Eskişehir Teknik Üniversitesi İç Mimarlık son sınıf öğrencisi Selvişah Mola'nın İç Mimaride Biyomimikri Dersi kapsamında geliştirdiği proje önerisi.
Proje Raporu:tez çalışmasında, afet sonrası ilk müdahale süreçlerinde karşılaşılan barınma, lojistik, hijyen hızlı kurulum problemlerine çözüm üretmek amacıyla geliştirilen “AERO-KOVAN” isimli biyomimetik mobil yaşam sistemi incelenmiştir. Çalışma kapsamında geleneksel yaşam konteynerleri geçici çadır sistemlerinin yapısal operasyonel yetersizlikleri analiz edilmiş; eksikliklere karşı ultra hafif, katlanabilir, modüler pnömatik taşıyıcı sistemlere sahip yeni nesil afet müdahale kompleksi önerilmiştir.
AERO-KOVAN sistemi; doğadaki turgor basıncı prensibi, petek geometrisi kapiler yalıtım mekanizmalarını referans alan biyomimetik yaklaşım üzerine kurgulanmıştır. Sistem, yüksek dayanımlı ETFE membran, Drop-Stitch TPU pnömatik kirişler, 7075-T6 uçak alüminyumu Chromoly çelik mafsalların hibrit birlikteliğiyle oluşturulmuştur. Modüllerin birbirine altıgen ağ sistemiyle bağlanabilmesi sayesinde afet alanlarında hızlı büyüyebilen organik yaşam köyü oluşturulması hedeflenmiştir.
Tez kapsamında sistemin strüktürel organizasyonu, malzeme tektoniği, birleşim detayları, lojistik avantajları mühendislik prensipleri incelenmiş; ayrıca sistemin rüzgar yükü altındaki davranışı taşınabilirlik performansı değerlendirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda AERO-KOVAN’ın geleneksel konteyner sistemlerine kıyasla lojistik kapasite, kurulum süresi adaptasyon yeteneği açısından önemli avantajlar sunduğu görülmüştür.
1. GİRİŞ
21. yüzyılda artan doğal afetler, iklim krizleri, savaşlar zorunlu göç hareketleri; hızlı kurulabilir, güvenli sürdürülebilir geçici yaşam sistemlerine olan ihtiyacı artırmıştır.
Özellikle deprem sonrası ilk 72 saat içerisinde hızlı müdahale, lojistik organizasyon steril yaşam alanlarının oluşturulması hayati önem taşımaktadır. Ancak mevcut konteyner sistemleri yüksek ağırlıkları lojistik maliyetleri nedeniyle afet sahalarına geç ulaşmakta; geleneksel çadır sistemleri ise iklimsel dayanım, hijyen uzun süreli kullanım açısından yetersiz kalmaktadır.
çalışma, afet mimarisi alanında biyomimetik prensipleri kullanarak yeni nesil mobil yaşam sistemi geliştirmeyi amaçlamaktadır. Tasarım sürecinin başlangıcında yapılan araştırmalarda, özellikle deprem sonrası kullanılan mevcut çadır kentlerin kullanıcı konforu açısından ciddi eksiklikler taşıdığı gözlemlenmiştir. Kullanıcıların yalnızca fiziksel korunmaya değil; mahremiyet, güven hissi psikolojik stabiliteye ihtiyaç duyduğu görülmüştür. nedenle proje sürecinde yapı yalnızca teknik barınak olarak değil, afet sonrası geçici olsa “yaşam hissi” üretebilecek mekan olarak ele alınmıştır. Tasarlanan AERO-KOVAN sistemi; doğadan öğrenilen organizasyon prensiplerini, yüksek teknoloji malzemelerle birleştirerek hafif, katlanabilir, modüler hızlı kurulabilir mimari öneri sunmaktadır.
Çalışmanın temel problemi; “Afet sonrası hızlı konuşlandırılabilir yaşam sistemleri, biyomimetik prensipler ileri teknoloji malzemeler aracılığıyla nasıl daha verimli hale getirilebilir?” sorusuna dayanmaktadır.
bağlamda tez; mimarlık, mühendislik, biyomimetik tasarım afet lojistiği disiplinlerini kesiştiren deneysel tasarım araştırması niteliğindedir.
