Another Turkish translation from my Ph.D. The paper is titled “CAD Smart Objects: Potentials and Limitations”, presented by Magdy Ibrahim, Robert Krawczyk, and George Shcipporeit at the 21st eCAADe Symposium in 2003. It is a brief introduction to today’s CAD and BIM concepts. You can find this paper in CuminCAD’s database. Below is the Turkish version, which I translated in 2005:

CAD SMART OBJECTS: POTENTIALS AND LIMITATIONS
Magdy Ibrahim, Robert Krawczyk, George Shcipporeit

Özet

Yıllardır, BDT (bilgisayar destekli tasarım; Computer Aided Design: CAD) yazılımları, kullanıcı tarafından anlamlı semboller olarak yorumlanan ve dönüştürülen varlık (entity) nesnelerini temel almışlardır. Bu varlıklar, tasarımın sadece geometrik özelliklerini temsil ederken, onun ne olduğu, veya nasıl davrandığı gibi bilgileri göz ardı ediyordu. Yeni BDT sistemleriyle, bu bağlam, akıllı BDT nesnelerine dönüşmüştür. Akıllı nesneler, temsil ettikleri ile ilgili farklı türden bilgileri beraber taşımaktadır; geometri, malzemeler, özellikler, fiyat ve üretim yeri gibi; teorik olarak gereken tüm bilgi buna dahil edilebilir. Bu durumda yeni nesne üretimi, eskisinden daha çok programcılık gerektiren bir iş halini almıştır. Bütün bu zorluklar, yeni bir öğrenim metodunun habercisi olarak, mimarlık öğrencilerinin sadece BDT yazılımlarını kullanmayı değil, aynı zamanda bu yazılımları nasıl kendi tasarım amaçlarına göre değiştirebileceklerini sorgulayan meseleleri gündeme getirmiştir.
Anahtar sözcükler: BDT, nesneler, nesne tabanlı programcılık.
Bina Bilgi Modelleri: Yeni BDT Bağlamı
BBM, Bina Bilgi Modelleri anlamına gelmektedir (Building Information Modeling: BIM). Aslında BBM tabanlı BDT yeni bir kavram değildir. Bu kavram, sayısal olarak bir yapının ifade edilişinin en ideal biçimi olarak öngörülmüş, ancak yakın zamana kadar, ticari yazılımların ana konu başlıkları içerisine girememişti (kısmen kişisel bilgisayarların gelişim süreci nedeniyle). Graphisoft’un ArchiCAD Sanal Bina (Virtual Building) bağlamını taşıyan yazılımı, bina modeli konusunda çalışan ilk ticari yazılım olmuş, bunun arkasından yeni bağlamın çevresinde çok sayıda BDT yazılımı geliştirilmeye başlanmıştır. Nesne tabanlı (object oriented) programcılık da yeni bir kavram değildir: C++ ile yazılmış tüm uygulamalar nesne tabanlıdır ancak BDT endüstrisinin bu kavramı bina parçalarına uygulaması biraz zaman almıştır. Yapı endüstrisi geleneksel olarak, yapı inşaatı hedefli iletişimi, mimari çizimler, notlar ve şemalar kullanarak yapmaktaydı. BDT teknolojisi bu süreci otomatikleştirdi. Bu sebeple erken BDT yazılımları ile elle yapılan çizimler birbirlerine çok benziyordu; ikisi de yapılacak yapının geometrik soyutlamasından ibaretti. Bu sistemler, yapının sadece iki boyutlu çiziminin kağıda aktarılmasını amaçlamaktaydı ve yapı hakkında saklayabildikleri bilgi sınırlı miktardaydı. Yeni teknolojiyle üretilen BBM tabanlı BDT nesli ise nesne tabanlı BDT’ın tüm olanaklarını kullanmaktadır. Yeni nesil bilgi merkezli (information centric) yazılımlar, bina geometrik modeli yerine bina bilgi modelini sunmaktadır.
BBM, dijital veritabanları üzerinde çalışmaktadır. Bu sistemler, bina bilgisini veritabanları halinde saklayarak ve yöneterek, bilginin kişiye özel olarak (tasarımcı, inşaat mühendisi ve bina kullanıcısı) tespiti, yönetimi ve sunumunu mümkün kılmaktadır. Bu tür yazılımlar, işe bina hakkında bilgiyi toplayarak ve yöneterek başlar, sonuçta ise, bu bilgiyi gerek geleneksel mimari proje çizimi halinde, gerekse diğer farklı ifade yollarıyla (tablolar, perspektif görünüşleri) sunarlar, ve tasarımın her aşamasında bu özelliklerini korurlar (AutoDesk 2002).
