Yapay Zeka Ve İnşaat Mühendisliği

Yapay Zeka Nedir?

İnşaat mühendisliğinde yapay zeka konu başlığını inşaat mühendisliği açısından detaylandırmadan önce yapay zeka kavramını  açıklamanın daha faydalı olacağını düşünüyorum. Yapay zeka genel anlamda; insanlar tarafından üretilip, makinelere yüklenen kendi kendine öğrenme yeteneği ile sorun çözme ve bağdaştırma gibi insani bilişsel özelliklere sahip akıl örnekleri ya da akıllıca yazılımlar üretmenin yolu olarak tanımlanabilir.

Yapay zeka teknolojisi 1950’lerde gelişmeye başlamış, 1970’lerden sonra önemi artmış ve 1990’larda bilim dalı haline gelmiştir. Bu teknoloji insan zekasının çalışma prensiplerini kopyalamak ve onu taklit etmek şeklinde de açıklanabilir. Yapay zeka çoğu bilim dalında uygulama sahası bulunmuştur. Bilgisayarlar insan beyninin yerini tutmasa da, insan beyni bilgisayarla daha güçlüdür.

Yapay Zekanın Çalışma Prensipleri

1. Doğrudan insan beyninin çalışmasını modelleyen yapay zeka yöntemleri (yapay sinir ağları)
2. Uzmanların düşünce biçimini modelleyen yapay zeka yöntemleri (uzman sistemler)
3. İncelenen problemlerdeki olguları modelleyen yapay zeka yöntemleri (olguya dayalı açıklama)

Yapay Sinir Ağları

İnsan beynindeki nöronların, değişik geometri bağlantısıyla birbirine bağlayan yapay nöronlar ile taklit edilmesine dayanan karmaşık sistemlerdir. Gerçek sinir sistemindeki en küçük bilgi işlem elemanı nörondur. Yapay sinir ağında ise en küçük bilgi işlem ünitesi transistördür. Gerçek sinir sistemi biyokimyasal enerjiyi kullanarak işlem yapar. Yapay sinir ağında, işlemler elektrik enerjisi tüketilerek yapılır.

Uzman Sistemler

Uzmanların düşünce biçimini taklit ederek, özelleşmiş bir alanda önemli problemleri çözmeye yönelik yazılımlardır. Veri tabanı ile çalıştıklarından, felsefi sisteme benzetilebilirler. Uzman sistemler, uzman kişilerin problem çözme yeteneğine sahip, bilgi tabanlı sistemler olarak tanımlanırlar.

Olguya Dayalı Açıklama

Beyin ve düşünce taklidi yerine incelenen olayı taklit etmeye yöneliktir. Dış dünyayı algılama konusunda söylenen,  “gözler bakar, beyin görür ” ifadesi sanki bu yöntemi tanımlar niteliktedir. Geçmişte yaşanmış veya yaşanmakta olan bir olayın verilecek kararlar için kullanılmasıdır. Başarılı olması için gözlemci olay hakkında önceden fikir sahibi olmalı ve konuya yeterince konsantre olmalıdır. Örneğin gökkuşağına bakan bir kimse, eğer ışık teorisi ile ilgili bir parça bilgiye sahip değilse gördüğü değişik renlerin ne anlama geldiğini bilemez. Olayı yorumlayamaz. Oysa bir fizikçi, bu olayın, güneşin değişik dalga boylarına göre değişen, farklı kırılma indislerinden kaynaklanan bir renk ayrışması olduğunu, biraz düşününce anlayabilir.

Yapay Zeka Yöntemlerinin Amaçları

• Bilimin gelişmesini, yapay-doğal zeka ikilisi ile hızlandırmak
• Robot teknolojisini geliştirmede kullanmak
• Tıp alanında karışık durumlarda karar vermek
• Optik algılama bazında renk ve nesne tanımlamak
• Bilgisayarları akıllı hale getirerek onları iyi bir yardımcı yapmak
• İnsan beyninin işlevini ve zekayı oluşturan prensipleri anlamak
• Sinir sistemini oluşturan canlı doku hakkında bilgi edinmek
• Tercüme ve tehlikeli ortamda insan yerine geçecek bir yardımcı elde etmek
• Askeri alanda, değişik durumlar karşısında çabuk karar vermek gibi sayılamayacak kadar çok alanda kullanılabilir ve kullanılmaktadır.

