Architecture Of Constraints: A Mass Customization Oriented Approach For Housing Design

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015Endüstri Devrimi’nin tetiklemesiyle birlikte, artan talebe cevap verebilmek, hızlı bir biçimde ve çok sayıda ürün ortaya çıkarabilmek amacıyla kitlesel üretime (mass production) başvurulmuştur. Mevcut teknolojiden yararlanılarak büyük hacimlerde standartlaşmış malların üretimini tarif eden bu kavram, zamanla endüstrilerde yenilikçi bir yaklaşım olarak kabul görmüş ve büyük ölçekli üretim ekonomilerine ortam hazırlamıştır. Kişiye özel üretimde, kullanıcının ihtiyaçlarına, tercihlerine ve fiziksel özelliklerine cevap verebilen, aynı zamanda yoğun emeğin ve zamanın harcandığı ve dolayısıyla maliyetlerin yükseldiği bir kurgu vardır. Bundan farklı olarak, kitlesel üretimin kapsamı bir yığın biçiminde üretilmesi gereken gıda, kimyasal, vb. maddelerden, bilgisayar, otomobil gibi ayrı ayrı işlenebilen ürünlere dek uzanmaktadır. Bu sistemdeki temel amaç, üretim hacmini genişleterek maliyetleri en düşük seviyeye indirmektir. Sonuçta elde edilen ürünler oldukça sıradan olmasına rağmen, kitlesel üretim, aynı anda çok sayıda ürün elde etmeye olanak sağladığından ve kişiye özel üretilen ürünlere kıyasla ekonomik olduğundan dolayı, uzun süre tercih edilen bir yöntem olmuştur. Günümüz iletişim ve teknolojisinin üretim sistemlerine olan yansıması, kişiye özel üretimin (tailored production), aynı zamanda endüstriyel hız ve düşük maliyeti sağlayacak biçimde evrilebileceğini göstermiştir. Kitlesel özelleştirme (mass customization) adı verilen bu kavramdaki anahtar nokta, bunu bir süreç olarak görmek ve bu süreci kullanıcı ihtiyaçları doğrultusunda yeniden düzenleyebilmektir. Birçok endüstri, bu özgün harekete uyum gösterebilmek adına üretim hattını bu doğrultuda değiştirmiş ve geliştirmiştir. Amaç, organizasyonun mevcut imkanlarını bilgisayar destekli tasarım ve üretim sistemlerinin de kullanımıyla geliştirerek, yüksek standartlarda ürünler ortaya çıkarmaktır. Böylelikle kullanıcının kendi istekleri doğrultusunda ürünler elde etmesi de sağlanmış olur. Bu sistem uzun zamandır otomotiv, bilgisayar, giyim gibi pek çok hızlı tüketim endüstrisi tarafından farklı yöntemlerle kullanılmaktadır. Örneğin, önemli bilgisayar üreticilerinden Dell, müşterilerinin bazı donanım ve yazılım özelliklerini belirlemesine ve isteklerine uygun bilgisayarları internet ortamından sipariş etmesine olanak sağlamaktadır. Bu sistemde kullanıcı, basit bir arayüz kullanarak bazı tercihler yapmakta ve satın alacağı parçaları belirlemektedir. Daha sonra bu parçalar bir kontrol listesi ile bir araya getirilir. Eşzamanlı olarak maliyet değişimini de takip edebilen müşteri, bir anlamda Henry Ford’un metodunu internet üzerinden gerçekleştirmiş olur: emek sürecinin pazarlanarak kullanıcı isteği olarak satılması. Bir diğer örnek ise Levi’s-ın New York’ta başlattığı “Made to Order Jeans” adındaki uygulamasıdır. Buraya gelen müşteri mağazada ölçülerini vermekte, kumaş, renk gibi tercihlerini belirlemekte ve ona uygun olarak hazırlanan ürünü adresinden teslim almaktadır. Hızlı tüketim endüstrilerinin aksine, kitlesel özelleştirme, mimarlık alanında çok sınırlı noktalarda karşılık bulabilmiştir. II. Dünya Savaşı’ndan itibaren pek çok ülkede kentleşmeye bağlı olarak hızlı konut üretimi söz konusu olmuştur. Ancak benzer ihtiyaç Türkiye’de, özellikle İstanbul’da, niteliksiz konut üretimine ve çarpık kentleşmeye sebebiyet vermiştir. Yani kentlerdeki konut stoku nüfus artışı karşısında yetersiz kalmış ve bu da gecekondulaşmayı doğurmuştur. Tam da bu noktada hükümet, konut üretimini rasyonelleştirmek adına 80’li yılların başında TOKİ’yi (Toplu Konut İdaresi) kurmuştur. Kurumun amacı, dar ve orta gelirli vatandaşların nitelikli konut ihtiyacını, düşük maliyetlerle karşılamaktır. Ancak zamanla çok sayıda konut üretebilmek adına bu amaçtan uzaklaşılarak kullanıcının ihtiyaçları ve yaşam tarzları göz ardı edilmiş, bu da kişilerin konforsuz hissetmesine ve ötekileşmesine yol açmıştır (değişmeyen plan tipleri, yapısal standartlaşma ve tekrar eden tipolojiler). Özel sektörün dahil olduğu konut üretimlerinde de benzer bir durum söz konusu olsa dahi, özellikle sosyal konut kullanıcıları için kitlesel özelleştirme, seçme şansını sıfıra indirdiği için, çok daha kritik bir noktadadır. Halbuki konut, kişinin karakterini