竞技冰壶运动研究评述及启示

卢从飞，陈 亮

冰壶（curling）是一项极具技巧性与策略性的传统运动项目，我国的冰壶运动虽起步较晚但发展迅速，女子冰壶队分别在2008—2011年的世锦赛中获得银牌、金牌、铜牌，2010年温哥华冬奥会中获得铜牌；男子冰壶队在索契冬奥会获得第4名。然而，进入北京冬奥会周期以来，中国冰壶运动竞技水平有所下降，男子、女子冰壶队在2021年世界冰壶锦标赛中仅分别获得第14名和第10名，与世界强队之间差距明显。本研究对冰壶运动相关文章进行综述，挖掘冰壶运动的研究热点并总结冰壶项目的科学规律。

1 文献来源

本研究检索文献来自Web of Science、PubMed、Google Scholar和中国知网（CNKI）。经过对多个检索主题词的反复组合、分析、比较，最终得出英文检索式：TS=（curling*AND Olympic*）or（curling*AND sport*）；中文检索式为：（篇名：冰壶）AND（主题：竞技运动），检索时间截止至2021年7月20日。整理（剔除重复和无关文献）后得到竞技冰壶相关英文文献143篇，中文文献14篇。进一步分类显示，国内外冰壶研究主题集中在体能训练（26篇）、冰壶动力学与擦冰技术（64篇）、投壶技术与战术策略（45篇）、运动损伤（22篇）4个领域。

2 体能训练

冰壶比赛通常持续2.5～3 h，其间运动员反复擦冰和投壶是造成体能消耗的主要原因。依照心率（heart rate，HR）评价运动强度，Schmid等（2016）统计运动员在大本营、擦冰、投壶时的平均心率分别为91±31次/min、151±22次/min、120±27次/min，认为冰壶运动对运动员的心血管能力有较高要求，是一项以有氧耐力为基础的高强度间歇性运动。

擦冰是导致冰壶运动员疲劳的主要原因，疲劳会对力量、平衡、关节协调性、本体感觉及运动幅度等方面产生负面作用，进而影响运动员发挥（Behm et al.，1997），尤其是在投壶精准度方面（Willoughby et al.，2004）。传统的体能训练，如跑步、跳绳、骑自行车等均可用于发展冰壶运动员的基础耐力，Turriff（2016）指出，游泳和划船机训练不但可以发展运动员的有氧能力，而且能更好地兼顾锻炼擦冰所需的背部肌群。为提高运动员擦冰之间的疲劳恢复速度，Behm（2004）指出运动员在一般准备阶段，应保证每周至少进行1次负荷强度65%～85%O2max，单次20～60 s，间隔40～90 s的高强度间歇训练。

冰壶运动需要将重达20 kg的冰壶滑过42 m长的冰面，并准确定位在大本营中。理论上任何有利于提高冰壶运动精度的体能训练都将帮助运动员取得成功，学界对冰壶体能训练有以下观点：平衡能力与核心力量影响投壶准确性及擦冰时的力量输出（Yaggie et al.，2006）。增强绝对力量有助于完成技术动作时优先募集慢肌纤维，进而提高投壶稳定性及疲劳后的恢复速度（Behm et al.，2001；Power et al.，2004）。投壶技术动作对运动员髋关节柔韧有较高要求，柔韧与力量的均衡发展有利于运动员保持健康（Knapik et al.，1992）。体能训练应针对运动员不同垒次和技战术需要，如一垒和二垒对绝对力量和力量耐力，三垒和四垒对核心稳定性和力量控制能力分别有着特殊的要求（徐懋华，2020）。

Behm（2007）总结了加拿大男子冰壶队取得2006年都灵冬奥会金牌时在一般和专项准备阶段的体能训练方案，其特征包括：1）采用瑞士球、平衡垫等手段创造不稳定环境进行抗阻力量训练；2）一般准备阶段采用持续性和间歇性相结合的耐力训练模式，且随着比赛的临近逐步增加间歇训练的比例；3）专项准备阶段的耐力训练可以结合冰面技术一同开展，增加专项力量训练比例同时保证每周至少3次核心力量训练；4）合理安排体能训练顺序，通常将核心力量训练安排在有氧训练后，每日坚持平衡及柔韧训练，并将柔韧训练置后，避免拉伸对肌肉力量和平衡产生负面影响。

