坡度与地板滑溜度对人员物料搬运时步态之影响

许耀文

摘 要：研究主要系探讨人员在不同斜度的坡道与地板之上，搬运物料行走时对步态的影响。本研究改良一可调整坡度（0°～10°）的坡道与平台，选取3种表面粗糙度不同的地板，搭配干燥与潮湿的2种地板状况，量测其摩擦系数。另外征求50位样本，男女各半，搬运4种负重水平（0～15 kg）的物料行走在不同的坡道与地板之上。纪录其步态、心搏率并予以分析探讨。研究结果发现性别、不同的坡道斜度与负重水平等因素，对步态均有明显的影响。研究结果建议应慎选坡道上的地板材质，以及针对不同性别设定坡度与负重水平的限制，以预防人员于坡道上搬运重物造成滑倒事故。

关键词：坡道、抗滑性、人员物料搬运、步态分析

中图分类号：F 428 文献标识码：A 文章编号：1672-7312（2017）02-0122-05

Abstract：This study investigates the influence of slope and floor slipperiness on gait of manual material handling（MMH）.The COF measurements under slopes（0～10），three different floors and two surface conditions were conducted in this study.Fifty adults were recruited to carry four kinds of loads（0～15 kg）and walk on the slope，and their gait and heart rates were recorded.The results showed that the influences of gender，slopes，and loads on gait were significantly.Furthermore，the results also suggested that the floor materials should be selected to avoid the slip accidents.The limitations of slope and load also should be considered for different gender to prevent the disorders on the slopes for MMH tasks.

Key words：slope；slipperiness；MMH；biomechanics assessment

0 引 言

在工作场所、家庭以及公共区域中人员物料搬运作业（Manual materials handling，MMH）相当普遍，而不当的搬运姿势、负荷、频率等因素所造成的肌肉骨骼伤害，在相关研究中已有探讨[1-6]。在搬运的过程中，斜坡常被用来取代楼梯以避免跌倒的意外发生。但在上下斜坡时，由于剪力的改变，可能会容易产生身体失衡的情形，此时若地板的抗滑度不佳或地表有潮湿与其他脏污的状况，会增加滑倒的风险。因此劳工于上下斜坡进行人员物料搬运时，一方面须考虑对身体（尤其是下背部）的负荷，一方面为保持身体平衡，避免滑倒或跌倒的发生，而增加人员的负荷，也容易产生多方面的意外伤害：下背痛、滑倒、跌倒等。

人员物料搬运作业本身对人体产生的伤害主要为下背部的伤害，NIOSH考虑了生物力学、生理学与心理物理学3个层面[7]，提出了NIOSH 1991公式，作为规范人工物料抬举作业的参考。除搬运的重量外，公式尚包含了物体重心位置、物体起始高度、抬举高度差、腰部扭转角度、频率以及握持容易度等6个因素，皆是会影响到人员搬运的伤害风险。

然而除了以上因素，地板的滑溜程度也可能造成人员额外的负担。地板的滑溜程度可由量测鞋底与地板之间的摩擦力来衡量，而摩擦力可藉由量测其间的摩擦系数（coefficient of friction，COF）来判定，摩擦系数大者摩擦力亦较大，故摩擦系数是影响发生滑倒最主要的因素之一。滑溜的地板除了会造成人员滑倒的意外，也会对人员搬运作业有不利的影响。Ciriello etal[8]比较受测者在2种不同静摩擦系数的地板上推车所需的推力，发现在比较低摩擦系数的地板上明显的需费较大的力量才能推动推车以及让其等速前进；另外一天8 h可接受的工作载重也明显的比高摩擦系数的地板少。Li etal[9]让受测者在3种鞋底与地板界面条件下进行物料的抬起、双手携行、放下并走回的实验，发现在滑溜的地板上，人员可接受處理的负重较低；而在从事物料搬运时，生理系统的能量效率也较低，亦即需花费更高的能量来搬运特定重量的物料。

工作现场除平地外，也常见到坡道的设置，坡道的斜度也可能是需考虑的影响因素。一方面，在坡道上行走比在平地行走有较高的滑倒风险是显而易见的。Haslam & Bentley[10]分析40位邮差意外事件中，发现有30%的意外是发生在走下坡路段时跌倒。在坡道的斜度大小影响伤害风险方面，Hanson etal[11]观察人员行走在3种倾斜角度的斜坡道上，并配合3种地板污染的状况，发现不论是塑料或短毛地毯的地板上较大斜度的坡道之摩擦需求量均较斜度小的情况高，亦即坡道斜度愈大，下坡行走滑倒的风险就愈高。Redfern & DiPasquale[12]以及Cham & Redfern[13]也得到类似结论。Li etal[14]也发现坡度愈大，摩擦系数降低的幅度愈大，尤其在有甘油覆盖的环境中，不论何种地板与鞋材，其摩擦系数均降为0.以上的结果探讨到下坡会明显地影响到摩擦系数，坡度愈大愈显著，尤其在有污染物的状况下，会更明显。Haslam & Bentley则指出当下坡步行时导致滑倒的可能性，高于上坡步行的情况，主要是因为剪力的增加。

