Yeni İnşaat Teknolojileri

R.Flanagan’a göre teknoloji haritasında teknolojik yenilik esastır (Şekil 5.1), (Flanagan, 2002)

Teknolojik gelişmelerin kronolojik sıralaması, gerek günümüz High-Tech yapıların biçim dilinin oluşturulmasında gerekse bu yapıların biçim dizgesi gramer kurallarının açıklanmasında önemli bir rol oynamaktadır (Flanagan, 2002). 1776 dökme demir köprü Severn Nehri üzerinde; 1802 buhar makinesi, M. Boulton ve J.Watt; 1800 dökme demir radyatörler; 1824 yapay çimento (Portland) J.Aspdin; 1850-70 demir yerine çelik; 1851 dökme demir prefabrike strüktür, Crystal Palace, J. Paxton and C.Fox; 1854, 1977 donatılı beton Wilkinson ve J.Manier patentli; 1857 hidrolik asansör, New York; 1866 ilk “termoplastik”, Hyatt kardeşler; 1872 hidrolik asansör kullanımı; 1878 ilk ampul, T.Edison, New York; 1880-1900 ilk çelik çerçeveli gökdelenler, Chicago; 1889 Eiffel Tower, G.Eiffel, Paris, 300m; 1900-1922 ilk klima, Carrier’s Los Angeles; 1905 kontrplağın keşfi; 1909 sentetik reçine bakalit; 1914 merkezi ısıtma “boyler” kazanı yaygınlaştı; 1920 hareketli, taşınabilir (mobile) evler, USA; 1925’te, Le Corbusier’nin Paris için “Plan Voisin”i yüksek yapılarla kent planlamanın öncüsüdür. 1927-36 organik cam (plexiglass); 1928-1936 öngerilmeli kablolu beton; 1936 ilk akustik tavan; 1937 Golden Gate köprüsü; 1937 ilk poliüretan; 1938 ilk “flüoresan” lamba; 1939 ilk bilgisayar; 1945 Dow polistren köpüğü; 1946 Dymaxion Ev Makinesi: ortası direk, çatısı kubbe, “alüminyum” kaplama, “plexiglass” cam pencere B.Fuller; 1947 standart asma tavan; 1950 teflon çatı kaplaması; 1954 B.Fuller geodezik kubbe; 1958 “Laser”; 1956-59 Seagram Binası New York, Mies Van Der Rohe, P.Johnson, giydirme cephe Modern gökdelen; 1960 LED ışığı; 1960 vidalı metal civatalar; 1962 tensegrity strüktürler B.Fuller patentli; 1963 “slicon chip”; 1969 ilk internet sistemi ARPANET; 1970 “microcomputer”; 1971-77 Centre Pompidou Binası, Paris, R.Piano, R.Rogers; 1974 Sears Tower SOM, çelik tüp; 1978-86 Lloyd’s Binası, R.Rogers; 1981 TGV hızlı tren Paris-Lyon; 1980 “fibreoptic”; 1986 Hongkong and Shangai Bank, aynalı bilgisayar kontrollu güneş ışığı toplayıcıları, N.Foster, Ove Arup&partners; 1988 Bank of China Binası, Hong Kong, çelik strüktür, I.M.Pei; 1992, Georgia Dome, USA, hypartensegrity kablolu kubbe, I.M.Pei; 1993-98 Petronas Towers Malaysia, yüksek performanslı beton, C.Pelli vb. bu teknolojik gelişme kronolojisinin bir bölümüdür (McNeil, 1996; Souici, 2004; Sev ve Özgen, 2002).

Modern inşaat teknolojilerinin kullanılmasını yüksek yapıların inşaası izlemektedir: 1930’da Chrysler, New York, 319m; 1931’de Empire State Building, New York, 381m; 1972’de World Trade Center, New York, 417m; 1974’te Sears Tower, Chicago, 443m; 1997’de Petronas Towers, Kuala Lumpur, Malaysia, 450m olarak örneklenmektedir (Sebestyén, 1998).