yansıtan ve bu bağlamda kendini tamamıyla rahat hissetmesi gereken bir yerdir. Bu doğrultuda, kitlesel özelleştirmenin konut üretimi için kullanılması oldukça önemlidir. Ancak mimarlık, yapısı gereği karmaşık bir sürece sahip olduğundan, kitlesel özelleştirmeyi uygulamak diğer endüstrilere kıyasla daha farklı bir yaklaşım gerektirmektedir. Örneğin, bir ayakkabı markası kullanıcıya çeşitli alternatifler ve değiştirilebilir bileşenler sunarken, mimari bu anlamda daha farklı bir yerde durmaktadır. Modern çağın en önemli bileşenlerinden biri haline gelen iletişimin boyutu, algılamayı, tartışmayı, keşfetmeyi ve tüm detayları önceden çözmeyi sağlayabilmektedir. Dolayısıyla, günümüzde tüm aktörlerin kullanımına ve iletişimine olanak sağlayacak bir sistem geliştirmek, dijital tasarım araçları, gelişmiş kullanıcı ara yüzleri ve otomasyon sistemleri ile mümkün olabilmektedir. Bu bağlamda, tez kapsamında, kullanıcının ve diğer aktörlerin merkeze alındığı ve dijital araçların/ara yüzlerin kullanıldığı bir sistem önerilmektedir. Bu sistem teknik anlamda mimarın geleneksel sürecine paralel bir yaklaşım sergiler. Girdiler ve aktörler aynı olmasına rağmen, bu aktörlerin sürece dahil oldukları noktalar ve bazı yöntemler farklılık göstermektedir. İkisi arasındaki en önemli fark, kullanıcının en başından itibaren süreçte bulunması ve özelleştirmenin tam da o aşamada başlamış olmasıdır. Ancak, sürece dahil olacak olan kişilerin meslek profesyoneli olmadığını varsayarsak, belli noktalarda kısıtlamalar getirmek ve yapacakları tercihlerin belirli bir çerçevede kalmasını sağlamak gerekmektedir. Böylelikle mimar da sonuçta ortaya çıkacak olan tasarımda problemler çıkmayacağını ve onun oluşturduğu temel tasarımın bir uzantısı olduğunu bilecektir. Kısıtların (constraints) kullanımı matematikte, oyunlarda, bulmacalarda ve pek çok mühendislik alanında geniş yer bulmaktadır. Bunun yanı sıra pratik anlamda mimaride de teknik gereklilikler, yönetmelikler, mimarın ve diğer meslek profesyonellerinin kararları, işverenin talepleri gibi pek çok kısıt mevcuttur. Bunların her birini tek tek kontrol etmek zaman kaybına yol açacağından, bir doğrulama sistemi (verification system) oluşturmak gerekmektedir. Aynı zamanda, böylesine kısıt- tabanlı bir sistem geliştirirken, sisteme dahil olan aktörler arasında etkin bir diyalog kurulması da en önemli noktalardan biridir. Doğru uygulandığında, mimarın temel anlamda tasarımı yaptığı, belli parametrik kısıtları, kuralları ve ilişkileri kendi niyetleri doğrultusunda işlediği, dolayısıyla kullanıcıyı belli sınırlar dahiline tuttuğu bir sistem ortaya çıkabilecektir. Dolayısıyla kullanıcılar daha evlerine girmeden kendi ihtiyaç ve talepleri doğrultusunda belli tercihler yapabilecek, bütçelerine göre bu tercihleri eşzamanlı olarak değiştirebileceklerdir. Kullanıcı da mimar da verilen programın neticesinde nasıl bir sonuç çıkacağını sürecin içerisine girmeden öngöremeyebilir. Bu durumda, kullanıcıyı da sürece dahil eden böylesine bir sistem oluşturulurken, bir problem çözme aracı oluşturmak yerine, kullanıcıyla diyaloğa giren, alternatifler üreten ve hatta alternatiflerin bir takım mimari özelliklerini, artılarını eksilerini görselleştiren bir şekilde tasarlanması daha doğru olacaktır. Nasıl ki mimar kendisine verilen programa göre bir tasarım yaparken eskizler, maketler ve modeller üzerinden yaptığı değişiklikleri ve doğuracağı sonuçları anlayıp müdahale ediyor ve bu şekilde bir sonuca ulaşıyor ise, evini belirli isteklere göre özelleştirmek isteyen kişi de, belirli ölçüde böyle bir sürece dahil edilebilmelidir. Bu amaçla geliştirilen sistemde, tıpkı geleneksel süreçte olduğu gibi, ilk önce bazı çevresel analizlerle süreç başlamaktadır. İlk aşama, potansiyel kullanıcı parametreleri ile kurgusal anlamda yapılan bir ön özelleştirmedir (pre-customization). Bu aşamada, kentsel ölçekte 500 m.’lik çeperdeki veriler (ör. sosyal strüktür, kullanıcı profili, gelir düzeyi, fiziksel çevre, vb.) tasarıma temel bilgiyi sağlayacak altlığı hazırlayacaktır. Örneğin iş merkezlerinin yoğun olduğu yerlerde, taban alanı, ek fonksiyonlar, güvenlik talebi, sosyalleşme alanı, vs. ihtiyaçlar ona göre şekillenebilecektir. Bu aşama sonunda, bulunduğu bölgenin verilerine göre şekillenen bina iskeleti ve çekirdek elde edilmiş olacaktır. İkinci aşamada gerçek kullanıcılar devreye girecek ve tıpkı Volkswagen in