陆地专项体能训练除了可以克服季节和场地限制，还可提高运动员躯干稳定性，让更多的目标肌群参与到训练中。Steele等（2014）针对高迎角擦冰和低迎角擦冰（开放式和封闭式）的脚步，设计了2套适用于陆地的脚步训练装置（图1）。另外，运动员在陆地上进行正面和侧面的抗阻弓步练习有利于提高投壶动作的稳定性（图2a）；陆上抗阻擦冰模拟练习（图2b）可以帮助运动员更好地找到擦冰“推”“拉”过程中背部的发力感（Behm，2007）。运动员在擦冰过程中“推”的阶段更容易产生垂直向下的力，但“拉”的阶段需将重心转移到双脚从而导致刷头的垂直力下降，降低擦冰效果。通过在陆地背部肌群的训练，可以有效改善这一现象，从而保证擦冰时整个“推拉”过程的协同用力（Marmo et al.，2006）。

图1 高迎角和低迎角擦冰陆地脚步练习（Steele，2014）Figure 1. Dry-Land Training for High and LowAttackAngle Sweeping Footwork（Steele，2014）

图2 抗阻弓步练习（a）与抗阻擦冰练习（b）（Behm，2007）Figure 2. Isometric Lunge with Resistance（a）and Resisted Sweeping（b）（Behm，2007）

3 冰壶动力学与擦冰技术研究

3.1 冰壶动力学研究

冰壶在冰面运动的轨迹受到诸多因素的影响，至今仍难以通过计算完全准确预测冰壶在冰面的运动轨迹（Lozowski et al.，2021），但工程学、物理学、空气动力学的研究已基本达成如下共识：1）冰壶滑动时摩擦冰面产生热量会在冰面形成水膜（Lee et al.，2018），冰晶和水膜构成的过渡层结构模型是计算冰壶滑动摩擦系数的关键；2）冰壶旋转角速度越大，滑行的距离越远、线路越直是因为旋转降低了冰壶运动的反向摩擦力（Shegelski et al.，2016a）；3）冰壶滑行时发生卷曲是由旋转的底部受到的摩擦力不均匀而导致的（Shegelski et al.，1996）。

冰壶动力学研究的主要分歧在于冰壶运动时底部受到的不对称摩擦力计算，并大致分为以Harrington（1924）为代表的摩擦力左右不对称流派和Macaulay等（1930）为代表的摩擦力前后不对称流派。此后不断有学者加入到争论中来，比较有代表性的是Macaulay支持者Shegelski及其团队进行的一系列研究（Shegelski et al.，1996，1999，2000），与Harrington支持者Denny及其团队展开的争论（Denny，2003；Shegelski et al.，2003）。其它力学参数如俯仰力矩、阻力、升力和力矩系数（Maeno，2014）、异向摩擦力（Ivanov et al.，2012）、摩擦放大系数、曲度比（Nyberg et al.，2013）等为提高预测的精度提供了支持。现有研究仅进行了定性预测（Shegelski et al.，2015，2016b），尚缺乏定量模型用以解释所有冰壶运动结果（Makkonen et al.，2014）。

把握冰壶运动的动力学原理，对运动员把握冰面变化状况，制定合理的技战术有重要意义。运动员对冰面的把握要点包括：1）关注冰面的结晶程度（pebbled ice），干涩的冰面能缩短冰壶运动距离并增加运动弧度，适合旋转投壶技术的使用（Jensen et al.，2004），而随着比赛的进行，冰道中区的结晶会减少使之较边路更为干涩，运动员应依此适时调整（李妍等，2015）；2）观察冰壶投掷后的弯折点（break point），即冰壶直线运动一定距离后发生卷曲的位置，投壶的力度越大弯折点的出现时间越晚，在弯折点之前擦冰会让冰壶运动更加笔直，反之则会增加运动弧度（Denny，2002）；3）投壶区的冰面经常由于与运动员肢体接触而产生融化，Kietzig等（2010）指出，应警惕冰面出现的融化点（flat spots），融化点会让冰壶运动轨迹脱离原定计划，进而造成战术失败。

