Grasshopper / Ladybug / Galapagos
Toplu Konutta Gün Işığı Optimizasyonu
TOKİ İstanbul Sütlüce Projesi — D Blok
Bu çalışmada, TOKİ İstanbul Sütlüce Projesi D Blok salonlarındaki gün ışığı performansı parametrik yöntemlerle analiz edilmiş ve iyileştirilmiştir. Burcu Yıldız tarafından Haliç Üniversitesi İç Mimarlık Yüksek Lisans Tezi kapsamında yürütülen araştırmanın hesaplamalı tasarım ve parametrik optimizasyon süreçleri tarafımca geliştirilmiştir.
Revit'te oluşturulan BIM modeli Rhino.Inside.Revit aracılığıyla Grasshopper ortamına aktarılmış, Ladybug ile Gün Işığı Otonomisi (DA₁₅₀) analizleri gerçekleştirilmiş ve Galapagos evrimsel algoritması ile bina yönelimi ve konumu optimize edilmiştir.
BIM Aktarımı
- Revit → Rhino.Inside
- Salon hacimleri
Çevresel Model
- Gölge elemanları
- Çevre binalar
DA₁₅₀ Analizi
- Ladybug simülasyonu
- İstanbul EPW verisi
Galapagos
- Döndürme + Taşıma
- Evrimsel optimizasyon
Sonuçlar
- %11,4 iyileşme
- Optimize yönelim
TOKİ İstanbul Sütlüce Konutları — D Blok, Haliç manzarası
Problem
Toplu konut projelerinde standartlaşmış plan tipleri ve blok yerleşimleri, farklı çevresel koşullar ve yönelimler göz önüne alınmadan kurgulandığından iç mekanlarda yetersiz gün ışığı performansına yol açabilmektedir. Çevre binaların gölgeleme etkisi, balkon saçakları ve binanın kendi mimari elemanları bu durumu daha da kritik hale getirmektedir.
Mevcut durumda D Blok salonlarının ortalama Gün Işığı Otonomisi (DA₁₅₀) değeri %59,7 olarak tespit edilmiştir. Bu değer, salonların günlük 10 saatlik kullanım süresinin yaklaşık 4 saatinde yapay aydınlatmaya ihtiyaç duyulduğuna işaret etmektedir.
Proje Alanı
İstanbul Sütlüce'de Haliç kıyısında konumlanan TOKİ projesi, yoğun kentsel doku içinde yer almaktadır. Çalışma alanı olarak seçilen D Blok, D1 ve D2 alt bloklarından oluşmakta ve zemin kattan beşinci kata kadar toplam 37 daire barındırmaktadır.
Analiz kapsamında altı kattaki tüm salon hacimleri değerlendirmeye alınmış; çevre binaların gölgeleme etkisinin en kritik düzeyde hissedildiği bu mekanlar üzerinden mevcut durum simülasyonları yürütülmüştür.
Uydu görüntüsü ve vaziyet planı
BIM tabanlı iş akışı ve optimizasyon süreci
Yöntem
Çalışmada BIM tabanlı yenilikçi bir iş akışı geliştirilmiştir. Autodesk Revit'te oluşturulan 3D geometrik model, Rhino.Inside.Revit ile Grasshopper ortamına aktarılmış ve Ladybug Tools kullanılarak İstanbul EPW iklim verisiyle dinamik gün ışığı simülasyonları gerçekleştirilmiştir.
Mevcut durum analizi tamamlandıktan sonra Galapagos evrimsel algoritması ile üç farklı optimizasyon senaryosu kurgulanmıştır: Döndürme (Rotate), Taşıma (Move) ve Döndürme+Taşıma (Rotate+Move). Her senaryoda mevcut mimari form ve pencere düzeni korunarak yalnızca yerleşim ve yönelim parametreleri optimize edilmiştir.
Mevcut mimari form ve pencere düzeni korunarak, yalnızca yerleşim ve yönelim optimizasyonu ile gün ışığı performansında %11,4 iyileşme sağlanmıştır.
