Mimari yapım teknolojileri – detay tasarımı etkileşiminin 3B baskı teknolojileri bağlamında uzman görüşü yöntemi ile belirlenmesi
Determination of architectural construction technologies - detail design interaction with the expert view method in the context of 3D printing technologies
Yazar: SÜHAN ARTUĞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET CEM ALTUN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Mimari tasarım = Architectural design

Özet:
Konu ve bağlam:
 "Mimari bir elemanı inşa etmek ve süreci tasarlamak için kullanılan, bilimsel ilkelere dayalı uygulamaların tümü" olarak tanımlanabilen mimari yapım teknolojileri gelişen sanayi ve azalan kaynaklar sonucu oluşan verimlilik arayışıyla, teknolojik gelişmelerden etkilenerek zaman içinde yeniliklere adapte olmaktadır. Bu gelişmelerin bir sonucu olarak özellikle son 25 yıldır dijital üretim teknolojilerinin mimari yapım teknolojisi olarak kullanıldığı görülmektedir. Sürekli malzeme katmanlarının birbirlerine ilave edilmesiyle gerçekleştirilen eklemeli imalatın kullanıldığı parça üretme eylemi olan 3B baskı teknolojisi de bu dijital üretim teknolojilerinden biridir. 
Tasarımcılar zihinlerindeki fikirleri ve fikirlerin fiziksel bir mimari ürüne nasıl dönüşeceğini aktarmak ve yapım aşamasına hazırlamak için tasarım sürecine ihtiyaç duyarlar. Mimari bir yapının "inşa edilebilmesi" için "yapım" rolünü üstlenen kişilere verilmek üzere "detaylandırıldığı" süreçler "mimari yapıma yönelik ayrıntıda tasarım süreçleri" olarak tanımlanmıştır. Tasarım süreçlerinde yapım teknolojileri göz önünde bulundurulduğu gibi, yapım teknolojilerinin gelişme yönünü belirleyen etkenlerden biri de tasarım süreçlerindeki eylemlerdir. Bu karşılıklı etki mimari tasarım-yapım etkileşimi olarak ortaya çıkmaktadır. Böylece, tasarım süreçleri de yapım teknolojilerinin değişimiyle ilişkili olarak farklılıklar göstermektedir.
Günümüzde hızla gelişen ve dönüşen teknoloji alanında, "ileriye yönelik tahmin (öngörü)"de bulunabilmek, bu gelişmenin sorunsuzca ilerleyebilmesi için gerekli alt yapıyı hazırlama ve teknoloji stratejilerini belirlemede etkili bir araç olarak kabul edilmektedir. Öngörüler hem mevcut teknolojilerin kullanımındaki değişimlere hem de uzun vadede ortaya çıkacak yeni teknolojilere yönelik olabilir. Bir grup bireyin bir bütün olarak karmaşık bir problemle başa çıkmasına olanak sağlayan "Delfi (Delphi)" yöntemi, teknoloji öngörüsünde bulunmak için kullanılan yöntemlerden biridir. Kısaca, bir uzman grubuna yöneltilen sorular ve soruların cevaplarının geri bildirimiyle beraber tekrar yöneltildiği, birbirini takip eden turlardan oluşmaktadır. Böylelikle sonucunda teknolojinin gelişme yönü ya da bu gelişmenin etkileri hakkında öngörüler elde edilir.  