İnşaat Mühendisliği Alanında Yapay Zekanın Kullanılması 

Dünya üzerindeki işgücünün ortalama yüzde 7’si inşaat sektöründe çalışıyor, bu alanda yapılmakta olan harcamalar yıllık toplamda 10 trilyon dolara ulaşıyor. Bu açıdan bakıldığında en önemli sektörlerden biri olmasına rağmen yapay zekanın bu sektöre daha ağır entegre olduğunu gözlemliyoruz. Piyasadaki çoğu sektörde kullanımı hızla yaygınlaşmaya devam eden, işleri kolaylaştırması, maliyetleri düşürmesi gibi artı özellikleriyle ön plana çıkan yapay zeka, inşaat sektöründe henüz yeni yeni baş gösteriyor, önümüzdeki yıllarda hızlanması beklenen yapay zeka projelerinin yoğun ilgi göreceği açık. Kağıda dayalı işten dijital iş akımına geçiş ile amaçlanan daha akıllı, güvenli ve verimli çalışmalara ulaşmak kolaylaşıyor. Yakın zamanda yapay zekanın her sektörde aktif kullanımı bir gereklilik haline gelecek, günün sonunda alanda ilerleme kaydeden sektörler modern dünyaya ayak uydurabilecek.

İnşaat Mühendisliği Alanında Hangi Yapay Zeka Teknikleri Kullanılıyor?

1. Yapay sinir ağları yukarıda da bahsedildiği üzere doğrudan insan beyninin çalışmasını modellediğinden,  mevcut örnekler üzerinden oluşturduğu genellemeler neticesinde herhangi bir problem hakkında girdi çıktıya uygun daha önce görülmemiş çözümler üretebilir. İnşaat mühendisliğinde yapılan çalışmalarda avantajı, bir değişkene bağlı diğer bağımsız değişkenlerin etki derecesinin kolayca bulunmasını sağlayarak deneysel verilere yakın ve yeterli sonuçlar vermesinin yanında yeni değerler üretebilmesi. Algoritması genellikle kara kutu olarak adlandırılan YSA kompleks ve doğrusal olmayan sorunların çözümü için ideal. Proje bütçesi gibi birçok etmene bağlı faktörde her elemana uygun ağırlıklar atanmasıyla en doğru tahminlerin elde edilmesini sağlar.
2. Bulanık Mantık (Fuzzy Logic): Bilgisayarın dili 0 ve 1’ler, tabii ki yapay zekaya da hakimler. Klasik mantıkta 1 değerini alan nesne küme elemanı, 0 ise değildir ve yalnızca 1 ve 0 vardır. Ancak bulanık mantıkta 0 ve 1 arasında değişebilen değerler üyelik işlevini oluşturur ve bulanık mantık bir gri bölge sunar. Günlük hayattan örnek vermek gerekirse, suya yalnızca sıcak veya soğuk demeyiz, çünkü sıcaklığın belirli bir derecesi vardır. BM’de belirsizlik bu durumu temsil eden üyelere atanan fonksiyon ile belirlenir. En büyük önem derecesindeki öğe 1 değerindeyse geri kalanı 0 ve 1 arasında değişim gösterir. İnşaat mühendisliği uygulamalarında temel kullanım avantajı içsel bağımlılık ve yapının doğrusal olmayan bir davranışını tanıtma yeteneğine sahip olması.
3. Sinirsel – Bulanık Sistem (Neuro Fuzzy): Verilerden bulanık sistem oluşturma tekniğine sahip, örneklerden öğrenerek bu sistemi geliştiren bir teknik. Kısaca bu teknikte bulanık sistem ve öğrenme algoritması için sinir ağı teorisi bir arada bulunuyor.
4. Genetik Algoritmalar: Doğal seçilim ilkesine dayanan; seleksiyon, çarprazlama, mutasyon gibi operatörlerin kullanıldığı sayısal iyileştirme yöntemi. Bağımsız parametreler kromozomlar içine kodlanır. Yapıların her anlamda optimizasyonunda avantajlı hesaplama sonuçlarına ulaşmak mümkündür.

Yapay Zeka Yapı İnşa Sürecinin Hangi Alanlarında Kullanılabilir?