2. AFET MİMARİSİ GEÇİCİ BARINMA SİSTEMLERİ
Afet sonrası geçici barınma sistemleri, kullanıcıların yalnızca fiziksel güvenliğini değil; aynı zamanda psikolojik, hijyenik sosyal ihtiyaçlarını karşılamak zorundadır.
Günümüzde yaygın olarak kullanılan sistemler; çadırlar, prefabrik konteynerler şişirilebilir yapılar olarak sınıflandırılmaktadır.
Geleneksel çadır sistemleri düşük maliyetli olmalarına rağmen ısı yalıtımı, rüzgar dayanımı uzun ömürlülük açısından ciddi problemler taşımaktadır. Konteyner sistemleri ise daha güvenli olmalarına rağmen yüksek taşıma hacmi, ağır tonaj kurulum maliyetleri nedeniyle afet lojistiğinde önemli dezavantajlar yaratmaktadır.
Son yıllarda hafif membran yapılar pnömatik sistemler üzerine yapılan araştırmalar, geçici mimaride önemli dönüşüm başlatmıştır. Özellikle ETFE membran sistemleri; hafiflik, yüksek ışık geçirgenliği dayanıklılık özellikleri nedeniyle çağdaş mimarlıkta yaygınlaşmıştır (Hu., 2017). Beijing National Aquatics Center (Water Cube) gibi projelerde kullanılan ETFE yastık sistemleri, minimum malzeme maksimum açıklık geçebilme kapasitesi nedeniyle mimari inovasyonun önemli örneklerinden biri olarak görülmektedir.
ETFE malzemesi; camdan çok daha hafif olmasına rağmen yüksek dayanım göstermekte, %90’dan fazla ışık geçirgenliği sağlayabilmekte geri dönüştürülebilir yapısıyla sürdürülebilir mimari açısından avantaj sunmaktadır (Moritz, 2014). Ayrıca membran sistemlerin pnömatik destekle kullanılması, yapının değişken iklim koşullarına adapte olabilmesine olanak tanımaktadır.
Afet mimarisinde hızlı kurulum kavramı yalnızca zaman kazancı değil, aynı zamanda yaşam kurtarma kapasitesi anlamına gelmektedir. nedenle günümüzde modüler, taşınabilir ölçeklenebilir sistemler üzerine yapılan araştırmalar giderek artmaktadır.
3. BİYOMİMETİK TASARIM YAKLAŞIMI
Biyomimikri; doğadaki organizmaların, ekosistemlerin biyolojik süreçlerin milyonlarca yıllık evrimsel optimizasyon süreçleri sonucunda geliştirdiği performatif çözümleri, mühendislik tasarım disiplinlerine aktarmayı amaçlayan disiplinler arası araştırma alanıdır. Kavram yalnızca doğadan biçimsel esinlenme anlamına gelmemekte; aynı zamanda enerji verimliliği, minimum malzeme kullanımı, adaptasyon, dayanıklılık sürdürülebilirlik gibi performans kriterlerinin doğa üzerinden yeniden okunmasını ifade etmektedir.
Modern biyomimikri yaklaşımının kuramsal altyapısı, özellikle Janine Benyus’un “Biomimicry: Innovation Inspired by Nature” adlı çalışmasıyla sistematik disipline dönüşmüştür. Benyus’a göre doğa; “yalnızca estetik referans değil, aynı zamanda 3.8 milyar yıllık araştırma-geliştirme laboratuvarıdır” (Benyus, 1997). yaklaşım, mimarlıkta biçim odaklı taklit anlayışından uzaklaşarak performatif davranışsal sistem tasarımına yönelmiştir.
Biyomimetik mimarlığın öncülleri arasında Frei Otto’nun doğal minimum yüzey geometrilerini inceleyen hafif membran araştırmaları önemli yere sahiptir. Otto; sabun köpüğü yüzeyleri, örümcek ağları gerilme altında çalışan biyolojik sistemleri inceleyerek minimum malzeme maksimum açıklık geçebilen yapısal sistemler geliştirmiştir (Otto, 1971). Münih Olimpiyat Stadyumu’nun kablo ağ sistemi yaklaşımın erken örneklerinden biri olarak kabul edilmektedir.