Araştırma sorusu, amaç ve kapsam:
Bu çalışma yukarıda aktarılan konular çerçevesinde, "Yakın gelecekte, mimari yapım teknolojisi olarak yeni gelişen 3B baskı teknolojisi yaygın olarak kullanıldığında, yapıma yönelik ayrıntıda tasarım sürecine etkisi ne olur?" sorusuna cevap aramaktadır. Araştırma sorusu doğrultusunda çalışmanın genel amacı, "yapım – tasarım" etkileşimi bağlamında, mimari yapım teknolojisindeki değişimin tasarım sürecine etkisinin saptanmasıdır. Çalışmanın odaklandığı nokta ise; mimari yapım teknolojisi olarak 3B baskı kullanımının, mimari yapıma yönelik ayrıntıda tasarım sürecine olan etkisi ile ilgili öngörü geliştirmektir. Çalışmanın alt yapısını oluşturacak kuramsal çerçevenin kapsamı; mimari yapım teknolojileri (21. yüzyılın ilk çeyreğine kadarki mimari yapım teknolojileri ve dijital mimari yapım teknolojileri – 3B baskı), mimari yapıma yönelik ayrıntıda tasarım süreçleri ve mimari yapım-tasarım etkileşimidir. Çalışmanın ana bölümünde ise mimari yapım teknolojisi olarak 3B baskı kullanımının mimari yapıma yönelik ayrıntıda tasarım sürecine etkilerinin bir birleşim bölge detayının üzerinden belirlenmesi için, farklı deneyim düzeylerine sahip olan akademisyen ve sektörde detay tasarımı üzerine çalışan mimarlar ile Aralık 2019 – Mart 2020 arasında, görüşmeler yapılmıştır. Bu alan çalışması ile ilgili kapsam sınırlamaları; İstanbul'daki dördü devlet ve ikisi özel olmak üzere toplam 6 farklı üniversitede yapı bilgisi ana bilim dalında görev yapan, +30 ile +2 yıl aralığında deneyime sahip akademisyenler ve İstanbul'da gerçekleşen projelerde aktif olarak detay tasarlayan/tasarlamış, +50 ile +2 yıl aralığında deneyime sahip sektörde çalışan mimarlar olarak belirlenmiştir. 
Yöntem:
Bu amaç doğrultusunda, çalışmada kullanılan yöntemlerin ilki, "literatür taraması, analizi ve derlemesi"dir. Çizilen kapsam çerçevesinde; mimari yapım teknolojileri, mimari yapıma yönelik ayrıntıda detay tasarımı, mimari tasarım-yapım etkileşimi, yapım teknolojileri analiz ve karşılaştırma ölçütleri ve birleşim bölge detayları konularında literatür taraması ve analizi yapılmış, ulaşılan bilgiler yine kaynaklardan yararlanılarak oluşturulan başlıklar belirlenerek derlenmiştir. Devamında, bir öngörü yöntemi olan "Delfi – Uzman görüşü yöntemi" kullanılmıştır. Bu yöntemle, uzmanlara, mimari yapım teknolojisi olarak 3B baskı kullanıldığında mimari yapıma yönelik ayrıntıda tasarım sürecine olan etkilerinin neler olacağıyla ilgili sorular yöneltilmiş ve birbirini takip eden iki tur ile görüşlerine başvurulmuştur. Son olarak Delfi çalışmasında elde edilen sonuçlar, "Tasarım yoluyla araştırma" ve "Protip üretimi" yöntemleri izlenerek bir birleşim bölge detayı üzerinde uygulanmıştır. 
Araştırma sonuçları ve etkisi:
3B baskı teknolojisi mimari yapım teknolojisi olarak kullanıldığında tasarım sürecine olan etkileri ile ilgili Delfi çalışmasında elde edilen başlıca sonuçlar: Yerinde – ön üretimli yapım arasında kalite kontrol kolaylığı açısından günümüzde var olan fark oldukça azalacaktır; birleşim ve ek elemanları neredeyse ortadan kalkacak ve günümüze kıyasla detaylar "sadeleşecektir"; tasarım sınırlarını belirleyen en büyük etken 3B yazıcı ve kullanılan malzemelerin özellikleri olacaktır; 3B baskı teknolojisi ile birden fazla işlevi karşılayan karmaşık malzeme arayışı artacak ve malzeme araştırmalarını bu yönde teşvik edecektir; iklim ve çevre verilerine yönelik tasarım, yapım ve tasarım ile ilgili süreç tasarımı gerekliliği, tasarım aracı olarak maket yapımı, kullanılan üretim teknolojisinden bağımsız olarak her zaman varlığını sürdürecektir; Tasarımcı ve kontrolör olarak "Mimar" rolünün korunması fakat tüm tasarım ve üretim sürecine hakim bir "tek akıl (yapay zeka)" nın olması beklenmektedir.