İnşaat yapım aşamasında kullanılan yeni ve gelişmiş teknolojilerin kullanımı 20.yüzyılın High-Tech yapılarının biçim dilinin oluşturulmasında belirleyici olmaktadır. Örneğin, Hevilift Ltd. tarafından kullanılan döşemenin kaldırılması (lift-slab) teknolojisi, her döşemenin aralarında ince bir membran katmanı ile üstüste üretilip çevredeki yekpare kolonların üzerinde düşey doğrultuda kaldırılması esasına dayanmaktadır (Mainstone, 2001). Shimizu Şirketi’nin Japonya’da ürettiği otomatik çok katlı bina inşaat robotu SMART yapım süresini kısaltmaktadır (Şekil 5.2), (Sebestyén, 1998).

Yalın inşaat (lean construction) inşaatın başlangıcından sonuna kadarki süreçte işlemlerin malzeme ve zaman tasarrufu açısından yalınlaştırılmasıdır (www.toolbase.org; www.new-technologies.org).

Lift-Slab teknolojisi, Hevilift Ltd.

Shimizu Şirketi’nin çok katlı bina inşaat robotu, SMART: Shimizu Manufacturing System by Advanced Robotics Technology, 1990

Şekil 5.2. Gelişmiş inşaat makinelerinin ve robotlarının kullanılması (Sebestyén,

1998)

Gelişmiş inşaat teknolojileri, doğuş sürecindeki inşaat teknolojilerinin uygulanmasıyla geçerlilik kazanmaktadır. Doğuş sürecindeki inşaat teknolojileri (emerging construction technologies) şöyle sınıflandırılmaktadır (www.new-technologies.org/ECT/Civil/civil.htm):

• Bina sistemleri: Görüntü ve ses geçirmez elemanlar, örnek: ultra screen; Seramik boya yalıtım, örnek: SuperTherm; Cam lifi takviyeli beton cephe panel sistemi, örnek: GFRC panel; Entegre bina sistemi, örnek:ATLSS sistemi,

• Kompozit malzemeler ve teknolojiler: Modüler lif takviyeli polimer kompozit köprü tabliyesi; Yeni strüktürel malzeme: lif takviyeli polimer donatılar (FRP); Karbonlifi takviyeli polimer donatılar (Carbon Fibre Reinforced Polymer, CFRP); Yeni altyapı tamir metodu (FRP), geri dönüşümlü plastik kompozit trenyolu bağları,

• Beton teknolojileri: Düşük sıcaklıkta beton dökümü katkı malzemesi; Geri dönüşümlü lastiklerin betonda kullanımı; Çeliksiz beton köprü tabliyesi; Beton ve seramik esaslı tamir ve koruma ürünleri; Prekast ters T kiriş; paketlenmiş püskürtme beton katkısı, akıllı beton, Saydam beton LiTra Con (Light Transmitting Concrete: ışık geçirgen beton, beton ve optik cam liflerinden oluşan strüktürel malzeme), yüksek performanslı beton, kendiliğinden yerleşen beton, çatlak azaltıcı katkılar, pas önleyici katkılar, reaktif pudra betonu (çelik lif takviyeli yüksek kaliteli beton olarak hazırlanan bir kompozit malzeme), büyük kusurlarından arındırılmış çimento (macro defect-free cement), yüksek oranda çelik tel içeren çimento bulamacı (SIFCON), kendiliğinden yerleşen beton, yangına dayanıklı lif donatılı yüksek dayanımlı beton vb. (Taşdemir ve Bayramov, 2002).

• İnşaat ekipmanları ve teknolojileri: “Dijital hardhat” sistemi; Yerinde kolon kalıp sistemi; Deprem izolatörü; örnek: DIS; Güvenli kazıcılar; Robot inşaat makineleri,

• Yıkım: sessiz kimyasal yıkım malzemeleri,

• Temeller: Test metotları; Stabilizasyon ve zemin güçlendirme,

• Duvar örme teknolojileri: Basınçlı buhar kürlü gazbeton; Harçsız beton blok sistemi,

• Çatı teknolojileri: metal çatılar,

• Çelik teknolojileri: artgermeli çelik strüktür; “MMFX mikrokompozit çelik”; yüksek performanslı çelik (HPS), çelik ızgara takviyesi,

• Strüktürel bağlantı teknolojileri: deprem izolasyonu mil yatağı, köprü kilit sistemi; ayarlanabilir çelik bağlantı elemanları, prekast hibrit moment dayanımlı çerçeveler, “ATLSS kiriş-kolon bağlantıları”, prekast beton kiriş kolon sistemi, • Kanalsız teknolojiler: borularla hendek içinde yapılan işler; borularla yapılan

testler; borularla yapılan kanalizasyon işleri,

• Robotik teknolojilerin inşaatta kullanılması esnek üretim teknolojileri kapsamındadır (flexible manufacturing technologies), (Proceedings, ABT, 2002).

