Digital twin for enhanced construction project management during construction

Yapım aşamasında etkin yapım yönetimi için dijital ikiz kullanımı

PDF İndir

Tez No: 771367
Yazar: BERKAY AKTÜRK
Danışmanlar: DOÇ. DR. FATMA PINAR ÇAKMAK
Tez Türü: Yüksek Lisans
Konular: Bilim ve Teknoloji, Mimarlık, İnşaat Mühendisliği, Science and Technology, Architecture, Civil Engineering
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 2022
Dil: İngilizce
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Proje ve Yapım Yönetimi Bilim Dalı
Sayfa Sayısı: 115

Özet

İnşaat sektörü, verimlilik ve üretkenlik düzeylerinde dünya çapında kötü bir üne sahiptir. Verimsizliği nedeniyle küresel ekonomik maliyetlerin büyük bir kısmını oluşturan inşaat sektörü, son yıllarda teknolojiye daha adapte ve daha gelişmiş bir yönetim anlayışını benimsemek için çözümü dijital araçlarda aramaya başlamıştır. Yapı Bilgi Modellemesinin (BIM) tüm mimarlık, mühendislik, inşaat, işletme ve tesis yönetimi (AECO/FM) sektörü tarafından benimsenmesi, sektörün dijitalleşmesi yolculuğunda bir katalizör görevi görmüştür. Bu gelişmenin devamında ise daha yeni ve daha sofistike fikirler ortaya çıkmaya başlamıştır. İlk önemli adımı bir uzay programında atılan dijital ikiz kavramı, uzay aracına ait koşulları sürekli olarak simüle etmek, tahmin etmek, değerlendirmek ve nihayetinde aracın karşılaşabileceği hataları önlemek için kullanılmıştır. Ardından mevcut sanayi devrimi (endüstri 4.0) kapsamında ses getiren teknolojik gelişmelerle birlikte dijital ikiz, inşaat sektörü de dahil olmak üzere neredeyse tüm sektörlere hızlı bir şekilde giriş yapmıştır. Dijital ikiz, fiziksel ve gerçek varlıkları çift yönlü bir veri akışı ile birbirine bağlamak için çeşitli teknolojilerin bir kombinasyonunu kullanarak tasarım, yapım ve işletmeyi birbirine entegre eden sanal bir sistemdir. Ancak yapı bilgi modellemesinin bile inşaat sektöründe benimsenmesi henüz tamamlanmamışken; pek fazla pratik uygulamaya veya vaka çalışmalarına sahip olmayan dijital ikiz, inşaat sektörü profesyonelleri için kapalı bir kutu olarak görülmektedir. Diğer taraftan, sektöre adaptasyonları geç başlayan dijital yapım pratikleri kendilerine öncelikle tasarım aşamasında yer bulabilmişlerdir. Bu noktada, bu tez çalışmasının amacı dijital ikiz ve yapı bilgi modellemesi etkileşimine yapım yönetimi perspektifinden ışık tutarak; proje yaşam döngüsünün yapım aşaması özelinde dijital ikizin etkilerini araştırmaktır. Söz konusu amaca ulaşmak için cevap aranan araştırma soruları şu şekilde ortaya konulmuştur: -(1)“Dijital ikizin inşaat sektöründeki özellikleri ve uygulamaları nelerdir?”; (2)“Yapım yönetimi perspektifinde dijital ikizin yapım aşamasındaki işlevleri ve uygulamaları nelerdir?”; (3)“Dijital ikiz, yapım aşamasında BIM'i ne ölçüde ve nasıl destekleyebilir?”. Söz konusu araştırma sorularına cevap bulabilmek için ilk adım olarak, yapım yönetimi merceğinden dijital ikizle ilgili kapsamlı bir literatür araştırması gerçekleştirilmiştir. Yapım yönetimi literatürü tasarım sonrası aşamaların dijitalleştirilmesine ilişkin araştırmaların eksikliğini deneyimlemektedir. Tasarım aşaması veya BIM'den dijital ikize geçişle ilgili çalışmalar literatürde yer alsa da, özellikle yapım süreci için dijital ikiz teknolojisi ve bunun sahadaki kapsamlı uygulanabilirliği hakkında bir araştırma açığı gözlemlenmiştir. Bu bağlamda, Scopus veritabanı üzerinde“dijital ikiz özellikleri”,“dijital ikiz uygulamaları”,“dijital ikiz ile BIM ilişkisi”ve“yapım aşamasında dijital ikiz ile BIM işlev ve uygulamaları”konu alanında gerçekleştirilen çalışmalar analiz edilmiştir. Analizlerin ardından, literatürde BIM'i daha da geliştirme potansiyeline sahip ve etkin bir yapım yönetimine hitap eden toplam on adet dijital ikiz hizmet tespit edildi. Gerçekleştirilen literatür analizi sonucunda, proje yaşam döngüsünün yapım aşamasında verilen yapım yönetimi hizmetleri içerisinde dijital uygulamaların fayda sağlayabileceği konular; şantiyedeki ilerlemenin izlenmesi, kaynak tahsisi ve atık yönetimi, çakışma tespiti, karar verme, iletişim ve işbirliği, maliyet yönetimi, süre planlama, risk yönetimi, lojistik ve tedarik zinciri