Benzer biçimde Buckminster Fuller tarafından geliştirilen geodezik kubbe sistemleri doğadaki kristal organizasyonlardan moleküler geometrilerden etkilenmiştir. Fuller’ın geliştirdiği geodezik sistemler; minimum malzeme kullanımıyla maksimum hacim elde edilmesini sağlamış özellikle taşınabilir mimarlık alanında yeni paradigma oluşturmuştur (Fuller, 1969).
Çağdaş biyomimetik mimarlığın önemli örneklerinden biri olan Beijing National Aquatics Center (Water Cube), projede önemli referans noktası oluşturmuştur.
Yapının dış kabuğunda kullanılan hücresel ETFE sistemi, sabun köpüklerinin doğal organizasyonundan türetilmiştir. Weaire–Phelan geometrisine dayanan organizasyon, minimum yüzey alanı maksimum hacim üretme prensibine sahiptir (Weaire & Phelan, 1994). Böylece yapı yalnızca estetik değil; aynı zamanda enerji verimliliği, ışık geçirgenliği strüktürel hafiflik açısından performatif sistem haline gelmiştir.
AERO-KOVAN projesi, biyomimetik öncülleri çağdaş afet mimarisi bağlamında yeniden yorumlamaktadır. Tasarım sürecinde ilk eskizlerde daha rijit köşeli geometriler denenmiş; ancak formların hem rüzgar yükü altında zayıf davrandığı hem kullanıcı psikolojisi açısından sert geçici atmosfer oluşturduğu fark edilmiştir.
nedenle süreç ilerledikçe daha yumuşak geçişli, organik hücresel geometrilere yönelinmiştir. Özellikle Water Cube yapısının ışık geçirgenliği hücresel organizasyonu, projenin mekânsal atmosferinin oluşmasında önemli referans noktası olmuştur. Projede biyomimetik yaklaşım yalnızca biçimsel değil; aynı zamanda yapısal, termal organizasyonel düzeylerde uygulanmıştır.
3.1. Turgor Basıncı Biyolojik Stabilite
Bitkilerin dik durmasını sağlayan temel mekanizma, hücre içindeki sıvının hücre çeperine uyguladığı hidrostatik basınçtır. “Turgor basıncı” olarak tanımlanan sistem, minimum malzeme maksimum stabilite sağlamaktadır. Özellikle otsu bitkilerde gözlemlenen biyolojik davranış, yük taşıma kapasitesinin yalnızca katı malzemelerle değil; basınç kontrollü iç hacimlerle sağlanabileceğini göstermektedir.
AERO-KOVAN’ prensip, yüksek basınçlı pnömatik kiriş sistemlerine dönüştürülmüştür. Drop-Stitch TPU teknolojisi sayesinde hava şişen elemanların içindeki binlerce mikro gergi ipi, elemanın şişme limitini kontrol ederek yüksek eğilme rijitliği sağlamaktadır. Böylece sistem, hava çalışan ancak çelik benzeri davranış gösterebilen hibrit taşıyıcıya dönüşmektedir.
3.2. Petek Geometrisi Hücresel Organizasyon
Altıgen petek geometrisi, doğadaki en verimli alan kapatma organizasyonlarından biri olarak kabul edilmektedir. Bal arılarının minimum malzeme maksimum depolama hacmi üretmesi, doğadaki optimizasyon prensiplerinin önemli örneklerinden biridir.
D’Arcy Thompson’ın biyolojik morfogenez üzerine yaptığı çalışmalar, doğadaki geometrik organizasyonların rastlantısal değil; fiziksel kuvvetlerin optimize edilmiş sonucu olduğunu göstermektedir (Thompson, 1917). Altıgen hücre sistemi bağlamda hem yapısal süreklilik hem modüler büyüme açısından ideal organizasyon modelidir.
