青年人手工提举操作质量限值研究

史冀鹏，徐红旗，倪维广，李宗震，张 欣

（1.东北师范大学体育学院，吉林长春130024；2.吉林大学体育学院，吉林长春130012；

3.中国标准化研究院，北京100088）

青年人手工提举操作质量限值研究

史冀鹏1，徐红旗1，倪维广2，李宗震1，张 欣3

（1.东北师范大学体育学院，吉林长春130024；2.吉林大学体育学院，吉林长春130012；

3.中国标准化研究院，北京100088）

采用心理物理学法，通过获取最大可接受质量（MAWL）、心率与用力感受自我评分等参数，研究了健康青年人不同提举参数组合下的手工提举能力.结果表明：提举高度、提举频率与水平距离3个提举参数及其交互作用均能显著影响青年人的提举质量，提举质量随3个参数的增加而降低；提举在相同任务中，男女的生理反应与身体各部位的用力程度存在差异.［关键词］ 最大可接受质量；质量限值；手工提举操作；下背痛

手工提举重物作业是职业性骨骼肌肉疾患（work－related musculoskeletal disorders，WMSD），尤其是下背痛（low back disorders，LBD）的主要诱因［1－4］.量化劳动者手工提举重物能力，制定安全质量限值国家标准，使操作任务控制在劳动者的能力范围之内，可预防WMSD，尤其是LBD的发生［1－2，4－6］.手工提举操作劳动分一次性与重复性两种，在前者中物体的质量和常用的手工操作姿势是导致健康风险的主要原因；在后者中需结合手工提举操作劳动的频率、高度、水平距离等参数确定物体的质量，以确保操作者安全［5－9］.美国职业安全卫生研究院（National Institute for Occupational Safety and Health，NIOSH）曾建立了手工提举重物推荐限值公式，并经国际标准化组织（The International Organization for Standardization，ISO）完善后颁布了工效学国际标准ISO11228－1（International Standard：ergonomics－manual handing）［4－5］.由于受人种间差异的影响，我国不能直接应用国外现有的研究成果.

手工提举重物能力评价方法中，心理物理学法应用范围广、结果可重复性好、测试费用低、省时省力、实际应用价值大，且国外已有许多应用心理物理学法定量评价手工提举能力的研究成果.心理物理学法主要是依据工人对所从事劳动工作的强度或负荷的主观感受程度，来确定他们自愿承受的工作负荷量；具体实验操作指导方法由美国利宝互助安全研究所（Liberty Mutual Research Institute for Safety，LMRIS）提出，即让操作者按照自己的主观感受来调整被提举重物的质量，保证其在提举参数固定的手工提举操作中不至于过度疲劳、衰弱或受伤，最后被选取的质量即为最大可接受提举质量（maximum acceptable weight of lift，MAWL）［5，7－12］.本文应用心理物理学法定量评价了多种提举参数组合下的中国青年人手工提举重物的能力，以为中国人手工操作能力基础数据的采集与评价及手工提举操作劳动安全质量限值国家标准的制定奠定前期的研究基础.

1 研究对象与研究方法

1.1 研究对象

健康青年男9人、女7人，基本情况见表1.经单一样本t检验，所选样本的身高、体重与《第二次国民体质监测报告》中20～25岁年龄段全国成年人相比无显著差异（P＞0.05）.

表1 受试者基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 准备工作

获取受试者的基本信息与健康状况，排除疾患以确保测试安全.受试者穿着短裤、背心，由测试人员进行基本形态指标的测量，每个指标测试2次.

1.2.2 最大可接受提举质量的测定

器材有高度可调节的架子，木箱（48cm×36cm×28cm，切口12cm×4cm、距箱底24cm），配重钢块，polar表，节拍器.受试者采用自由式提举技术，随机完成18项（3种高度×3种频率×2种水平距离）对称性手工提举操作任务.提举高度分为地面至掌指关节（F－K）、肩关节（F－S）、可触及高度（F－R）；提举频率为每8h一次，1次／min，4次／min；水平距离为25，63cm.受试者需调整提举质量，以达到工作8h所能承受的最大质量而不感到过度疲劳或不寻常的疲惫、虚弱、过热或呼吸困难.当受试者提起箱子后，可适当移动脚步以便将箱子放到架子上，两名实验助手将箱子移回最初位置.实验助手通过加减钢块调整总质量，以报纸覆盖，不允许受试者看到箱内的钢块质量.整个调整期持续20min，最后的提举质量即为MAWL.

