BIM: Gereksinim ve Birlikte Çalışabilirlik

Yapı Bilgi Modelleme: Gereksinim ve Birlikte Çalışabilirlik
Mimarist Ocak 2014

Prof. Dr. Salih Ofluoğlu
Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi
Enformatik Bölümü

Yapı Bilgi Modelleme (YBM) veya diğer adıyla Building Information Modeling (BIM),  özellikle son zamanlarda adından sıkça söz ettiren bir kavram olsa da uzun yıllar süren akademik çalışmalar [1,2,3] ve veri standartlarına [4, 5] dayanmaktadır ve yapı sektörü için ulaşılması hedeflenen bir ideali yansıtmaktadır [6].  YBM’nin mimarlık ve yapı sektöründe yaygın kullanımı, IFC standardının [7] geliştirilmesi ve önerilen veri modelinin yazılım firmalarınca desteklenmesiyle mümkün olmuştur. Bu yazı, YBM’nin hangi gereksinimler nedeniyle varolduğunu ve özellikle birlikte çalışabilirlik konusunda katkısını ele almaktadır.

Yapı Bilgi Modelleme, bina ile ilgili grafik (geometri/biçim vb.) ve alfasayısal (malzeme, maliyet, fiziksel çevre kontrolü vb) veriden oluşan üç boyutlu bir model meydana getirerek, bu modelin yapı sektörü paydaşları tarafından ortak kullanımını sağlayan bir çalışma yaklaşımıdır. Bu üç boyutlu model, planlama, tasarım, projelendirilme, yapım ve işletim gibi projenin tüm yaşam döngüsünü içeren süreçlerinde kullanılabilmektedir. Farklı paydaşların aynı modeli kullanabilmesi temsilde tutarlılığı arttırmakta, revizyon kolaylığı sağlamakta; veri dönüştürme işlemlerini, verinin tekrarlı üretimini (replikasyon) ve proje belgeleri arasında ilave ilişkilendirme veya koordinasyon ihtiyaçlarını önemli ölçüde azaltmaktadır.

YBM yazılımlarının ortaya çıkmasına önemli nedenlerinden birisi, yapı sektöründe, uzun yıllardır, çoğunlukla, sadece proje çizmek amacıyla kullanılan Bilgisayar destekli tasarım (BDT)  yazılımlarındaki bir takım yetersizliklerdir. Bu yetersizliklerden önemli bir tanesi proje revizyonu ile ilgilidir. BDT yazılımları, önemli katkılarına rağmen yerine geçtikleri geleneksel kağıt ve cetveller ortamları ile aynı sıra ve benzer süreçlerle plan, kesit, görünüş gibi tasarım temsillerini üretmeyi sürdürmüşlerdir. Bu temsiller birbirinden bağımsız meydana getirildikleri için özellikle büyük projelerde tüm proje belgelerini kapsayan tutarlı revizyonlar yapmak kolay değildir. Her bir proje belgesinin tek tek elden geçirilmesini gerekmektedir.

BDT yazılımları, bina elemanlarının biçimsel geometrisi ve uzamsal konumunu içeren bilgiyi üretmek için gerekli çizgi ve eğrilerden oluşan bir grafik dile sahip olsa da yapının uygulanabilirliği için önemli parametreler içeren alfasayısal özelliklerini (malzeme, maliyet, fiziksel çevre kontrolü verisi vb.) ifade edebilen bir veri mimarisine sahip değildir. Bu veri tipi son dönemde önemi daha fazla anlaşılan sürdürülebilir mimari modellerinin üretimi için önemlidir. Günümüzde LEED [8] ve BREEAM’in [9] başını çektiği sertifikasyon sistemleri ile yapıların sürdürülebilirlik kriterleri hesaplanabilmekte, binaya ait fiziksel çevre koşulları ve yapım süreçleri, sayısal modellerle test edilebilmektedir. BDT yazılımlarının alfasayısal verileri yapı modeli ile bütünleştirememesi bu hesaplamaları yapmayı güçleştirmekte ve hesaplamalar için çoğu kez ayrı modeller oluşturulması gerekmektedir.

