A holistic decision support tool for facade design

Cephe, binada üstlendiği çeşitli görevler ile, çok sayıda etmenin birlikte göz önüne alınarak tasarlanması gereken, önemli bir bina alt sistemidir. Cephe tasarımı; projenin/ kullanıcıların işlevsel, çevresel ve finansal gereksinimlerini yerine getirmek amacı ile, çevresel ve mekansal koşullar, zaman/ bütçe kısıtlamaları ve yasal düzenlemeler göz önünde bulundurularak, farklı disiplinlerden gelen paydaşların işbirliği ile oluşturulan çalışmalar ile şekillenir. Cephenin sadece işlevsellikle ilgili performansı bile strüktürel, gün ışığı, akustik gibi çok yönlüdür. Cephe ile ilgili verilen bir karar, performans yönlerini farklı etkileyebilir. Örneğin; cephenin saydamlık oranını arttırmak, gün ışığı ile ilgili performansa iyi yönde etki ederken, ısıl performans üzerinde olumsuz etki yaratabilir. Literatürde cepheden beklenen performansın farklı yönlerine odaklanan çalışmalar olmasına rağmen, farklı yönleri aynı anda dikkate alan bütüncül bir bakış açısı eksikliği vardır. Bu tez; cephe tasarım sürecinin erken aşamalarında yararlanılması amaçlanarak geliştirilen ve cephenin işlevsel açıdan performanslarını bir arada hesaba katan bir karar destek aracı önermektedir. Önerilen araç, tasarımda optimizasyona destek olma amacıyla bütüncül sistematik bir yaklaşım sağlamaktadır. Cephe parametrelerine ilişkin karar verirken işlevsel performanslar arasındaki etkileşimleri olası çevresel ve mekansal koşullar içerisinde göz önünde bulundurmaları için karar vericileri desteklemek amaçlanmaktadır. Tasarım destek aracı, Microsoft Excel yazılımı aracılığıyla elektronik çizelge formunda tasarlanmıştır. Araç, performanslar, koşullar ve cephe parametreleri arasındaki ilişkilere dayanmaktadır. Bütünün, bütüncül bir bakış açısıyla görülebilmesi için, sürecin etkileşen, çelişen noktalarını vurgular. Karar destek aracına dahil edilen işlevsel performanslar strüktürel, yangın, su ile ilgili, hava geçirimliliği ile ilgili, ısıl, nem ile ilgili, gün ışığı ile aydınlatma ve akustik performanslarıdır. Araç dahilinde ana karar konuları olarak tanımlanan cephe parametreleri ise; yön, saydamlık oranı, cephe tipi, pencere tipi, cam türü, duvar konfigürasyonu ve gölgelemedir. İlk olarak; her bir cephe parametresi için, karar destek aracını nispeten basit ve anlaşılır tutma amacıyla tasarım seçenekleri oluşturulmuştur. Tasarım seçenekleri mevcut cephe endüstrisi ve bilgisine uygun olarak belirlenmiştir. Seçenekler; tasarımda esnekliği sınırlandırmak için değil, araç kullanıcılarının kendi spesifik seçenekleri için çıkarım yapmalarına yol göstermek içindir. Söz konusu araç; bir girdi sayfası, araç işlem sayfaları, çıktı ve karar verme sayfaları, ile bir değerlendirme sayfasından oluşmaktadır. Giriş sayfası, kullanıcıların çevresel ve mekansal koşullarını bir açılır listeden seçerek tanımlamaları için tasarlanmıştır. Araç işlem sayfalarında, satırlarda tasarım seçenekleri ve sütunlarda performans yönleri olmak üzere matrisler oluşturulmuştur. Matrislerdeki kesişen her hücre, bir derecelendirme (++, +, 0, -, --) veya koşullara bağlı değişen derecelendirmeler önerir. Araç, giriş sayfasında tanımlanmış koşullara göre her bir seçeneği her bir performans açısından ayrı ayrı derecelendirir. Araç kendini farklı koşullara uyarlama kabiliyetine sahiptir. Tez kapsamında, dolayısıyla önerilen araç kapsamında, çevresel koşullar ile yer, deprem, iklim, gürültü kaynakları, ve yakın çevre temsil edilirken, mekansal koşullar ile bina / mekan işlevi, bina yüksekliği, mekansal oran, iç mekan-yüzey rengi gibi çeşitli özellikler temsil edilir. Aracın derecelendirmeleri ve önerdiği reçeteler/ tarifler bu koşullar doğrultusunda şekillenir. Araç, bütçe ve fizibilite gibi diğer önemli etmenleri kapsam dışında tutmasına rağmen; seçeneklerin performans ayak izlerini vererek, karar vericilerin fiyat / performans oranlarına göre seçenekleri karşılaştırmasına imkan sunmaktadır. Bunun yanı sıra, estetik