ile güvenlik tespiti olarak belirlenmiştir. İkinci adım olarak, sektör profesyonelleri perspektifinden yapım aşamasında etkin yapım yönetimi için dijital ikiz kullanımının etkisinin araştırıldığı bir anket çalışması gerçekleştirilmiştir. Anket iki bölüm olarak tasarlanmıştır. İlk bölüm, katılımcıların profili hakkında bilgi almayı hedefleyen soruları içerirken, ikinci bölümde yer alan sorular ile, yapım aşaması için dijital ikiz konseptinin BIM kullanımları üzerindeki etkisini yapım yönetimi bağlamında araştırmak hedeflenmiştir. Anket çalışmasının örneklemi yöntemi“amaca yönelik örnekleme”yöntemiyle belirlenmiştir. Bu bağlamda, 108 sektör uzmanına ulaşılmış ve %65 yanıt oranı ile 70 yanıt toplanmıştır. Anket sonuçları değerlendirildiğinde; katılımcıların %41'i mimar, %30'u inşaat mühendisi ve geri kalan %29'u diğer mesleklerle ilişkili olduğu tespit edilmiştir. Öğrenim seviyelerine bakıldığında, katılımcıların %30'unun lisans, %24'ünün yüksek lisans ve %16'sının ise doktora derecesine sahip olduğu görülmektedir. Katılımcılar, deneyim düzeylerine göre sırasıyla 2 yıldan az (%20), 3 - 5 yıl (%17), 6 - 10 yıl (%22), 11 - 15 yıl (%14) ve 15+ yıl (%27) olmak üzere beş kategoride temsil edilmektedir. Diğer taraftan, katılımcıların bağlı bulundukları kuruluşların sırasıyla akademi (%27), işveren/geliştirici (%19) yüklenici (%24) danışmanlık (%30) olarak hizmet verdikleri görülmektedir. Katılımcılardan 35'i Türkiye'de, 35'i ise yurt dışında 24 farklı ülkede çalışmaktadır. Katılımcıların %14'ü BIM yöneticisi, %20'si BIM tasarımcısı, %36'sı üst düzey yönetici, %14'ü akademisyen ve %16'sı sektörle ilgili diğer rollere sahiptir. Daha önce dijital ikiz uygulamalarından herhangi birini kullananların oranı %57 iken, katılımcıların BIM veya dijital ikiz deneyimlerine göre dağılımları şu şekilde sıralanmaktadır:1 yıldan az deneyimliler (%13), 1-2 yıl deneyimliler (%23), 3-5 yıl deneyimliler (%19), 5 – 10 yıl deneyimliler (%24) ve 10 yıldan fazla deneyimliler (%21). Anket çalışması aracılığıyla elde edilen veriler SPSS 27 programı aracılığıyla istatistiksel testler uygulanarak analiz edilmiştir. İlk olarak, verilerin güvenilirliğini değerlendirmek için Cronbach alfa güvenilirlik testi kullanılmıştır. 0,893 değeri ile çalışmanın Cronbach alfa (α) değeri oldukça kabul edilebilir bulunmuştur. İkinci olarak, ileri istatistiksel analizlerde parametrik testlerin kullanılıp kullanılamayacağını belirleyebilmek amacıyla normalite testi yapılmıştır. Bu bağlamda, Skewness-Kurtosis değerlerine bakılmış ve verilerin normal dağıldığı tespit edilmiştir. Normal dağıldığı görülen veriler farklı parametrik testler kullanılarak istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Bu noktada ilk olarak, anket çalışmasının ikinci bölümünde katılımcılar tarafından değerlendirilmiş olan değişkenler arasındaki ilişkiyi ölçmek için Pearson korelasyon testi uygulanmıştır. Ardından, anket çalışmasına katılan uzmanlar anlamlı gruplara ayrılarak; söz konusu grupların değişkenleri değerlendirmelerinde istatistiksel olarak anlamlı bir farkın olup olmadığı araştırılmıştır. Bu bağlamda ikili gruplar için bağımsız örneklem t-testi, ikiden fazla gruplar için tek yönlü ANOVA testi uygulanarak, sonuçlar analiz edilmiştir. Anket çalışmasında literatür araştırması sonucu tespit edilmiş yapım aşamasında verilen yapım yönetimi hizmetleri sıralanmış ve katılımcılardan her bir hizmet bağlamında kullanım bulan BIM teknolojileri üzerinde dijital ikizin etkisinin değerlendirilmesi istenmiştir. Katılımcıların değerlendirmeleri sonucunda her bir servis üzerinde dijital ikizin etki seviyesine ait ortalama değerin oldukça yüksek olduğu görülmüştür. Analiz sonuçlarına göre dijital uygulamalarının en fazla etki ettiği hizmet iletişim ve iş birliği iken; lojistik ve tedarik zinciri ile iş güvenliği algılama konularının diğer hizmetlere göre daha düşük ortalama değer aldığı tespit edilmiştir. Bu bulgular, yapım aşamasında verilen yapım yönetimi hizmetlerinde dijital ikizin kullanılmasıyla BIM uygulamalarına kıyasla çok daha etkin sonuçlar alınacağını işaret etmektedir. Ek olarak, yapım aşamasında dijital ikizin fayda sağlayacağı tüm yapım yönetimi