in all stages including post-construction management, starting from the process of environmental analyzes in selecting the appropriate location, which is the first stage in the realization of a building. According to research, 85% of the expenditures made in the life cycle of the buildings are in the operation period after the construction phase. In the United States, there is an annual financial loss of 10 billion dollars due to the adaptation problems of the technical personnel and the inability to reach sufficient information during the maintenance-repair phase. Facility management is the system in which all assets are gathered and managed under a single roof for the purpose of efficiency, reliability and functionality in the management of structures in the operational phase. With the use of BIM in facility management, users can access all necessary information from a single source, such as the location of the system and equipment to be repaired, over the three-dimensional model, system information, maintenance-repair interval and maintenance steps. Activities that need to be resolved quickly, such as emergency orders, can be responded to more quickly. These losses can be avoided by using final BIM in facility management activities in buildings during the operational period. A Building Information Model created by working in coordination with other departments during the design and construction phases will have all the information of the building. Different productions from BIM may occur due to reasons such as not being able to make the production priority as it should be during the construction phase, lack of foreman workers and design changes. These productions, which are made by bringing an on-site solution different from BIM, are called as-built. In order for the model to be used in facility management, as-built productions during the construction process should be transferred to BIM and finalized in the building operation period. Only in this way can technical personnel access correct information in maintenance-repair activities. Today, terrestrial laser scanners are used to determine the current state of objects with high accuracy in a short time. With the help of laser scanners, the object surface is acquired as points whose coordinates are known in the x, y and z directions. With the point cloud data obtained as a result of this process, in the desired areas. It is possible to transfer the objects to digital media. The final status of the equipment in the system can be determined by processing the laser scanning data made in technical areas into BIM. The final BIM can be created using laser scan data. However, considering the density of systems in complex structures, the as-built manufacturing modeling work that will emerge is a process that will take serious time. For this reason, the creation of the final BIM with traditional modeling methods causes time losses. Within the scope of the study, it is aimed to model the as-built fabrications using the automatic inference method and to create the final Building Information Model, which will be transferred to the facility management, as soon as possible. For this purpose, the methods in which modeling can be done by automatic extraction method from point cloud data are examined. There are many automatic inference software that uses different calculation methods on its basis. Most of these softwares define the object to be extracted automatically with user support. For this reason, it does not provide sufficient time savings compared to the traditional method. With the curvature calculation method used in the thesis, the pipe and pipe accessories in the point cloud can be modeled without user support. According to the mechanical system classification made at Istanbul Airport, where the study was carried out, piping systems constitute 68% of mechanical manufacturing. The vast majority of mechanical manufacturing can thus be modeled with the automatic extraction method. However, the system density in the mechanical fields is different from each other. For this reason, mechanical areas are classified as less dense, dense and very dense according to the mechanical quantities per square meter. In order to measure the usability of the method, applications were made in mechanical rooms with different system densities. Heating-cooling pipes, fire lines and some drainage system lines in mechanical areas are modeled automatically. All of the piping systems in the less dense rooms, 91% in the dense rooms and 68% in the very dense rooms could be deduced. Using the curvature calculation method, it was found that the modeling could be completed in 70% shorter time compared to the traditional method in the study conducted in different mechanical rooms of Istanbul Airport. Thanks to the automatic extraction method, the final building information model will be created quickly.