Architectural form exploration by soft computing: The case of post-disaster shelter

Esnek hesaplama insan yargısı ve bilgisini sanal ortamda uygulamaya olanak veren birçok farklı yöntemden oluşmaktadır. Bu yöntemler, belirsiz kavramlara ve kısmi doğruluk değerlerine karşı geçirgen olmaları sebebiyle hesaplamalı mimari tasarım örneklerinde sıkça kullanılmaktadırlar. Esnek hesaplama yöntemlerinden biri olan Bulanık Sinirsel Ağaç, Bulanık Mantık ve Yapay Sinir Ağlarının bir karışımıdır. Bahsi geçen her iki yöntemin de kuvvetli yönlerini alarak, transparan ancak orta karmaşıklıkta problemlerle baş edebilen bir yaklaşım ortaya çıkmıştır. Bu tezde, söz konusu Bulanık Sinirsel Ağaç yönteminin mimari tasarım problemi bağlamında potansiyelleri aranmakta ve bir afet sonrası barınak dokusunun çok amaçlı en iyilemesi için araç olarak kullanılmaktadır. Barınma, insanın en temel ihtiyaçlarından biridir ve her yıl yaşanan çeşitli afetlerin sonucu olarak birçok insan yaşadıkları evleri, mahalleleri ve hatta şehirleri terk etmek zorunda kalmaktadır. Özellikle son yıllarda artarak yaşanmakta olan doğal felaketler, acil barınma ihtiyacı içindeki insanların sayısını artırmakta ve geçici barınakları giderek daha kritik bir tasarım ürünü haline getirmektedir. Afet sonrası tasarım süreçleri, zamanın kısıtlı olmasından, malzemenin tedarik edilmesine, üretim maliyetinin düşürülmesinden, geçici yaşam alanlarındaki mekan niteliğinin ve deneyiminin sağlanması gibi, çok boyutlu birçok bileşenden oluşmaktadır. Geleneksel tasarım süreci ile bütün bu farklı sorunlara eş zamanlı olarak çözüm üreten bir sonuca ulaşmak oldukça zorlayıcı olmaktadır ve geleneksel yöntemlerle tasarlanmış barınakların acil durumun gereklerine cevap verirken, kullanıcı çeşitliliğini ikinci planda bıraktığı görülmektedir. Dolayısıyla, böylesi karmaşık bir tasarım problemini bilgisayar destekli tasarım yaklaşımları yardımıyla çözümlemek, daha verimli ve bütünleşik bir süreç ortaya koyma potansiyeli taşımaktadır. Literatürde, afet sonrası tasarım süreçlerinde hesaplamalı tasarım araç ve yöntemlerinden yararlanan az sayıda proje yer almakla birlikte, bu çalışmalarda kullanılan yöntemlerin çeşitliliği, uygulanmış örneklerin sayısı henüz çok kısıtlıdır. Bu sebeple, bu çalışma kapsamında esnek hesaplama teknikleri kullanılarak afet sonrası kullanıma uygun bir yaşam alanı tasarlanması amaçlanmıştır. Literatür taraması sonucunda Birimsellik, Esneklik, Gelişme Potansiyeli, Dijital Üretim, Kullanıcılar Tarafından İnşa Edilebilmesi, Küçük Karbon Ayakizi ve Hesaplamalı Tasarım Süreci afet sonrası barınak tasarımıında aranacak özellikler olarak seçilmiştir. Afet sonrası barınak tasarımı örnekleri ve mevcut çalışmanın çıktıları bu özellikler çerçevesinde değerlendirilmiştir. Bu özelliklere yönelik olarak parça parça büyüyen ve bu süreçte büyüme algoritması çok amaçlı optimizasyon aracılığıyla şekillenen bir sistem tasarlanmıştır. Değerlendirme kriterleri Bulanık Sinirsel Ağaç aracılığıyla inşa edilmiş ve çok amaçlı optimizasyon sürecine dahil edilmiştir. Çalışmanın özgün katkısı, bu güncel yöntemin afet sonrası tasarım sürecine dahil edilmesi ve çoklu optimizasyonun doğrudan büyüme algoritmasını değiştirebilmesidir. Bu sayede, hem kullanıcı odaklı hem de acil durum koşullarına bir arada cevap olabilecek bir sonuca ulaşılabileceği öngörülmektedir. Proje kapsamında öncelikle afet sonrası yaşam alanları konusunda