3.2 擦冰方式研究

擦冰可增加冰面温度，使冰面结晶液化进而降低冰壶与冰面之间的摩擦力。冰刷分为板刷与毛刷，板刷主要用于去除冰面结晶，毛刷主要用于除霜（Buckingham et al.，2006）。理论上，擦冰时增加垂直压力比增加频率会产生更多的热量，当垂直用力增加1倍时，刷头产生的热量增加2倍，而频率增加1倍时，刷头热量增加1.55倍（Marmo et al.，2006）。在实际比赛中，冰壶运动为非匀速，运动员需要不断调整擦冰的力度与频率（Shegelski et al.，1996），在擦冰的前段应更注重频率，而后段随着冰壶运动速度的降低，应更注重力度（Bradley，2009）。

擦冰方式可分为低迎角模式（封闭式）和高迎角模式（开放式）。Marmo等（2006）通过热力学模型测量并评价了2种模式的擦冰效果。低迎角擦冰（图3a）会在冰壶前进方向上留下正弦热轨迹，导致左右温度升高不对称，而高迎角擦冰（图3b）使冰面升温更加均匀，且更易被初学者掌握（汪宇峰，2017）。此外，擦冰产生的温度极值越靠近冰壶，擦冰的效果越好（Jensen et al.，2004）。Kim等（2021）研究证明，尽管高迎角擦冰产生了更高的温度极值（约0.4℃），但低迎角擦冰的高温区域更靠近冰壶，经测量，相比不擦冰高、低迎角擦冰的冰壶运动距离分别延长了约0.55 m和0.15 m。在实践中，通常2名擦冰运动员分别控制擦冰的力度和冰壶运动的方向，必要时还可以交换位置从而形成配合（Hirose et al.，2014）。

4 投壶技术与战术策略研究

4.1 投壶技术研究

运动员通过改变投壶时的力度和旋转可以达到不同的战术目的（Turriff，2016），一般来说投内旋（turn-in）的难度要低于外旋（turn-out），因此右手运动员较之左手运动员更擅长顺时针投壶（Russell，2004）。于亮等（2012）根据不同的投壶战术目的，将投壶技术分为“慢壶”（draws）和“快壶”（take-outs）（图4）。比赛中选择高难度投壶技术的回报高但风险也高，如“黏贴”和“传击”对投壶者能力有较高要求，这些技术的准确应用和稳定发挥常作为判断队伍实力的重要指标（Turriff，2016）。不同垒次应擅长不同的投壶技巧，如一垒应擅长投准并能准确地处理对手的第一个壶；二垒要擅长快壶技术，包括击打、击打走位、清空、双击或三击等；三垒应具备更强的得分能力；四垒作为球队的指挥，在做出清晰准确判断的同时应具备投出制胜壶的终结能力（于亮等，2010）。

图4 投壶技术分类Figure 4. Categories of Delivery Technique

4.2 冰壶比赛战术策略研究

后手投壶（hammer）队伍往往具有一定优势，队伍拥有后手时常以“转化”（将后手优势转化成更多得分）和“空分”（让当前局战成0∶0以便在下一局保留后手优势）为战术目标，当球队先手时常以“偷分”（在没有后手优势的情况下获得至少1分）和“控分”（迫使有后手优势的队在本局只得到1分）为目标（Park et al.，2013）。Willoughby等（2005）研究发现，获胜队通常拥有第1和第10局后手权以及第3和第9局先手权。此外，比赛的分差以及阶段性也是运动员做出战术决策的关键依据（Bae et al.，2016）。通常可以将冰壶比赛划分为开局（第1局）、中局（2—8局）、晚局（第9局）、末局（第10局）4个阶段（李妍等，2012）。当中局分差较小（1～2分）时，双方通常都会采取“保守”战术等待机会，而当中、晚局分差较大（3分及以上）时，落后的先手方也会采取“激进”战术尝试偷分（Howard，2010）。除上述因素外，战术决策影响因素还包括己方战术及发挥、对手战术及发挥、冰面情况等（Willoughby et al.，2005）。

比赛中，“保守”战术有利于控制局面，保持优势，而“激进”战术虽能出奇制胜却也伴随着高风险（王珂等，2014；Park，2013）。一方面，队伍应避免做出高于投壶运动员能力的战术决策（Kim et al.，2016）；另一方面，运动员应尽量通过训练弥补技术短板，从而实现整体战术多样化（李征宇等，2015）。投壶的合理性和成功率是战术成功的基础，运动员对战术策略的选择最终建立在他们对最后一投得分概率的感知上（Kostuk et al.，2006），因此在比赛中把握时机果断转变是挽救局面取得胜利的关键（王珂 等，2010；于亮 等，2016；Bae et al.，2016）。