hizmetlerinin birbiri ile ilişkilerinin pozitif yönde ve yüksek korelasyona sahip olduğu görülmüştür. Bu, yapım sırasında ortaya konacak iyi bir yönetimin tüm unsurları bir arada ele alması gerektiğinin bir göstergesidir. Anket çalışması sonucunda elde edilen verilerin değerlendirildiği bir diğer analiz kapsamında ise bağımsız örneklem t-testi uygulanarak; grupların değişkenlere verdikleri değerlerin ortalamaları karşılaştırılmıştır. T-testi uygulanan ikili gruplar sırasıyla (1) dijital ikiz kullanıcısı olanlar ve olmayanlar ile (2) Türk katılımcılar ve yabancı uyruklu katılımcılar şeklindedir. Analiz edilen değişkenler ise yapım aşamasında dijital uygulamaların fayda yaratacağı yapım yönetimi hizmetleri olarak ele alınmıştır. Sonuçlar değerlendirildiğinde, Türk katılımcılar ve yabancı uyruklu katılımcılar arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunamamıştır. Yalnızca“süre planlaması”değişkeni için istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunsa da her iki grubun da ortalama puanlarının yüksek olması uzmanların dijital ikizin 4D BIM uygulamalarında önemli bir etkiye sahip olduğunu düşündüklerini göstermiştir. Ayrıca, anket sonucunda elde edilen veriler tek yönlü ANOVA testi uygulanarak analiz edilmiş ve katılımcılar ikiden fazla gruplara ayrılarak, gruplar arasında değişkenlerin aldığı ortalama değerler arasında istatistiksel açıdan anlamlı bir fark bulunup bulunmadığı araştırılmıştır. Tek yönlü ANOVA testinde ilk olarak katılımcıları bağlı bulundukları kuruluşlara göre gruplara ayrılmıştır. Analiz sonucunda“karar verme”,“risk yönetimi”ve“lojistik ve tedarik zinciri”gruplar arasında istatistiksel olarak anlamlı farkların bulunduğu değişkenler olarak tespit edilmiştir. Katılımcıların deneyim düzeylerine göre gruplandırıldığı durumda ise, yalnızca“süre planlaması”değişkeninde istatistiksel olarak anlamlı bir fark göze çarpmıştır.. Her iki ANOVA testi sonucunda da tespit edilen anlamlı farkın hangi gruplar arasında olduğunu göstermek ve farkın kaynağını/kaynaklarını ortaya koymak amacıyla post-hoc çoklu karşılaştırma testleri yapılmıştır. Yapılacak post-hoc testini belirleyebilmek için öncesinde değişkenlere ilişkin varyansların homojenliğini ölçmek üzere Levene testi uygulanmış; çıkan sonuçlar doğrultusunda Games-Howell, Gabriel's ve Tukey post-hoc testleri ile gruplar arasında çoklu karşılaştırmalar gerçekleştirişmiştir. Yapılan analizler birlikte değerlendirildiğinde, her bir grubun projeye farklı riskler, farklı hedefler ve farklı bakış açıları ile yaklaşsalar da, sektör paydaşlarının dijital ikizin yapım aşamasında verilen yapım yönetimi hizmetleri üzerindeki pozitif etkisini kabul ettiklerini ortaya konulmuştur. Bu tez çalışması, inşaat sektöründeki dijital ikiz teknolojilerinin ve kavramlarının özelliklerini ve mevcut uygulamalarını inceleyip analiz ederek; yapım yönetimi perspektifinden ele alındığında oldukça sınırlı bulunan dijital ikiz konu alanındaki literatüre katkıda bulunmuştur. Ayrıca, proje yaşam döngüsünün yapım aşamasında verilen yapım yönetimi hizmetleri içerisinde dijital uygulamaların fayda sağlayabileceği konuları ortaya koyarak; söz konusu hizmetlerin etkin bir biçimde gerçekleştirilmesinde kullanımlar bulan BIM üzerinde dijital ikizin etkisi ve potansiyeli ortaya konulmuştur. Sektör profesyonellerinin, proje yaşam döngüsünün yapım aşamasında verilen yapım yönetimi hizmetleri içerisinde dijital ikiz kullanımının, mevcut durumda kullanılan BIM uygulamalarının ötesine geçtiğini düşündükleri ve söz konusu dijital ikiz kullanımının etkin bir yapım yönetimi için önemli faydalar sağlayacağı konusunda hemfikir oldukları görülmüştür. Böylece, dijital ikiz kullanımının inşaat sektörünü halen yaşamakta olduğu düşük üretkenlik ve verimsizlik problemlerinden kurtarabilecek etkin bir yapım yönetimi için bir araç olabileceği gösterilmiştir. Bu çalışmanın, dijital yapım alanında çalışan araştırmacılar için bir motivasyon kaynağı; kavramlar ve kazanımlar konusunda soru işaretlerine sahip sektör profesyonelleri ve kurumlar için ise bir rehber niteliğinde olması ise çalışmanın pratik alana sağlayacağı bir diğer katkı olarak değerlendirilmektedir.

