Kentsel çevre ve yeşil altyapı bağlamında açık alanların performanslarının değerlendirilmesi ve optimizasyonuna yönelik parametrik bir model önerisi

Abstract

Küresel dünyanın önemli bir parçasını meydana getiren günümüz kentleri; ekonomik, politik ve ekolojik etmenler gibi birçok dinamiğin rol aldığı bir sahne niteliğindedir. Tarihsel sürece bakıldığında endüstrileşme meydana getirdiği kırılma noktası ile şehirli insan sayısı dramatik bir şekilde artarak bugün dünya nüfusunun çoğunluğunu oluşturmuştur. Ancak hızlı artış gösteren kentli nüfusun mekansal izdüşümleri de yine hızlı ve plansız sonuçlar doğurmaktadır. Bu durum, yapılaşmış dokunun giderek çeperlere ve doğal alanlara doğru genişlemesine yol açarken; bir taraftan da doku içinde bulunan kentsel açık alanların üzerindeki baskıyı arttırmaktadır. Özellikle yeşil alan tipolojisinde yer alan geçirimli yüzeylerin kent merkezlerine doğru yaklaştıkça hem nitelik hem de nicelik olarak azaldığı görülmektedir. Kentleşme probleminin bir çözümü olarak ortaya atılan yeşil altyapı ve peyzajın bir altyapı olarak ele alınması yaklaşımı bağlamında, bu kentsel yeşil yüzeyler bütüncül bir planlama ve tasarım sürecine dahil olabilecek hiyerarşik bir sistemin en alt birimlerini oluşturmaktadır. Bununla birlikte, açık alanların kentin ekolojik ve sosyal yaşantısına katkı sağlayan önemli potansiyeller taşıdığı fikri bugün birçok araştırmacı tarafından kabul görmektedir. Fakat sosyal yaşantının üzerinde aktığı ve kentin ekolojik değerlerini destekleyen bu yüzeylerin yerel verilere dayanmayan tasarım kararları ile şekillenmesi, alanların sunması gereken potansiyellerini tam olarak ortaya koyamamasına neden olduğu savunulabilir. Buna karşın söz konusu kentsel açık alanların bulunduğu çevre ve kent içindeki konumu bütüncül bir şekilde göz önüne alınarak, rasyonel ve akılcı yaklaşımlarla tasarlandığında; yeşil altyapı sisteminin geliştirilmesine büyük katkılar sağlayacağı dikkat çekmektedir.Buradan hareketle, çalışma kentsel açık alanların sahip olduğu ekolojik ve sosyal performanslarının geliştirilmesini ve mekansal devamlılığını amaçlayan bir misyondan temellenmiştir. Özellikle tasarım disiplinlerindeki ekolojik yaklaşımların paralelinde ortaya çıkan teknolojik gelişmelerin, hesaplamalı tasarım gibi yansımaları kentsel açık alanların makro ve mikro ölçekteki değerlerinin geliştirilmesinde önemli katkılar sağlayacağı fikri ile çalışmanın yöntemi peyzajın parametrizasyonu üzerinden geliştirilmiştir.Araştırmanın temel amacı; yapılaşmış doku içindeki küçük ölçekli kentsel yüzeylerin ekolojik ve sosyal niteliklerinin yerel veriler üzerinden incelenmesi ve mikro-iklimsel, fiziksel ve kullanım değerlerinin parametreler şeklinde tanımlanarak oluşturulmuş çok katmanlı ve ilişkisel bir optimizasyon model önerisi geliştirmektir. Bu model ile kentsel yüzeylerin performansına dayalı analizler ve farklı mekansal alternatiflerinin simülasyonlarının elde edilmesi hedeflenmiştir.Çalışmada bahsedilen performansa dayalı optimizasyon modelinin çalıştırılacağı farklı mekansal kullanım niteliği ve boyutlara sahip, yoğun kullanıcı hareketinin hakim olduğu, iki farklı yüzey örneklem alanı olarak seçilmiştir. Bu alanlar Fatih ve Kadıköy bölgelerinde yer alan Sirkeci Parkı ile Moda Meydanı olarak belirlenmiştir. Bölgeler seçilirken, yoğun yapılaşma dokusunun içinde dinamik sosyal yaşantının izlerinin okunabildiği ve açık alandaki mekansal etkileşimin gözlemlenebildiği nitelikler taşıması öncelikleri oluşturmuştur. Alan gözlemlerine dayalı olarak toplanan yere özgü veriler optimizasyon sürecine parametreler halinde tanımlanarak model geliştirilmiştir. Bu sayede farklı niteliklere sahip iki kent mekanı model içinde test edilmiştir. Sonuçlar karşılaştırılarak yeşil altyapı bağlamında ekolojik ve kullanım performanslarının optimize edilebileceği kentsel yüzey tipolojilerinin belirlenmesine yönelik temel çıkarımların elde edilmesi amaçlanmıştır.Araştırma beş bölümden meydana gelmektedir. İlk bölümde çalışmaya konu alınan problem tanımlanarak önemi, çalışmanın amacı, kapsamı, hipotezleri ve yöntemi anlatılmaktadır. İkinci bölümünde ekoloji temelli tasarım yaklaşımlarının merkezine oturtulan yeşil altyapı sistemi ve onun alt birimleriyle olan bağları incelenerek kentsel açık alanların morfolojik ve ekolojik ilişkileri ile yeşil altyapı sistemine entegrasyonu değerlendirilmiştir. Araştırmanın üçüncü bölümünde ise çağdaş tasarım yaklaşımları ve performatif çözümlerin tasarım disiplinlerindeki konumu örnekler üzerinden incelenerek, kentsel açık alanların performansları ile peyzaj bileşenleri arasındaki bağlantı tasarımının parametrizasyonu bağlamında ilişkilendirilmektedir. Dördüncü bölümde araştırmanın metodu ve izlediği yöntemler örneklem alanlarının seçiminden, araştırmanın dört temel adımı ve elde edilen sonuçların bir matris üzerinde incelenmesine kadar olan aşamaları içermektedir. Beşinci bölüm elde edilen modellerin ve analiz çıktılarının örneklem alanlarının var olan mekansal durumları ile tasarım sonucu verilerinin karşılaştırılmasını içerirken; araştırmanın altıncı ve son bölümünde ise; çıkarımlar ve sonuç değerlendirmeleri yer almaktadır.