Grasshopper'da geliştirilen parametrik analiz ve optimizasyon tanımı
Hesaplamalı Tasarım Süreci
Grasshopper ortamında geliştirilen tanım; Revit'ten aktarılan salon hacimlerini, gölgeleme elemanlarını (balkon çatıları, korkuluklar, çubuklar), sabit çevre binaları ve pencere geometrilerini katmanlı bir yapıda işlemektedir. Binayla birlikte hareket eden elemanlar ile sabit çevre binaları ayrı gruplar halinde organize edilmiştir.
Ladybug komponentleri ile her kat için ayrı ayrı DA₁₅₀ analizi çalıştırılmış, Galapagos optimizasyon aracı ise Rotate, Move ve Rotate+Move senaryolarını evrimsel algoritmalarla çözümlemiştir.
1. kat planı — salonların mevcut durum gün ışığı performansı (DA₁₅₀ %)
Optimizasyon Senaryoları
Üç farklı senaryo ile D Blok'un parsel üzerindeki konumu ve yönelimi parametrik olarak optimize edilmiştir. Döndürme senaryosunda yapı mevcut konumuna göre 54 derece döndürülerek DA₁₅₀ değeri %62,6'ya yükseltilmiştir.
Taşıma senaryosunda yalnızca konum değişikliği denenmiş ve pratikte ihmal edilebilir bir iyileşme (%0,17) elde edilmiştir. Her iki parametrenin birlikte optimize edildiği Döndürme+Taşıma senaryosunda ise en yüksek performansa ulaşılmıştır.
Mevcut durum ve üç optimizasyon senaryosu
Mevcut Durum
DA₁₅₀ — %59,7
- Standart TOKİ blok yerleşimi
- Çevre binaların yoğun gölgeleme etkisi
- Günlük ~4 saat yapay aydınlatma ihtiyacı
- Alt katlarda %37'ye düşen performans
Döndürme + Taşıma
DA₁₅₀ — %66,5
- %11,4 oranında performans artışı
- Günlük ~41 dakika ek gün ışığı kazanımı
- Yıllık ~250 saat daha az yapay aydınlatma
- Mimari form ve pencereler korunarak
Galapagos optimizasyon süreci
Evrimsel Algoritma ile Optimizasyon
Galapagos genetik algoritma çözücüsü, her iterasyonda bina yönelimi ve konumunu değiştirerek Ladybug ile gün ışığı simülasyonu çalıştırmış ve ortalama DA₁₅₀ değerini maksimize eden parametre kombinasyonunu belirlemiştir.
Elde edilen bulgular, bina yöneliminin konum değişikliğinden 29 kat daha etkili olduğunu ortaya koymuştur. Bu sonuç, tasarımın erken aşamalarında yönelim kararlarının gün ışığı performansı açısından ne denli belirleyici olduğunu göstermektedir.
Katlara Göre Optimizasyon Karşılaştırması
| Kat | Mevcut DA₁₅₀ | Döndürme | Taşıma | Döndürme + Taşıma |
|---|---|---|---|---|
| Zemin | %60,5 | %58,5 | %59 | %68,2 |
| 1. Kat | %53,2 | %54,7 | %52,1 | %60,4 |
| 2. Kat | %57,7 | %62,2 | %58 | %64,7 |
| 3. Kat | %64,2 | %66,1 | %64,7 | %69,2 |
| 4. Kat | %63,7 | %65,8 | %63,8 | %67,8 |
| 5. Kat | %76,8 | %75,4 | %77 | %78,5 |
| Ortalama | %59,7 | %62,6 | %59,8 | %66,5 |
Sonuç
Çalışma, mevcut yapılarda bile mimari müdahale gerektirmeden yalnızca yerleşim ve yönelim optimizasyonu ile anlamlı iyileştirmeler sağlanabileceğini ortaya koymuştur. Pencere boyutları ve mimari form korunarak elde edilen %11,4'lük performans artışı, parametrik tasarım araçlarının toplu konut planlamasındaki potansiyelini somut verilerle göstermektedir.
Bu sonuçlar, özellikle tasarımın erken aşamalarında bina yönelimi kararlarının sistematik olarak ele alınmasının gün ışığı performansı, enerji verimliliği ve kullanıcı konforu açısından belirleyici bir etki taşıdığını doğrulamaktadır.
