A decision support model for elevator system design in tall buildings

Yüksek yapılar kentsel silüetin ve yapılı çevrenin değişmez unsurlarındandır. Gerek ölçek bakımdan, gerekse insanlar üzerinde bıraktığı görsel etki bakımında yüzyıllardır insanların daha da yükseğe çıkma arzularını artırmıştır. Tarih boyunca yüksek yapıların inşa edilmesi ise, teknolojik gelişmelere bağlı olmuştur. Modern anlamda yüksek binaların ortaya çıkışındaki en önemli gelişmelerden biri asansörlerin kullanılmasıdır. Asansör teknolojisindeki gelişmeler yüksek binaların sayısını artırırken, sayıları her geçen gün artan yüksek binaların inşaası asansör teknolojisinin sınırlarını zorlamaktadır. Özellikle son yıllarda sayıları gittikçe artan gökdelenlerde, dikey sirkülasyon sistemlerinin tasarımı daha da önemli bir yer tutmaktadır. Yüksek binaların tasarımında sirkülasyon hayati önem taşımaktır. Bu yüzden, tasarım sürecinde yatay veya düşey sirkülasyonla ilgili alınacak kararlar tasarımın önemli parçasını oluşturur. Yüksek binalarda asansör sistemi tasarımı, farklı disiplinlerden birçok etkenin göz önünde bulundurularak tasarlandığı süreçlerdir. Mimari, strüktürel, teknik, fonksiyonel birçok etken tasarıma etki eder. Asansör sistemi tasarımı bir bina için gerekli olan asansör sayısı, asansör kapasitesi ve hızının belirlenmesinin yanı sıra asansörler için en uygun yerleşimin belirlenmesini de kapsamaktadır. Yolcu asansörlerine ek olarak binada kullanılacak servis ve yangın asansörleri de bu sistemin içerisinde yer alır. Asansör sisteminin hedefleri binanın kullanıcı trafiğini karşılamak olduğu gibi, tasarım kriterleri arasında maliyet, enerji etkinliği, bakım, güvenlik, strüktürel ve sismik faktörler de bulunmaktadır. Tüm bunlar düşünüldüğünde, tasarımcının farklı disiplinden birçok etkeni göz önünde bulundurularak bina için ideal asansör sistemini tasarlaması gerekmektedir. Fakat bu durum uzman bilgisi, deneyim veya mevcut binalar üzerinde kapsamlı bir araştırma gerektirmektedir. Yönetmelikler, asansör tasarımına etki eden en önemli faktörlerden biridir. Binanın bulunduğu ülke ve hatta şehire göre değişen yönetmeliklerde asansör tasarımında dikkat edilmesi gereken hususlar detaylı olarak belirtilmektedir. Kullanılacak asansör tipi ve teknolojisi ise tasarıma etki eden bir diğer faktördür. Genel olarak asansörler hidrolik, elektrikli ve makine dairesiz asansörler olmak üzere üç ana grupta toplanır. Yüksek binalarda dişlisiz (gearless) olarak adlandırılan elektrikli asansörler kullanılmaktadır. Bir binada asansör sistemi tasarımında bina fonksiyonu ve kullanımı belirleyici faktördür. Binanın konut, ofis, hastane veya otel gibi farklı kullanımlarda olması ve binanın kullanıcı profili tasarlanacak asansör sistemindeki asansör sayısı, trafik yükü, sirkülasyon şeması gibi diğer faktörleri de etkiler. Bunlara ek olarak, binadaki toplam kullanıcı sayısı ve kullanıcıların katlara olan dağılımı, bina trafik analizi, asansörlerin bina içerisinde konumlandırılması ve gruplanması, kullanılacak asansörlerin sayısı, hızı ve kapasiteleri asansör sistemi tasarımını etkileyen diğer faktörlerdir. Asansör sistemi tasarımı temel olarak asansör trafik anaizlerine dayalıdır. Asansör trafik analizleri mevcut bir binanın yada tasarlanmış bir asansör sisteminin binanın ihtiyacı olan servis hizmetini karşılayıp karşılamayacağını test eden yöntemlerdir. Bu yöntemeler genel olarak iki şekilde uygulanmaktadır. Analitik hesaplara dayalı geleneksel yöntem olarak adlandırılan modellerde, temel matematiksel hesaplar kullanılarak binanın trafik analizleri yapılır. Diğer yöntem ise bilgisayar teknolojisinin kullanıldığı karmaşık simülasyon modelleri ile binanın trafik analizlerinin yapılmasıdır. Simülasyon modelleri temel olarak analitik yöntemlere dayansa da, analitik yöntemlerle hesaplanamayan karmaşık durumların analizinde etkili sonuçlar vermektedir. Bir binanın trafik durumu gelen yönde trafik, giden yönde trafik ve katlar arası trafik olarak sınıflandırılmaktadır. Gelen yönde trafik, sabah saatinde ofis binalarında olduğu gibi kullanıcıların asansöre binecekleri ana terminale geldikleri ve yukarı yönde hareket ettikleri trafik durumudur. Giden yönde trafik ise yine ofis binalarında olduğu gibi kullanıcıların binayı terk etmek için katlardan ana terminale doğru yaptıkları haraketi tarif eder. Katlar arası trafik ise, bina kullanıcılarının binanın katları arasında oluşturduğu aşağı ve yukarı yönde tarfiğin birleşiminden oluşmaktadır. Analitik yöntemlerde kullanılan trafik