• Maliyet Aşımının Önüne Geçiş, Planlama ve Uygulama: Yapılacak sözleşme türünü seçen, proje büyüklüğünü belirleyen, yöneticilerin yetkinlik düzeylerinin ölçümünü yapan ve öngörülen maliyetleri hesaplayan yapay sinir ağları sayesinde proje en gerçekçi halinde, zaman ve maliyet açısından tasarruflu planlanabilir. Projelerde gerekecek bütçeleri öngören bir sistem yardımıyla ileride oluşabilecek sorunlar güçlendirilmiş öğrenme sayesinde büyümeden çözülebilir. Kalite yönetimi, proje programına göre yeterli sayıda işçinin ve teçhizatın ayarlanması, materyal tanıma programı sayesinde inşaat alanlarında kullanılan nesnelerin tamamının robotların belleği tarafından tanımlanmasıyla kolaylaştırılabilir.

• Modelleme, tasarım, optimizasyon: Her zaman için daha iyiyi hedefleyen projelerde aynı proje için oluşturulacak sonsuz model kombinasyonu ve alternatifi değerlendirerek istenen tasarım en optimize haliyle seçilebilir. Önceki yıllarda yapılmış çalışma verilerini inceleyerek bunları kategorilere ayırmak insanlar için zorlu, uzun ve meşakkatli bir işken makine öğrenimi ile anlamlı bilgiler oluşturmak birkaç saniyeyi alıyor. Böylece yeteri kadar iyi düzenlenmemiş bu tip verileri analiz etmek, verimlilik sağlamak, ekipman ve işçi konumu değerlendirmek, hangi alanın yeterli hangisinin yetersiz olduğunu belirlemek gibi süreçler hız kazanıyor.

• İş güvenliği ve verimlilik: Proje yöneticileri yüz tanıma, kameralar ve benzeri teknolojilerin kullanımıyla şantiye çalışmalarını gerçek zamanlı olarak da izleyebilir, çalışan ve çalışma verimliliğini, prosedüre uygunluğu değerlendirebilir. İş kazaları ve bu kazalar sonucunda yaşanan işçi ölümleri inşaat sektöründe diğer sektörlere kıyasla 5 kat daha fazla. Bir yapay zeka uygulaması ile inşaat alanında oluşabilecek riskler minimuma indirilip güvenlik önlemi almayan işçiler, iş güvenliğine ve belirlenmiş kalıplara aykırı düşen durumların tespitiyle çalışanlar görüntü analizi sayesinde uyarılabilir. Risk derecelendirmesi bu program vesilesiyle kolaylaşırken erken önlem alma imkanı da artacaktır. Ayrıca giyilebilir sensörler yardımıyla işçilerin yeri belirlenerek oluşabilecek düşme riski gibi kazaların da önüne geçilebilir.

• Risk kontrolü: Herhangi bir inşaat projesinde birçok disiplin bir arada çalışma yürütür, bu sebeple ortaya çıkabilecek problem sayısı tek bir alanda çıkabilecekten çok daha fazladır. Bu sorunların oluşturabileceği riskler tespit edilip durumun en iyi şekilde yönetilmesi için o onlarca madde içeren kontrol listesi formlarını doldurmaktansa tek bir fotoğrafla tüm değerlendirmeyi yaparak riskleri önceden anlayacak, olası yaralanma ve ölümlerin önüne geçecek altın değerinde bir yapay zeka programı neden yaratılmasın?
• Yaşayan ev, bina ve şehir: Geleneksel evlerin dijitalle harmanı, makine öğrenmesiyle işlenerek şimdilerdeki akıllı ev, bina ve şehirlerimiz ileride dil işlemeyle yaşıyor hale getirilmesi mümkün. Bina enerji performansı, yani yeni binaların ve mevcut binaların enerji verimliliği bina ömrü ve performansı ile bağlantılı olarak arttırılabilir. Isıtma ve soğutma sistemlerinin periyodik olarak kontrol edilmesi gibi, beklenen düzeyde konfor ve işlevselliğin sağlanmasıyla binaların verimliliği arttırılabilir. Bunlar dışında yaşanılan evden beklentiye göre sağlık kontrolünden düzene birçok alanda çözümü içinde bulunduran ev ile entegre yazılımlar projelerde yer alabilecek.

• Enerji tasarrufu: Yapay zeka uygulamaları gibi yenilikçi bir yol ile enerji ve kaynakların bilinçli kullanılması yolunda ilerleyerek birçok sektörde enerji tüketim oranlarının azaltılmasıyla enerji verimliliği arttırabilir. Otonom inşaat makineleri güneş enerjisiyle çalışarak elektrik ya da benzin gibi enerjilere gerek duymadan çalışırsa çevreyle uyumluluk da artacaktır.

Kaynaklar / References

• TUZCUOĞLU H., Yapay Zeka Teknikleri, Depremde Kullanılması Ve Küme Kavramları, 2003
• Kariyerce