Maatsystemen
Totstandkoming en gebruik in modulaire coördinatie Edwin Strik BTCD-2005
Inleiding Deze bijdrage aan de BTCD beslaat het gebruik van maatsystemen. In het bijzonder het maatsysteem zoals dat in Nederland is ontwikkeld ter bevordering van de ‘modulaire coördinatie’ in de bouw. Ik baseer mij voornamelijk op de ontwikkelingen die door de SAR en OBOM zijn gemaakt. Een van de belangrijkste speerpunten van deze onderzoeksorganen was en is nog steeds de ontkoppeling van drager en invulling, waarbij modulaire coördinatie in het bijzonder van belang is. Afspraken met betrekking tot maatvoering zijn voor de totstandkoming van een doelbewuste scheiding tussen
drager en invulling van groot belang. Een maatsysteem vervult bij deze maatvoering een essentiële rol omdat zo in alle fasen van het bouwproces de afstemming van dragerelementen op elkaar, en elementen voor de invulling ten opzichte van de drager, gecoördineerd kunnen worden. Voor de industrie (voor bijvoorbeeld onderdelen van de drager of de invulling) vervult het maatsysteem een zeer essentiële rol in het maken van afspraken; het maatsysteem maakt modulaire coördinatie tussen verschillende producenten mogelijk. De introductie van een maatsysteem leidt tot begrippen als ‘standaardisatie’ en ‘plaatsbepaling’ welke vervolgens leiden tot essentiële
kennis aangaande de totstandkoming van een architectuur op basis van dragerinvulling. Daarnaast biedt een maatsysteem belangrijke voorwaarden voor de industriële productie (= productie voor een markt en niet voor een opdracht) van onderdelen. Na een historische introductie van maatsystemen zal ik het gebruik van het maatsysteem zoals dat uiteindelijk tot onder meer de norm NEN2883 heeft geleid uiteenzetten. Afsluitend volgt een korte beschouwing van het nut, de noodzaak en mijn persoonlijke mening.
Historie Maatsystemen vervullen voor de mens al sinds wij bouwen een zeer belangrijke functie. Een van de oudste voorbeelden is Stonehenge, in Zuid-Engeland.(fig.1) Daar werd een maatsystematiek gehanteerd gebaseerd op de astrologische kalender. Deze maatsystematiek was van groot belang voor de bevolking, zij waren namelijk afhankelijk van de natuur en hun godsdienst; beiden, elementen die werden vertegenwoordigd door dit maatsysteem. Maatsystemen zijn lang afgeleid van in de natuur voorkomende verhoudingen zoals de gulden snede.(fig.2) Een dergelijk maatsysteem verleende een gebouw een orde waarvan men geloofde dat die communiceerde met het bovenmenselijke. In de loop van de tijd nam daarnaast de menselijke maat een steeds belangrijkere plaats in bij bouwkundige maatsystemen.
Fig 1. Stonehenge
Naast deze meetkundige systemen ontstond nog een ander soort maatsystemen, de rekenkundige systemen, gebaseerd op modulen. Veelal vormden de menselijke maten (antropometrische maten, zoals de ‘duim’ en ‘el’) hier de belangrijkste beginwaarden voor de modulen.
Maatsystemen ontstaan door het nut dat zij dienen en zij zijn bovenal een communicatie aspect. In eerste instantie voor de communicatie met het bovenmenselijke, later meer en meer voor mensen onderling. Doordat de modulen
Fig 2. Voorbeeld gulden snede
zorgden voor vaste aanknopingspunten konden mensen en ook verschillende vakdisciplines (zoals de metselaar en de timmerman) elkaar verstaan. Maatsystemen zijn in eerste instantie bijzonder lokaal. Doordat gemeenschappen in geslotenheid leefden voldeed het als er slechts binnen de gemeenschap een gelijke moduulmaat werd gehanteerd. Langzamerhand vind er echter een vergroting van handelsgebied,
productiegebied en materiaal diversiteit plaats; dit zorgt voor het langzaamaan gelijkschakelen van lokale maatsystemen, en later regionale maatsystemen tot een nationaal systeem. De laatste stap in de gelijkschakeling van maatsystemen is de overgang naar het metrische stelsel. Onder leiding van Napoleon vindt de unificatie van maatsystemen plaats tot een maatsysteem op basis van de meter (40-miljoenste deel
van de omtrek van de aarde), maar wel nog altijd naast de antropometrische maten van weleer. Vooral in de angelsaksische wereld past men nog zeer vaak de ‘inch’ (duim) en de ‘foot’ (voet) toe, vooral in de woningbouw. Een van de redenen die hiervoor wordt aangedragen is dat deze maten door hun ‘menselijke’ achtergrond beter aansluiten bij de verhoudingen die in het interieur van de woning gewenst zijn.
