Sanal tasarım ortamında tersinir yapıların yapım ve söküm süreçleri üzerine bir metodoloji
A methodology for the construction and disassembly processes of reversible srtuctures in a virtual design environment
- Tez No: 927192
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEVİL YAZICI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilişim Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 129
Özet
Döngüsellik, kaynakların verimli kullanılması ve devamlı döngü içerisinde kalmasıyla çevresel etkilerin en aza indirilmesini amaçlayan yaklaşımdır. Döngüsel yapı tasarımı, malzemelerin ömrünün uzatılması, atığın en aza indirilmesi ve kullanılan malzemelerin değerini kaybetmeden tekrar kullanılabilir olması ile desteklenmektedir. Bu doğrultuda tasarlanan tersinir yapılar, yapım ve söküm süreçlerinde kolaylık ve esneklik sağlayarak yapı elemanlarının yeniden kullanımına olanak sağlamaktadır. Ancak tersinir yapı tasarımı ve inşa sürecinde çeşitli zorluklarla karşılaşılmaktadır. Bu çalışma, sanal etkileşim ve hesaplamalı tasarım yöntemleri kullanılarak döngüsellik prensipleriyle tasarlanan modüler tersinir yapılar üzerinedir. Çalışmada temel olarak farklı etkileşimlerin ve sayısal yöntemlerin tersinir yapı tasarımının verimliliğine ve döngüselliğe katkıları ele alınmıştır. Hesaplamalı tasarım, algoritmaların kullanılmasıyla rasyonel olarak tanımlı ve parametrelerin sistemsel olarak değerlendirilmesini sağlayan bir yaklaşımdır. Tez kapsamında ilgili araç ve etkileşimlerin kullanılmasıyla, önerilen modüllerin birbirleriyle uyumlu şekilde geometrik ilişkilerinin kurulması, yapı kararlılığı ve söküm süreçlerinin kolaylaşması hedeflenmiştir. Bu doğrultuda, hesaplamalı tasarım süreçlerinde kullanılan yöntemler ve yazılımlar incelenmiş, bunun sonucunda algoritmik tasarım eklentilerinin çalışmada kullanımına karar verilmiştir. Çalışma kapsamında kullanılan modüller, tersinir yapıların sökülebilirlik ilkesine uygun olacak şekilde, geçme detayına sahip olarak tasarlanmıştır. Sanal etkileşim, gerçek dünyada fiziksel prototipler kullanılarak test edilmesi zor veya maliyetli senaryoları, sanal prototip görevi görerek test edilmesine olanak sağlayan güçlü bir unsur olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu sayede tasarımcılar aldıkları kararların etkilerini önceden gözlemleyebilme fırsatı elde etmektedirler. Bu da süreç boyunca daha doğru ve bilinçli adımlar atmalarına olanak sağlamaktadır. Çalışma kapsamında modüler tasarımların söküm planlaması yapılırken, sanal etkileşimin sağladığı fizik motorundan faydalanılarak modüllerin yapım ve söküm süreçlerinde gerçek zamanlı benzetimine olanak sağlanmıştır. Bu sayede modüllerin tepkisi anlık olarak gözlemlenebilmiştir. Bu yaklaşımın yapının söküm planlaması yapılırken, döngüselliğe katkı sağlaması hedeflenmiştir. Ayrıca sökümü yapılan modüllerin farklı kullanım senaryolarını da gözlemleyerek, modülleri erken aşamalarda değerlendirmek mümkündür. Bu da tasarım kararlarında bilinçli adımlar atarak verimliliği arttırmaya yaramaktadır. Çalışma kapsamında kullanılacak sanal etkileşim aracının belirlenebilmesi için, algoritmik tasarım araçlarıyla ile kolayca bütünleştirilebilir olmasına ve araçlar arası güncellemeye olanak sağlamasına özen gösterilmiştir. Bunun yanı sıra kullanıcı etkileşimine izin veren ve modüllerin fiziksel tepkilerini anlık olarak gözlemlemeye olanak sağlaması önemli bir avantaj olarak değerlendirilmiştir. Bu sayede tersinir yapıda uygulanacak