Optimization in spatial planning from generative design approach: The application for Göktürk, Istanbul
Üretken tasarım yaklaşımıyla mekansal planlamada optimizasyon: Göktürk, İstanbul uygulaması
- Tez No: 845853
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİYE AHU GÜLÜMSER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Şehircilik ve Bölge Planlama, Urban and Regional Planning
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Şehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Şehir Planlama Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 118
Özet
Kentler, günümüzde sürekli artan nüfus ve özellikle hızlı sanayileşme dönemi ile birlikte pek çok zorlukla karşı karşıya kalmaktadır. Sürekli ve hızla değişen, öngörülemez, pek çok farklı sistemi etkileyen ve sistemden etkilenen kentlerin ihtiyaçlarına çözüm üretebilmek, mekansal planlama sürecinin yeniden ele alınmasını tetiklemiştir. Geçmişten günümüze, mekansal planlama süreçleri çok değişmese de bu süreçlerin ele alınış biçimleri ve yaklaşımlar değişkenlik göstermiştir. Geleneksel planlama yaklaşımı terk edilerek sistem yaklaşımına yerini bırakmıştır. Bu yaklaşım da şehir plancılarınının mekansal planlama sürecini bütünüyle eksiksiz tamamlası konusunda zorlamıştır. Mekansal plancı (Şehir Plancısı) planlama sürecinin hızlı değişen ve karmaşık bir sistem olan kente hızlı cevap verme ihtiyacı sebebi ile seçenek üretme aşamasını atlanmakta, genellikle tek bir sonuç üzerinden karar vermektedir. Karmaşık kent sisteminin doğası gereği hızla değişen problemlerine, hızlı çözümler sunabilmek yalnızca insan gücü ile neredeyse imkansızdır. Günümüzde teknolojik gelişmeler sonucu, coğrafi bilgi sistemleri, yapay zekâ, hesaplamalı tasarım gibi yeni teknoloji araçları sayesinde mekansal plancının çok aktörlü, kaotik süreci yönetmesi daha kolay hale gelmekte, bu araçlar planlama sürecinin pek çok aşamasında karar vericiye seçenekler sunarak yardımcı olmaktadır. Bu tezde, özellikle Türk planlama sisteminde varolan ancak hızlı mekansal plan üretimi için gözardı edilen senaryo oluşturma ve seçenek üretme aşamalarında mekansal plancılara bir karar destek çerçevesi sunulması amaçlanmıştır. Bu çerçeve, karar vericilerin hızlı ve verimli bir şekilde kentteki öngörülemeyen ve hızla değişen karmaşıklığı yönetmelerine olanak sağlamayı hedeflemektedir. Bu çalışma kapsamında, bilgisayar destekli tasarımın alt başlıklarından biri olan üretken tasarım çalışmanın ana yaklaşımı olarak kullanılmıştır. Üretken tasarım, karar vericinin çıktı ürüne odaklanmayıp, sürecin tamamını oluşturabilmekte, çıktı olarak beklenen alınmadığında süreç içerisinde değişiklikler yaparak çok hızlı bir şekilde istenilene ulaştırmaktadır. Bu özelliği sayesinde şehir plancısının planlama sürecinin en başına dönüp zaman kaybetmesini engellemektedir ve şehir plancısı son ürünü üreten kişi değil, süreci yöneten bir lidere dönüşmektedir. Bu özellikler sayesinde hızlı değişen kompleks kent sisteminin isteklerine, uzun geleneksel planlama sürecin içinde çok hızlı şekilde cevap verilebilmekte, zaman ve maliyet kazancı sağlamaktadır. Hızlı şekilde cevap verebilmesinin yanında, üretken tasarım çok kısa zamanda insan gücünün hâkim olabileceğinden çok daha fazla olası çözümler üretebilmekte ve bu olasılıklar arasından ideal seçimleri karar vericiye tanıtabilmektedir. Geleneksel planlama süreçlerinin uzun ve zorlu oluşu, süreç içerisinde seçenek üretimi aşamasının genellikle göz ardı edilerek tek seçenek üretilip karar verilmesi şeklinde gerçekleşmektedir. Üretken tasarım ise bir karar destek aracı olarak alternatif üretimi aşamasını kolay bir şekilde gerçekleştirmekte, optimizasyon sayesinde şehir plancısına karar verme sürecinde kolaylık sağlamaktadır. Bunun yanında, seçim için olasılıkların optimizasyonu, üretken tasarımı diğer hesaplamalı tasarım araçlarından ayırmaktadır. Optimizasyon yöntemi ile olabildiğince ideale yakın olasılıklar tespit edilerek seçim süreci şehir plancısı için kolaylaşmaktadır. Optimizasyon süreçlerinde, çözüm olarak hedefin