ile ilgili kararlar; proje bağlamına, mimari amaçlara vb. uygun verilmek üzere kullanıcılara bırakılmıştır. Aracın önerdiği derecelendirme karşılaştırmalara dayanmaktadır ve herhangi bir tasarım seçeneğinin diğerlerine kıyasla her bir performans yönü için ne kadar üstün/ düşük olduğunu göstermektedir. Tanımlanan koşullar içerisinde, değerlendirilen performans açısından, diğer seçenekler ile karşılaştırıldığında doğrudan bir üstünlüğü olan seçenek, araç tarafından ile derecelendirilir. Burada, 'doğrudan avantaj', diğerlerinin yerine bu seçeneğin seçilmesi durumunda, cephenin değerlendirilen performansının olumlu yönde etkileneceği anlamındadır. Diğer yandan, doğrudan bir dezavantajı olan seçenek, olarak derecelendirilir. Eğer seçeneğin doğrudan bir etkisi yoksa ya da ihmal edilebilir bir fark yaratıyorsa, seçenekler arasında üstünlük olmadığı anlamına gelir ve (0) ile derecelendirilir. Ayrıca, seçenekler arasındaki üstünlük/ düşüklük derecesi bazı çevresel ve mekansal koşullar için artabilir, bu durumda değerler (2) ile çarpılır ve, , ve (0) haline gelir. Örneğin; yüksek binalarda, rüzgar yükleri daha kritiktir, dolayısıyla da strüktürel performans ve seçenekler arasındaki fark daha önemli hale gelir. Aracın kurgusu kapsamlı literatür taraması ile elde edilen bilgiye dayanmaktadır. Literatürdeki bir çalışmanın, bir cephe camının akustik performansının, şu tasarım stratejilerinden biriyle geliştirilebileceğini öne sürdüğünü varsayalım: kütlenin arttırılması, cam tabakaları arasındaki boşluğun arttırılması, bu boşluğun yüksek yoğunluklu gazlar ile doldurulması, cam tabakalarının asimetrik olarak kullanılması. Literatürde yer alan bu tanım ve değerlendirmelerden yola çıkarak aracın işleyişi için çıkarımlar yapılmıştır. Örnek vermek gerekirse bahsedilen bu bilgi; cam tabaka sayısı ne kadar fazlaysa ya da tabaka kalınlığı ne kadar fazlaysa ya da tabakalar arasındaki boşluk ne kadar fazlaysa ya da arasındaki gazın yoğunluğu ne kadar fazlaysa ya da tabakalar arasındaki kalınlık farkı ne kadar fazlaysa akustik performans o kadar daha iyi olacaktır şeklinde tanımlanmıştır. Kararlar, yön ile başlayıp gölgeleme ile sona ermek üzere sırasıyla verilmektedir. Sonuç olarak; söz konusu araç karar vericilere, kapsama dahil edilen her bir cephe parametresi için ayrı fakat birbiri ile bağlantılı derecelendirme tabloları sunmaktadır. Karar sırasında önce verilen kararların bir kısmı sonraki kararlar için seçenekleri sınırlandırabilir ve/veya derecelendirmeleri değiştirebilir. Bunlar aracın işlem sayfalarında detaylı görülmektedir. Ayrıca, tekil bir performans birden fazla tasarım kararından etkilenebilir. Ancak, her tasarım kararının performans yönleri üzerinde farklı ağırlıklı etkileri olabilir. Bu nedenle, cephe parametreleri ve performans yönleri arasındaki her bir ilişki için ağırlık katsayısı belirlenmiştir (5, güçlü ilişkiler için; 3, orta ağırlıkta ilişkiler için; 1, zayıf ilişkiler için). İlk olarak, literatür taraması ile elde edilen bilgi birikiminden çıkarımlar yapılarak tasarım kararı ve performans ilişkilerine ağırlıklar verilmiştir. Ardından, atanan ağırlıklar ile ilgili uzman görüşlerine başvurulmuş ve sağlama yapılmıştır. Bu ağırlıklar aracın içine entegre edilmiştir. Ancak, karar vericilere tasarım kararı ve performans arasındaki ilişkilere ait ağırlıkları değiştirebilme imkanı verilmiştir. Tüm ilgili düzenlemeler, geliştirilen karar destek aracı kurgusu ve mantığına dayandırıldığı sürece yapılabilir. Burada amaçlanan, bütüncül sistematik bir yaklaşımla karar vermeye yardımcı olmaktır. Bir cephe tasarımının her bir performansının değerlendirmesi için; kullanıcıların çevresel ve mekansal olmak üzere tanımladığı koşullar doğrultusunda araç tarafından ilk olarak yön seçenekleri derecelendirilir. Sonrasında, bu derecelendirmeler aracın içinde tanımlı olan ağırlıklar ile çarpılarak kullanıcıya sunulur, ancak kullanıcının ağırlıkları çeşitli sebepler ile değiştirme imkanı vardır. Bu