Donatı ve Çelik Profillerde Kesim Optimizasyonu ve Tasnifer

Kesim Optimizasyonunun Önemi

Betonarme yapılarda donatı, hem yapısal güvenlik hem de maliyet açısından kritik bir bileşendir. Donatıların projede belirtilen adet ve uzunluklara uygun şekilde yerleştirilmesi, yapının beklenen performansı göstermesi için büyük önem taşır.

Donatılar, dünya genelinde belirli standart boylarda üretilir ve ihtiyaç duyulan ölçülere bu çubuklardan yapılan kesimlerle ulaşılır. Ancak bu kesimler, çoğu zaman herhangi bir kesim planına dayanmadan demircilerin kendi tecrübe ve birikimlerine bağlı olarak rastgele yapılır. Bu plansız kesimler sonucunda proje ihtiyaçlarına tam olarak uymayan, kullanılmayan ya da yanlış kesilen parçalar ortaya çıkar. Bu atık parçalar “fire” olarak adlandırılır. Bu durum yapısal çelik projelerindeki profil kesimleri için de geçerlidir.

Kesilen parçanın projeye uygun şekilde yerleştirilmesi, yalnızca yapısal bütünlük açısından değil, aynı zamanda maliyetlerin düşürülmesi açısından da önemlidir. Oluşan fire miktarının azaltılması ve donatı kullanımının verimli hale getirilmesi, ancak kesim aşamasında yapılacak bir optimizasyon ile mümkündür [1]. Ayrıca, donatı ve yapısal çelikler hem yüksek maliyete sahip malzemelerdir hem de üretimleri ciddi ölçüde karbon salınımına neden olur [2]. Bu nedenle kesim sırasındaki israfı önlemek, sürdürülebilirlik hedefleri açısından da büyük önem taşır.

Donatı ve Profil Kesim Optimizasyonu, matematiksel optimizasyon yöntemlerinin kullanılmasıyla, donatı ve çelik profillerin kesim planlarının en az fire ile hazırlanmasını sağlayan bir süreçtir. Bu yöntem sayesinde maliyetler azaltılır, sipariş güvenliği sağlanır, iş gücü verimliliği artar, zaman yönetimi kolaylaşır, projede kalite güvencesi sağlanır ve çevresel etkiler en aza indirilmiş olur.

Kesim Optimizasyonu Neden Gerekli?

1. Maliyet Tasarrufu:

Projelerde fire oranı %5 civarında kabul edilse de bu oran uygulamada ortalama olarak %8-15 arasında gerçekleşmektedir. %1 fire oranı bile büyük projelerde yüzlerce ton donatının boşa harcanmasına neden olabilmektedir. Dünya genelinde yapılan çalışmalar şantiyedeki mevcut uygulamalar ile optimizasyon teknikleri kullanılarak yapılan kesimler arasında çok büyük farklar olduğunu ortaya koymuştur. Bu farklar genel olarak %5’in üstünde gerçekleşmektedir.

2. Karbon Emisyonunun Azaltılması:

1 ton çelik üretimi değişik hesaplama yöntemlerinefarklı değerler almaktadır. Hesaplarda bu değer 1,99, ton CO₂ emisyonunu olarak kabul edilmiştir [3]. Fire miktarındaki her azalma, dolaylı olarak karbon salınımının da azalmasını sağlar. Böylece çevreye olan olumsuz etki azaltılır.

3. Sürdürülebilir Yapılaşma Hedeflerine Katkı:

Yeşil bina sertifikaları (LEED, BREEAM vb.) ve karbon kredi sistemleri kapsamında, malzeme optimizasyonu bir avantaj olarak değerlendirilir. Fire azaltımı, bu sertifikalara uygunluk açısından da önemlidir.

4. Kaynakların Verimli Kullanımı:

Donatı ve yapısal çelik, geri dönüştürülebilir olsa da enerji yoğun malzemelerdir. Gereksiz üretimi azaltmak, enerji tasarrufu ve doğal kaynakların korunması açısından büyük fayda sağlar.

5. İş Gücü ve Zaman Verimliliği:

Kesim optimizasyonu sayesinde, şantiyede işçilik süresi kısalır, yeniden kesim veya ilave işlemler azalır ve yanlış kesimlerin önüne geçilir. Bu da proje süresini olumlu yönde etkiler. Ayrıca taşıma ve işçilik maliyetlerinden tasarruf sağlanır.