yaptığı gibi, seçenekler sunan bir ara yüzü ile belli tercihler yapacaktır. Bu tercihler, yönelim, kat düzeyi (level), oda sayısı, malzeme vb. gibi asıl konut oluşumuna yön verecek olan verilerdir. Bu aşamada kullanıcıya sağlanan seçenekler, sürecin başında işveren ve mimarın süzgecinden geçmiş olacak ve konut, gerçek kullanıcı parametreleri ile daha belirgin hale gelecektir. İlk aşamanın devamı olarak, kullanıcının yaptığı tercihler doğrultusunda örnek bir daire modeli belirlenecektir. Bu daire modeli hem üç boyutta, hem de iki boyutta gözlenebilir ve eş zamanlı düzenlenebilir olacaktır. Aynı zamanda yaptığı seçimlerin listesi ve buna bağlı olarak maliyet tahmini de belirleneceğinden, kontrollü bir şekilde tercihlerini gözlemleyebilecektir. Bu doğrultuda, bir odayı eksiltebildiği, duvarların yerini oynatabildiği, döşeme malzemesini değiştirebildiği bir sürece giren kullanıcı, mimarın daha önceden belirlemiş olduğu kısıtlar dahilinde tercihlerini yapabilecektir. Örneğin ilk aşamada orta düzey malzeme segmentini seçen kişi, ikinci aşamada malzeme seçerken sistem ona granit seçtirmeyecek, ya da bir odayı ikiye bölmek isteyen kişi duvarı 45 derecelik açıyla ekleyemeyecektir. (Süreçte mimar daha çok geometrik, strüktürel, malzeme bazlı kısıtlar entegre ederken, işveren de bütçe ile ilgili kısıtları belirliyor olabilir.) Bu değişikliklerden sonra örneğin bütçedeki artış, onu gerekirse geri döndürüp, önceki tercihlerini de optimize ettirebilir. Dolayısıyla bu sistemde kullanıcı, bir alt yüklenici gibi sürece dahil olabilecektir. Tasarım aşamasında kısıtları destekleyecek şekilde üretilmiş olan ilk uygulama Autodesk’in Revit adlı BIM programıdır. Bu program özellikle mimarın bazı kısıtlar (constraint) belirleyebilmesine olanak sağlayacak şekilde interaktif bir ortam sunar. Örneğin, bir duvarın yeri kilitlenebilir ölçü ile (locked-dimension) belirlendiyse, bu bir geometrik kısıt oluşturur, dolayısıyla kilit açılmadığı yani kısıt kaldırılmadığı takdirde duvarın yeri oynatılamaz. Aynı şekilde mimar ardışık ölçüler belirleyip, bu ölçülerin birbirine eşit olmasını isterse, eşitlik kısıtı (equality constraint) yaratabilir. Şayet pencereler duvara eşitlik kısıtı kullanılarak yerleştirildiyse, toplam ölçü değişse de, pencerelerin arasındaki mesafe eşit kalmaya devam edecektir. Kısıtların kullanımı sistemde oldukça güçlü olduğundan, üç boyutlu modeldeki istenmeyen çakışmalar için kontrol sağlanabilmektedir. Eğer doğru bir şekilde uygulanırsa, mimar esnek bir bina modeli elde edebilirken, değişiklikler de otomatik bir şekilde tüm elemanlara yayılarak (propagation) tüm sistemde belli sınırlar içinde kalır. Geometrik kısıtların yanında, program dolaylı olarak bazı maliyet ve malzeme kısıtlamaları da sağlayabilmektedir. Bunu yaparken bazı değerleri hesaplayarak, mimari öğelerin özelliklerini bu çizelgelerde listeler. Mimarın, işverenin ya da kullanıcının yaptığı bir değişiklik eş zamanlı olarak bu listelere yansıyacağından, belli bir malzemenin kullanıldığı alanlar toplanabilir ya da bir mimari öğenin sayısı belirlenebilir. Program bu değerleri çizelgelerde arşivlemekte ve bu veriler maliyet kontrolü ya da tahmini sağlamada özellikle işveren için oldukça faydalı olabilmektedir. Böylesine bir sistem kurgulanırken, hipotezi geliştirmesi adına bir prototip üzerinde çalışılmıştır. Burada binanın düşey sirkülasyonu ya da mekanik şaftı gibi sabit alanlar belirlendikten sonra, kullanıcı kısıtları gözetilerek kendi isteklerine göre odaların yerlerini değiştirebilecek, banyoyu yatak odasının yanına alabilecek, hatta döşeme malzemesini belirleyebilecektir. Örneğin; tek yaşayan kişinin bir odayı küçülterek giyinme odası yaptığı ve yaşama alanını hem uyuduğu hem de ders çalıştığı alan olarak kullandığı bir daire ortaya çıkabilirken, diğer aile üç odayı da neredeyse eşit büyüklüklere ayırıp, her çocuğu için ayrı odalar sağlayabilir. Böylelikle kişilerin yaşam tarzlarına ve aile yapılarına göre kendi tercihlerini yapabildikleri ve bunu yaparken eşzamanlı olarak yaptıkları değişiklikleri gözledikleri, maliyet kontrolü yapabildikleri bir sürece girerler. Bu sürecin sonunda mimarın ve işverenin kontrolünde özelleşmiş konutlar kitlesel üretimin sunduğu efektif üretim tekniği gözetilerek ortaya çıkmış olur. En basit seviyede düşünürsek, bunun günlük yasam pratikleriyle örtüşen bir takım standartlarını da bulmak