durumda kullanıcının atadığı yeni katsayılara göre araç yeni ağırlıklandırılmış derecelendirmeleri verir. Yön seçenekleri ile ilgili bütün değerlendirmeyi görerek kullanıcının seçeneklerden birine karar vermesi beklenir. İlk tasarım kararı olan yön seçeneğinde kullanıcı tarafından verilen karar, sonraki tasarım kararları için olası seçeneklerin belirlenmesine ve derecelendirilmesine etki eder. Kullanıcının sırasıyla her bir tasarım karar konusu için araç tarafından sağlanan derecelendirmeleri göz önünde bulundurarak seçeneklerden birine karar vermesi beklenir. Tüm karar konuları tamamlandığında, karar destek aracı kullanıcı tarafından tercih edilen seçenekler ile tanımlanan cephe tasarımı için her bir performans açısından değerlendirme yapar. Sonuç tasarımın, kararlar toplamından olduğu varsayımı ile ağırlıklı derecelendirmeler toplanır. Kullanıcı tarafından tanımlanan koşullar ve karar verilen ilk seçenekler doğrultusunda araç tarafından bütüncül bir yaklaşımla, tüm performans yönleri gözetilerek, toplamda en yüksek derecelendirmesi olan ideal seçenekler belirlenir. Araç tarafından belirlenen ideal seçenekler ile oluştuğu varsayılan ideal cephe tasarımı için de her bir performans açısından toplam derecelendirmeler hesaplanır. Kullanıcıya taslak cephe tasarımını araç tarafından öne sürülen ideal tasarımla kıyaslama olanağı sağlanır. Her bir performansı ayrı ayrı birbirinden bağımsız olarak gösterebilmesi ve tasarımları oransal olarak kıyaslamaya imkan vermesi ile kullanıcının karar verdiği cephe tasarımı ve aracın ideal cephe tasarımının sonuç değerlendirmesi örümcek ağı grafiği ile gösterilir. Bu grafik, tasarım kararlarından oluşan cephenin işlevsel performanslar açısından ayak izini vermektedir. Söz konusu araç; performans, parametreler ve koşullar arasındaki üçgensel ilişki üzerine kurgulanmıştır. Cephe parametreleri performansı belirlerken, performans gereksinimleri koşullara göre belirlenir. Bu nedenle, istenilen performansı sağlayabilmek için, cephe parametreleri koşullara uygun olarak belirlenmek durumundadır. Araç, birbirinden bağımsız olarak değerlendirilen tüm performans yönlerinin bir arada görülebilmesine imkan tanıyan bir zemin oluşturur. Tekil bir tasarım kararının farklı işlevsel performans yönlerine etkisinin eş zamanlı görülebilmesini sağlar. Aracın, farklı performans yönleri arasındaki etkileşimlere, çelişkilere ve onların tasarım kararlarıyla olan ilişkilerine dikkat çekerken, bütün cephe performansı ile ilgili anlayış kazandıracağına inanılmaktadır. Böylelikle, özellikle cephe tasarım sürecinin erken aşamalarında, bütüncül bir cephe tasarımı, daha iyi ödün verme ve karar vermede şeffaflık sağlanacaktır. Tasarım kararlarının cephe performansına ilişkin sonuçları bütüncül olarak izlenebilecektir. Tasarım bir anlamda olası alternatifleri sınırlama sürecidir ve araç bu sürece rehberlik edebilir. Tasarım sürecinde geriye dönük tekrarları önleme potansiyeline sahip olduğundan, aynı zamanda tasarımda zaman tasarrufu sağlaması öngörülmektedir. Her ne kadar tasarım seçeneklerinin maliyet ve estetik özellikleri gibi diğer önemli konuların da araç ile bütünleştirilip kararların sonlandırılmasına ihtiyaç duyulsa da, araç bu haliyle seçeneklerin işlevsel performansları açısından karşılaştırılabilmesini sağlamaktadır. Ayrıca, araç sonuç tasarımın performansının nasıl iyileştirilebileceğine dair fikir vermektedir. Proje koşullarındaki çeşitliliğe bağlı, performans yönlerinin önem derecesi değişebilir ve tasarım kararları bu doğrultuda verilebilir. Araç kullanıcıya sonuç çıktı vermek yerine yalnızca sistematik bir yaklaşım önermektedir. Bu sayede geliştirilmeye açık ve değişen önceliklere ve koşullara uyum sağlama konusunda esnektir. Gelecek çalışmalarda, araç kapsamındaki tasarım seçenekleri sayıca arttırılabilir ve aracın sahip olduğu mantık izlenerek derecelendirilebilir. Dahası, araç belirli iklimsel koşullar veya bina / cephe tipleri için özelleştirilebilir. Geliştirilen