Today's cities, which constitute one of the most important parts of the global world, have the characteristics of a stage that were shaped with various dynamic agents like economic, politic and ecologic, etc. Throughout history, starting from the breaking point of the industrialization process, urban populations had been raised dramatically as being the majority of the world populations. However, the projections of urbanized population upsurge, result in dramatic and unplanned situations. As a consequence of this, it both enlarge the dense structured surfaces to the urban fringe and increases the pressure of the urban open spaces in the urbanized texture. Especially, it can be seen that from natural areas to city centers, the permeable surfaces and green area typologies decrease in terms of quality and quantity way. In the context of green infrastructure and landscape as infrastructure context, these open and green spaces in urban textures, constitute the sub-units of a hierarchical system that involves holistic planning and design process. Regarding this, many scholars agree that urban open spaces have various potentials that contribute to ecological and social life of the city. However, it can be seen that the design decisions which are not built upon local date, can not fullfill all of the potentials of these spaces in terms of ecological values and social flows of the city. In spite of this, if urban open spaces designed with rational approaches like computational methods by taking into consideration of macro and micro-scaled environmental context, their contribution to the green infrastructure system draws attention. This study aims to propose an algorithmic landscape model which is based on local parameters to increase ecological performance of urban open spaces and support social flows at the local context. In this sense, the relations of ecology-based approaches among the design disciplines, and technology-based computational design methods attached great importance in terms of rationality of the landscape design. These computational design methods which were adopted as a study method, mostly called parametric or algorithmic design emerged with the parallel of the ecological awareness in global scale.In this manner, by combining the rationality of the computational design methods in the field of landscape architecture and the potentials of urban open space solutions can be evaluated together to find plausible solutions for various environmental problems within the dense urban core. For this reason, within the optimization modeling process, analysis stage was integrated into both the simulation and design process as a strong agent. Especially, this performance-based parametric model generatesan idea that it could be able to make a significant enrichment to urban open spaces' macro and micro values. From this point of view, the main purpose of this research is; analyzing and simulating the small-scaled surfaces within the dense structured pattern by using local data, and then generating various spatial design alternatives. Herewith this method, it was aimed to obtain an optimization system by using parameters which work with reciprocal and complex relations with micro-climate analysis, solar radiation, surface run-off, and usage movement flow simulations as performance-based system's inputs and outputs. Particularly, it is aimed to develop an algorithmic landscape model that is based on spatial configuration of the landscape elements such as, surface materials and vegetation types, for analysis and optimization of the specific public surfaces. With this respect, the optimization model as methodology comprises of 4 main stages.In the first stage, basically depends on data collection from aerial photos, base maps and site observations. After that, data validation, restoration of maps and then digitalization of data in the 2D and 3D way. The second stage is about the parametrization of the design inputs as `Design parameters` and `Restraining parametres` which sourced from analyses and simulations.And then at the third stage, design constraints that manage the parameters during the optimization process were followed. These are the restrictions and equations created as algorithmic relations between inputs and outputs.In the final stage of the modeling process, an optimization system that set with parametrization and creating the constraints stages was run. During the sampling areas' evaluation process of spatial configures, various positioning alternatives were obtained. All these alternatives are the testing results to find the accurate configuration of vegetation elements. At