Bu çalışmayla, 3B baskı teknolojisinin bina teknolojisi olarak gelecek kullanımı yapım-tasarım etkileşimi üzerinden incelenmiş, uzmanlar tarafından teknolojinin olası etkin gelişim yönleri öngörülmüştür. Bu öngörülerin yeni tasarım alt süreçlerine dönüştürülmesi ve bir örnek üzerinde uygulanması ile çalışma sonuçlarının uygulanabilirliği ortaya konmuştur. Mimarlık ofisleri için, gelişen teknolojilere adaptasyon sağlarken yürüttükleri tasarım süreçlerine yönelik olarak değişiklik gösterebilecek durumlar ve kriterlerle ilgili veriler ve kolaylaştırıcı bilgiler sunulmuştur. 3B baskı teknolojisinin avantajlarının ve hâlihazırda yürütülen çalışmaların sunulması ile inşaat sektörünün bu konudaki çalışmalara yönlenmesi teşvik edilmiştir. Özellikle Türkiye'deki araştırma gruplarının ve sektörel paydaşların, son on yıldır uluslararası düzeyde yürütülen çalışmalara bir takım halinde dahil olmasının önemi belirtilerek, gelecekteki mimarlık teknolojisi eğitimine ve 3B baskının mimarlık alanında kullanımıyla ilgili yapılacak araştırmalara çeşitli veriler oluşturulmuştur.
Tezin kurgusu: 
Birinci bölüm; konunun tanıtıldığı ve kavramların açıklandığı giriş ile başlamakta, alt amaçlarla beraber çalışmanın asıl amacı, bölümler ile ilgili ayrı ayrı kapsam ve sınırlamalar ve özet akış şemasıyla beraber yönteminin tarif edilmesiyle tamamlanmaktadır.
İkinci bölümde çalışmanın yöntemi, ilgili konu başlıkları altında ayrıntılı olarak sunulmuştur. Tezin, grafiksel bir anlatım ile kolay takip edilebilmesi için hazırlanan akış şeması bölüm sonunda bulunmaktadır.
Üçüncü bölümde literatürden yararlanılarak, mimari yapım teknolojileri, mimari yapıma yönelik ayrıntıda tasarımın ve tasarım-yapım süreçlerinin etkileşimi irdelenip ulaşılan bilgiler derlenmiştir. Böylelikle, çalışmanın kapsadığı konular ile ilgili genel bir bakış sunulmuştur.
Dördüncü bölümde, dijital üretim teknolojileri anlatılmaktadır. Dijital üretim teknolojilerinin; çıkarmalı, şekillendirmeli, birleştirmeli ve eklemeli olarak sınıflandırıldığı bölümün devamında, bir eklemeli üretim olan ve bu çalışmadaki tasarım-yapım etkileşiminin ele alındığı bağlam olan 3B baskı teknolojilerine odaklanılmıştır. 3B baskı  uygulanmış örnekler ele alınarak teknolojinin günümüzde geldiği nokta, mimari alandaki kapasitesi ve sınırları sunulmuştur. 
Beşinci bölüm Delfi yönteminin uygulaması ve sonuçlarını içermektedir. Bu yöntemde sırasıyla; uzman olarak görüşüne başvurulacak kişiler seçilmiş, yüz yüze gerçekleştirilen ilk görüşmede ana problem olan "Mimari üretim teknolojisi olarak 3B baskı kullanıldığında detay tasarım sürecine etkileri neler olur?" sorusu ve 21 alt soru uzmanlara yöneltilmiştir. Alt sorular; yapım teknolojilerini analiz etmek ve karşılaştırmak için literatürden yararlanılarak geliştirilen ölçüt takımından, Delfi yönteminin başında gerçekleştirilen "odak grup" çalışmasından ve detay tasarım yöntemlerinden faydalanılarak oluşturulmuştur. Daha sonra, ilk tur sonuçları analiz edilerek verilen cevapların istatistiklerini içeren bir rapor haline getirilmiştir. Bu rapor ikinci turda uzmanlara sunulmuş ve ilk turda verilen cevapların oylanması istenmiştir. Son olarak, ikinci tur sonuçları analiz edilerek cevaplar değerlendirilmiş ve Delfi çalışmasının sonuçlarına ulaşılmıştır.