BBM tabanlı BDT’ın gelişiyle yeni bir nesne kavramı da gelişmiştir. Bunlar, sadece programlanmış nesneler değil, aynı zamanda mimar için özel anlamlar taşıyan nesnelerdir. Gerçek dünya nesnelerini temsil eden bu nesneler, artık mimar için anlaması kolay fiziki dünya soyutlamalarına sahipti (Ruppel, Meissner, and Bernd M 1993). BDT sistemindeki bir duvar nesnesi, gerçek dünyadaki bir duvarı, kapı da gerçek kapıyı simgelemektedir. Nesneler sayesinde, nesne tabanlı BDT’ın tüm standart kavramları uygulamaya geçmiş olur. Nesnelerin özellikleri, metodları ve olayları (actions) vardır. Nesne modelinin avantajı, nesnelerin taşıdıkları özellik veya metodların artırılabilmesine olanak sağlamasıdır, bu bakımdan AutoCAD’in “block” özellikleriyle karıştırılmamalıdır. Varlıklar, nesnelere karşı… Bilgisayar bilimlerinin bakış açısından nesneler, hem bir işlemi gerçekleştirmek için gereken komutları ve veriyi içeren bağımsız prosedürlerdir, hem de kendisine iletilen mesajları derleyebilecek program kodlarıdır (Morris 1999).
AutoCAD, C++ ile yazılmış nesne tabanlı BDT yazılımı olarak, genel nesne kavramını taslark çizim elemanları (drafting elements), veya çizgi ve yay gibi ilkel çizim nesneleri (drawing primitives) üzerine kurmuştur. AutoCAD, kendisi bir nesne tabanlı yazılım olmasına rağmen, sunduğu nesneler sadece grafik nesneler, ya da “varlık”lardır. Bu tür nesneler, program nesnelerinin tüm kavramlarına sahip olmalarına rağmen, genellikle bina hakkında kolay anlaşılabilir ve yüksek düzeyde sembolik bilginin temsilini çizmek amacıyla kullanılmıştır. Mimar, BDT’ı fiziki çizimlerle tam olarak aynı anlamda yapmalıdır. Aynı çizim mirasını kullanarak, çizimin elle yapılması taklit edilerek bilgisayarın çizim sistemi oluşturulmuştur. Hatta, bir sembol kütüphanesi olan AutoCAD block’ları da eski kullanımındaki soyut biçimleriyle ve neredeyse eski yöntemdeki çizim şablonlarının kullanımıyla aynı özellikleri taşımaktadır. Bu çizim varlıkları, sadece temsil ettikleri gerçek nesnelerin geometrik ifadesini içermekte, o nesnelerin ne oldukları, nasıl davrandıkları ve birbirleriyle nasıl iletişim kurdukları ile ilgili hiçbir bilgiyi taşımamaktaydı. Kendileri hakkında daha fazla bilgiyi taşıyabilen, özellikleri olan block’lar ve onların diğer BDT paketlerindeki benzerleri haricinde, bütün bu varlıklar, sadece temel çizim koleksiyonlarından ibaretti. BDT sistemlerinin BBM nesli ile birlikte, gömülü bilgi (embedded information), geometriyi, malzemeleri, özellikleri, kod ihtiyaçlarını, üretim prosedürlerini, fiyatı, üreticiyi, satıcıyı ve nesnenin nasıl kullanıldığı ile ilgili bilgiyi ifade edebilmektedir. Akıllı nesne olarak bir kapı, duvar nesnesi ile olan ilişkisini anlamakta ve tasarımcıya büyük kolaylık sağlayacak şekilde tepki vermektedir. BDT akıllı nesnelerinin, projenin üretim aşamasındaki kullanım potansiyeli daha da çekicidir. Mimar, kullandığı nesne ile ilgili tüm bilgiyi vermek zorunda olmadığından, nesnenin boş bırakılmış, bilgi girişini bekleyen özellikleri olabilmektedir. Sonuç olarak, şematik tasarım aşamasında, bir nesne mimar için sadece sembolik bir temsili ifade ederken, projenin tasarım aşamalarının gelişmesiyle ve bina hakkında kararlar alındıkça, bu yarı-tanımlanmış nesneler daha net tanımlı hale getirilebilirler. Üretim aşamasına gelindiğinde, nesneler tam bilgi ile yüklüdür, binanın üretim maliyeti ve malzeme hesabı bir tuş mesafesindedir. Bina veritabanında yapılacak tüm değişiklikler, eşzamanlı olarak mimarın sorumlu olduğu tüm dökümanlar setine: planlara, görünüşlere, kesitlere, çizelgelere ve malzeme faturalarına da yansıyacaktır. Her türlü mühendislik analizi de gerçekleştirilebilecektir. Bütün bunlar, mesleği nasıl değiştirecektir?