minimizasyonu ya da maksimizasyonu söz konusudur, problemin yapısı ve gerekliliğine göre bu optimizasyon süreci tek amaçlı ya da çok amaçlı olarak gerçekleşmektedir. Tek amaçlı optimizasyon problemlerinde“en iyi”tek sonuç ortaya çıkarken, çok amaçlı optimizasyon problemleri çoklu hedeflerin doğası gereği tek bir sonuç üretememekte, bir yeterince iyiler kümesi oluşturmaktadır. Kentin kaotik yapısı da birçok hedefi beraberinde getirmekte, bu sebeple ideale ulaşamamakta ve çözümler yeterince iyiler kümesini (pareto optimal küme) oluşturmaktadır. Çok amaçlı optimizasyonun ürettiği bu küme, diğerleri içerisinde baskın gelen çözümlerin oluşturduğu pareto cepheyi oluşturmakta ve şehir plancısı binlerce çözüm içerisinden pareto cephe ile istenilene en uygun çözümleri filtreleyebilmektedir. Bugün birçok çok amaçlı optimizasyon yöntemi bulunmaktadır ve baskınlık şekli bu yöntemlerle değişkenlik göstermektedir. Bu çalışmada ise, genetik algoritma temelli bir çok amaçlı optimizasyon algoritması olan NSGA-2 (non-sorted genetic algorithm 2) alternatiflerin seçimi aşamasında kullanılmıştır. Yapay zekâ algoritması olan bu algoritma, diğer bir karar destek aracı olan üretken tasarım ile birleşerek, şehir plancısı için yeni bir karar destek çerçevesini oluşturmuştur. Günümüzde üretken tasarım ve optimizasyon ile mimarlık, kentsel tasarım ölçeğinde çalışmalar yapılmaktayken kent bütünü ölçeğinde yapılan çalışmalar kısıtlı kalmaktadır. Bu tez ile, şehir planlama ölçeğinde bu araçların potansiyel kullanım şekillerine dair bir öngörü oluşturulması ve yeni çalışmalar için profesyonellere neler yapılabileceğine dair ipuçları verilmesi amaçlanmıştır. Tezin çalışma alanı olarak, İstanbul Merkezi İş Alanı'na bağlanan yol ile hızla talebin yükseldiği, hem kırsal özellikler taşıyan, hem de kapalı site yerleşimlerinin hızla arttığı bir alan olan Göktürk Mahallesi seçilmiştir. İstanbul'un Eyüpsultan İlçesi'nin bir mahallesi olan Göktürk, Merkezi İş Alanı'na bağlayan yol ile talep görmekteyken, özellikle 1990'lı yıllarda öncü proje olarak gelişen Kemer Country Sitesi'nin inşası ile bu talepler ivmelenmiştir, ancak, kentteki donatı alanları bu artan taleplere eş zamanlı olarak karşılık verememiştir. İlk bakışta, donatıların alan yeterliliği sağlamakta gibi görünse de bu alanlar siteler içerisinde kalan özel mülklerde bulunması sebebiyle kentte adil bir dağılım ile yerleşmemektedir. Site içerisinde sağlanan yeşil alanlar, eğitim alanları, sosyo-kültürel alanlar yalnızca mülk sahiplerinin kullanımına tahsisliyken, genellikle orta gelir grubunun bulunduğu parsel tabanlı yerleşmelerde donatı alanları yetersiz kalmaktadır. Covid 19 ile birlikte artan, sağlıksız kentsel alanlardan uzaklaşmak isteyenlerin tercihi olan Göktürk, bu nüfusa açık yeşil alanları, donatı alanlarını karşılayamama tehlikesi altındadır. Alan için ilk olarak yapılan 2003 tarihli 1/1000 ve 1/5000 ölçekli planlarının ardından 2013, 2015, 2019, 2022'de çeşitli revizyonlar, ilave planlar yapılmış ancak çoğu iptal edilmiş ya da değiştirilmiştir.görülmektedir ki, mevcut durumda hızla, doğrusal olmayan bir şekilde değişen bu karmaşık alanın ihtiyaçlarına çözüm üretiminde geleneksel planlama süreci yetişememektedir. Sahip olduğu bu karmaşıklık sebebiyle seçilen Göktürk'ün tez kapsamında öncelikle ihtiyaçları analiz edilmiş ve ardından bu ihtiyaçlar çerçevesinde potansiyel çözümlerin üretemi için bir araç geliştirilmiştir. İlk aşamada, Göktürk'ün ihtiyaçları iki kısımda incelenmiştir. Birinci kısımda 2041 yılı için İller Bankası yöntemi kullanılarak nüfus projeksiyonu yapılmış ve mevcut arazi kullanımının hiç değişmediği kabul edilerek 2041 yılında donatı alanlarının Mekansal Planlar Yapım Yönetmeliği'nde(2014) belirtilen minimum alan ve erişilebilirlik gereklilikleri açısından ne kadar yeterli olduğu analiz edilmiştir. Ancak yönetmelikte, erişilebilirlik sınırı için belirtilen çember kuralının, gerçek dünyanın gerekliliklerini karşılamaması sebebiyle, erişilebilen parsel hesapları A*search algoritması kullanılarak, mevcut yol dokusu