AERO-KOVAN’ın plan organizasyonu nedenle altıgen modüler ağ sistemi üzerine kurulmuştur. sistem sayesinde modüller:
- Organik biçimde çoğalabilmekte,
- Sızdırmaz koridorlarla bağlanabilmekte,
- Hücresel yaşam köyleri oluşturabilmekte,
- Enerji altyapı ağlarını ortak kullanabilmektedir.
3.3. Kapiler Isı Yalıtımı Termal Adaptasyon
Kutup ayılarının kürk yapısı, içi boş kapiler lifler sayesinde havayı içeride hapsederek yüksek termal performans sağlamaktadır. biyolojik mekanizma, düşük yoğunluklu hava boşluklarının etkili yalıtım katmanı oluşturabileceğini göstermektedir.
Projede prensip, aerogel destekli çok katmanlı yalıtım sistemiyle yorumlanmıştır.
Aerogel malzemeler, gözenekli mikro yapıları sayesinde son derece düşük termal iletkenlik göstermektedir. Böylece yapı, düşük ağırlıkla yüksek ısı performansı sağlayabilmektedir.
Ling. (2023) tarafından yapılan çalışmalar, biyomimetik termal organizasyonların enerji verimliliği açısından geleneksel sistemlere kıyasla önemli avantajlar sunduğunu ortaya koymaktadır.
3.4. Gecko-Grip Mekanizması Kayar Arayüz Teknolojisi
Projede kullanılan “Gecko-Grip” arayüz sistemi, kertenkele ayaklarındaki mikro kılcal tutunma prensibinden esinlenmiştir. Gekolar, ayak yüzeylerindeki milyonlarca mikroskobik seta sayesinde Van der Waals kuvvetleriyle yüzeylere zarar vermeden tutunabilmektedir.
biyolojik prensip, projede yalıtım katmanı ETFE kabuk arasında tamamen rijit olmayan yarı hareketli bağlantı sistemi geliştirmek amacıyla kullanılmıştır. Böylece katlanma sırasında oluşabilecek kayma gerilmeleri absorbe edilmekte membran yırtılmaları engellenmektedir.
AERO-KOVAN’ın biyomimetik yaklaşımı; doğanın yalnızca biçimsel estetiğini değil, aynı zamanda davranışsal zekasını performans organizasyonunu mimari sisteme dönüştürmeyi hedeflemektedir.
4. AERO-KOVAN TASARIM KURGUSU
AERO-KOVAN, valiz boyutlarında taşınabilen afet alanında kısa sürede genişleyerek tam ölçekli yaşam birimine dönüşebilen hibrit sistemdir.
4.1. Makro Form Organizasyonu
Sistemin ana geometrisi geodezik kubbe mantığıyla oluşturulmuştur. Geodezik sistemler; yüklerin yüzeye eşit yayılması sayesinde yüksek dayanım sağlayan hafif taşıyıcı sistemlerdir.
Kubbe formu:
- Rüzgar yükünü dağıtır,
- İç hacimde maksimum verim sağlar,
- Minimum yüzey alanı maksimum hacim oluşturur,
- Enerji kayıplarını azaltır.
nedenle afet bölgelerinde kullanılabilecek optimum strüktürel çözümlerden biri olarak değerlendirilmektedir.
4.2. Valizden Mekana Dönüşüm
Sistem beş aşamalı kurulum senaryosu üzerine kurulmuştur:
- Valiz formunun açılması,
- Teleskobik iskeletin yükselmesi,
- Mafsalların kilitlenmesi,
- Pnömatik kirişlerin şişirilmesi,
- Membran kabuğun gerilmesi.
kurgu sayesinde modül yaklaşık 15–30 dakika içerisinde kullanılabilir hale gelmektedir. Tasarım sürecinde en kritik problemlerden biri, katlanabilirlik yapısal rijitlik arasındaki dengeyi kurmak olmuştur. İlk denemelerde teleskobik sistem membran arasında uyumsuz gerilmeler oluştuğu gözlemlenmiş; durum özellikle birleşim detaylarının yeniden tasarlanmasını gerektirmiştir. Süreç boyunca yapılan diyagram çalışmaları strüktürel eskizler sonucunda pnömatik taşıyıcıların ana yükü üstlenmesiyle daha hafif iskelet sistemine geçilmiştir.