6. Önceden Tahmin Edilebilirlik

Geleneksel yöntemlerde kesim süreci başlamadan sipariş ve fire miktarını tahmin etmek zordur. Optimizasyon ile henüz kesim yapılmadan sipariş ve fire miktarı hesaplanabilir. Böylece stok yönetimi, sipariş planlaması ve maliyet öngörüleri daha net yapılabilir.

7. Projeye Tam Uyum

Şantiyede kesim sırasında donatıların projeye tam olarak yerleştirilmesi her zaman mümkün olmayabilir. Optimizasyon ile her kesilen parçanın hangi pozisyona ait olduğu önceden belirlenir. Bu da hem montaj sürecini hızlandırır hem de proje ile uyumsuzluk riskini ortadan kaldırır.

8. Dijitalleşme ve Sistem Entegrasyonu

Optimizasyon için kullanılacak program, ERP/MRP sistemleriyle entegre çalışarak üretimden tüketime kadar tam izlenebilirlik sağlayabilir. BIM (Yapı Bilgi Modellemesi) ile uyumlu çalışarak model tabanlı kesim planları oluşturulabilir.

Çözüm: Donatı ve Çelik Profil Kesim Optimizasyon Yazılımı: Tasnifer

Dünyanın birçok ülkesinde özellikle de son yıllarda donatı kesiminde verimi arttırmak ve karbon emisyonunu sınırlamak amacıyla fire optimizasyonu konusunda giderek artan sayıda çalışma yapılmaktadır. Bu amaçla Gaziantep Üniversitesi Teknokent bünyesinde faaliyet gösteren şirketimiz tarafından piyasanın ihtiyaçları doğrultusunda, paydaşlardan aldığımız geri dönüşler dikkate alınarak Tasnifer isimli bir donatı ve çelik profil kesim optimizasyonu yazılımı geliştirilmiştir.

Görsel 1: Tasnifer’den örnek ekran görüntüleri

Geliştirdiğimiz Tasnifer isimli bu program, literatürdeki örnekler ve şantiyelerde yaptığımız uygulamalarda çok sayıda projede denenmiş ve etkinliği kanıtlanmış bir programdır. Tasnifer, donatıların ve yapısal çeliklerin projeye özel olarak en uygun şekilde ve minimum fire ile kesilmesini sağlar.

Tasnifer’in başlıca özellikleri şunlardır:

• Web tabanlı çalışır, kurulum gerektirmez. Mobil cihazlardan da kullanılabilir.
• İnşaat donatılarının ve çelik profillerin kesimi sırasında oluşan fireleri minimize ederek kesim planları hazırlar.
• Elle veri girişine gerek kalmadan mevcut paket programlarından (ideCAD Betonarme, STA4CAD, Com Donatı, STASteel, ideCAD Çelik, Tekla Structures vb.) direkt metraj verisi alabilir.
• Kullanıcı tarafından hazırlanan Excel dosyalarından da metraj verisi alabilir.
• Her türlü yapı projesinde (bina, viyadük, köprü, su yapıları, stadyum, istinat duvarı, vb.) kullanılabilir.
• Projenin analizi sonucunda paket programlardan alınan detaylı metrajların Excel formatında indirilmesine izin verir. Böylelikle statikerler tarafından analiz bittikten sonra çizim editöründe yapılan değişikliklerin hesaba katılmasına imkan tanımış olur.
• Metraj dosyasından aldığı verileri sınıflandırarak parça bilgilerinin ve metrajların detaylı olarak incelenmesini sağlar. Kesimciler, şantiye şefleri, yapı denetim elemanları için eleman bazında kontrol imkanı tanır.
• Kesim sonunda elde kalacak firelerin listesini verir.
• Oluşturulan kesim planlarının PDF ve Excel formatında indirilmesine izin verir.
• Kesim planında her bir parçanın ait olduğu yeri gösterir.
• Sahada kesime başlamadan önce kesimle ilgili her istatistiği (verim, sipariş miktarı, fire ağırlığı vb.) gösterir.
• Proje bazlı ücretlendirme yapar. Oluşturduğunuz proje için ödeme yaparak projenin bütün kesim planlarına erişebilmenizi sağlar.