tüm aşamaların etkin ve verimli bir şekilde ilerlemesi istenmiştir. Çalışma kapsamında ilk olarak tersinir yapının tasarımında kullanılacak olan modüller üzerinde çalışılmıştır. Modüller oluşturulurken, yapıları oluşturan strüktür türleri ve bu türlerin döngüsellikle ilişkisi dikkate alınmıştır. Oluşturulan farklı modüllerin geçme detayına sahip olması ve farklı yapı tiplerine olanak sağlaması istenmiştir. Daha sonrasında çalışmanın yeni bir çalışma olduğu göz önünde bulundurularak sanal etkileşimin daha kolay test edilebilmesi amacıyla geometrik olarak sade ve işlevsel olarak esneklik sağlayan geçme detayına sahip dikdörtgen prizma formundaki modül seçilmiştir. Sonrasında, modüler bir tasarım oluşturulmuştur. Tasarlanan yapılar, sanal etkileşime aktarılarak içerisinde etkileşime geçmeye uygun hale getirilmiştir. Aynı zamanda tasarlanan yapıların gerçek dünyaya ait performans tepkileri verebilmeleri için modüllere fiziksel özellikler atanmıştır. Düzenlemelerin tamamlanmasıyla oluşturulan sanal etkileşim deneyimi, tersinir yapıların söküm ve yeniden tasarımına hazır hale getirilmiştir. Hazırlanan sanal etkileşim deneyimi beş katılımcılı bir vaka çalışması olarak uygulanmıştır. Katılımcı grubu; tasarım alanında çalışan, farklı düzeyde döngüsellik bilgisine ve sanal etkileşim tecrübe seviyelerine sahip kişilerden oluşmaktadır. Katılımcılarda; kendilerine verilen yapıları sökerek bir planlama oluşturmaları ve daha sonra söktükleri modüllerle yeni bir tasarım yapmaları istenmiştir. İlk aşamada sanal etkileşim deneyimini tamamlayan katılımcılardan ikinci aşamada fiziksel etkileşimde de aynı şekilde verilen yapıları sökmeleri ve modüllerle yeni tasarımlar yapmaları beklenmiştir. Çalışmayı tamamlayan katılımcılara üçüncü aşama olarak, ikisi açık uçlu olmak üzere dokuz sorudan oluşan ve yaklaşık 15 dakika süren bir değerlendirme anketi uygulanmıştır. Bu anket ile katılımcıların çalışmayı; sanal etkileşim deneyiminde gerçeklik algısı, söküm planlamasının oluşturulması, döngüsellik üzerindeki etki, malzeme algısı, geliştirilebilirlik ve uygulanabilirlik yönlerinden değerlendirmesi beklenmiştir. Yapılan anket çalışmaları ve gözlemler doğrultusunda elde edilen bulgular, sanal etkileşimin tersinir yapıların döngüsellik ilkelerine uygun olacak şekilde planlanmasında etkili olduğunu ortaya koymaktadır. Katılımcılar, sanal etkileşimin söküm planlaması sürecinde kolaylık sağladığında hemfikir olmuş ancak malzeme algısının detaylandırılması ve modüller arası fiziksel detayların arttırılması gibi bazı geliştirmelerin yapılması gerektiği belirtilmiştir. Bu çalışma hem teori hem de uygulamada önemli katkılar ortaya koymuştur. Teorik olarak tersinir yapıların tasarım ve planlama süreçlerinde farklı etkileşim türlerinin kullanılması ve bunun süreçler üzerindeki etkisi tartışılmıştır. Uygulamada ise bu yapı tipinin söküm planlaması sanal ve fiziksel olmak üzere iki farklı etkileşimle oluşturulmuştur. Son olarak ise sanal etkileşimin sağladığı avantajlar ve geliştirilmesi gereken yönler ortaya konulmuştur. Sonuç olarak, bu çalışma, tersinir yapılar ve sanal etkileşimin entegrasyonunun döngüsellik ilkelerine uygun yapı tasarım süreçlerine sunduğu potansiyeli ortaya koymaktadır. Bu çalışma döngüsellik hedeflerine ulaşmak için yeni yöntemlerin geliştirilmesine olanak tanımaktadır. Bu bulgular döngüsel yapı tasarımlarında sayısallaşma ve sanallaştırmanın önemini vurgulamakta ve gelecekteki çalışmalar için örnek teşkil etmektedir.