一天内每位受试者只采集一项实验数据，以使残余疲劳感减至最小.一旦调整结束，将继续提举10min，每30s记录一次动态心率变化，并填写《用力感觉与身体不适程度自我评价》量表（Borg评分表）.共采集288项数据，实验持续2个月.

1.2.3 数据处理与分析

应用SPSS 17.0统计学软件进行数据处理，数据正态性检验应用单样本K－S检验，连续性变量以均数（±标准差）或中位数（四分位差（25%～75%））表示；应用多因素方差分析检验提举高度、频率与水平距离3个参数及其交互效应对MAWL、心率、整体疲劳评分的影响，多重比较采用LSD与Duncan法，显著性水平定为P＜0.05.

2 研究结果

青年人不同提举参数组合下的MAWL、心率与整体疲劳评分见表2；提举高度、频率与水平距离对MAWL、心率与整体疲劳评分影响效应的方差分析见表3.结果表明：提举高度、频率与水平距离3个参数均能显著影响男女受试者的MAWL（P＜0.01）；此外，3个参数有显著的交互作用（P＜0.01），且两因素或三因素交互效应均能显著影响男女受试者的MAWL（P＜0.01）.

2.1 提举高度效应

男女三种提举频率与两种水平距离下的MAWL随提举高度升高呈下降趋势，方差分析表明提举高度对MAWL有显著影响（P＜0.01），Duncan检验表明男女三种提举高度下的MAWL有显著差异（P＜0.01）.当提举高度从F－K升至F－S时，男性的MAWL下降了15%，由24.57kg降至20.77kg；女性的MAWL下降了20%，由18.59kg降至14.78kg.从F－S升至F－R时，男性的MAWL下降了16%，由20.77kg降至16.76kg；女性的MAWL下降了14%，由14.78kg降至12.25kg（见表2—4）.

男性三种提举频率与两种水平距离下的心率，随提举高度的升高呈先升高后降低的趋势，且F－S与F－R时的心率，均高于F－K时；女性心率随提举高度的升高呈上升趋势.方差分析表明提举高度对男性心率无显著影响（P＞0.05），对女性心率有显著影响（P＜0.01）.Duncan检验表明男性三种提举高度下的心率，仅F－S与F－K间有显著差异（P＜0.05）；女性三种提举高度下的心率间均有显著差异（P＜0.05）（见表2、表3、表5）.

表2 青年人不同提举参数组合的测量结果

表3 MAWL、心率与整体疲劳评分的方差分析表

表4 MAWL随提举高度、提举频率与水平距离的变化趋势

表5 心率随提举高度、提举频率与水平距离的变化趋势

男女三种提举频率与两种水平距离下的整体疲劳评分，随提举高度的升高无显著变化（P＞0.05），方差分析表明提举高度对整体疲劳评分无显著影响（P＞0.05）.男女身体各部位疲劳评分，F－K时，手与下背部的分值较高；F－S与F－R时，手与前臂部的分值较高（见表2、表3、表6，图1）.

表6 整体疲劳评分随提举高度、提举频率与水平距离的变化趋势

2.2 提举频率效应

男女三种提举高度与两种水平距离下的MAWL随提举频率升高呈下降趋势，方差分析表明提举频率对MAWL有显著影响（P＜0.01），Duncan检验表明三种提举频率下的MAWL有显著差异（P＜0.01）.当提举频率从每8h一次升至1次／min时，男性MAWL下降了41%，由31.42kg降至18.60kg；女性MAWL下降了31%，由21.06kg降至14.50kg.从1次／min升至4次／min时，男性MAWL下降了21%，由18.60kg降至12.08kg；女性MAWL下降了21%，由14.50kg降至10.06kg（见表2—4）.

男女三种提举高度与两种水平距离下的心率随提举频率的升高呈升高趋势，方差分析表明提举频率对心率有显著影响（P＜0.01），Duncan检验表明男女1次／min与4次／min的提举心率有显著差异（P＜0.01）（见表2、表3、表5）.