bir genel bakış sunulmaktadır. Birçok örnekte görüldüğü gibi her yıl çok sayıda insan doğal felaketler sebebiyle geçici barınaklarda yaşamak zorunda kalmaktadırlar. Her ne kadar rehabilitasyon döneminde inşa edilen barınakların yalnızca kalıcı konutlar inşa edilene kadar hizmet etmesi planlansa da, bu geçici yaşam alanlarında depremden sonra yıllarca yaşayan ailelerin olduğu görülmektedir. Dolayısıyla, barınaklar özellikle gelişmekte olan ülkelerde neredeyse kalıcı bir konuttan beklenen görevi üstlenmekte ve uzun yıllar özel olarak tasarlanmadığı ve uygun olmadığı bir işleve hizmet etmektedir. Dolayısıyla, gelecek yıllarda üretilecek olan geçici yerleşimlerin Birimsellik, Esneklik, Gelişme Potansiyeli, Dijital Üretim, Kullanıcılar Tarafından İnşa Edilebilmesi, Küçük Karbon Ayakizi ve Hesaplamalı Tasarım Süreci özelliklerini taşıması beklenmektedir. Bu özellikler, devamındaki bölümler için bir altyapı oluşturmaktadır. Esas olarak yöntemin öne çıktığı bir çalışma olması seebebiyle Esnek Hesaplama yöntemlerinin mimari tasarım bağlamında uygulamarı incelenmiştir. Sinirsel Bulanık Ağlar, Yapay Sinir Ağları ile Bulanık Mantık Teorisinin birleşerek oluşturduğu bir sistemdir. Bu sistem çerçevesinde ele alınan Bulanık Sinirsel Ağaç, Bulanık Sinir Ağlarına benzer özellikler taşımaktadır ancak sitemin inşası katmanlarla değil, bu katmanların içindeki sinirlerin teker teker birleştirilmesiyle yapılmaktadır. Bu şekilde Yapay Sinir Ağlarının kara kutu modelinden uzaklaşarak daha geçirgen ve esnek bir sinir yapısına ulaşmak mümkün olmaktadır. Söz konusu sinirsel ağacın Bulanık Mantık ögelerini barındırması, kısmi doğruluk değerleri ve sözel tanımlar barındıran belirsiz bilimler ile bir arada kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Bu şekilde, mimari bir yapının değerlendirme kriterlerinin inşasında Bulanık Sinirsel Ağaç kullanımı çok amaçlı optimizasyonun daha başarılı sonuçlanması konusunda yardımcı olmaktadır. Bu çalışma, afet sonrası koşullarda kurulacak bir yaşam alanının büyüme algoritmasının, Çok Amaçlı Genetik Algoritmalar tarafından, Bulanık Sinirsel Ağaç aracılığıyla inşa edilmiş uygunluk fonksiyonlarına yönelik olarak değerlendirilirken geliştirilebilecği hipotezine dayanmaktadır. Uygulanmış örneklerde görülen, tek bir modelin tekrarlanmasıyla üretilen bir yaşam alanının aksine, bu çalışmada söz konusu yöntem aracılığıyla farklılaşan birimlerden büyüyen bir sistem tasarlanmıştır. Uygulama yapılmadan önce, literatürde bulunan afet sonrası yaşam alanı örneklerinin bir kısmı seçilmiş ve bu örnekler Birimsellik, Esneklik, Gelişme Potansiyeli, Dijital Üretim, Kullanıcılar Tarafından İnşa Edilebilmesi, Küçük Karbon Ayakizi ve Hesaplamalı Tasarım Süreci çerçevesinde incelenmiştir. Her bir örneğin öne çıkan yönleri ve bunların nasıl sağlandığı belirlenmiştir. Bu sayede, uygulama aşamasında algoritma belirlenirken daha kuvvetli bir yol izlenebilmektedir Tasarım sürecinde öncelikli olarak yaşam alanını oluşturacak birim çeşitleri tanımlanmıştır. Islak mekan, yaşam mekanı, kişisel mekan ve açık mekan birimleri bir araya gelerek bir ailenin yaşam modülünü oluşturmaktadır. Daha sonrasında ise sistem birim birim büyümeye devam ederek birkaç yaşam modülünden oluşan bir örüntü ortaya çıkarmaktadır. Bu aşamada birimlerin bir araya gelişlerini belirleyen adımların tanımlanması gerekmektedir. Ardından yerleşimin dokusunu oluşturan her bir adım