Maatsysteem voor modulaire coördinatie Ontwerpen en bouwen is beslissen over interacties tussen materialen en tussen ruimtes alsook tussen materiaal en ruimte. Dit verklaart de aandacht die onderzoeksorganen zoals OBOM aan modulaire coördinatie besteden. M.b.v. ‘modulaire coördinatie’ kunnen namelijk plaats en maat (=hoedanigheid) van materiaal en ruimte worden gereguleerd.
Coördinatie zorgt ervoor dat iedere maat ‘goed’ is mits logisch samenhangend met de maatstructuur die gekozen is. Een maatsysteem is dus een essentieel instrument bij de toepassing van modulaire coördinatie. Doordat alle afmetingen kunnen worden uitgedrukt in het gekozen stelsel van eenheden is het in principe voor iedereen mogelijk om met elkaar te communiceren.
‘M’-maat Het maatsysteem waarmee de SAR en OBOM werken is in eerste instantie gebaseerd op de ‘M’-maat (100mm/ 4inch). Deze ‘M’-maat is ontstaan uit een synthese tussen het Angelsaksischeantropometrische stelsel en het metriek stelsel en komt voort uit internationale afspraken over maatcoördinatie in de industrie. Naast de ISO basismoduul van 1M, de industriestandaard, is er de voorkeurmoduul (voor woningbouw toepassingen) de 3M maat.
Ruimteplan Voor het maatsysteem voor de vorming van woningplattegronden en dus de meest globale plaatsbepaling van materialen en de organisatie van ruimtes geldt een rooster van 3M als basis. De maat van 3M dient voor de plaatssprongen in het ruimteplan.
De eerste spelregel in het maatsysteem is dus een 300x300mm rooster waarop de bouwdelen van een gebouw, zoals verzameld volgens NEN2883 (de uitkomst van de onderzoeken van SAR en OBOM) in de vorm van ‘elementen groepen’, globaal kunnen worden ingetekend.(fig.3) Naast het grove onderscheidt tussen dragende constructieve elementen en nietdragende scheidingselementen is er voor ieder bouwkundig onderdeel (wanden, dak, gevel, openingen) een nauwkeurig omschreven elementengroep zodat deze elementen ook daadwerkelijk eenvoudig te plaatsen zijn op het rooster. Het dikke materiaal en de ruimtes worden tussen de roosterpunten getekend en het dunne materiaal wordt op de roosterpunten getekend.
Fig 3. het ruimteplan wordt getekend op een puntenrooster van 300x300mm. Daarbij worden ‘dikke elementengroepen’ tussen de roosterlijnen geplaatst en ‘dunne elementengroepen’ erop.
Materiaalplan Naast ruimtematen zijn er ook koppelmaten (25mm/1inch, oftewel 3/12M en veelvouden). Deze vormen de basis van het materiaalplan. De koppelmaten zorgen voor de coördinatie van de aansluiting tussen materialen nadat de plaatsbepaling in het ruimteplan is gebeurd.(fig.4)
Fig 4. k = koppelmaat. Rondom de roosterlijnen ontstaan ‘koppelzones’ van 25mm
Het grove rooster dat voor het materiaalplan wordt gebruikt is een directe afgeleide van het 3M rooster. Door de superpositie van twee 3M roosters 100mm ten opzichte van elkaar ontstaat een ‘bandrooster’ of tartangrid met ‘materiaal begrenzingzones’ van 4x25mm oftewel 4x 3/12M (= 1M). Naarmate er verder wordt ingezoomd kent dit rooster nog een verfijning, namelijk in de vorm van 25mm belijning rondom de 100mm band.(fig.5)
Fig 5. in opeenvolgende schaalniveaus wordt steeds duidelijker hoe de koppelmaat tot zijn recht komt
De tweede spelregel heeft dus betrekking op de locatie van de aansluitingen (koppelingen) tussen materialen. Voor bouwmuren, gevels en andere constructieve elementengroepen geldt dat deze geplaatst worden met de hartlijn in het midden van de brede zone (200mm) van het tartangrid zodat de buitenmaten in de smalle zone vallen waar de koppelmaat met 25mm verspringt. Zo wordt de maximale breedte van constructieve elementen 300mm(*).(fig.6)
Fig 6. voorbeeld ‘dikke elementengroep’, dragende muur. * Naast een max. dikte van 300mm is er ook de mogelijkheid om een halve roostermaat (150mm) op te schuiven (B)
Voor inbouwwanden en andere nietconstructieve elementen geldt dat deze in het hart van de smalle band worden geplaatst en daar dus een maatspeling hebben van 25-50-75-100mm.(fig.7)
onderscheidt kan worden gezien als een alternatief voor ‘voorlopig ontwerp’ en ‘definitief ontwerp’. In plaats van deze gebruikelijke scheiding leent de fasering in ruimteplan en materiaalplan zich voor
Fig 8. van ruimteplan naar het grove materiaalplan.