1960’lı yıllarda piyasa rekabeti nedeniyle ortaya çıkan esnek üretim sistemi ilk önceleri hız ve maliyete dayanmaktaydı. Günümüzde ise çeviklik ve otomasyon önem kazanmaktadır. Amerikan sistemleri ürün geliştirmeye, Almanlar ve Japonlar süreç geliştirmeye önem vermektedirler. Esneklikten kastedilen makine, süreç ve üretimde değişkenlik veya esnekliktir (www.uky.edu/~dsianita/611/fms.html).

Scott Howe’un geliştirdiği sisteme göre, kendi kendine inşa eden modüler bir robotik inşaat sistemi olan Trigonlar, kaset fabrikalardır. Bu sistem henüz tasarım aşamasında olmakla birlikte altyapının kurulmasının zor olduğu doğa koşullarında, örneğin uzayda kurulabilecek geleceğin yapıları olabileceklerdir. Bu kaset fabrikalar geometrik kapsülleştirme ile elde edilmektedirler. Robot makinenin hareketine göre kinematik prensibine göre düzenlenmektedir. İnşaatta her bir bileşen alttan üste (bottom-up) prensibine göre tasarlanmakta, mimarlıkta üstten alta tasarıma (top-down) dönüştürülmektedir. Bir diğer deyişle robotik inşaat sistemi oluşturulmaktadır. Robotların hareketi (kinematik), tasarım prensibinin esasını oluşturmaktadır. Trigonlar, kendi kendine montajını yapan robotik sistemlerdir. Trigonlar, kendilerini kopyalayarak malzeme tedariği sağlandığında kendi kendini üretebilmektedirler. Trigonlar, kendi kendilerini tamir edebilir, geri dönüştürebilir kısacası sürdürebilirler. Trigonlar üçgensel veya kare şeklinde düzlemsel modüler bileşenlerdir. Trigonlar (Transformable Robotic Infrastructure-Generating Object Network) şu özelliklere sahiptir (Şekil 5.3):

• Kendi kendinin montajını yapan (self-assembling), • Kendi kendini kopyalayan (self-replicating),

• Kendi kendilerini üreten (self-manufacturing),

• Kendi kendini idame ettiren veya sürdüren (self-sustaining) modüler bileşenlerdir (www.kale.com.tr).

Howe (2006), inşaat sistemleri için şu üç sınıflandırmayı yapmıştır: • Tamamen hazır kapsül binalar (pre-integrated construction),

• Parça takımları bina sistemi (kit-of-parts building systems by partially encapsulating),

• Yerinde inşaat (in-situ construction).

Howe’un (2006), parça takımları sistemi (kit-of-parts building systems), bileşen (component) ve mekan (space) oluşturma kurallarının biçim grameri ve tasarım prensiplerine dayanan bir araştırmadır. Bağlantıya dayanan kuruluş, panellere dayanan kuruluş, modüler kuruluş, tak-çıkar (plug-in) makineyle kuruluş, sistemlerin strüktürle birleştirilmesi tasarım prensiplerine dayanmaktadır. Parça takımları sisteminin veya bileşen bina sisteminin “robotic” inşaat sistemiyle entegrasyonu ile otomatik inşaat sistemi (automated construction system) elde edilmektedir. Ön üretimli bileşenler kullanılmaktadır. Howe’un 1995’te Capsule Hotel Yapısı için geliştirdiği sisteme göre trenlerle taşınan kapsüller inşaat sahasında monte edilmektedir (Tablo 5.12).