bu araç, ileride yeni bir bilgi araca dahil edildiğinde, evrilip dönüşebilir. Tez altı bölümden oluşmaktadır. Giriş Sonrası, İkinci Bölümde, cephe tasarım süreci tüm ilgili konularla ile birlikte ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. İlk olarak, cephe tasarım süreci evreleri ve genel olarak paydaşları ile tanımlanmaktadır. Daha sonra sürece yön veren faktörler açıklanmaktadır. Sonrasında, cephenin bir alt sistem olarak binanın diğer alt sistemlerine entegrasyonu ele alınmaktadır. Son olarak, yapı endüstrisi içinde cepheye ait güncel eğilimler ve sorunlu konular tartışılmaktadır. Üçüncü Bölümde, cephe performansı çeşitli yönlerden ele alınmaktadır: etkileyen ajanlar, performans gereklilikleri, performans düzeylerinin göstergeleri, çeşitli performans yönleri için kriterler, farklı ölçeklerde performansla ilgili cephe parametreleri, cephe performans değerlendirme yöntemleri ve son olarak yüksek performanslı cepheler. Kullanıcı gereksinimlerinden kaynaklanan performans gereksinimleri, farklı kategoriler / alanlara ayrılır. Her yönün kendine ait performans göstergeleri / ölçütleri vardır ve bütün bunlar ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Cephe performansı ile ilişkili olan cephe parametreleri, cephe tasarım sürecinin farklı aşamalarına karşılık gelen farklı ölçeklerde kategorilere ayrılmaktadır. Nitel ve nicel cephe performans değerlendirme türleri kısaca gözden geçirilmektedir. Son olarak, tasarım kararları ve performans seviyeleri arasındaki ilişkiyi araştırmak için yüksek performanslı cephe teknolojileri olarak son teknolojiye sahip cepheler örneklenmektedir. Tezin özgün kısmı olan Dördüncü Bölüm önerilen aracın geliştirilmesini içermektedir. Alt bölümler sırasıyla; çevresel ve mekansal koşulların tanımı, cephe parametrelerinin tanımı, tasarım seçeneklerinin oluşturulması, tasarım kararı ve performans matrislerinin belirlenmesi, tasarım seçeneklerinin derecelendirilmesi, derecelendirme sonuçları ve karar verme ile genel performans değerlendirmesidir. Kısaca, önerilen araç bu bölümde ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Beşinci bölümde, aracın kurgu ve işleyişini doğrulamak ve uygulanabilirliğini ortaya koymak için, araç tanımlanmış senaryolar ve gerçek projeler için test edilmektedir. Çevresel ve mekansal şartlardaki çeşitlilik göz önüne alınarak senaryolar oluşturulmuştur. Geliştirilen aracı, tanımlanmış senaryolar için test ettikten sonra, cephe performansının cephe parametrelerine duyarlılığını görmek için tek bir senaryo için hassasiyet analizi yapılmaktadır. Öte yandan, gerçek projeler, devam eden tasarım projeleri ve hali hazırda inşa edilmiş projeler olarak belirlenmiştir. Karar vericiler olarak mimarlar bu aracı projelerinden en az biri için kullanmaktadır. Ayrıca, bu projelerden biri için araç farklı paydaşlar, mal sahipleri ve mühendisler tarafından kullanıma açılmaktadır. Aracın kullanımından sonra, yarı yapılandırılmış açık uçlu sorularla yapılan görüşmelerle kullanıcıların geri bildirimleri kaydedilmektedir. Görüşme sorularına verilen cevaplar bu bölümde açıklanmaktadır. Son olarak, uygulamanın geri bildirimi aracın katkıları, eksiklikleri ve karmaşıklıkları olarak yorumlanmaktadır. Görüşme kayıtlarının tamamı Ekler Bölümü'nde sunulmaktadır. Altıncı Bölüm'de, sürecin ve sonuçların tartışıldığı kısa bir bölümden sonra, çalışmanın sonuçları ortaya konmaktadır. Tezin ve sonuçlarının potansiyel katkıları üzerinde durulmaktadır. Tezin literatürdeki boşluğun doldurulması yönündeki sağladığı vurgulanmaktadır. Tez çıktılarının kime ve neye hizmet ettiği/ edebileceği, ileriki çalışmaların tezden nasıl ve ne ölçüde yararlanabileceğine dair sorular ele alınmaktadır. Tez başlangıcındaki hedefler ve sonundaki çıktılar, hedeflerin hipoteze uygun olarak önerilen araçla gerçekleştirilip gerçekleştirilmediğini görmek için karşılaştırılmaktadır. Giriş ile Tartışma ve Sonuç dışındaki tüm Bölümler, 'Bölüm Özeti' ile sona ermektedir.