üzerinden en kısa yol hesaplaması ile yapılmıştır. Analizler sonucunda anaokulu, ilkokul, ortaokul, lise, sağlık alanı, sosyo-kültürel alan ve dini alanların hepsinin alan büyüklüğü olarak standartların altında kaldığı tespit edilmiştir. Yeşil alanlar incelendiğinde, alanda Kemer Country Sitesi içinde bulunan bir golf sahası mevcuttur, ancak bu alan özel alandır ve Mekansal Planlar Yapım Yönetmeliği'nde belirtildiği üzere golf sahaları spor alanı sınıfında olduğu için yeşil alan statüsünde sayılmamıştır. Sonuç olarak, kent içindeki yeşil alanlar da standartların tanımladığı sınırların altındadır. Bahsedilen donatı alanlarında ise, yapılan erişilebilirlik analizi sonucunda yalnızca liseler (%98,9) neredeyse alanın tamamında erişilebilir durumda, liselerden sonra en yüksek erişilebilirliğe sahip kullanım %70 ile ortaokullardadır. Dini alanlar ise %17,5 ile en az erişilebilir kullanımladır. İkinci kısımda aynı analizler, Göktürk için yapılan planların projeksiyon nüfusu için (101366), plan kararları üzerinden uygulanmıştır. 2003, 2015 ve 2022 plan kararlarında tanımlanmış lise alanı bulunmamakta, tanımlı ilkokul ve ortaokul alanları standartların altında kalmaktadır. Ancak, planda“özel eğitim alanı”isimli bir alan tanımlanmıştır, mevcut arazi kullanımı da incelendiğinde, bu kullanımların özel eğitim alanında sağlanacağı öngörülmektedir. Analiz sonucunda, mevcut arazi kullanımında olduğu gibi, plan kararlarında da hiçbir donatı alanı, alan yeterliliğini sağlayamadığı tesip edilmiştir. Erişilebilirlik analizi incelendiğinde, yine hiçbir donatı alanı alanda ideal erişilebilirliği sağlayamamaktadır, en az erişilebilen donatı %3,7 ile anaokullarıdır. En yüksek erişilebilirliğe sahip donatı alanı ise %83,97 ile ortaokullardır. Sonuç olarak, yapılan analizler Göktürk'ün hem mevcut durumda hem plan kararlarında ideal durumdan çok uzakta olduğu göstermiştir, bu sebeple ikinci aşamada standartların belirttiği ideal duruma yaklaşmak amaçlanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, şehir plancısının Göktürk için karar verme sürecine bir destek olarak öncelikle 3 temel senaryo belirlenmiştir. İlk senaryoda Göktürk'ün plan kararlarında bulunan eksiklikleri tamamlamak, ikinci senaryoda mevcut arazi kullanımının eksikliklerini projeksiyon nüfusa göre tamamlamak, üçüncü senaryoda ise alanın potansiyelini anlayabilmek adına“hiç alan kararı olmasaydı, yalnız parsel ve yol düzeni kullanılarak nasıl bir arazi kullanımı ortaya çıkardı?”sorusunun cevabı aranmıştır. Bu üç senaryonun algoritması Rhinoceros programının Grasshopper eklentisinde oluşturulmuş, ilave donatı sayısı ve donatı alanlarının erişebildiği konut parseli sayısının maksimizasyonu, optimizasyonun amacı olarak belirlenmiştir. Bu amaç için anaokulu, ilkokul, ortaokul, lise, çocuk oyun alanı, sağlık alanı ve dini alanlar için belirlenen sınırlar içinde rastgele parsel seçimi parametrik olarak optimizasyona tanıtılmış, parsellerin yer seçimi optimize edilmiştir. Bu optimizasyon süreci, Grasshopper'da çok amaçlı optimizasyon robotu olan Wallacei (Makki et al., 2018) eklentisi aracılığıyla gerçekleşmiştir. Anoaokulu, ilkokul, ortaokul, lise, çocuk oyun alanı, sağlık alanı ve dini alan için ideal alan büyüklüğü ile farkın minimize edilmesi ve erişilen parsel sayısının maksimize edilmesi olarak toplamda 12-14 adet amaç tanımlanmıştır (mevcut arazi kullanımında lise erişilebilirlik kriterlerini neredeyse sağladığı için analiz dışı bırakılmıştır). Her bir senaryo için 5000 adet alternatif üretilmiş, bunlar içerisinden her 12-14 amaç için en iyi çözüm ve tüm amaçların aynı seviyede optimize olduğu çözüm seçilmiş, karar verme aşaması için karar vericiye sunulmuştur. Yapılan çalışma sonucunda, bu çerçeve sayesinde, tek bir alan için, çok kısa zamanda 2835 tanesi pareto cephesinde bulunan, 15000 adet alternatif üretilmiş, bu alternatifler eniyileme araçları ile karar vericinin ihtiyaçlara göre uygun alternatifi seçmesi için elekten geçirilmiştir, 43 adet çözüm tez kapsamında incelenmiştir. Amaç ve gen sayısının