the end of the optimization process, one convenient spatial alternative was held for both sampling areas. As a result, by using these finalized solutions, spatially altered, ecologically and socially more optimized urban open spaces were attained.For testing this modeling method, two different open space were chosen as case studies which are actively used within the urban pattern. These cases are different from each other in terms of surface size and spatial usage characteristics, however, both of them are small sub-units of the green infrastructure system in the neighborhood scale in Fatih and Kadıköy districts. Fatih is historical center of Istanbul. In spite of its cultural diversity and historical background, the majority of the green areas were faded away beside the Ottoman gardens and small public parks. Sirkeci Park is one of these green areas, that located in Hobyar and Hocapaşa neighborhood. In addition to this, Moda Square is another case area located in Kadıköy district which is also has a historical background. In contrast, despite the fact that both Fatih and Kadıköy have densely urbanized pattern, Kadıköy district has much more green areas and vivid neighborhood life. To select these case areas, priorities were obtained as tracing the flow of dynamic social life and observation of the open space and user interaction. After that, model was developed by defining the field-specific data obtained from site observations for both of them. In this way, two urban spaces with different social and ecological characteristics were evaluated within the method. By comparing the results, it is aimed to get the basic inferences to determine urban open area typologies where ecological and usage performance can be optimized in the context of green infrastructure.This thesis which investigates the mentionel modeling methodology, includes five chapters. In the first chapter, a general outline of the study was introduced. In this chapter inlcudes the problem statement, goals, context, hypothesis and method of the study were explained.The second chapter mainly focuses on the literature which is comprised of three main sub-structures; green infrastructure(GI), performative design approaches, and computational design methodologies. This part focuses on the green infrastructure system and its links between sub-systems, which is centered on the ecologically-based approaches, are examined. Also, urban open spaces' morphological, ecological and social interactions within GI were valuated.In the third chapter of the research, contemporary design solutions and performative approaches in the design disciplines were addressed through the examples. Regarding this, the connection between the performance values of urban open spaces and landscape components is discussed in relation to parametric landscape design and it's computability.In the fourth chapter, the research approach and methodology were explained. This part basically includes a modeling process which constitutes four main steps and examination of the process of this modeling method up to creating a matrix.The fifth chapter is based on the examination and evaluation of the optimized spatial configurations of the sampling areas. The whole results that gained from both surfaces' four main states (empty, existing, optimized, final designed situations) and their evaluations come from analysis and simulations such as micro-climate, solar radiation, surface runoff, and usage movement flow. After all this determination of results, a comparative matrix is composed of both surfaces. These matrices are created to compare the results of each sampling area and their different spatial state's performances acquired from the optimization process as well as to cross foot checks between each other.The sixth and the final chapter includes outcomes of optimization process' comparisons and the modeling method assesment. This chapter mainlu focuses on determination of the method and its solutions to create more efficient open space designs in the urban context as a green infrastructure unit.It can be said that with this method some urban open space typologies can be evaluated, simulated and designed in a performative approach. Particularly, small-scaled mostly impermeable surfaces can enrich urban pattern in terms of green infrastructure by considering ecological and social values in terms of capabilities of ecological and social values in terms of green infrastructure systems. Starting from this result, this thesis aimed to show the importance of optimization of impermeable surfaces which covers large track of land within the metropolitan cities such as İstanbul. Consequently with this model it has been demostrated that effective configuration of landscape elements within the urban open spaces can increase ecological performance of urban green infrastructure at the lower level of organization.