An integrated multi objective design system in the earlier phases of design: IMODS

Bu tez, mimari tasarımın erken aşamalarında entegre çok hedefli bir tasarım sistemi için genetik algoritma temelli bir çerçeve önerisi sunmaktadır. Erken tasarım aşaması, tasarımcıların eskizlerden 3B modellere kadar çeşitli teknikleri kullandıkları ve fikirlerini geliştirmek için oluşturdukları tasarımın kavramsal ve en çok alternatif geliştirilen dönemidir, ancak yine bu dönemde hesaplamalı sistemler ve bilgisayarlar tasarıma diğer dönemlerden daha az girdi oluşturmaktadır. Bu çalışma erken tasarım aşamasında bilgisayar yardımı ile tasarımcıların karar verme sistemlerine katkıda bulunarak, tasarımların çeşitliliğini, hızını ve kalitesini artıracak bir çerçeve önerisi getirmeyi amaçlamaktadır. Bu çalışmada önceki çalışmalardan farklı olarak, birbirleriyle etkileşen çok hedefler için dinamik ve esnek bir modüler çerçeve geliştirilmiştir. Farklı uygunluk fonksiyonlarına sahip objektif modülleri Rhino / Octopus arayüzüne paralel olarak bağlanarak genetik algoritma yardımı ile hesaplama yapılmaktadır. Tez kapsamında yapılan çalışmada pareto temelli çok hedefli SPEA- 2 algoritması kullanılarak oluşturulan çerçeveye, entegre çok hedefli tasarım sistemi adı verilmiştir. SPEA- 2 algoritması, NSGA-II algoritması ile birlikte, çok hedefli algoritmalar arasında mimari tasarıma en uygun algoritmalardan biri olarak kabul edilmekle birlikte, yapılan literatür çalışmalarında bu iki algoritmanın benzer sonuçlara ulaştıkları görülmektedir. Bu algoritmalar hiçbir sonucun baskın olmadığı, ancak hiçbir sonucun kötü olmadığı, bir bireyin diğer bireyler arasında bir konuda en iyi olduğu sonuçları içeren bir havuz oluşturmaktadır. Bu havuzdaki en iyi bireyler sonraki nesillere aktarılarak eniyileme prosesi yapılmaktadır. Oluşturulan bu havuzların temsil edildiği yüzeye pareto ön yüzeyi denilmektedir. Bu ön yüzeye bakılarak elde edilen bulgular değerlendirilerek, algoritmaların hesaplama prosesine devam edip etmeyecekleri kararına varılmaktadır. Bu karar aynı zamanda final ürünlerin elde edilmesi anlamına gelmektedir. Bu çerçeve, üretken sistemlerin hedef fonksiyonlar olarak tanımlanarak, entegre bir şekilde çok hedefli genetik algoritmaya paralel bağlanması ile yapılan hesaplamalar sonucunda elde edilen bulguların tasarımcı tarafından yorumlanması ile değerlendirilerek sonuca ulaşmaktadır. Bu sonuçlar tatmin edici olduğunda, algoritma kullanıcı tarafından sonlandırılarak, elde edilen bulgular erken tasarım aşamasında tasarım girdisi olarak kullanılmaktadır. IMODS çerçevesinin kullanımı ile çok hedefli evrimsel algoritmaların 3D form üretmedeki potansiyelleri ve sınırlamaları, iki örnek olay çalışmasında ÇHEA'nın etkileri ve rekabet hedeflerinin niteliksel ve niceliksel değişiklikleri tartışılmıştır. Örnek olay incelemelerinin sonuçları, mimari tasarımdaki karar alma süreçlerinin daha önceki aşamalarında geri bildirim sağlamadaki potansiyelleri temel alınarak araştırılmaktadır. Tez 4 bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, araştırma problemi yapılan literatür araştırması ışığında tanımlanmıştır. Yapılan literatür araştırması sonucunda elde edilen bulgular, araştırma problemi ile ilişkilendirilerek, hipotez ortaya konulmuştur. Araştırma probleminin belirlenmesindeki amaç, araştırma problemi kapsamında tanıtılmakta ve yöntemin uygulanması ayrıntılı olarak ele alınmaktadır. Bu bölümde tezde kullanılan frameworkün temelini oluşturan algoritmanın ne şekilde çalıştığı, şemalar yardımı ile anlatılmıştır. 