Özet (Çeviri)
As an innovative design approach, Circularity focuses on minimizing environmental impacts by promoting efficient use of resources and ensuring continuous circulation throughout their life cycles. In architectural and structural design, this concept aims to extend the life span of materials, reduce waste production, and ensure that materials are reused without diminishing their inherent value. Reversible structures are a practical manifestation of these principles, designed with modularity to allow for easy construction and deconstruction, thus enabling the reuse of components for future projects. Despite the clear advantages of modular reversible structures, their design and construction come with inherent challenges, particularly related to maintaining structural integrity while ensuring that modules remain functional for multiple use cycles. This study addresses these challenges by exploring modular reversible structures designed with circularity principles in mind, employing advanced virtual interaction tools and computational design methods. Computational design plays a central role in enabling the systematic evaluation and precise definition of parameters through algorithms, contributing to the design's structural and functional efficiency. The main goal of this thesis is to ensure that the proposed modular units establish geometric compatibility while maintaining structural integrity, ultimately improving the ease and efficiency of their deconstruction. The research investigates several computational design methods and software tools, which have been carefully examined and integrated into the process. Using algorithmic design plugins, the study evaluates the geometric compatibility between modules and assesses their structural stability and interactions. By incorporating interlocking features into the design of the modules, the study aims to enhance the modules' suitability for deconstruction, facilitating their reuse without compromising their performance. These interlocking mechanisms are essential for ensuring that the modules meet the principles of reversible structures, which prioritize the ease of disassembly and the potential for reusability in future designs. Additionally, the computational design tools allowed the simulation of various scenarios during the assembly and deconstruction phases. These virtual simulations enabled the design team to anticipate how the modules would behave under different conditions. They provided crucial insights that helped optimize and align the design with sustainability and circularity goals. Using these tools was critical in confirming that the modules would function effectively in real-world conditions while adhering to sustainability principles. The reversible modules were successfully developed, balancing structural performance, resource efficiency, and sustainability. This achievement represents a theoretical contribution to circular building design and a practical solution that can be applied in real-world construction projects, contributing to the growing circular economy. Virtual interaction, a key aspect of this study, is invaluable in simulating real-world scenarios that might otherwise be challenging or prohibitively expensive to evaluate through physical prototypes. By functioning as a virtual prototype, the virtual interaction environment allows designers to test and refine their designs by observing the effects of their decisions in real-time. This ability to visualize and test outcomes in a simulated space provides designers with more accurate and informed data, allowing for adjustments before physical construction begins. In the context of this research, virtual interaction enabled the real-time simulation of the construction and deconstruction processes facilitated by a physics engine. This allowed for the immediate observation of module responses in various conditions, thus providing insights into how the structure would behave under different scenarios. Observing and adjusting the design based on these real-time interactions is crucial for optimizing the deconstruction process, a central aspect of achieving Circularity in building design. By virtually testing the modules' behavior during assembly and disassembly, the study provides critical data that can inform the real-world use of these modules, ensuring that they are functional and efficient throughout their life cycle. Moreover, the virtual interaction tool allowed the testing of multiple usage scenarios for the deconstructed modules, facilitating early-stage evaluation of the modules' performance. This approach enabled the research team to make informed decisions regarding the efficiency of the modules, leading to further optimization of their design. In selecting the virtual interaction tool for this study, special attention was given to its ability to integrate seamlessly with algorithmic design tools and to its capacity to facilitate real-time updates across different platforms. The tool's ability to allow for user interaction and observe the physical responses of the modules in real time was seen as a significant advantage, ensuring that all stages of the design process would be carried out efficiently and effectively. This study focused on the development of the modules used to design reversible structures, with particular attention given to the relationship between module types and the principles of