另一方面，在坡道上行走也会影响人员的步态。当人员于上坡行走时，每一步会比在平地上行走时所花的时间长[15]。而且随着坡度愈陡，步幅会增加得愈大[16]。但相对的，在坡度20°的下坡行走时，反而是步频增加且步长减小以保持身体质量中心的平衡。Sun etal[17]指出当坡道的坡度越陡时，行走速度变慢，步幅也跟着减小。而步幅的减小目的在于降低滑倒的风险。

人员徒手在斜坡上行走与在平地相比，在滑溜程度、步态以及生物力学上有显着的差异，若再加上搬运物料的作业，其差异应会更大。当人员搬运时，上半身的重量增加，使全身质心位置往上偏移，进而降低上半身的动态稳定性。若再行走在坡道上时，因地板角度关系，物料重量施加于质心所产生的扭矩向量偏向下坡方向。使得身体重心可能离开脚底接触地面的范围，进而产生失衡，而增加滑倒的风险[18]。尤其当地板的抗滑性不足时，其风险势将更高。为了避免失衡，身體会调整各部位的角度，尤其是下肢部位的关节角度，进而影响对下背部的生物力学平衡。

研究的目的主要了解在不同的坡度以及地板条件下的地板抗滑性的差异。并让受测者以4种负重水平实际行走于不同坡度与地板条件的坡道，探讨其步态的变化。

1 研究方法

1.1 被试

研究共征求50位成年人作为研究样本，男女各半，年龄介于18～23岁。男性样本平均身高为169.5（± 5.80）cm，平均体重为63.7（± 15.20）kg；而女性平均身高则为158.8（± 5.83）cm，平均体重为51.6（± 8.63）kg.研究样本为能正常行走，无任何会影响行走的疾病或伤害，经征得同意后进行实验。每位被试除量测其身高与体重，并纪录性别、年龄以及健康状况等基本数据。而实验时所穿着的鞋子一律为PVC鞋底，以保持地板与鞋材之间摩擦系数的一致性。

1.2 地板样本与摩擦系数量测

研究采用不同表面粗糙度的3种地板：人行地砖、磨石子地与抛光石英砖；地表状况则考虑干燥与潮湿2种。研究采用Portable Skid Resistance tester（PSRT）来进行摩擦系数的量测，PSRT为英国的道路研究室所发展，量测方法依据ASTM E303[19]进行。研究采取于实验室中进行3种地板样本于不同坡道斜度（0°，5°与10°）以及地板状况（干燥与潮湿）的COF量测，每种状况均各量测6次。

1.3 实验设计

由于本实验须让被试行走在坡道上，甚至有潮湿的状况。考虑到被试的安全，将最重的抬举重量定为15 kg，再依序减5 kg，因此负重水平分别设定为0 kg，5 kg，10 kg与15 kg.而所搬运的物体长度40 cm，高度30 cm，符合NIOSH 1991公式中握持普通以上的水平。

被试在经由5 min的全身性的热身与伸展操后，先在坡道上来回试走数次，以习惯坡道。接着由坡道（如图1所示）左方平台旁的物料暂放区拿起待搬运的重物，开始行走在平台-上坡-平台，将重物放在右方平台旁的物料暂放区上。待休息2 min，再拿起物料走回头（平台-下坡-平台），最后将物料放至左方平台旁的重物暂放区。实验的变数有4种负重、3种地板、2种地表状况、3种坡度以及上坡与下坡，被试均各执行2次，随机进行，每种状况之间均会有30 min的充分休息。被试搬运行走的速度并不受限制，依其自然行走的速度与步幅，但尽量于每次搬运时保持其行走的节奏。在平台上以及上下坡的行走速度、步幅与心搏率依每种负重与地板条件分别记录，做为分析的参考依据。

为确保被试的安全，除被试按规定系好安全绳、穿上护膝与护肘等防护设备之外，尚需2位研究人员在旁戒护，以避免身体失衡产生滑倒的意外。而所搬运的物料也同样系上安全绳连上主绳，以预防重物掉落砸到下肢。

1.4 分析方法

研究的自变量包含：坡度、地板、地表状况、负重水平、性别；而依变数则有摩擦系数、步态、心搏率等量测与记录数据。先进行叙述统计，分不同坡度、上下坡与性别分别算出摩擦系数、步态及心搏率的平均数与标准偏差。

然后以变异数分析探讨不同坡度、地板、上下坡与性别等因子，对摩擦系数、步态的影响。若有显著的影响，再利用Duncans multiple range test去进行多重检定比较，探讨差异的来源。

2 结果与分析

2.1 地板摩擦系数

研究所量测的各种地板的摩擦系数平均值列于表1.在干燥时，3种地板于不同坡道上的平均COF均在0.7以上；然而在潮湿的状况时，除地砖外，其余2种地板的平均COF大部分均低于一般认知的安全标准0.5[20]。

经由三因子变异数分析也同样显示地板、地表状况、角度以及各别的交叉作用对COF均有显著的影响（p<0.001）。由个别因素的变异数分析，可发现不论地板状况与角度为何，地砖的COF大部分均明显的较高，其次是磨石子地，而抛光石英砖的COF最低。另外干燥的地板比潮湿的地板有较高的COF值。至于不同的斜度亦会影响到COF值，然而并无法看出明显的趋势，各角度之间的COF值也差异不大。由表1，表2可看出，在同一地表状况与地板上，各坡度间最大与最小COF的差异未超过0.1.