Bileşen bina sistemi şu tasarım prensiplerine dayanmaktadır:

• Dört tip mekan: kullanıcı mekanı, dış mekan, sirkülasyon mekanı ve çekirdek / hizmet mekanı tasarlanmaktadır.

• Mekanlar ve hacimler üç boyutlu olarak birbirlerine uyumlu tasarlanmalı, üst üste istiflenebilmelidir.

• Geniş mekanlar ve küçük mekanlar yatayda uyumlu olmalıdır. • Sirkülasyon mekanları çıkışa olanak sağlamalıdır.

• Çekirdek / hizmet mekanları bina ihtiyacına cevap verebilmelidir. • Strüktür sistemi yük transferinde yeterli olmalıdır.

• Robotik inşaat sistemleri yeterli hacimsel büyüklükte çalışma hücrelerine (work cells) sahiptir.

• Bu çalışma hücreleri yatayda ve düşeyde gelişme için gereklidir.

• Robotik inşaat sistemleri otomatik malzeme taşıma sistemlerine sahip olmalıdır. Bu otomatik çalışma hücreleri diğer çalışma hücrelerinde de çalışabilmelidir. “Robotic” bina sistemi, otomatik inşaat teknolojileri için geliştirilen bir üretim sistemidir. Bileşen bina sistemi ile robotik bina sistemi entegre edilerek otomatik inşaat sistemi elde edilmektedir. Otomatik inşaat sistemi şu tasarım prensiplerine dayanmaktadır:

• Güçlü aks prensibi (Strong axis principle),

• Yedinci bağlantı prensibi (Seventh joint principle),

• Kuruluş sıralaması prensibi (Assembly sequence principle), • Arayüz prensibi (Interface principle),

• İstifleme prensibi (Stackability principle), • Patika prensibi (Path principle).

Bernhold, Abraham ve Reinhard (1990), inşaatta esnek üretim bandının robot teknolojilerini kullanması gerektiğini savunmaktadırlar. AMURAD, SMART ve RTX inşaat robotları robot sistemlerin başlıcalarıdır. Güçlü aks prensibine göre, robotun hareketine yardımcı olacak eğik düzlemler, rehber akslar, hareketi koordine edici bağlantılar tasarlanmalıdır. Yedinci bağlantı prensibine göre, bina bileşeninin içinde montaj mekanizması bulundurularak robotun hareketleriyle birleştirilmelidir. Kuruluş sıralaması prensibine göre, toprağın altına gömülecek kısımlar ilk önce inşa edilmeli ki robotun şantiyedeki hareketleri kolaylaştırılsın. Arayüz prensibine göre, robotun hareketleri ve bileşenlerin taşınması uyumlu olmalıdır. Bunun için bileşenlerin üzerinde robotun tutup taşıyabilmesi için uygun taşınma yerleri bulunmalıdır. İstifleme prensibine göre, bileşenler depolama ve taşıma için istiflenebilmelidir.

Patika prensibine göre, “Kartezyen (x-y koordinatı)” hareketine uyumlu hızlı ve düzenli patikalar belirlenmelidir (www.personal.umich.edu/~ashowe/research.html).

Yeni bina yapım ve yapı sistemleri: hem kalıp hem bina vazifesi gören kalıcı strofor kalıplı betonerme yapı sistemi, örneğin: “Alman magu bausysteme”, Arfa Yapı Sistemi olarak örneklenmektedir. Türkiye’de Arfa Yapı firması bu sistemi üretmekte ve pazarlamaktadır (Nar, 2006).

Yeni malzemeler: hafif gazlı paneller (GFP: Gas Filled Panels), “aerogels” şeffaf yalıtım malzemesi, güneş pilleri, “fuel cell” yakıt pilleri, “nanowire”, “nanolasers”, “nanoteknolojik” ürünler vb. olarak örneklenmektedir (Addington ve Schodek, 2005). Saydam beton LiTra Con, yeni bir strüktürel malzemedir (Güzel, 206).

Strüktür sisteminin sağlıklılığının izlenmesi: “structural health monitoring” olarak adlandırılan bu sistemle yapının ömür boyu strüktürel sağlığı kontrol edilmektedir (Addington ve Schodek, 2005).