Circularity. The study sought to develop modular units that not only interlock seamlessly but also possess the flexibility to form various configurations, allowing for diverse structural solutions. In keeping with the study's aim of exploring new approaches, rectangular prism-shaped modules were chosen for testing within the virtual interaction environment. These modules were selected for their geometric simplicity, allowing for rapid prototyping and testing while still offering functional flexibility for various structural forms. Utilizing this form, the design team created a modular system that could be easily adapted and scaled to suit different project needs. The connections between the modules were transferred into the virtual interaction environment, where the modules were tested with various combinations to explore their compatibility and performance. The assignment of physical properties to the modules allowed for a more accurate simulation of real-world behavior, bridging the gap between the virtual and physical worlds. Once the modular system was designed and tested, the deconstruction and redesign processes were simulated in the virtual environment, yielding valuable data on the most efficient ways to reuse the modules and further optimize the design. The virtual interaction experience was applied as a case study with five participants, each with varying knowledge of Circularity and expertise with virtual interaction tools. In the study's first phase, the participants engaged with the virtual interaction tool to deconstruct the given modular structures and create new designs using the deconstructed modules. In the second phase, the participants were asked to physically deconstruct the structures and generate new designs with the modules, providing a hands-on comparison between virtual and physical interaction. After completing the practical phase, the participants completed a nine-question survey, including two open-ended questions, which took approximately 15 minutes to complete. The survey aimed to assess the participant's perceptions of the study, particularly regarding the realism of the virtual interaction experience, the effectiveness of the deconstruction planning process, the impact of Circularity, material perception, the potential for development, and the applicability of the proposed approach. The survey results and observations from the case study revealed that virtual interaction played a crucial role in facilitating the deconstruction planning process. The participants recognized the value of virtual interaction in improving the planning and understanding of reversible structures but highlighted areas for improvement. Specifically, the participants noted that material perception could be enhanced, and more physical details could be incorporated between the modules to increase the realism of the virtual environment. This research offers significant theoretical and practical contributions to reversible structure design. Theoretically, the study explores various interaction methods in reversible structures' design and planning processes, providing new insights into how these methods can influence and enhance these processes. Practically, the research contributes by generating deconstruction plans for reversible structures through virtual and physical interaction forms. The study also identifies the advantages of virtual interaction tools and suggests areas where further development could improve their effectiveness. In conclusion, this study demonstrates the powerful potential of virtual interaction in designing reversible structures that align with circularity principles. The research offers valuable insights into digital tools, virtual interaction, and computational design in the context of circular building design, providing a framework that can guide future efforts in developing sustainable building solutions. The methods proposed in this study contribute to the growing body of knowledge and provide a foundation for future research and practice in reversible building design. The findings emphasize integrating digital technologies into the circular design process. They will inspire continued exploration in this area, ultimately contributing to advancing circular economies in the built environment.
Benzer Tezler
- An adaptive modal pushover analysis procedure to evaluate the earthquake performance of high-rise buildings
Yüksek binaların deprem performansının değerlendirilmesi için bir uyarlamalı itme analizi yöntemi
MELİH SÜRMELİ
Doktora
İngilizce
2016
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCAN YÜKSEL
- Doğal yaşam döngüsü ve temel biyolojik kavramların öğretimi üzerine sanal materyal tasarımı
Natural life cycle and virtual material design on teaching of basic biological concepts
ORHAN İNCE
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
BiyolojiYüzüncü Yıl ÜniversitesiOrtaöğretim Fen ve Matematik Alanları Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NASİP DEMİRKUŞ
- Virtual sculpting with advanced gestural interface
El hareketlerine dayalı gelişmiş arayüz ile sanal modelleme
NURETTİN ÇAĞRI KILIBOZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. UĞUR GÜDÜKBAY
- Bilgisayar ortamında tasarım işbirliği ve mimarlık uygulamalarındaki yansımaları
Computer mediated collaborative design and its reflections in architectural practice
ÖZGE GÜNGÖRDÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLEN ÇAĞDAŞ