2. bölümde, öncelikle mimari tasarımda en çok kullanılan üretken sistemler olan hücresel özdevinim, biçim gramerleri, L-sistemler, sürü zekası ve evrimsel algoritmalar tanıtılmıştır. Bu sistemlerin tanıtımı yapılırken tezin konusu ile ilişkisi olan çalışmalar ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Tez kapsamında geliştirilen algoritmanın çok hedefli evrimsel algoritmaları temel alarak tasarlanması nedeni ile evrimsel algoritmalar konusu ayrı bir başlıkta ele alınarak, genetik algoritma ve çok hedefli genetik algoritmalar detaylıca işlenmiştir. Çok hedefli genetik algoritmalar arasındaki farklılıklar ve avantajlar yine bu bölümde detaylıca ele alınmıştır. Bu bölümde ele alınan konular bir sonraki bölümde detaylıca anlatılmakta olan modelin altyapısını oluşturmuş, bu sayede tasarımda kullanılan model sağlıklı bir zemine oturtulmuştur.3. bölümde, tezin kapsamında geliştirilen modeli oluşturan çerçeve ayrıntılı olarak tanımlanmıştır. Daha önceki literatür çalışmalarından faydalanılarak geliştirilen çerçevenin bileşenleri detaylıca anlatılarak, hangi şartlar altında ne şekilde çalıştığı açıklanmıştır. Çerçevenin açıklanmasından sonra hipotetik bir arsa yerine, elde edilecek değerlerin daha nesnel değerlendirilebilmesi adına iki problemli alan seçilmiştir. Bu alanlarda yapılan iki örnek olay çalışması ile kullanılan modüller ve kapsam ile elde edilen bulgular yorumlanmıştır. İlk örnek olay çalışmasında kentsel dönüşüm bölgesi olan Fikirtepe, tasarım alanı olarak seçilmiştir. Bu örnek olay çalışmasında, yoğun bir şehir bölgesindeki potansiyeller ve kısıtlamalar, aynı zamanda işverenlerin kısa sürelerde iyi tasarım elde etmek istemelerinin de etkisi göz önünde bulundurularak IMODS'un arsaya uygulanmasıyla ele alınmıştır. Bu örnek olay çalışmasında, imar yönetmeliğinin getirdiği kısıtlama, kentsel dönüşüm yasasının getirmiş olduğu yüksek emsal, zaman faktörü, fiziksel çevre kriterleri, yapının fonksiyon kriterleri, tasarımcı girdileri, kentsel ve çevresel etkenler tasarımı yönlendirici hedef kriterler olarak ele alınmıştır. Bu çalışmada ayrıca çok hedefli ve tek hedefli genetik algortimalar ayrı ayrı çalıştırılarak, elde edilen bulgular değerlendirilmiş ve yorumlanmıştır. Çok hedefli genetik algoritma ile yapılan analizler 1000 nesil boyunca devam ettirilirken, tek hedefli algoritma ile yapılan çalışma 300. nesilde sonlandırılmıştır. Yapılan yorumlanma sonucunda çok hedefli genetik algoritmaların mimari tasarım açısından daha uygun oldukları yorumu, analizler ve çıkarımlar sonucunda yapılmıştır. İkinci örnek olay çalışmasında Diyarbakır suriçi, tarihi ve yıkılmış mimari arka planı nedeniyle seçilmiştir. 2016 yılında geçirdiği tahribat sonrasında devlet tarafından bu bölgedeki mimarinin onarılması adına bir çalışma başlatılmıştır. Bu örnek olay çalışması da elde edilen bulgular ile bu çalışmanın erken tasarım aşamasına katkıda bulunma potansiyellerini incelemektedir. Yapılan çalışmada, imar yönetmeliği, fiziksel çevre kriterleri, yapının fonksiyon kriterleri, tasarımcı girdileri, kentsel ve çevresel etkenler, kullanıcı profili ve bağlam, tasarımı yönlendirici hedef kriterler olarak ele alınmıştır. Bu çalışmada, tarihi ve yıkılmış yerlerin potansiyelleri tartışılmış, yıkılan tarihi örüntünün özellikleri incelenmiştir. Çalışmada kullanılan algoritma 1000 nesil boyunca çalıştırılmış, nedenleri ve proses detaylı şekilde anlatılmıştır. IMODS uygulanarak yıkılan örüntünün, yeniden ela alınması ile birlikte, eklenen ek kriterlerin tasarıma olan etkileri değerlendirilmiş ve yorumlanmıştır Sonuç bölümünde ise, kullanılan algoritma yöntemi ile elde edilen bulgular, önerilen çerçevenin potansiyelleri ve sınırlamaları tartışılmıştır. Kullanılmış olan sistemin avantajları ve dezavantajları, tasarımcılar açısından önemi vurgulanmıştır. Üretken sistemlerin entegre olarak genetik algoritma tabanlı bir çerçevede kullanılmalarının bu çalışmada ne şekilde sonuçlandığı üzerinden çıkarımlar yapılmıştır.. Son olarak, IMODS'un potansiyelleri üzerinden gelecek tahminleri yapılarak, mevcut çalışmanın konusu olan algoritmanın, tasarım ile olan ilişkisi açısından hangi noktalara gidebileceği, tasarım alanına olan katkısının ne boyuta getirilebileceği üzerinden gelecek tahmin ve temennileri yapılmıştır.