4.3. Modüler Ağ Sistemi
Altıgen modüller birbirine steril koridorlar aracılığıyla bağlanabilmektedir. Böylece sistem yalnızca bireysel yaşam ünitesi değil; aynı zamanda:
- Sahra hastanesi,
- Yoğun bakım alanı,
- Laboratuvar,
- Komuta merkezi,
- Barınma köyü,
- Mobil lojistik merkezi olarak kullanılabilmektedir.
5. STRÜKTÜREL SİSTEM MALZEME ANALİZİ
5.1. Teleskobik Taşıyıcı Sistem
Ana taşıyıcı sistem, havacılık sektöründe yaygın olarak kullanılan 7075-T6 alüminyum alaşımından üretilmiştir. malzeme yüksek mukavemet/ağırlık oranı sayesinde hafif ancak dayanıklı taşıyıcı sistem oluşturmaktadır.
7075-T6 alaşımı özellikle uçak gövdeleri, askeri ekipmanlar uzay uygulamalarında tercih edilen yüksek performanslı alaşımdır. Sistem içinde kullanılan teleskobik profiller, katlanabilir mimari için hareket kabiliyeti sağlamaktadır.
5.2. Pnömatik Kiriş Teknolojisi
Drop-Stitch TPU kumaş teknolojisi, iki yüzey arasındaki binlerce mikro lif sayesinde şişme limitini kontrol eden sistemdir. teknoloji günümüzde yüksek basınçlı şişirilebilir botlar hava platformlarında kullanılmaktadır.
Pnömatik taşıyıcı sistemler üzerine yapılan araştırmalar; iç basınç arttıkça elemanın eğilme direncinin yükseldiğini göstermektedir. nedenle AERO-KOVAN’ hava yalnızca dolgu değil, aktif taşıyıcı eleman olarak değerlendirilmiştir.
5.3. ETFE Membran Teknolojisi
ETFE (Ethylene Tetrafluoroethylene), çağdaş membran mimarisinde yaygın kullanılan yüksek performanslı polimerdir. Malzeme; hafiflik, UV dayanımı, kimyasal direnç yüksek ışık geçirgenliği gibi özellikleriyle öne çıkmaktadır (Karádi Hegyi, 2021).
Yapılan araştırmalar ETFE’nin cama kıyasla çok daha hafif olduğunu büyük açıklıkların düşük taşıyıcı kesitlerle geçilebilmesine imkan sağladığını göstermektedir (Hu., 2017). Ayrıca ETFE yastık sistemleri değişken hava basıncıyla birlikte dinamik davranış gösterebilmektedir.
AERO-KOVAN’ kullanılan çift katmanlı ETFE sisteminin temel avantajları şunlardır:
- Yüksek ışık geçirgenliği,
- Düşük ağırlık,
- Yangın dayanımı,
- UV direnci,
- Kendi kendini temizleme özelliği,
- Geri dönüştürülebilirlik.
5.4. Mekanik Mafsal Sistemleri
Katlanma sırasında oluşan yorulma gerilmeleri nedeniyle mafsallar sistemin en kritik noktalarıdır. nedenle 4130 Chromoly çeliği kullanılmıştır.
Chromoly çeliği; yüksek darbe dayanımı, yorulma direnci CNC işlenebilirliği nedeniyle havacılık yarış otomotiv sektörlerinde yaygın kullanılmaktadır.
6. MODÜLER ORGANİZASYON OPERASYONEL SENARYOLAR
AERO-KOVAN sistemi yalnızca bireysel yaşam birimi değil, aynı zamanda genişleyebilir afet altyapısı olarak düşünülmüştür. Projenin gelişim sürecinde afet alanlarının zaman içerisinde değişen ihtiyaçlara sahip olduğu görülmüş; nedenle sabit planlı yapılardan çok büyüyebilen dönüşebilen sistemlerin daha gerçekçi olduğu değerlendirilmiştir. yaklaşım doğrultusunda modüllerin yalnızca yan yana eklenmesi değil, aynı zamanda farklı işlevlere adapte olabilmesi hedeflenmiştir.