Donatı projelerinizde,

• İsteğe bağlı olarak, verimin düşük çıkmasına sebep olan kesimlerdeki donatıların hazır (özel) kesim sipariş verilmesine imkan sağlar ve böylelikle çok yüksek verimli kesim planları elde edilmesini sağlar. Kesimli sipariş edilecek parçaların listesini verir.
• Projede yer alan 12 metreden uzun donatıların bindirme boylarını kesim planında dikkate alır.
• 12 metreden farklı uzunluklarda üretilen donatılar için de kesim planı hazırlayabilir.
• Farklı kat, çap, yapı elemanı, donatı tipi ve uzunluk konfigürasyonları ile kesim planları hazırlayabilir.
• Kesim planı hazırlarken bir çaptan artan fireleri bir alt çapta uygun donatıların yerine kullanabilir.
• Kesim sonunda elde kalacak fire için dikkate alınacak en kısa boyun ayarlanmasına izin verir.
• İnşaat başlamadan kat bazında ve tüm yapı için hangi donatıdan ne kadar sipariş vermeniz gerektiğini hesaplayarak sipariş güvenliği sağlar.
• Kat ve çap bazında elde edeceğiniz verimi hesaplayabilir.

Çelik Profil projelerinizde,

• Her profil tipi için istenen boydan kesim yapılabilmesini sağlar.
• Her profil tipi için ayrı istatistik hesabı yapar.
• Önceki kesimlerden kalan parçaların stok kaydını tutar ve sonraki projelerde öncelikli olarak bu stokları kullanılabilir.

Görsel 2: Örnek kesim planından bir kesit

Tasnifer ile Elde Edilecek Kazançlar: Karşılaştırmalı Analiz

Aşağıdaki tabloda, literatürde [4-5] yer alan farklı projelerdeki donatı kullanım miktarları; sahada uygulanan geleneksel kesim yöntemleri ile optimizasyon sonucu hesaplanan sonuçlar karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Bu karşılaştırma, literatürdeki örnek projeler üzerinden yapılmış olup, Tasnifer programının gelişmiş “yerine kullanım” özelliği (bir üst çaptan artan donatıların bir alt çapta uygun yerlerde kullanılması) bu değerlendirmeye dahil edilmemiştir. Bu özellik kullanıldığında Tasnifer’in sağladığı verim, piyasada kullanılan benzer yazılımlara kıyasla çok daha yüksek olmaktadır. Tasnifer, mevcut donatı ve profil kesimi yapan basit yazılımlardan farklı olarak, çok daha kapsamlı algoritmalar ve çok sayıda gelişmiş özellikle donatılmıştır.

Aşağıdaki projelerde; teorik donatı miktarı, şantiyede demirciler tarafından kullanılan fiili donatı miktarı, uygulama ve optimizasyon verimleri, firedeki azalma oranları ve yapılan optimizasyonların karbon emisyonuna etkileri analiz edilmiştir.

Tablo 1: Değişik projelerde sahada uygulanan yöntemlerle ve optimizasyon sonrası elde edilen donatı kullanımı, verimlilik ve karbon emisyonu karşılaştırması

Proje	Teorik ağırlık (ton)	Şantiye (ton)	Tasnifer (ton)	Şantiye Verim (%)	Optimizasyon Verim (%)	Kâr (%)	Emisyonda azalma (ton CO₂)
1	240,20	261,70	248,60	91,78	96,62	5,10	26,07
2	99,70	130,40	124,60	76,46	80,02	4,45	11,54
3	145,67	169,50	156,60	85,94	93,02	7,61	25,67
4	113,00	123,00	117,86	91,87	95,88	4,18	10,23
5	114,46	141,00	137,20	81,18	83,43	2,70	7,56
6	135,43	163,00	158,75	83,09	85,31	2,61	8,46
7	82,24	96,40	91,21	85,31	90,17	5,38	10,33
8	75,06	90,00	84,66	83,40	88,66	5,93	10,63
9	92,25	118,00	110,17	78,18	83,73	6,64	15,58
10	95,58	109,00	107,06	87,69	89,28	1,78	3,86
11	99,62	122,00	111,55	81,66	89,31	8,57	20,80
12	10,44	14,82	11,27	70,45	92,64	23,95	7,06

Projeler incelendiğinde, bazı projelerde şantiyede çok düşük verim miktarları (%70, %76…) ile uygulama yapıldığı görülmektedir. Daha önce de belirtildiği üzere donatı kesimi genel olarak demircilerin insiyatifinde gerçekleştiğinden bu uygulamadaki verim, demircinin projeye uyma gayretine, bilgi ve tecrübesine bağlı olarak değişmektedir. İlgili projeler, projeye tam uyum söz konusu olduğunda ihale tekliflerinde dikkate alınan %3-5 gibi fire miktarlarına ulaşmanın çok zor olduğunu göstermektedir. İlgili projelerin tamamı göz önüne alındığında, optimizasyon teknikleri kullanılarak fire miktarı ortalama %6 civarında azaltılmıştır.