Altıncı bölümde, Delfi çalışmasında ulaşılan sonuçlar doğrultusunda, günümüz teknolojileri için tasarlanmış bir birleşim bölge detayı, tasarım senaryosu geliştirilerek 3B baskı teknolojisinde üretilmek üzere yeniden tasarlanmıştır. Buradaki teorik bulgular "Tasarım yoluyla araştırma"  yöntemi izlenerek tasarıma uygulanmış ve tasarım sürecinde izlenen adımlar ve deneyimler raporlanmıştır. Gerçekleştirilen tasarımın üretilebilirliğini test etmek ve genel 3B baskı kurallarını örnek bir üretim üzerinde denemek için bir prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. 
Ve son olarak yedinci bölümde tüm çalışmanın sonucu sunulmuş ve ileriye yönelik değerlendirmeler yapılmıştır.

Abstract:
Subject and Context:
Architectural construction technologies, which can be defined as "all of the practices based on scientific principles used to build an architectural element and design the construction process", are adapted to innovations over time by being affected by technological developments with the search for efficiency resulting from developing industry and decreasing resources. As a result of these developments, it is seen that digital production technologies have been used as architectural construction technology especially for the last 25 years. 3D printing technology, which is the act of producing parts using additive manufacturing realized by adding continuous layers of material to each other, is one of these digital production technologies. 
Designers need the design process to convey the ideas in their minds and how ideas turn into a physical architectural product and prepare them for the construction phase. The processes in which an architectural structure is "detailed" to be given to those who take the role of "construction" in order to "be construct" are defined as "detail design for architectural construction". As construction technologies are considered in design processes, one of the factors determining the development direction of construction technologies is actions in design processes. This mutual effect emerges as an architectural design-construction interaction. Thus, the design processes also differ in relation to the change of construction technologies.
Today, in the field of rapidly developing and transforming technology, making a "forward prediction (forecast)" is considered as an effective tool for preparing the necessary infrastructure and determining the technology strategies for this development to proceed smoothly. Forecasts can address both changes in the use of existing technologies and new technologies that will emerge in the long term. The "Delphi" method, which allows a group of individuals to deal with a complex problem as a whole, is one of the methods used to make technology predictions. Briefly, it consists of successive tours where questions directed to a group of experts and questions are re-directed together with feedbacks. As a result, predictions about the direction of technology development or the effects of this development are obtained. 
Research question, purpose and scope:
This study, within the framework of the above-mentioned topics, "In the near future, when the newly developed 3D printing technology is used in a widespread manner as architectural construction technology, what effect does it have on the detail design process for architectural construction?" is looking for an answer to the question. The general aim of the study in line with the research question is to determine the effect of the change in architectural construction technology on the design process in the context of the "construction - design" interaction. The focus of the study is; to develop a prediction about the effect of 3D printing as architectural construction technology on the detail design process for architectural construction. 
The scope of the theoretical framework of the study is; architectural construction technologies (until the first quarter of the 21st century and digital technologies - 3D printing), detail design process for architectural construction and architectural construction-design interaction. In the main part of the study, in order to determine the effects of the use of 3D printing as architectural construction technology on the detail design process for architectural construction, meetings were held between December 2019 - March 2020 with academicians who have different experience levels and architects working on detail design in the construction sector. Scope limitations related to this field survey determined as; "Academicians" working in the department of construction technology in 6 different universities, four of them are state universities and two of them are private universities who have experience between +30 and +2 years and "Architects" actively design or designed details in projects realized in Istanbul, who working in the sector with experience between +50 and +2 years. Method: 
For this purpose, the first method used in the study is "literature review, analysis and compilation". Within the framework of the scope; The literature review and analysis were made on architectural construction technologies, detail design for architectural construction, architectural design-construction interaction, construction technology analysis and comparison criteria, and intersection area details. The information was compiled by determining the titles again achieved from literature. Subsequently, "Delphi - Expert opinion method", which is a foresight method, was used. With this method, questions were asked to selected experts about the effects on the detail design process, when 3D printing was used as architectural construction technology. And their views were consulted with two successive tours. Finally, the results obtained in Delphi study have been applied on a intersection area detail by following the methods of "Research through design" and "Prototyping". 
