Mimarlıkta döngüsel tasarım yaklaşımı: Karar verme mekanizmaları için kavramsal bir çerçeve
Advancing circular design in architecture: A framework for decision-making mechanisms
Yazar: AYŞE CEYLİN CEYDA HÜNDAL
Danışman: PROF. DR. MERYEM BİRGÜL ÇOLAKOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Bilişim Ana Bilim Dalı / Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Yoğun şehirleşme ile birlikte kaynakların hızla tükenme riskinin ortaya çıkması ve iklim krizinin çevresel etkilerinin yoğun olarak hissedilmeye başlaması, tasarım ve inşaat faaliyetlerindeki mevcut anlayışın yeniden ele alınması gerekliliğini doğurmuştur. Mimari bileşenlerin kullanım ömrü ve kullanım senaryosu da tasarıma dahil edilerek, doğrusal kullan-at tüketim alışkanlığının döngüsel yaklaşıma evrilmesi mümkün olabilmektedir(Braungart ve McDonough,2002). Sistemsel bir anlayışı gerektiren döngüsel ekonomi-tasarım yaklaşımı kaynak kullanımına ilişkin daha optimize kararlar almamıza, atığı tasarım sürecinde yeniden tanımlamamıza, toplumsal anlamda refah ve çevresel sürdürülebilirliğe giden güvenli bir yol izlememize olanak tanır(van Vliet,2018). Bu bağlamda yaşam döngüsü değerlendirmesi(YDD) döngüsel tasarım anlayışında kullanılan önemli bir metodolojidir. Karbon emisyonunu ölçmek ve çevresel yıkıcı etkileri minimize etmek amacıyla da kullanılabilen bu değerlendirme yöntemi, hayat döngüsünde etki eden birçok faktörün ölçülmesini sağlayan temiz bir çerçeve (clear framework for measuring environmental impact) sunmaktadır. Yaşam döngüsü değerlendirmesi(YDD) sadece veri oluşturmakla kalmayıp karar almayı da kolaylaştırmaktadır(URL1). Tasarımcılara çevresel etkileri göz önünde bulundurarak tasarımın farklı süreçlerini değerlendirmeyi sağlayarak belirlenen hedef doğrultusunda karar almayı kolaylaştırmaktadır. Çeşitli etki mekanizmaları ve seçilmiş opsiyonlar arasından veri merkezli bir karar destek mekanizması sunmaktadır. Yaşam döngüsü değerlendirmesi(YDD) bilimsel bir ölçme aracı olarak değerlendirilmekten ziyade karar destek mekanizması olarak ele alınmaktadır( Hertwich ve Hammit,2001; Sandin ve diğ.,2015; Pryshlakivsky ve Searcy,2021). Bu sayede alınacak kararların rasyonel kısyaslamalarının yapılabilmesinin mümkün olacağı düşünülmektedir. Bugüne kadar, bir binanın doğrusal modelden döngüsel modele geçişini ölçmek için kabul edilmiş bir yöntem bulunmamasına karşın yapılan akademik çalışmalarla, yöntemlerin geliştirilebileceği dair görüşler mevcuttur(van Vliet,2018). 