6.1. Sahra Hastanesi Organizasyonu
Modüllerin lineer veya hücresel biçimde birleşebilmesi sayesinde steril dolaşım koridorları oluşturulabilmektedir. Böylece:
- Triaj alanı,
- Acil müdahale ünitesi,
- Ameliyathane,
- Yoğun bakım,
- Laboratuvar,
- Eczane gibi farklı işlevler tek sistem içinde organize edilebilmektedir.
6.2. Lojistik Avantajlar
Geleneksel konteyner sistemleri yüksek hacim nedeniyle nakliye problemi yaratmaktadır. AERO-KOVAN’ın katlanabilir yapısı sayesinde ISO konteyner hacmine yaklaşık 20 adet modül sığdırılabilmektedir.
durum:
- Nakliye kapasitesini artırmakta,
- Yakıt maliyetlerini azaltmakta,
- Afet alanına erişim süresini kısaltmakta,
- Hava taşımacılığı verimliliğini yükseltmektedir.
Özellikle C-130 tipi askeri kargo uçaklarıyla yapılan taşımacılıkta sistemin operasyonel verimliliği önemli ölçüde artmaktadır.
6.3. İklim Adaptasyonu
Sistem farklı iklim koşullarına adapte olabilecek şekilde geliştirilmiştir.
- Soğuk iklimlerde aerogel destekli izolasyon,
- Sıcak iklimlerde doğal havalandırma,
- Kum fırtınalarına karşı sızdırmaz membran,
- Yoğun yağışa karşı yüksek drenaj kapasitesi gibi çözümler önerilmiştir.
7. MÜHENDİSLİK HESAPLARI YAPISAL PERFORMANS
Pnömatik sistemin yapısal kararlılığı iç basınç membran gerilmesi arasındaki dengeye dayanmaktadır.
denklemde:
(P_{iç}): İç basınç,
(T): Membran gerilmesi,
(r): Eğrilik yarıçapı,
(P_{atm}): Atmosfer basıncıdır.
Pnömatik yapılarda iç basınç arttıkça membranın yüzey stabilitesi yükselmekte sistem dış yükler altında daha rijit davranmaktadır.
Yapılan ön hesaplamalar doğrultusunda sistemin yaklaşık 120 km/sa rüzgar yüküne dayanabileceği öngörülmektedir. Kubbe geometrisi sayesinde yükler yüzeye eşit dağıtılmakta lokal gerilme yoğunlaşmaları azaltılmaktadır.
Ayrıca rezonans kırılımı amacıyla kullanılan neopren contalar, rüzgar kaynaklı titreşimlerin metal yorulmasına dönüşmesini engellemektedir.
8. SONUÇ DEĞERLENDİRME
tez kapsamında geliştirilen AERO-KOVAN sistemi; afet mimarisi alanında biyomimetik prensipler ileri teknoloji malzemelerin bütünleşik kullanımına dayanan deneysel tasarım önerisi sunmaktadır. Çalışma süreci boyunca yalnızca estetik veya teknik obje üretmek değil; kriz anlarında insan psikolojisine olumlu etki edebilecek mekan dili geliştirmek amaçlanmıştır. nedenle yapının ışık geçirgenliği, iç mekandaki yarı saydam atmosferi hücresel kabuk organizasyonu özellikle kullanıcı deneyimi perspektifinden değerlendirilmiştir.
Çalışma sonucunda;
- Hafif membran sistemlerin afet mimarisinde yüksek potansiyel taşıdığı,
- Biyomimetik prensiplerin yapısal verimlilik sağladığı,
- Modüler organizasyonun lojistik avantaj sunduğu,
- Pnömatik taşıyıcıların hızlı kurulum açısından etkili olduğu,
- ETFE membranların sürdürülebilir mimari açısından önemli avantajlar sağladığı tespit edilmiştir.
AERO-KOVAN yalnızca geçici barınma sistemi değil; aynı zamanda geleceğin mobil mimarlık anlayışına yönelik araştırma önerisidir. Sistem; afet bölgeleri dışında askeri operasyonlar, kutup araştırmaları, mobil sağlık hizmetleri geçici etkinlik yapıları gibi farklı kullanım senaryolarına uyarlanabilir.