Akıllı BDT nesneleri kavramı, dikkate değer olmakla beraber, olumsuz anlamlara da gelebilmektedir:

1. Usta-Çırak İlişkisi ve BDT
Daha önceden ilan edilen bir akıllı nesne modeli (Eggink, Gross, and Do 2001) nesnelerin sınır durumlarına göre kendi parametrelerini değiştirmelerini önermiştir: bir nesne olarak bir kiriş, geçtiği açıklığa göre kendi kalınlığını tespit ederken, açıklık değiştikçe kalınlığını da değiştirmeliydi. Bu türden akıllı davranışlar günümüzün BDT yazılımlarında henüz uygulanmamakla beraber, gelecekte beklenen gelişme bu yönde olacaktır. Bir başka örnek olarak, bir kapı nesnesi, ait olduğu odanın işlevi hakkında edindiği bilgiye dayanarak yangın durumu için kendi sorumluluk düzeyini otomatik olarak hesaplayacaktır. Teorik olarak, bu başarılamayacak bir iş değildir, ve projenin her aşaması için kalite kontrolünü kolaylaştıracaktır.
Yeterince geliştirilmiş BDT nesneleri, gömülü bilgiyi mimar için birincil referans haline getirerek, mimarlık pratiğinden türemiş usta-çırak modelinin önemini azaltmaktadır. Genç mimar, bilgisayar onun için geri besleme yaptığı sürece, kendisinden kıdemli kişilere teknik destek açısından eskisi kadar ihtiyaç duymayacaktır. Bu bizi, yardıma ihtiyacı olmayan, işleri daha hızlı ve hatasız tamamlayan yeni bir tür tasarımcıya mı götürecektir? Ancak bu durum, tasarımcı adaylarının problem çözme becerisinin gelişimini ve çalışma sahasındaki usta-çırak ilişkisini, gerek firmalar içindeki terfi ediş, gerekse profesyonel mimarlık eğitiminin kendi içinde nasıl etkileyecektir?
2. Özelleştirme (Customization)
Bir tasarım firması için, bu çeşit bir teknolojinin kullanımı, değişimleri koordine etmek için gereken zaman ve kaynaklardan tasarruf etmek anlamına gelir. Dış referanslar ve çizim üretimi otomatikleştiren kod yazımı gibi günümüzün gelişmiş BDT yöntemleriyle bile, BBM tabanlı BDT’ın sağladığı kesinlik ve kolaylık elde edilemezdi. Bu durum, bizi BDT paketlerinin kişiselleştirilebilmesi sorununa götürecektir. Pekçok firmadaki teknik destek birimleri tekrarlanan görevleri kolayce otomatikleştirebilir, ve üretim için kullanışlı araçlar geliştirebilirler. Akıllı nesnelere dayanan yeni BDT cinsi ile, eski ve daha basit olan varlık tabanlı sistemlerin özelleştirilme kapasitesi soru işareti oluşturacaktır. Önceden görülebilen, yazılım ne kadar karmaşıklaşırsa karmaşıklaşsın, aynı ölçüde özelleştirme gerekecektir. Günümüzün karmaşık sistemleri için bu imkansız değil ama daha zor olacaktır.
3. Nesnelerin Evrimi
Tasarım sürecinin değişik aşamalarında nesneler nasıl tanımlanacaktır? Şematik tasarımdan başlayarak, bu nesnelerin ileride doldurulacak boş özellikleri bulunmalıdır. Bu özellikler gerektiğinde dinamik olarak eklenebilecek midir? Nesneleri, gerektiğinde taşıdıkları bilgiyi genişletebilecek kadar dinamik kılmak mümkündür ve değişik tasarım aşamalarında bilgi ile dolan konteynerler gibi olacaklardır. Ancak bu, daha önceden belirlenmiş parametreler setiyle sınırlı olmamalıdır, gerektiğinde daha çok parametre eklenebilmelidir. Mimar, nesneye sadece yazı içeren tanımlarla değil, parametrelerle daha fazla özellik ekleyebilmelidir. Günümüzde BDT sistemleri geliştirenler, bu konuya değinmemektedir.