Bina performansı ile ilgili teknolojiler: uzaktan kontrol ile korozyon önleme, örnek: “Maxit Carbocath” (carbocathode) korozyon önleyici karbon liften örülmüş bir ağ / file sistemidir. Bu ağ file sistem, beton yapı içine gömülen ağ / file çimento esaslı anot dolgu macunu içine döşenir, ardından tali akım hattı çekilir. Sistem bir trafoya bağlanır ve sistem sürekli izlenir. Betonarme yapının içindeki demir donatının elektron kaybederek oksitlenmesinin, yani paslanma tepkimesinin tersini gerçekleştiren katodik koruma sistemidir. Karbon ağdan yayılan elektronlar paslanmanın ters tepkimesidir. Türkiye’de Maxit Yapı malzemeleri sanayi ve ticaret anonim şirketi bu sistemin üretim ve pazarlamasını yapmaktadır (Öztürk ve Savran, 2006).

Tablo 5.12. Otomatik inşaat teknolojileri (www.personal.umich.edu/~ashowe/research.html)

BİLEŞEN BİNA SİSTEMİ TASARIM PRENSİPLERİ

EKLENEBİLEN ÜNİTELER OTOMATİK İNŞAAT SİSTEMİ İÇİN 2.KAT PLANI TASARIMI

BİLEŞEN BİNA SİSTEMİ “ROBOTIC” BİNA SİSTEMİ (ROBOTIC BUILDING SYSTEM) (COMPONENT BUILDING SYSTEM)

BİLEŞEN BİNA SİSTEMİ VE “ROBOTIC” BİNA SİSTEMİNİN ENTEGRASYONU İLE OLUŞTURULAN OTOMATİK İNŞAAT SİSTEMİ (AUTOMATED CONSTRUCTION SYSTEM)

Endüstriyel tasarım, ürünlerin estetiğinin ve kullanışlılığının geliştirilebildiği uygulamalı bir sanattır. Bu üretim, kavram, ürün ve süreç üzerinde odaklanmaktadır. Endüstriyel tasarımcı tarafından belirlenen tasarım aşamaları şunlardır: nesnenin tüm şekli, detayların birbirlerine göre yerleştirilmesi, renkler, doku, sesler ve ürün ergonomiğinden yararlanma ile ilgili aşamalar vb. Satış sırasındaki sunuş tarzı, malzeme seçimi ve üretim süreci vb. konular endüstriyel tasarımcıyı ilgilendirmektedir. Nesnelerin yaratılması (engineering), faydalılık ve pazarda yer edinmek de endüstriyel tasarımda önem kazanmaktadır (www.en.wikipedia.org/wiki/Industrial-design).

High Tech mimari yaklaşımda diğer endüstrilerden teknoloji transferi yapılmaktadır (Tablo 5.13), (Flanagan, 2002).

Tablo 5.13. Diğer endüstrilerden öğrenmek (Flanagan, 2002)

Diğer endüstrilerden öğrenmek

Gemi inşaatı & kıtalararası Uzaktan kaynak sistemi, Simulasyon / Görselleştirme (Virtual reality), Yalıtım, Güvenlik teknolojileri, Kompozit malzemeler

Bilgi teknolojileri (ICT) “Fibre optics”, Akıllı kartlar, Kablosuz ve kablo döşemesiz teknolojiler (wireless & wire free technology)

Ticaret “Bar coding”, Lojistik, Web tabanlı pazar, Kullanıcı memnuniyeti Otomotiv Yapışkanlar, Yalıtım / yüzey işlemleri, Güvenlik teknolojileri, Robotik Eczacılık & biomühendislik Yeni malzemeler, Kompozit malzemeler, Biomimetik, Nanoteknolojik

malzemeler

Cam ve çelik Yapışkanlar, Kompozit malzemeler, Kaplamalar

Ulaşım & lojistik Eğitim sistemleri, GPS / GIS araştırma, Telematik (TV) izleme, İzleme sistemleri

Uzay (aerospace) Tedarik zinciri yönetimi, Bütünleşik tasarım & üretim, Bakım bilgi sistemleri

Ekipman & kontrol “Sensör”ler (alıcılar), Mekatronik (makine-bilgisayar-elektronik), Robotlar, Telematik (TV vb. ekipmanlar)