Results and impacts:
When 3D printing technology is used as architectural construction technology, the main results obtained in the Delphi study regarding its effects on the design process are: 
• The difference between the on-site and off-site construction in terms of ease of quality control will decrease considerably today. 
• Joints and additional elements will almost disappear and details will be "simplified" compared to today.
• The biggest factor that determines the design boundaries will be the properties of the 3D printer and the materials used. 
• With 3D printing technology, the search for complex materials that meet multiple functions will increase and encourage material research in this field. 
• Design for climate and environmental data, the process design requirement related to construction and design, model making as a design tool will always exist regardless of the production technology used.
• It is expected that the role of "Architect" as a designer and controller will be preserved, but there will be a "mastermind (artificial intelligence)" that dominates the entire design and production process. 
With this study, the future use of 3D printing technology as building technology has been examined through the construction-design interaction and possible effective development aspects of technology have been foreseen by experts. The applicability of the study results has been demonstrated by transforming these predictions into new design sub processes and applying them on a sample. For architectural offices, data and facilitating information about situations and criteria that may vary in terms of their design processes while providing adaptation to developing technologies are presented. The introduction of the advantages of 3D printing technology and the work currently underway has been encouraged to direct the construction industry to work on this issue. In particular, the importance of involving as a team to work carried out at international level in the last ten years are specified to the research groups in Turkey and sectoral stakeholders. Various data have been created for future architectural technology education and research on the use of 3D printing in the field of architecture.
Thesis construct:
First part; starts with the introduction where the subject is introduced and the concepts are explained, then it is completed by the main purpose of thesis with sub-purposes, scope and limitations related to the sections, describing the method and the flow chart. 
In the second part, the method of the study is presented in detail under the related topics. The flow chart prepared for the easy follow-up of the thesis with a graphical explanation is at the end of the section.
In the third part, by making use of the literature, the information about the architectural construction technologies, detail design process for architectural construction, and the interaction of the design and construction processes is analyzed and compiiled. Thus, an overview of the topics covered by the study is presented.
In the fourth section, digital production technologies which is classified as subtractive, formative, assembly, and additive are explained. In the continuation of the digital production technologies section is focused on 3D printing technologies, which is an additive manufacturing technology and the context of the design-construction interaction discussed in this study. The point where technology has reached today, the capacity and limits in the architectural field are presented by considering 3D printed samples.
The fifth chapter includes the application and results of Delphi method. In this method, respectively; 
• The people who are consulted as experts are selected and contacted.
• First round - face to face meeting: The main problem that is "What are the effects of detail design process when using 3D printing as architectural production technology?" and 21 sub-questions were directed to the experts. Sub questions was created by using the criterion group which was developed to analyze and compare construction technologies, "focus group" which was made at the beginning of the Delphi method and detail design methods.
• The results of the first round were analyzed and made into a report containing the statistics of the answers given.
• Second round - communication by e-mail: The report containing the results of the first round was presented and the answers given in the first round were asked to voted.
• The results of the Delphi study were reached by analyzing and evaluating the answers of second round.
In the sixth part, in accordance with the results obtained in Delphi study, an intersection area detail designed for today's technologies has been redesigned to be produced in 3D printing technology by developing a design scenario. The theoretical findings here have been applied to the design by following the "Research through design" method and the steps and experiences followed during the design process have been reported. A prototype was produced to test the constructability of the realized design and to test the general 3D printing rules on a sample production.
Finally, in the seventh part, the results of the whole study are presented and forward evaluations are made.