Özet (Çeviri)

The construction industry has a bad reputation worldwide in terms of productivity and efficiency. Insomuch that, it accounts for a large share of global economic costs. Therefore, a proper management is vital for the construction industry. In order to intensify, increase and improve the quality, value and scope of its management approach, the industry has started to seek the solution in digital tools in recent years. The adoption of Building Information Modeling (BIM) by the construction industry has acted as a spur for the attempt to digitize the industry. Thus, fresher, more sophisticated ideas started to emerge. The concept of the digital twin, which made its first waves in a space program, has grown rapidly and quickly entered other industries as well as the construction industry, along with the technological trends related to the Industry 4.0. The digital twin is a virtual system that connects design, construction, and operation by using a combination of technologies to data-link its physical and real assets bidirectionally. While the adoption of BIM in the construction industry is not yet complete, the digital twin is considered a closed box for industry professionals and it does not have many practical applications or case studies. At this point, this thesis research aims to shed a light on the interaction of the digital twin and BIM from a construction project management perspective; to investigate the influences of the digital twin during construction. To answer key questions, -namely (1)“What are the characteristics and practices of the digital twin in the construction industry?”; (2)“What are the functions and applications of the digital twin in the construction from a management perspective?”; (3)“To what extent and how can the digital twin support BIM in the construction?”- a comprehensive synthesis of the literature on the digital twin through the lens of construction project management is carried out as the first step. Scopus database was selected for data extraction by realizing the knowledge gap about the construction, a detailed background analysis was performed to find out the digital twin characteristics, practices, their relationship with BIM, and finally functions and applications of both in construction. As a result of the literature analysis, the topics that can benefit from digital applications within the construction management services provided during the construction phase of the project life cycle are site progress monitoring, resource allocation and waste management, clash detection, decision-making, communication and collaboration, cost management, scheduling, risk management, logistics and supply chain, and safety detection. As the second step, a questionnaire survey was conducted to measure the influence of digital twin services in the literature on parallel BIM uses intending to understanding the importance of these services for professionals. The first part of the questionnaire captures general information about the respondents and the second part gathers information about the influence of Digital Twin services on BIM uses on a 5-point Likert scale (1 = not effective, 5 = extremely effective). The study adopted purposive sampling as the sampling method, 108 industry experts were reached and 70 responses were collected with a response rate of 65%. The data obtained through the questionnaire were analyzed by applying statistical tests through the SPSS 27 program. First, Cronbach's alpha reliability test was used to assess the data's reliability. With a value of 0.893, the study's Cronbach's alpha (α) score was found to be quite acceptable. Secondly, it was observed that the results were normally distributed with the Skewness-Kurtosis normality distribution test, which determined whether the further analyzes would be parametric or not. Third, Pearson's correlation test was applied to measure the relationship between variables. Finally, the variables were divided into meaningful groups in accordance with the aim of the study. Based on experts' opinions, results were analyzed by performing independent-samples t-test and one-way ANOVA. In the scaling of the influence of the specified digital twin services on parallel BIM uses, all services have received mean scores to be considered high. According to the results, the service with the highest impact on BIM applications was communication and collaboration, while logistics and supply chain and safety detection shared the lowest mean score. These findings suggest that digital twin services during construction have a substantial impact on BIM because they transcend beyond their current uses. Additionally, almost all digital twin services that find applications in construction have a high correlation with each other. This is an indication that elements should be considered as a whole and a two-way network for enhanced management during construction. By dividing the participants into two groups, whether they are digital twin users or not, and whether they are domestic or international, it was analyzed whether these aspects affected their perspectives by performing independent sample t-tests. Although there was found a statistically significant difference in the“scheduling”variable between domestic and international participants, the fact that both groups had a high mean score showed that the experts thought that the digital twin had a significant impact on 4D BIM applications. In the first ANOVA test that divided the participants into more than two groups according to their organizational structure,“decision making”,“risk management”, and“logistics and supply chain”were the digital twin services that have seen a statistically significant difference between groups. Another digital twin service“scheduling”, which has seen a significant difference, was observed in analyzes where participants were grouped according to their years of experience. Levene's test was applied to measure the homogeneity of variances related to variables and Games-Howell, Gabriel's and Tukey's post-hoc analyzes were performed to find out which groups caused the identified difference. In addition, even though each group approaches the project with different risks, different objectives and different perspectives, the fact that there are differences of opinion for only a few services in this combination of relationships has been an indication that the positive influence of the digital twin has been accepted by the stakeholders of the industry. This study reviewed and analyzed the characteristics and current applications of technologies and concepts of the digital twin in the construction industry, and has contributed to and strengthened the digital twin body of knowledge which is limited within the construction project management framework. Additionally, by revealing the topics that digital applications can offer benefits within the construction management services provided during the construction phase of the project life cycle; the influence and potential of the digital twin on BIM uses have been demonstrated. Experts agree that digital twin services that offer many uses during the construction go beyond parallel BIM uses and offer several benefits for construction project management. Thus, it has been shown that the digital twin can be a tool for enhanced construction project management, which can get rid of the low efficiency and lack of productivity that the construction industry is still experiencing. This study serves as a source of motivation for researchers working in the field of digital construction and a guide for industry professionals and institutions with question marks about concepts and outcomes.