2.2 步态、心搏率

研究记录每个地板状况下跨一步的步长与时间、速度，并以五因子变异数分析结果得知，被试跨一步的步长均明显的受到所有自变量的影响（p < 0.001）。性别方面，男性跨步距离高于女性；在潮湿的地板上行走，步长会缩短，以利平衡；另外不管潮湿或干燥，较光滑的地板下，其步长也会较短；而坡道则是在上坡时，步长会较长，而下坡时则会缩短其步长，在下10度坡时的步长最短；至于负重，则是负荷愈重，愈缩短受试者的步长（如图2所示）。

在跨一步的时间方面，由五因子变异数分析结果得知，明显的受到性别（p=0.007）、坡度（p<0.001）与负重（p=0.003）等3因素的影响，而干湿与地板的影响则未达显著水平。在性别方面，女性跨一步的时间比男性短，且步长较短；而坡道则是在下坡时，所花时间比上坡要短得多，坡度愈大，影响愈大；至于负重，则是负荷愈重，会愈缩短受试者的时间（如图3所示）。

在行走的速度方面，由5因子变异数分析结果得知，除了负重外（p=0.542），均明显的受到其他4个因素的影响（p< 0.001）。在性别方面，虽然女性跨步的时间比男性短，但步长也较短，相对下行速度反而较慢；在地板方面，在磨石子地上行走的速度较其他地板速度要慢，亦即较光滑或较粗糙的地板均会增加行走速度；而坡道则是在愈平坦的地面行走时，速度较快，随着坡度的增加，则会减缓行走速度，而下坡比上坡的减缓效果更明显；虽然负重在整体上没有达显著水平，但在男性部分，可看到负重愈重，其行走速度会加快（图4）。

在心搏率方面，经五因子变异数分析得知，除干湿状况外，其余4个因子均明显的影响受试者的心搏率（p<0.001）：女性的心博率较男性高，以及愈光滑的地板、负重愈大愈提升受试者的心博率。

3 研究结论与建议

3.1 结论

研究以多項客观量测来探讨地板滑溜程度对坡道上进行人工物料搬运的影响。首先在所探讨的地板与坡道方面，研究选取了3种不同粗糙度的地板，并配合2种地表状况与5种坡度，以PSRT量测其摩擦系数，结果发现不论地板的状况，愈粗糙的地板，其摩擦系数就愈高，而潮湿的状况会明显的会降低摩擦系数，与以往研究[21-22]相符；另一方面，不同斜度之间的COF值均达统计上的显著差异，此点与Li etal相符。由以上讨论可知，不同粗糙度的地板、地表状况与坡度对摩擦系数有所影响，以利于进行后续的步态在不同状况下的比较。

在步态方面，人员跨一步的步长与时间明显的受到性别、坡度与负重的影响，不同性别间体型的差异对行走策略有所影响；人员在上坡时，步长会拉大并减缓跨步的时间，在下坡时，缩短跨步距离以利调整重心，并因重力的关系，跨步加快，与以往研究相符；而负重愈重，则会缩短跨步的步长与时间，可能因为负重愈重，人员跨步就愈困难，因而影响往前跨的距离，进而缩短跨步时间。步长还受到干湿状况与地板的影响，基本上，摩擦系数愈小的状况（潮湿与光滑的地板），会让步长缩短，因人员对于较容易滑倒的状况会采取较谨慎的行走策略，缩短步长以利调整身体重心，与相关研究相符。而在行走速度上，Sun etal指出当坡道的坡度越陡时，行走速度变慢，步幅也跟着减小，研究亦得到类似的结论，上坡亦会减缓行走速度，但下坡减缓的速度的幅度较大。

3.2 建议

1）当采用坡道时，应尽量避免潮湿；如无法避免地板潮湿时，坡道应尽量选择高粗糙度的地板，而尽量避免如抛光石英砖等光滑表面的地板。

2）坡度与负重确实会影响MMH作业的行走步态。因此为避免人员跌倒，而由坡道取代楼梯的设计，似乎也无法避免增加对人员的负荷。因此坡度与负重应尽可能地降低，以减轻人员的负荷。

3）不同性别对于在坡道上负重行走有显著差异，应个别讨论适当的坡度与负重水平。

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（責任编辑：严 焱）