Grasshopper ortamında, çok amaçlı genetik algoritmalara parametre olarak tanımlanmaktadır. Birim birim büyüyen örüntü, ortaya binlerce farklı ihtimali koymaktadır. Bu seçeneklerin her bir değişimde çok amaçlı genetik algoritmalar tarafından değerlendirilmesi, tüm arama uzayını taramaya gerek kalmadan en iyilenmiş sonuçlar elde edilmesini sağlayacaktır. Genetik algoritmaların örüntüleri değerlendirebilmesi ve aralarından seçim yapabilmesi için öncelikle uygunluk fonksiyonlarının tanımlanması gerektmektedir. Bu aşamada uygunluk fonksiyonlarının bir kısmı daha önceden seçilmiş olan Birimsellik, Esneklik, Gelişme Potansiyeli, Dijital Üretim, Kullanıcılar Tarafından İnşa Edilebilmesi, Küçük Karbon Ayakizi ve Hesaplamalı Tasarım Süreci özellikleri ve bir kısmı da sezgisel mimari kararlar baz alınarak belirlenmiştir. Değerlendirme aşamasında, hedeflenen ölçütleri sağlamaya yönelik olarak parametler değişikliğe uğratılarak çıktılar puanlanmaktadır. Bu aşamada girdilerini modelden alarak, Çok Amaçlı Genetik Algoritmalar tarafından değerlendirilecek sonuçları üreten Bulanık Sinirsel Ağaç inşa edilmektedir. Bu ağacın sinirlerini bulanık mantıkta kullanılan 'VE' ve 'VEYA' operatörleri oluşturmaktadır. Operatörlere girdi olarak, model üzerinden tanımlanan ve hesaplanan değerler sağlanmaktadır. Bu değerler 0 ile 1 arasında değişen doğruluk değerleridir ve uygunluk fonksiyonuna göre hesaplanmaktadır. Söz konusu çalışmada, bulanık sinirsel ağın iki ana çıktısı performans ve mimari niteliktir. Mimari nitelik açık alanların devamlılığı ve modüller arası komşuluk ilişkileri baz alınarak hesaplanmaktadır. Performans kriteri ise yaşam alanlarında doğal aydınlatma, kütlenin sıkılığı ve ayak izinin alanı üzerinden tanımlanmaktadır. Bütün bu değerler Bulanık Sinirsel Ağaç üzerinden aktarılarak Çok Amaçlı Genetik Algoritmaların uygunluk fonksiyonunu oluşturmaktadır. Değerlendirma aşaması sonucunda sekiz farklı birbirine baskın olmayan örüntü elde edilmiştir ve bir tanesi seçilerek tekrarından oluşan bir afet sonrası yaşam alanı örneği sunulmuştur. Bu örnek değerlendirildiğinde, Birimsellik, Esneklik ve Hesaplamalı Tasarım Süreci özellikleri başarıyla entegre edilmiştir. Gelişme Potansiyeli, Dijital Üretim, Kullanıcılar Tarafından İnşa Edilebilmesi ve Küçük Karbon Ayakizi özelliklerinin inşaat ve detaylandırma süreçlerinin daha derinleşmesi sonucunda kesin olarak tasarıma katılabileceği düşünülmektedir. Sonuç olarak, Esnek Hesaplama bu çalışmada afet sonrası yaşam alanı tasarımında kullanılmış ve başarılı sayılabilecek bir şekilde sonuçlanmıştır. Hesaplamalı tasarım bu bağlamda yüksek potansiyele sahip bir araç olarak, zorlu ölçütlere maruz kalınan afet sonrası koşullarında bile mimari niteliği ve performansı yüksek ürünlerin elde edilmesinde kullanılabileceğini kanıtlamıştır. Sonuç ürününün, başta İstanbul depremi olmak üzere bölgede yaşanacak bir afet halinde ortaya çıkacak acil barınma ihtiyacına cevap olacak seçeneklerden biri olması hedeflenmektedir. Çalışma ilerleyen zamanlarda detaylanarak çeşitli prototipler üzerinden denenebilir ve belirlenen özelliklerin tümüne cevap veren alternatifler üretebilir. Daha sonraki aşamalarda, henüz yalnızca mimari biçim arayışı ve yöntem denemesi olan bu çalışmanın bütünleşik bir sisteme evrilerek, kavramsal tasarım aşamasından, dijital üretim yöntemlerini içeren bir uygulamaya kadar uzanan bir modele dönüşmesi amaçlanmaktadır.