Benzer Tezler

Tez No
662061
Enhanced project delivery from construction to operations and BIM use in facility management: Istanbul airport case study
BIM ile inşaattan işletmeye geliştirilmiş proje teslimi ve tesis yönetimi: İstanbul havalimani vaka çalışması
SİMGE VURĞUN ÇELİKEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
İnşaat Mühendisliği Hasan Kalyoncu Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET SAKİN
Tez No
895407
Aerial link orchestration
Hava bağlantılarının düzenlenmesi
BÜŞRA BAYRAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol İstanbul Teknik Üniversitesi
Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN SEÇİNTİ
Tez No
768122
Recognizing artificial intelligence as the inventor in Patent Law
Yapay zekanın Patent Hukukunda buluşçu olarak tanınması
ZEHRA HAMİDE GÜRBÜZ ÖNAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Hukuk Ankara Üniversitesi
Fikri Mülkiyet Hakları, Teknoloji Politikaları ve İnovasyon Yönetimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURÇAK YILDIZ
Tez No
900562
Makinelerin bakım, imalat ve uzaktan kontrolü için sanal ve arttırılmış gerçeklik uygulamaları tabanlı dijital ikiz geliştirme
Digital twin development based on virtual and augmented reality application for maintenance manufacturing and remote control of machines
CEMAL PAMUKCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mekatronik Mühendisliği Necmettin Erbakan Üniversitesi
Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDÜLSAMED TABAK
Tez No
807248
Digital twin-enabled intelligent attack detection mechanisms for autonomous networks
Otonom ağlar için dijital ikiz destekli akıllı saldırı tespit mekanizmaları
YAĞMUR YİĞİT
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol İstanbul Teknik Üniversitesi
Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BERK CANBERK

Geri Dön