Bu araştırma, döngüsellik seviyesinin değerlendirilmesine katkı sağlamayı amaçlamaktadır. Bir yapının bileşenlerinin yıkım/söküm sürecinde döngüselliğinin nasıl kıyaslanabilir şekilde ölçülebileceği ve buna dair kavramsal bir çerçevenin oluşturulması çalışmanın temel motivasyonunu oluşturmuştur. Bu çalışma kapsamında, mimari bileşenlerin yaşam ömrü ve yaşam ömrü değerlendirmesi akış diyagramları birbirine entegre edilerek kavramsal bir çerçeve oluşturulmuştur. Yıkım ve söküm aşamaları referans alınarak, döngüselliği Alba Concepts Yöntemi'nin parametrelerine göre karar ağacı modeline dönüştüren bir karar destek mekanizması geliştirilmiştir. Bu mekanizma, yapı bileşenlerini kapalı döngüde tutarak döngüselliklerinin kıyaslanabilir bir şekilde skorlanmasını sağlamayı hedeflemektedir. Alba Concepts Methodu, DGBC(Dutch Green Building Council) tarafından üretilen  'Döngüsel Binalar-Sökme Potansiyeli 2.0 için bir Ölçüm Yöntemi' yayınından referans alınmıştır. Troya Müzesi cephe panelleri, vaka çalışması olarak seçilmiş ve bu panellerin döngüsellikleri, karar destek mekanizması aracılığıyla skorlanarak kapalı döngüde kalmalarını sağlamaya yönelik bir değerlendirme yapılmıştır. Karar destek mekanizması çalışma kapsamında dört temel aşama üzerinden oluşturulmuştur. Bu aşamalardaki karar ağaçları Alba Concepts Methodu ve Elmadurmisevic(2006) çalışmasındaki parametreler üzerinden oluşturulmuştur. Döngüselliğin kıyaslanabilir bir şekilde ölçülmesi için geliştirilen skorlama sistemi, Alba Concepts Yöntemi'ne dayanmaktadır. Bu sistem, karar aşamalarının etkisine bağlı olarak belirlenen ağırlıkları referans alacak şekilde geliştirilmiştir. Çalışma kapsamında güncel mimari örneklerden biri olan Ömer Selçuk Baz ve ekibi tarafından tasarlanıp, uygulaması yapılan Troya Müzesi seçilmiştir. Müzenin cephe kaplamasında seçilen korten malzemenin kullanım nedenlerinden biri de tasarım senaryosunda yapının ilerleyen yıllarında yapı ile birlikte yaşlanacağı düşünülmesidir. Bu yaklaşım, döngüsel tasarımın ana omurgasında yer alan tasarım senaryosu ile doğrudan ilişki kurmasa da, vaka çalışmasında mevcut tasarım anlayışına dayanan senaryo ile döngüsel tasarım prensipleri arasında bir kıyaslama yapılmasına olanak tanımıştır. Böylece, yaşam döngüsü senaryosunun farklı katmanlardan incelenmesi mümkün hale gelmiştir. Çalışma kapsamında örnek vaka çalışmasının kapsamının daraltılması amacıyla geliştirilmiş olan karar destek mekanizması, Troya Müzesi'nin cephe panellerinden seçilen örnek bir tip üzerinden uygulanarak skorlaması yapılmıştır. Vaka çalışması uygulaması sürecinde karar destek mekanizmasının veri erişiminin sınırlı olduğu aşamalar saptanmıştır. Bu aşamalar özellikle karbon ayak izinin hesaplanması, çevresel karbon salınımı gibi nümerik veriler ve formüller üzerinden hesaplanabilen parametrelerden oluşmaktadır. Türkiye'de inşaat faaliyetlerinde kullanılan veri bankalarına ve standardizasyon süreçlerine erişimdeki yetersizlikler nedeniyle, bu vaka çalışmasının karbon ayak izi ve çevresel etki hesaplamaları matematiksel olarak gerçekleştirilememiştir. Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde yapı kimliğinin tanımlandığı, malzeme bankasının oluşturulduğu ve karbon salınımı gibi çevresel etkilerin hesaplanmasına yardımcı olan veriyi yönetmenin, bu veriyi kullanım noktasında standardizasyonun sağlanması gibi gereklilikler olduğu kanaitine varılmıştır. Bu alanda Türkiye bölgesinde yapılacak çalışmaların gelecekte, döngüsel tasarıma entegrasyon sürecinde önemli bir rol oynayacağı sonucuna varılmıştır. Bu çalışma kapsamında, mimari bileşenlerin yaşam döngüsü değerlendirme (LCA) süreci EN 15804 ve ISO14040-44 standartlarının birbirine entegre edildiği kavramsal bir çerçeve üzerinden ilerlemiştir. Çalışmada, özellikle yıkım ve söküm aşamaları üzerinde durulmuş ve bu süreçler, Alba Concepts Yöntemi'nin parametreleri referans alınarak analiz edilmiştir. Buradaki temel amaç, yapı bileşenlerinin kapalı döngüde kalmasının sağlanması ve döngüsellik seviyelerini kıyaslanabilir şekilde skorlamaya olanak sağlayan, bir karar destek mekanizması geliştirmektir. Bu mekanizma, yapı bileşenlerine yönelik alternatif kullanım senaryolarını değerlendirerek, mevcut duruma en uygun ve döngüselliği en yüksek yöntemin önerilmesini hedeflemekte ve karar alma süreçlerine katkı sağlamayı amaçlamaktadır. Bir diğer önemli nokta, yapıların inşaa süreçlerinden itibaren geçen süre yapım-söküm süreçlerinde karar alınmasında belirleyici önemli faktörlerden birini oluşturmasıdır. Troya Müzesi örneğinde de görüleceği üzere yapının ilk inşaa edildiğinden itibaren 80 yıla kadar ve 80 yıl sonrası iki senaryo üzerinden karar destek mekanizması uygulanmış ve böylece alınan kararlardaki farklılık gözlemlenebilmiştir. Sonuç olarak tasarım ve inşaat faaliyetlerindeki süreçlerin yönetimi çevresel etkinin azaltılmasında, malzeme kullanımının azaltılması ve kaynak yönetiminin optimum şekilde yapılması noktasında büyük önem arz etmektedir.