mümkündür. Örneğin; kişi 3+1, 2+1 gibi zamanla ortaya çıkmış kriterleri değerlendirip ev almaktadır. Isıtma tipinin seçilebildiği, otoparklı ya da havuzlu olup olmaması seçenekleri gibi kişiye özel durumlar bir şekilde standarta dönüşmektedir. Kullanıcıların yapacakları özelleştirme de herkesin ortak paydada iletişim kurabileceği özelliklere dönüşebilir. Yani özetle ortalama bir kullanıcının yapacağı özelleştirme, daha birçok ortalama kullanıcı tarafından okunup anlaşılabilir ve daha sonra bunlar ortak bir sistemde toplanabilir. Sonuç olarak tez kapsamında, kısıtların mimarideki kullanımı araştırılmış ve sonunda örek bir model hazırlanmıştır. Önerilen süreçte mimar anahtar bir role sahiptir ve sisteme kısıtlarını kolayca entegre edebilmesi, araştırmanın en önemli hususlardandır. Eğer bu kısıtları tasarıma entegre etmek elverişsiz hale gelirse, mimar kısıt-tabanlı (constraint-based) bir tasarıma yönelmeyebilir. Sonuç olarak, bu metodun herhangi var olan bir modelin yerine geçmesi yerine, mimarın, sürecine kısmen dahil edebileceği bir yaklaşım sunması amaçlanmıştır.Customized production involves a high degree of manual work and customization requires increased effort and time. Consequently, these tasks have often resulted in a price increase that is higher than what most consumers can afford. Differently, mass production is the name given to the method of producing goods for masses at low costs. The process itself is characterized by mechanization to achieve high volume production, interchangeable parts and a division of labor. Organizational management concepts are needed to be developed for the stages of manufacturing and enhancing the quality standards. It also requires a high level of demand in order to get an effectiveness from this kind of production. With reduction in labor costs, as well as increased rate of production, mass production enables a company to produce larger quantities of a product at a lower cost and with a small work force than that of traditional, non-linear methods. Major experiments that eventually led to mass production were first performed for the use of military organizations. Since then, the method was started to be applied for the production of everyday goods to satisfy the increasing demand. Ultimately, use of mass production has rapidly increased the supply but in the longer term limited the individual’s choice. Although it was a significant innovation in the history of industrial design, the result is a standardized product made in a fairly small number of variety. Instead of mere repetition of the same element, mass industry is capable of producing individual, customized products as well. It is possible to simultaneously achieve the tailor-made quality along with industrialized speed and cost effectiveness. This approach, describing the oxymoron of mass producing customized products, is called mass customization. In the last decades, most industries have put much effort into formalizing this hybrid character of mass customization that offers both a satisfaction of user needs at a high standard and an affordable cost in virtue of mass production. The key point is to not consider it as a stand-alone business strategy that is slowly replacing the production and distribution systems of today, but as a set of organizational capabilities that can supplement and enrich an existing system. Therefore, it is crucial to re-build the process so as to be more flexible by using computer aided design and manufacturing systems (CAD/CAM technologies). It is also essential to include the user in the system effectively while using the computer as a digital factory. Most industries, e.g. automotive, computer, and clothing, have been using mass customization methods for several decades. For example, Dell as one of the leading computer manufacturers, allows customers specify hardware and software of their choice online and market them according to their needs. Another example is Nike, a sports footwear brand that allows the customer to make their own customized choice from a variety of materials, colors and patterns to create a unique pair of footwear in accordance with their own sense of style. After specifications are submitted electronically to the manufacturing facility, product is delivered directly to the customer’s address in three weeks. However, mass customization