fazlalığı sebebi ile pareto cephesindeki çözüm sayısı beklenilenin çok üstünde çıkmıştır. Gelecek çalışmalarda pareto kümesinin daha iyi yönetilebilmesi için amaçlar ağırlıklandırılarak problem tek amaçlı optimizasyona çevirilmesi ya da amaç sayısının azaltılması önerilmektedir. Sonuç olarak, bu çalışma ile şehir plancısı geleneksel planlama sürecinde yeni karar destek araçlarını kullanarak, son ürünü birebir tasarlayan kişi değil, planlama sürecinin kendisini kontrol eden kişi haline gelmektedir. Dolayısıyla, bu araç ile çok hızlı değişen, kaotik, çok aktörlü kentlerin ihtiyaçlarına hızlı ve etkin çözümler üretilebilmekte, şehir plancısının sürece hakimiyeti artmaktadır. Burada şehir plancısı ihtiyaç duyduğu durumda standartları ve sınırları tekrar gözden geçirip, yol dokusu, mülkiyet durumu vb. diğer parametreleri sürece kolayca sokarak süreci tekrar kurgulayabilmekte, farklı alanlar için bu model algoritmaya alanın tanıtılması ile kolayca uygulanabilmektedir. Gelecek çalışmalarda bu model alanın gerekliliklerine özgü standartların oluşturulabilmesi için de bir potansiyel taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
Cities, especially with the rapid industrialization period, are facing many problems today. Generating solutions to the needs of cities that are constantly and rapidly changing, unpredictable, influenced by many different systems, and affecting them is challenging for urban planners. While providing fast solutions to the rapidly changing problems of the complex urban system is almost impossible with human power alone, today, with the help of new technological tools such as geographic information systems, artificial intelligence, and computational design, it has become easier for urban planners to manage this chaotic process. These tools assist decision-makers in various stages of the planning process. Still, due to the need to respond quickly to the rapidly changing city, alternative creation stage is often skipped in a long traditional planning process, and decisions are usually made based on a single outcome. Therefore, this thesis aims to provide a framework that facilitates scenario development and alternative selection, often skipped in traditional planning. In addition, this framework aims to enable decision-makers to manage the unpredictable and rapidly changing complexity efficiently. In this study, generative design, one of the subheadings of computational design, was used as the primary work tool. It was selected due to it can focus on the entire process rather than the output product, and it can quickly reach the desired result by making changes within the process when the expected output is not achieved. This feature prevents the urban planner from returning to the planning process's beginning and wasting time. Instead, the urban planner becomes a manager of the whole process rather than the person producing the final product. With these features, the rapidly changing needs of the complex urban system can be responded to quickly within the long conventional planning process, providing time and cost savings. In addition to reacting rapidly, generative design can generate far more alternatives in a short period than human power can handle and helps urban planners make ideal choices among these possibilities. Göktürk neighbourhood of Eyüpsultan county, Istanbul, was selected to implement this tool as the case study area. Göktürk, where demand is increasing rapidly, has both gated communities and rural characteristics. Although, at first, it may seem that the gated communities in this area provide adequate facilities, they do not respond to the needs of the rapidly changing city due to the privatization of services. Therefore, Göktürk, chosen due to its complexity, was first analyzed to see how much it meets the demands. In the first part, a population projection was made for the year 2041, and it was investigated how adequate it will be in 2041, assuming the current land use has not changed at all. The Spatial Plan Legislation (2014) determines the minimum area requirements and walking distances that were also the limit for the analysis. The results show that all the kindergarten, primary school, secondary school, high school, health areas, sociocultural areas and worship areas are below the standards regarding the area size. In addition, accessibility ratios are also lower than the ideal, except for high school (98,9%). For the second part, the same analyses were made for plan decisions, and it was seen that land use decisions don't meet the standards like in the current situation. In the second part of the case study, three basic scenarios were primarily determined to support the urban planner's decision-making process for Göktürk. The first scenario was made to fill the gaps in the current situation; the second was also made to fill the gaps between the ideal situation and plan decisions; the third scenario was made to see the area's full potential, assuming that there was no defined land-use decision before. For this purpose, the Rhino Grasshopper plug-in was used as a generative design interface to create the design algorithm. For the algorithm, random parcel selection within limits determined for kindergarten, primary school, secondary school, high school, children's playground, health area and religious areas were parametrically introduced. These aims defined 14 fitness objectives of the algorithm as minimizing the difference between ideal and existing area size and maximizing the accessible housing parcels for kindergarten, primary school, secondary school, high school, children's playground, health area and religious area. In total, 15000 solutions were generated and after, these solutions were optimized by using NSGA-2(non-sorted genetic algorithm 2), 2835 of them located on the Pareto front. Finally, to narrow the selection space, the fittest solutions of each fitness objective and the average fitness rank = 0 of each scenario were represented to the decision-maker. To sum up, this new framework attempted to adapt to the rapidly changing city's need and control the planning process with multiple alternatives within the limits of Turkish planning standards for areal adequacy and accessibility. It is believed that this tool will start further discussions about a collaboration of urban planning and new technological decision support tools, their implementation at municipal levels, and their contributions to participation in decision-making by representing the alternatives and helping to select via optimizing.
Benzer Tezler
- Yapı bilgi modellemesi uygulama planının döngüsel yapı tasarımı açısından ele alınması: Raylı sistem projeleri örneği
Building information modelling execution plan based on circularity in built environment: The case of rail systems projects
SEMİN ERDEM
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERYEM BİRGÜL ÇOLAKOĞLU
- Hava kirliliği konusunda çevre bilgi sistemi tasarımı ve gerçekleştirilmesi pilot projesi
Design of an information system about air pollution
HARUN İYİDİKER
- Sürdürülebilir toplu konut yerleşmesi tasarımı için Pareto genetik algoritmaya dayalı bir model önerisi: SSPM
A model for sustainable site layout design with pareto genetic algorithm: SSPM
YAZGI AKSOY
- Kentsel çevre ve yeşil altyapı bağlamında açık alanların performanslarının değerlendirilmesi ve optimizasyonuna yönelik parametrik bir model önerisi
A parametric model roposal for optimization analysis of urban open space performance in the context of green infrastructure and urban environment
SAFİYE ELİF SERDAR YAKUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Peyzaj Mimarlığıİstanbul Teknik ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELTEM ERDEM KAYA
- Global optimization methods for optimal power flow and transmission switching problems in electric power systems
Başlık çevirisi yok
BURAK KOCUK
Doktora
İngilizce
2016
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolGeorgia Institute of TechnologyDOÇ. DR. SANTANU S. DEY
YRD. DOÇ. DR. X. ANDY SUN