Abstract:
The emergence of the risk of rapid depletion of resources with intensive urbanization and the environmental impacts of the climate crisis have led to the need to reconsider the current understanding in design and construction activities. By including the lifetime and usage scenario of architectural components in the design, it is possible to evolve the linear disposable consumption habit to a circular approach (Braungart and McDonough, 2002). The circular economy-design approach, which requires a systemic understanding, allows us to decide more optimized decisions regarding resource use, redefine waste in the design process, and follow a safe path to social well-being and environmental sustainability (van Vliet, 2018). This comprehensive understanding entails an integrated perspective of the construction process, wherein each stage, from material extraction to end-of-life considerations, is analyzed for its environmental repercussions. In this context, life cycle assessment (LCA) is an important methodology used in circular design. The LCA methodology is relevant not just to new buildings but also to the rehabilitation and adaptive reuse of existing structures, hence prolonging the life cycle of materials. It provides a clear framework for measuring environmental impact, which can be used to measure carbon emissions and minimize environmental disruptive impacts. LCA not only generates data but also facilitates decision-making (URL1). The data generated by LCA can be integrated into broader sustainability frameworks, offering insights into energy consumption, water usage, and waste production. It enables designers to evaluate different processes of design taking into account environmental impacts and facilitates decision-making in line with the set objective. It offers a data-centered decision support mechanism among various impact mechanisms and selected options. In the context of reconciling various sustainability objectives, such as economic viability and the need to balance carbon emissions with resource scarcity, the implementation of this decision support system proves to be essential. This system facilitates informed decision-making by providing a comprehensive framework for evaluating the trade-offs between competing sustainability goals, thereby enhancing the capacity of stakeholders to achieve a more holistic approach to sustainability. LCA is considered as a decision support mechanism rather than a scientific measurement tool (Hertwich and Hammit, 2001; Sandin et al., 2015; Pryshlakivsky and Searcy, 2021). The function of LCA as a decision-making instrument enables it to inform policy formulation, directing rules that foster sustainable construction practices.. In this way, it is thought that it will be possible to make rational comparisons of the decisions to be taken. To date, there is no holistic accepted method to measure the transition of a building from a linear model to a circular model, but there are views that methods can be developed through academic studies (van Vliet, 2018). Academic research in this area is progressively concentrating on the creation of standardized indicators and metrics capable of precisely evaluating circularity in the built environment. 
This research aims to contribute to the assessment of the level of circularity. The main motivation of the study is to establish a conceptual framework on how the circularity of the components of a building can be measured comparably during the demolition/dismantling process. A systematic method for assessing circularity in demolition is essential, as it quantifies the possibilities for material reuse and recycling, fundamental tenets of the circular economy. 