Fig 7.de ‘dunne elementgroepen worden op de roosterlijnen geplaatst
Fasering Fasering De behoefte bestaat om in een vroeg stadium van een ontwerpproces definitieve beslissingen te kunnen nemen. Voor de gewenste fasering die hier aan ten grondslag ligt wordt er in het maatsysteem van NEN-norm 2883 een helder onderscheidt gemaakt tussen het ruimteplan en het materiaalplan. Dit
het nemen van vroege beslissingen in de ruimtelijke uitwerking van het woningontwerp zonder dat hiermee meteen de detaillering en materialisering hoeven te worden vastgelegd. Er is hier dus geen sprake van een onderscheid in globaliteit van het ontwerp, het bekende inzoomen en uitzoomen, waarbij elke verandering in het grote of kleine schaalniveau directe consequenties heeft voor het andere schaalniveau, maar van een onderscheidt in besluitvormingsniveau. Het voordeel hiervan is dat de betrokken partijen voor het ruimtelijke ontwerp hun beslissingen kunnen nemen en overheidstoetsingen (bouwbesluit) kunnen ondergaan zonder dat er continue op de bouwtechnische consequenties hoeft te worden gelet. Darnaast is een bijkomend voordeel dat datgene wat het meest wijzigt in een ontwerp; namelijk de detaillering en produkt- / fabrikantkeuze onafhankelijk kan plaatsvinden van het ruimtelijke ontwerpproces. Hiermee is door een tweetal ‘spelregels’ een nieuwe capaciteit ontstaan voor het ontwerpproces en is dit daarnaast gebruiksvriendelijker geworden.(fig.8)
Koppeling De fasering van het ontwerpproces alleen succesvol zijn als er daarnaast eenduidige koppeling bestaat tussen ruimteplan en het materiaalplan. Vandaar dat het rooster voor materiaalplan een superpositie is roosters uit het ruimteplan. Door
kan een het het van het
ontwerpen met de opeenvolging van roosters ontstaat dus een ontwerpreeks. Deze ontwerpreeks laat een maximale ontwerpvrijheid met minimale modulaire hulpmiddelen in het ontwerpproces, door alle schaalniveaus heen. Uiteindelijk wordt met dit maatsysteem een regulering van het woningontwerp bereikt die wordt
gekenmerkt doordat materiaal en aansluitingen niet meer op elke willekeurige plaats hetzelfde gedrag kunnen vertonen maar dat dit slechts om de 3M (300mm) kan gebeuren. Met in achtneming van de 25mm koppelmaat is alsnog een behoorlijke mate van vrijheid in het ruimtelijke plan mogelijk.(fig.9)
Fig 9. van links naar rechts; 1:100 ontwerprooster ruimteplan, 1:50 bandrooster grove materiaalplan, 1:5 ontwerprooster materiaalplan (+ vormige lijn is 300mm grid en fijne stippellijn is bandrooster)
Nut en noodzaak Tegenwoordig leiden de vele ongecoördineerde oplossingen in het gebouwontwerp en in de bouwpraktijk vaak tot frustraties bij de verschillende partijen en tenslotte ook tot minderwaardige bouwkundige oplossingen. Doordat de tijd dat het aantal partijen op de markt nog klein was al lang voorbij is, en daarnaast het gebruik van standaard oplossingen niet meer vanzelfsprekend is, is het zaak om op gestructureerde wijze een methode te ontwikkelen die voor alle partijen het beste resultaat in zich kan dragen.
Het door de SAR en OBOM ontwikkelde maatsysteem leidt tot systematisering in de vorm van spelregels; dit leidt tot ‘gebonden vrijheid’. De grote hoeveelheid verschillende partijen op de
bouwmarkt zijn op de lange termijn gebaat bij deze vorm van gebonden vrijheid. Gezien in het licht van een architectuur van drager-invulling en het bijbehorende besluitvormingsproces waarbij ook nog de bewoner in grote mate betrokken wordt, kan modulaire coördinatie op basis van een gedegen maatsysteem een essentiële rol spelen. Mening Het is denk ik aan ieder voor zich, om te bepalen of de speelruimte die de 300mm ruimte- en materiaalsprong biedt voldoende vrijheid biedt. Door de koppelmaten en de mogelijkheid tot toepassing van 1,5M (de halve roostermaat) is er wezenlijk meer speelruimte dan met een sec 3M rooster, dit moet ook in acht worden genomen. Met inachtneming van de toenemende complexiteit van de bouwwereld door de participatie van de bewoner en de chaotische bouwpraktijken die aan de orde van de dag zijn lijkt het mij echter dat de beperking van de 300mm maat-
sprong in combinatie met de materiële verfijning door de koppelmaten een kleine prijs is voor een ontwerp en gebruikklimaat dat veel overzichtelijker en gebruiksvriendelijker kan worden, voor zowel ontwerper, bouwer als consument.
Literatuur • ‘syllabus modulaire coördinatie in de woningbouw’, cursus PDOB, TUDelft, 1983 • Aanpassen, oppassen, inpassen, Smets, D., groep Van Randen, TUDelft, 198? • De bouw uit de knoop, ter gelegenheid van afscheid A. van Randen, TUDelft, 1991 • Norm NEN2883, na 1977