图1 身体各部位疲劳评分随提举高度的变化趋势

图2 身体各部位疲劳评分随提举频率的变化趋势

三种提举高度与两种水平距离下的整体疲劳评分，男性随提举频率的升高显著降低（P＜0.01），女性无显著变化（P＞0.05）.方差分析表明提举频率对男性整体疲劳评分有显著影响（P＜0.01），对女性无显著影响（P＞0.05）.Duncan检验表明男性1次／min、4次／min时与每8h一次的整体疲劳评分间有显著差异（P＜0.01）.男女身体各部分疲劳评分，男1次／min、4次／min和女每8h一次、1次／min时，手与前臂部的分值较高；男每8h一次和女4次／min时，手与下背部的分值较高（见表2、表3、表6，图2）.

2.3 水平距离效应

男女三种提举高度与三种提举频率下的MAWL随水平距离增加呈下降趋势，方差分析表明水平距离对MAWL有显著影响（P＜0.01），Duncan检验表明两种水平距离下的MAWL间有显著差异（P＜0.01）.当水平距离从25cm增至63cm时，男性MAWL下降了12%，由21.98kg降至19.42kg；女性MAWL下降了17%，由16.59kg降至13.83kg（见表2—4）.

男女三种提举高度与三种提举频率下的心率随水平距离增加呈升高趋势，方差分析表明水平距离对心率有显著影响（P＜0.01），Duncan检验表明男女25cm与63cm间心率有显著差异（P＜0.01）（见表2、表3、表5）.

男女三种提举高度与三种提举频率下的整体疲劳评分随水平距离增加无显著变化（P＞0.05），方差分析表明水平距离对男女受试者整体疲劳评分无显著影响（P＞0.05）.身体各部分疲劳评分，男25cm与女63cm时，手与下背部的分值较高；男63cm与女25cm时，手与前臂部的分值较高（见表2、表3、表6，图3）.

图3 身体各部位疲劳感受评分随水平距离的变化趋势

3 分析与讨论

3.1 MAWL的变化

与以往研究一致，提举高度、频率与水平距离均能显著影响青年人的MAWL，且MAWL随提举高度、频率与水平距离的增大呈显著降低趋势；三参数间有显著的交互作用，且两因素与三因素的交互作用均能显著影响青年人的MAWL［13－20］.因此，仅考虑如频率与高度、频率与扭转角度、高度与水平距离等两因素交互效应下的MAWL变化特征的研究是不全面的.

仅考虑提举高度效应，由F－K升至F－S、F－R时，本研究中男女MAWL下降率（17.6%，32.8%）与台湾省（15%～19%，33%～39%）接近［16－18］，但相同提举高度下的MAWL均低于欧美人［21－23］.提示国内应用ISO11228－1手工提举重物推荐限值方程时，应据中国工作人群的身体形态特点调整高度系数［17］.仅考虑提举频率效应，由1次／min升至4次／min时，本研究中男女MAWL下降率（35.1%，30.6%）高于欧美人（7%～21%，17%～27%）［17，22－24］.仅考虑水平距离效应，由25cm增至63cm时，本研究中男性MAWL下降率（11.7%）与陈静等人的研究结果（14%）接近，女性MAWL下降率（16.6%）大于陈静等人的研究结果（8%）［13］.有研究表明，ISO11228－1手工提举重物推荐限值方程对水平距离的校正较为充分［13］，因此推测本研究中女性MAWL下降率过大的原因可能是三因素交互作用影响效应的表现.

3.2 生理反应的变化

心率是被广泛接受的、易于获取的、间接的体力负荷评价指标［1－2，4，6－9］.本研究表明，提举频率与水平距离两因素，以及两者的交互作用对男女心率均有显著影响，提举高度仅对女性心率有显著影响.仅考虑提举高度效应，男性以F－S时心率最高，且显著高于F－K时的心率，但与F－R时的心率无显著差异；女性心率随提举高度的升高而增加.这与Lee等人的研究相似，当高度由F－K升至F－S时，男性心率增加了2.7%，且以F－S时的心率为最高［17］.陈静等人的研究发现，在过肩高度的手工提举操作中，MAWL并非随高度上升呈简单的线性下降趋势，且下降幅度存在性别差异［13］.推测男女心率随提举高度变化特征的差异可能与此有关.仅考虑提举频率效应，多数研究表明提举频率对受试者的心率有显著影响［14－15，17，19－20，25］，如提举高度F－K（76cm，68cm）、水平距离50cm的对称性手工提举操作中，频率从1次／min增至4次／min时，男女心率分别增加了23.3%［14］，32.6%［15］；男性提举高度为F－S（127cm）时，频率从1次／min增至4次／min时，心率增加了23.4%［17］.本研究中男女三种提举高度与两种水平距离下的心率分别增加了17%与19%，与以往的研究相似.仅考虑水平距离的影响效应，有研究表明男性提举高度为F－K（76cm），频率为1次／min与4次／min，木箱矢状径尺寸（木箱矢状径的增大会使身体重心与重物质心间的水平距离增大）从30cm增加至45，60cm时心率会随之升高（2.0%，4.1%）［19］.