hesapları gelen yönde trafik durumunda binanın istenilen talebe cevap verebilmesine yönelik olarak tasarlanmıştır. Gelen yönde trafik ihtiyacını karşılayan binanın bütün trafik durumları için etkin olacağını varsayar. Simülasyon modelleri ise, binada oluşabilecek her trafik durumunun analizini yaparak sonuçlar üretir. Asansörlerden sağlanması istenen servis kalitesi, binanın kullanım tipine, bütçeye ve kullanıcı profiline bağlıdır. Asansör servisinin kalitesi ise kullanıcıların istedikleri yerlere ulaştırılmasındaki hızla ölçülür. Bu da, istenen kata ulaşmada kullanıcının yolculuk boyunca asansör içerisinde geçirdiği zaman ve asansörü beklemesindeki toplam zamanla tanımlanır. Bu zaman ne kadar kısaysa, sağlanan servis de daha iyi olacaktır. Bir kişinin asansörü beklemek için geçirdiği süre bekleme aralığı olarak ifade edilir ve gelen kabinlerin ulaşmaları için geçen zaman aralığıdır. Bu zaman, her bir kabinin gidip gelme süresine ve kabin sayısına bağlıdır. Gidip gelme zamanı, bir asansörün giriş katından ayrıldıktan sonra, ortalama sayıda kullanıcıyı üst katta ortalama durağaulaştırdıktan sonra tekrar giriş katına gelmesi için geçen süredir. Bu çalışma kapsamında, yüksek binalarda asansör tasarımı için kullanılabilecek bir karar destek modeli geliştirilmesi amaçlanmıştır. Modelin karar destek olarak adlandırılmasındaki neden, geliştirilen modelin özellikle erken tasarım aşamasında kullanıcıya herhangi bir uzman bilgisi veya araştırma gerektirmeksizin tasarlayacağı bina için en etkin asansör sistemi tasarımını elde etmesinde yardımcı olmasının amaçlanmasıdır. Böylece tasarımcı, tasarımın ilerleyen aşamalarında yanlış hesaplamış asansör sayısına bağlı olarak yaşayacağı sorunların önüne geçmiş olacak ve deneme yanılma yöntemine başvurmadan tasarımın ilk aşamalarından itibaren bilinçli bir dikey sirkülasyon şeması oluşturmuş olacaktır. Tezin ilk bölümünde, çalışmanın amacı, kapsamı ve izlenilen yöntem açıklanmıştır. Tezin ikinci bölümünde, asansör sistemi tasarımına etki eden faktörler literatür taraması yapılarak incelenmiştir. Tezin üçüncü bölümünde ise, asansör trafik hesapları ve analiz yöntemleri incelenerek, analiz yöntemleri ve tasarım süreci arasındaki ilişki irdelenmiştir. Bu bölümde incelenen analiz yöntemleri geliştirilen model için temel oluşturmuştur. Tezin dördüncü bölümünde, yüksek binalar için geliştirilen asansör sistemi karar destek modeli tanıtılmış ve 40 kattan az ofis binaları için modelin uygulanması gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlar mevcut asansör trafik analiz simülasyonu olan Elevate programı ile test edilmiştir. Tezin sonuç bölümünde, tez sürecinde yapılan araştırmalarla ilgili genel bir çerçeve oluşturularak, uygulanan modelin sonuçları değerlendirilmiş ve modelin ileriye yönelik çalışmalardaki hedefleri tanımlanmıştır. Tez kapsamında geliştirilen karar destek modeli yolcu asansörlerini kapsamaktadır, yük asansörleri ve acil durum asansörleri modele dahil edilmemiştir. Bina trafik analizleri için geleneksel analiz hesaplarına dayanan analitik trafik analiz yöntemi kullanılmıştır. Asansör sistemi tasarımına etki eden parametreler ise yapılan literatür araştırmaları sonucu elde edilmiş, asansör teknik verileri ise çeşitli asansör firmalarından elde edilerek modele dahil edilmiştir. Geliştirilen model, uygulama olarak yüksek ofis binaları için test edilmiştir. Bunun nedeni, modelde kullanılan analitik trafik analiz yönteminin ofis binalarında görülen kullanıcı trafiğini baz alan matematiksel hesaplar içermesidir. Model kapsamına daha karmaşık matematiksel formüller eklendiğinde ise model farklı bina kullanımları ve farklı kullanıcı trafik örüntüleri için de uygulanabilmektedir. Modelin uygulamasına 40 katın üzerindeki binalar dahil edilmemiştir. 40 kat üzerindeki yüksek binalar için gökyüzü lobileri gibi farklı tasarım çözümlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çözümler ise daha karmaşık formüllerin modele dahil edilmesini gerektirmektedir. Modelin uygulaması Rhinoceros 4, Grasshopper eklentisi kullanılarak geliştirilmiştir. Bu programın tercih edilmesindeki neden, ileriye yönelik çalışmalarda modele geometrik ilişkilerin de dahil edilebilmesidir. Modelin ürettiği sonuçlar ise, Grasshopper ve Ms Office Excel bağlantısı kuran bir eklenti aracılığı ile kullanıcıya tablo olarak sunulmaktadır. Modelin geçerliliğinin test edilebilmesi için üretilen sonuçlar ticari bir simülasyon yazılımı olan Elevate programında simüle edilerek sonuç bölümünde değerlendirilmiştir.