4. Yenilik ve Yaratıcılık
Akıllı nesneler standart olmayan kullanımlara izin verecek mi? Akıllı nesne kavramı, mimara birbiriyle uyuşmayan parçaları bir araya getirme izni veremeyebilir. Bu durum yenilikleri nasıl etkileyecektir? Önceden tanımlanmış, dikdörtgen biçimindeki kapı boşluğu nesnesi normaldir, ancak ya diğer kapı şekilleri? Günümüz yazılımları, mimarın kendi alışılmamış nesne tiplerini üretmesine izin vermemektedir. Frank Gehry, kendi pratiği için uygun BDT paketi olarak CATIA (mimari olmayan, ürün geliştirmede kullanılan gelişmiş bir CAD sistemi) kullanmıştır. Mimarlar için çok yönlü ve mimarlara özel olarak yapılmış, nesneler üzerinde özgürce kullanım sağlayan işlevlere sahip bir yazılım yoktur. Tasarım firması içindeki destek birimlerinin, geleneksel olmayan kavramları parametre olarak yazılıma eklerken neleri bilmeleri gerekecektir?
5. Yazılım Endüstrisine Bağımlılık
Firmalar yeni nesneleri kolayca ekleyemeyecekse, piyasaya paketin yeni bir versiyonunun çıkmasını mı bekleyecekler? Cevap, evet’tir. Bu şu anda olanı tanımlamaktadır, Autodesk ADT içinde bir perde duvar tanımı beklenirken, diğer yazılım kuruluşları da, bunu gerçekleştirerek piyasada müşterilerine güç kazandırmaya çalışmaktadır. Kullanıcıların çıkarı düşünüldüğünde bu tür rekabetlerin sağlıklı olduğu söylenebilir, ancak aynı zamanda, üretilecek aracı bekleyen kişi de bir mimardır ve yeni özelliği katabilmek için daha fazla para vermesi istenmektedir. Gelecekte bu sistemler çoğu amaç için yeterli olgunluğa ulaşacaktır, ancak her zaman gözden kaçmış özel durumlar söz konusu olacaktır.
6. Mimarlık Eğitimi
Mimarlık öğrencisi, araçlardaki bu değişime ayak uydurmak için farklı biçimde eğitilecektir. Bu eğitim, sadece aracı kullanabilmek için değil, onun potansiyellerini ve sınırlarını anlamak, ve hepsinin ötesinde, bilgisayar ortamındaki bu araçların programlama teorileri hakkında fikir sahibi olmak için yapılacaktır. Bu öğrenciler, böyle sistemlerin her iki uçta: mimar ve IT desteği olarak kullanıcısı olacaklardır. Bu, mimarlık okullarında daha fazla programcılık dersleri ve destek birimi olma potansiyeli artan mimarlık öğrencileri anlamına gelmektedir. Geleceğin tasarımcısı sadece BDT yazılımı kullanmada uzman değil, aynı zamanda programlama ve yazılım geliştirme konularında da uzman olacaktır.
Kaynakça
AutoDesk, (White paper): 2002, Building Information Modeling. Autodesk Building Industry Solutions. San Rafael, CA: Autodesk, Inc.
Beucke, K., & Rang lack, D. (June 1993). Computing with objects: What does industry hope to gain from it. In Louis F. Cohn, Computing in civil and building engineering: Proceedings of the Fifth International Conference (V-ICCCBE) Anaheim, California: The American Society of Civil Engineers.
Eggink, D., Gross, M. D., & Do, E. (29-31 August 2001). Smart Objects: Constraints and Behaviors in a 3D Design Environment. In Hannu Penttilä, Architectural Information Management: 19th eCAADe Conference Proceedings Helsinki (Finland): Helsinki University of Technology (HUT). (Pp. 460-465)
Hartmann, D., Fischer, A., & Holéwik, P. (June1993). Object Oriented Modeling of Structural Systems. In Louis F. Cohn, Computing in civil and building engineering: Proceedings of the Fifth International Conference (V-ICCCBE) Anaheim, California: The American Society of Civil Engineers. (Pp.78-85)
Autodesk Revit. (White paper). The Parametric Building Modeler: Answers to TechnicalQuestions.
Morris, S. (1999). Object-Oriented Programming for Windows 95 and NT. Digital Press.
Revit. (White Paper). The AEC Technology Platform Question.
Rudolph, D. (December 1999). Mastering AutoCAD 2000 objects. Alameda, Calif: Sybex.