Bu çözümler, donatının şantiyede yerleştirilmesi aşamasında projeye uyum ve ekonomik çözüm arasında kalan müteahhitlerimizin ulusal ve uluslararası alanlarda rekabet üstünlüğü elde edebilmek için optimizasyon yazılımları ile donatı miktarlarını hatırı sayılır oranda düşürebileceklerini göstermektedir.

Global Ölçekte Etki

Dünya genelinde 2025 yılı itibarı ile 1 milyar 250 milyon tondan fazla donatı kullanılacağı öngörülmektedir [6]. Donatı tüketiminde yapılacak olan %5 iyileştirme ile CO₂ emisyonunda 188 milyon ton azalmanın sağlanabileceği bazı kaynaklarda belirtilmektedir.

Ulusal Ölçekte Etki

2022 yılı verilerine göre Türkiye genelinde yaklaşık 19,56 milyon ton donatı çeliği tüketilmiştir [4]. Ülke genelinde kullanılan donatılarda kesim optimizasyonu yapılarak %6 oranında bir tasarruf sağlanırsa, yaklaşık 1 milyon 173 bin ton çelik tasarrufu sağlanabilir. Bu miktar, yaklaşık 2 milyon 136 bin ton CO₂ emisyonunun önlenmesi anlamına gelir.

Dünyada ve ülkemizde her yıl artan donatı tüketimi ve buna paralel olarak artan yapısal çelik profil kullanımı da dikkate alındığında, Tasnifer gibi bir optimizasyon yazılımının sağlayabileceği tasarruf miktarının ve çevresel katkının önümüzdeki yıllarda daha da artacağı rahatlıkla öngörülebilir.

Sonuç

Dünyada ve ülkemizde donatı ve yapısal çelik üretimi ve tüketimi hızla artmaktadır. İnşaat projelerinde kullanılan donatı ve yapısal çelik miktarı 1 milyar tondan fazla gerçekleşmektedir. Optimizasyon teknikleri kullanılarak donatı ve yapısal çelikte kesimlerin kesim planlarına göre yapılması, donatı maliyetlerinde, işçilik giderlerinde ve karbon emisyonunda ciddi azalmalara sebep olmaktadır. Aynı zamanda yapılarımızın deprem dirençli hale gelmesi, donatıda sipariş güvenliğinin sağlanması, ulusal ve uluslararası alanda rekabet üstünlüğü sağlaması gibi çok önemli faydalarının da olduğu açıktır.

Kaynaklar

1. Ren, K. et al. (2023) ‘Research on cutting stock optimization of rebar engineering based on building information modeling and an improved particle swarm optimization algorithm’, Developments in the Built Environment, 13, p. 100121. doi:10.1016/j.dibe.2023.100121.
2. Cucuzza, R. et al. (2024) ‘Sustainable and cost-effective optimal design of steel structures by minimizing cutting trim losses’, Automation in Construction, 167, p. 105724. doi:10.1016/j.autcon.2024.105724.
3. Steel - rebar emission factor Climatiq. Available at: https://www.climatiq.io/data/emission-factor/5cd03b14-6840-47e2-af28-4f363a4a856d (Erişim tarihi: 26 July 2025).
4. Jassim, M. et al. (2021) ‘Trim Loss Optimisation for Construction Rebar Steel: Development of Decision Support System’, Academy of Strategic Management Journal, 20(5), 1-13.
5. Kamara, A. et al. (2022) ‘Optimization of reinforcement steel in building construction projects’, Available at: https://nce2022.ktimo.org/Content/images/dosyalar/c55e010d-2d77-4b40-aa9e-be7908e61191.pdf (Erişim tarihi:: 26 July 2025).
6. Widjaja, D. et al. (2024) Combined mechanical couplers and special-length-priority algorithm for reducing rebar consumption and cutting waste of beam reinforcement [Preprint]. doi:10.2139/ssrn.4703608.