has been slow to gain traction in the architectural industry due to high complexity of buildings and the required involvement of several different professions in design and building process, even though it is crucial to focus on mass customization especially for development of housing where no two users are the same. Accordingly, the typical practice of the user choosing the best plan type from a limited number of preset options is inefficient in a broader sense and despite the fact that architects design options, the options cannot be modified. Nevertheless, a house is expected to reflect its owner as it is not a mere ordinary daily use product but a home, a place where one should feel completely comfortable. Definitions of what constitutes social housing vary greatly, from one country to another. In Latin America, the term is occasionally used for formal housing built for poor people by private sector companies and is often subsidized. As for Turkey, most of the cities have seen a rapid population growth and urbanization for the second half of the last century which is causing an urban sprawl. Especially Istanbul has been negatively affected by this kind of overcrowdedness. Consequently, the government has established TOKI (Housing Development Administration-Toplu Konut İdaresi) an administration that aims to meet the rapidly growing demand for affordable housing in a planned manner. Although the institution later has widened its scope, the main purpose has been to meet low and middle income groups’ needs by producing mass houses. One of the most obvious characteristics of this sector is constructional and structural standardization as well as a homogenized housing typology that pays little regard to variables such as climate, land and culture. It also falls short in answering to the different characteristics and varying needs of occupants and results in the discomfort and otherization of them. Considering that some people do not even have the chance to choose the size, plan type or location of their homes, customization is an essential need especially for mass-produced social housing. It is, however, a challenge to effectively implement mass customization in architecture compared to other fast moving consumer goods such as computers or cars. While other industries are able to offer a broad range of alternatives and changeable components, architecture stands in a different status, because of its much more complex nature. Another difficulty in the way of application of mass customization in architecture is the requirement of participation of buyers in the design process in order to give them more freedom of choice. Meanwhile, some limitations are needed to be established since the user has practically no architectural experience. This can be achieved by through examination of the implementation of constraints in other fields and contrasting this with the adoption of them in the building industry. Therefore, it is intended to use a verification system which is useful in relation to mass customization while performing constraints in real time. In mathematics, constraint satisfaction problem (CSP) is a general problem defined as a set of variables that can take values from a finite and discrete domain and a set of constraints. Constraint propagation is another method used for such problems to make a given problem simpler to solve. Solving problems on these constraints is the process of communicating with the domain reduction of a decision variable, which could not be part of any solution to all of the constraints that are stated over this variable. While observing a design process, it can be seen that a number of constraints exists: limitations or restrictions for what can or cannot be done in the design process, and for what the design should fulfill. Each constraint defines a subset of the set of all possible designs in which it is satisfied. When several constraints are specified, the outcome is the possibilities within the intersection of all the intended subsets. This intersection becomes smaller as more constraints are added. The more values defined in a state, the more specific the design is. Ultimately, the meta-goal of design can be described as a process of transforming such constraints into design descriptions, using constraints in both a generative manner as well as in an