Within the scope of this study, a conceptual framework was drawn by integrating the life cycle and life cycle assessment flow diagrams of architectural components, and by taking the demolition-dismantling process as one of the life cycle stages as a reference, a decision support mechanism was tried to be created that transforms the cyclicality into a decision tree according to the parameters of the Alba Concept Method and provides a comparable scoring of the cyclicality of the building components by keeping them in a closed loop. The decision tree structure allows for a systematic analysis of each building component, assessing its potential for reuse, recycling, or disposal at the end of its life. The Alba Concept Method is referenced from the publication 'Circular Buildings - A Measurement Method for Disassembly Potential 2.0' produced by DGBC (Dutch Green Building Council). This method has been instrumental in shaping the discourse around circularity in building design, offering a quantifiable approach to disassembly potential. The facade panels of the Troy Museum were selected as a case study and subjected to the decision support mechanism to score its circularity and to keep the facade panel closed. The selection of the Troy Museum as a case study was strategic, as its architectural significance and material choices provide a rich context for evaluating circular design principles. The decision support mechanism was created over four basic stages within the scope of the study. Each stage of the decision-making process was carefully designed to ensure that all relevant factors, such as material durability, adaptability, and environmental impact, were considered. The decision trees in these stages were created based on the parameters in Alba Concept Method and Elmadurmisevic (2006). By employing these well-established methodologies, the study ensures that the results are grounded in a solid theoretical framework. The scoring used for the comparative measurement of circularity is based on the Alba Concept Method and the weighting of the decision stages depending on their impact on the decision. Weighting these stages allows for a more nuanced assessment of circularity, recognizing that not all factors contribute equally to the overall sustainability of a building component.
Within the scope of the study, the Troy Museum, designed and implemented by Ömer Selçuk Baz and his team, was selected as one of the current architectural examples. This selection highlights the relevance of contemporary architecture in addressing sustainability challenges, as well as the role of design in shaping environmental outcomes. One of the reasons for the use of corten material selected for the facade cladding of the museum is that in the design scenario, it is thought that the building will age with the building in the coming years. Corten steel is known for its durability and weathering characteristics, which align with the principles of longevity and material resilience in circular design. Although this approach does not directly relate to the design scenario at the backbone of circular design, it has enabled the case study to be read from different layers in terms of comparing the life cycle scenario on the axis of the life cycle scenario and circular design principles. This multifaceted analysis allows for a deeper understanding of how architectural choices can influence both the short-term and long-term sustainability of a building. 
Within the scope of the study, the decision support mechanism, which was developed to narrow the scope of the case study, was applied and scored on a sample type selected from the facade panels of the Troy Museum. The scoring process involved a detailed examination of the material's potential for reuse, recycling, and its overall environmental impact. During the case study application process, stages where the decision support mechanism had limited data access were identified. These stages consist of parameters that can be calculated through numerical data and formulas, such as the calculation of carbon footprint and environmental carbon emissions.. Due to the lack of implementation of access to the database and standardization of data used in construction activities in the Turkish region, the carbon footprint of the case study and environmental impact could not be mathematically calculated. When reviewing the literature, it was concluded that there are requirements for defining building identity, creating a material bank, and managing data to assist in the calculation of environmental impacts such as carbon emissions, as well as ensuring standardization in the use of this data. The development of a material bank, in particular, is seen as a crucial step toward enabling a more circular approach to construction, as it allows for the tracking and management of materials throughout their lifecycle. It has been concluded that studies in this area, to be conducted in the Turkey region in the future, will play an important role in the integration process of circular design. These studies will be essential in advancing both the theoretical and practical understanding of circularity in the built environment, providing valuable insights for policymakers and industry professionals alike. Since the purpose of this study is to contribute to the development of a framework and decision support mechanism that helps maintain the building in a closed loop and enhances the readability of the layers of circularity, it was possible to identify the general deficiencies in this axis. Identifying these deficiencies is a critical step toward addressing the barriers to the widespread adoption of circular design principles, both in Turkey and globally. Another important point is that the time elapsed since the construction of the buildings constitutes one of the critical factors in decision-making during construction-demolition processes. This factor is particularly relevant in the context of aging infrastructure, where decisions about whether to renovate, reuse, or dismantle buildings must be made with an eye toward both environmental and economic sustainability. As seen in the example of the Troy Museum, the decision support mechanism was applied based on two scenarios: up to 80 years after the building's initial construction and beyond 80 years, allowing the observation of differences in the decisions made. These scenarios provide valuable insights into how the lifecycle of a building evolves over time and how circular design principles can be applied at different stages of a building's existence. In conclusion, the management of processes in design and construction activities is of great importance in reducing environmental impact, minimizing material usage, and optimizing resource management. By adopting circular economy principles, the construction industry can play a leading role in addressing some of the most pressing environmental challenges of our time, while also promoting economic resilience and social well-being.