BDT ile ilgili yazılımlarda kullanılan kısıtlı dil  çok katılımcılı tasarım ortamlarında paydaşların ihtiyaçlarını ve etkin iletişimini de karşılayamamaktadır. Bina proje sürecinde, mimar, mühendis, müteahhit gibi birçok paydaş birlikte çalışmaktadırlar. YBM teknolojilerinin proje işbirliğinde etkin olarak kullanıldığı tümleşik proje uygulamalarında, paydaşlar, ortak ürünleri olan binayı sistemsel bir mantıkla üretirler ve projenin farklı evrelerinde  birbirleriyle dosya alışverişinde bulunurlar. Paydaşların karşılıklı bilgi değişimine dayalı iletişimine birlikte çalışabilirlik (interoperability) adı verilir. Geleneksel BDT yazılımları kullanılarak farklı sektörlerden paydaşlar dosya alışverişi yaptığında, proje verisinin çoğu kez bir yazılımdan başka bir yazılıma dönüştürülme zorunluluğu, proje belgeleri arasında koordinasyonun olmaması ve aynı proje belgesinin farkında olmadan tekrar üretilmesi (replikasyon) nedeniyle bina projelendirme ve yapım süreçlerinde ilave zaman, iş gücü ve maliyet kayıpları olmaktadır. Aşağıdaki tablo, yapı sektörü paydaşları arasında birlikte çalışabilirlik ile ilgili yetersizlikler nedeniyle yaşanan ilave maliyetleri göstermektedir [10]. Görülebileceği gibi mimarlar ve mühendisler en fazla yapım öncesinde, tasarım ve projelendirme evresinde mali kayıplarla karşılaşmaktadır.

Tablo 1: Yapı sektöründe birlikte çalışabilirlik ile ilgili yetersizliklerden
kaynaklanan ilave maliyet, A.B.D Standart ve Teknolojiler Enstitüsü 2002 [10].

Birlikte çalışabilirliğin yeterince etkili gerçekleşmemesinden kaynaklanan maliyetleri azaltmak ve geleneksel yazılımlarla ilgili yukarıda belirtilen eksiklikleri göz önüne alarak  yapı ve yazılım sektörünün önde gelen firmaları 1994 yılında şimdi adı BuildingSMART olan Uluslararası Birlikte Çalışabilirlik Kurumu’nu (Industry Alliance for Interoperability – IAI) kurmuşlar ve 1997 yılında Industry Foundation Classes (IFC) adıyla yeni bir veri standardı oluşturmuşlardır.

IFC, nesne tabanlı bir standarttır ve herhangi bir yazılımdan bağımsız oluşturulmuş bir veri modeline sahiptir. IFC, ArchiCAD, Revit, Allplan vb. önde gelen YBM yazılımları tarafından desteklenmektedir. Bu standardın en önemli özelliği bir elemanın birden fazla özelliği ile tanımlanmasına imkan veren zengin veri tipidir. Bu sayede bir eleman hem grafik ve hem alfasayısal özellikler bulundurabilmektedir. Farklı disiplinlerden paydaşlar bir binanın farklı yaşam döngüsü evrelerinde aynı verinin kendileri ile ilgili olan görünümünde çalışmalarını sürdürebilmektedirler (Şekil 1).