《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ 2.2－2007）规定，体力工作时最大心率不应超过150次／min，美国工业卫生协会认为1h工作可接受的心率范围为120～130次／min［26］.本研究除女性水平距离63cm、频率4次／min时心率较高外，男女其他参数下的心率均符合此标准［26］.与MAWL的变化特征相符，此种情况下女性心率过高的原因可能是提举频率、水平距离交互作用影响效应的表现.3.3 自我疲劳感受的变化

应用心理物理学法受试者可通过自我报告的方式评价用力程度（rating of perceived exertion，RPE），其中Borg's评分量表最为常用［1－2，4，6－9］.本研究结果表明，手工提举操作的提举高度、频率与水平距离对女性整体疲劳评分均无显著影响；男性整体疲劳评分提举频率为每8h一次与1次／min，4次／min间有显著差异，但1次／min，4次／min间无显著差异.这与Lee等人的研究结果相似［17］，当提举频率由1次／min升高至4次／min时，男女整体疲劳评分随之增大，但无显著差异.身体各部位自我疲劳感受评分表明，提举高度F－K时，手与下背部自我疲劳感较为明显，F－S与F－R时手与前臂部自我疲劳感较为明显，即高度超过掌指关节高度时，上肢疲劳感明显.Lee等人的研究也表明，上肢肌群在提举高度为K－S与F－S的手工提举操作中起重要作用，且MAWL随高度升高而降低［17］.男性在提举频率为每8h一次、水平距离为25cm时，女性在4次／min、63cm时，手与下背部疲劳感较为明显；男性在提举频率为1，4次／min，水平距离为63cm时，女性在每8h一次，1次／min，水平距离为25cm时，手与前臂部疲劳感较为明显.由此可见，受试者手工提举操作用力部位随水平距离与提举频率的变化存在着性别差异.当水平距离与提举频率增加时，男性手臂部参与工作的比重增大，而女性下背部参与工作的比重增大.推测这与本研究的实验设计有关，当水平距离增大时，受试者可先将重物操作至体前再开始提举操作，此过程中男性更多地依靠手臂部的发力完成操作，而女性因手臂部肌力较弱，需更多地借助下背部的发力完成.

综上所述，提举高度、频率与水平距离3个提举参数及其交互作用均能显著影响青年人的手工提举能力，实验中青年人的生理反应与身体各部位的用力程度存在性别差异.这为手工操作能力基础数据的采集与评价及安全质量限值国家标准的制定提供了参考依据.

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The manual lifting weight limit of Chinese youth

SHI Ji－peng1，XU Hong－qi1，NI Wei－guang2，LI Zong－zhen1，ZHANG Xin3
（1.School of Physical Education，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；2.College of Physical Education，Jilin University，Changchun 130012，China；3.Ergonomics Standardization Research Field，China National Institute of Standardization，Beijing 100088，China）

The manual lifting capacity was evaluated by the psychophysical approach under different integrations of lifting parameter，and the youth's maximum acceptable weight of lift（MAWL），heart rate and rating of perceived exertion were obtained.The results indicated that three lifting parameters and their interaction effects，which included lifting heights，frequencies and horizontal distance，had significant influence on the youth's manual lifting wight.The lifting weight decreased with the increase of three lifting parameters.In identical lifting task，the male and female's physiologic reaction and the exertion level of various parts of the body have differences in manual lifting.

maximum acceptable weight of lift；weight limit；manual lifting tasks；low back disorders

G 804.66 ［学科代码］ 890·20

A

（责任编辑：方 林）

1000－1832（2014）02－0151－07

10.11672／dbsdzk2014－02－028

2013－07－16

科技部科技基础性工作专项课题（2013FY110200）；国家质检总局中国标准化研究院科技计划项目（52096S－1827）；中央高校基本科研业务费专项基金资助项目（14QNJJ032）.

史冀鹏（1975—），女，博士，讲师，主要从事运动生理学研究.