Şekil 1: YBM’nin farklı evrelerde farklı paydaşlardan tarafından kullanılması
(Autodesk Revit ile Tümleşik Proje Uygulaması)

IFC standardında, bina kendisini meydana getiren meydana getiren duvar, kolon, kiriş döşeme, pencere vb. alt elemanlara ayrılmıştır. Bu elemanlar gerçek dünyada varolan malzeme, fiyat ve f.ç.k parametreleri gibi niteliklere sahiptir (Şekil 3). Bir YBM modelinde bina elemanlarına ait nesneler bir araya getirilerek gerçek binanın sanal bir versiyonu yaratılır (Şekil 2). Bu sanal bina üç boyutlu bir modeldir ve ondan proye ait tüm mimari temsiller ve metraj gibi hesaplar kolayca üretilebilir. Belgeler birbirileri ile bağlantılı olduğu için birinde yapılan değişiklik diğerine otomatik olarak yansımaktadır.

Şekil 2: Sanal bina modeli bütünleşik proje üretimi (Graphisoft ArchiCAD)

Şekil 3: Bir YBM yazılımındaki bina elemanı nesneleri ve bir duvar nesnesine ait nitelikler (Graphisoft ArchiCAD)

Sanal bina, tüm yapı elemanları ve onların farklı niteliklerini içerdiği için model, enerji, aydınlatma, gölge ve yansıma ve akustik fiziksel çevre kontrolü hesaplamalarında, yapısal analizlerde ve yapım sürecinde karşılaşılabilecek sorunlara karşı çakışma tesbiti uygulamalarında ve  çok boyutlu (4D, 5D vb.) simülasyonlarda kullanılabilir. Elde edilen sonuçlardan tasarım geri beslenebilir ve/veya yapım sürecindeki sorunlar öngörülebildiği için inşaat sırasındaki ek maliyetlerden kaçınılmış olur.

Şekil 4: Yapı modeli ile mekanik model arasındaki çakışma tesbiti

Günümüzde YBM yazılımları IFC standardını desteklemeyi sürdürseler de birlikte çalışabilirlik için farklı yöntemler kullanmaktadırlar. Bu yöntemler, yazılım ailesi grupları (Örnek: Revit Architecture, Revit Structure, Revit MEP) ile  paydaşlar arası veri değişimini sağlamak, yazılımın içinde veya üzerinde çalışan eklentilerle (Örnek Graphisoft Energy Evaluation, Construction Simulation) çalışmak ve farklı yazılımlardan gelen bilgiyi dönüştürmeden bir araya getirmek (Örnek: Autodesk Naviswork ve Solibri Model Checker) şeklindedir.

Kaynakça:

1. Richens, P., 1974, OXSYS: Computer-Aided building for Oxford Method: Apllied Research of Cambridge.
2. Mitchell ,W. J ve M Oliverson, 1978, Computer Representation of Three-dimensional Structures for CAEADS, Construction Engineering Research Laboratory, Carnegie-Mellon University.
3. Eastman, C., 1989, “Why are We Here and Where We are Going: the Evolution of CAD.” In New Ideas and Directions for the 1990’s: ACADIA Conference Proceedings, 9-26. Gainsville, FL, A.B.D
4. IGES, 1991, Initial Graphics Echange Standard (IGES), Version 5.1, NISTIR 4412, U.S. National Bureau of Standards, Gaithersburg, MD.
5. ISO TC184/SC4/WG4 N34, 1992, GUidelines for the DEvelopment and Approval of STEP Application Protocols, Version 1.0, NIST, Gaihersburg.
6. Eastman C., 1999, Building Product Models: Computer Environments Supporting Design and Construction, CRC Press.
7. International Alliance of Interoperability (IAI), 1997, Industry Foundation Classes, Release 1.5 IAI, 2980 Chain Bridge Road, Suite 143, Oakton, VA
8.  Leadership in Energy & Environmental Design (LEED), US Green Building Council, 2013, http://www.usgbc.org/leed
9. Building Research Establishment Environmental Assessment Method (BREEAM) , 2013,  http://www.breeam.org
10. Gallaher, M. P.; O’Connor, A. C.; Dettbarn, J. L., Jr.; Gilday, L. T. , 2004 , Cost Analysis of Inadequate Interoperability in the U.S. Capital Facilities Industry, NIST GCR 04-867.