4.3 战术决策模型的理论研究与技术应用

由于冰壶是轮换攻防对抗性的运动项目，且计分方式具有离散型的特点（Kostuk et al.，2001），以Markov决策模型为基础建立的科学统计和决策分析在现代竞技冰壶中得到广泛应用（王杰，2018）。随着研究的深入，不断有学者将新的变量引入模型，如得分概率（Clement，2012）、战术风格、决策等级（Bae et al.，2016）等，不断完善预测模型，提高预测准确性。信息技术的进步为运动员提供了很好的即时反馈。Takahashi（2011）和Masui等（2016）提出并完善了冰壶信息学的概念，并建立了战略/战术支持系统（information and communication technology，ICT）来进行比赛数据收集和实时分析。Han等（2021）将数据统计分析系统（neural fictitious self-play，NFSP）和决策分析系统（kernel regression on monte carlo tree，KR-UCT）结合起来实现了信息收集和决策分析的一体化，提高了决策模型的实用性。Won等（2020）基于深度学习算法开发的冰壶机器人，实现了冰壶运动在人工智能领域的突破。

5 冰壶运动损伤研究

冰壶是一项相对安全的冰上运动，但单一的技术动作和相对固定的身体姿势，增加了运动员关节劳损的风险。冰壶运动员伤病发生的主要位置依次为：膝关节（54%）、背部（33%）、肩部（20%）、臀部（11%）（Reeser et al.，2004）。男、女运动员损伤部位存在差异，男性运动员损伤主要包括腰背部肌肉筋膜炎、腕部损伤、腕部创伤性腱鞘炎、急性腰扭伤和膝关节创伤性滑膜炎。女性运动员损伤主要包括肩袖损伤、膝关节创伤性滑膜炎、腕部创伤性腱鞘炎、腕部损伤和膝关节骨关节炎（于亮等，2009）。

不同的技术动作会增加运动员不同部位的损伤风险，冰壶运动员的损伤与技术动作之间存在关联（Reeser et al.，2004）。投壶时的后摆动作可分为“提壶式后摆”和“不提壶后摆”（王珂等，2006），“提壶式后摆”技术需要将冰壶抬离冰面并摆动至膝关节高度，较大的活动角度增加了肩关节损伤风险（Berry et al.，2013）。运动员在投壶蹬地滑行时会采用脚趾滑行和全脚掌滑行2种技术，采用脚趾滑行技术可以降低阻力，增加滑行距离，但也会增加膝关节力矩进而增加膝关节受伤的风险（Robertson et al.，2017）。长期重复的动作也可能导致运动员身体结构和功能改变，如常年训练的冰壶和冰球运动员的肩胛骨会由于反复的内旋和外旋运动发生形态改变被称作“清扫者肩胛骨”，这种改变有利于运动员更好地完成清扫动作（Thara et al.，2010）。冰壶运动要求运动员长期进行单侧运动，易导致双侧力量的不均衡发展，进而增加受伤的风险（段玉丞等，2016）。

6 结论与启示

6.1 结论

冰壶运动员的专项体能主要包括平衡能力、最大力量、力量耐力、心血管耐力、协调及柔韧能力，赛程的相对密集对运动员的体能提出了较高要求。其中，肩部和上肢力量对擦冰效果，下肢力量对擦冰和投壶技术的稳定性，核心力量和柔韧性对冰壶运动中的力量传导和动作幅度均发挥积极作用。高强度间歇训练可作为运动员专项耐力提升的重要手段。

把握冰壶动力学规律有助于运动员依据冰面状况制定相应的投壶与擦冰策略，虽然目前对冰壶动力学的认识尚未统一，但冰面情况应重点关注：冰面干涩程度及比赛中的变化情况、冰壶轨迹的弯折点、冰面的融化点；从擦冰效果来看，无论针对何种投壶技术，均表现为擦冰前段注重速度后段加强力量；低迎角擦冰和高迎角擦冰分别用于改变冰壶运动弧度和保持原有运动轨迹，比赛过程中的使用需根据战术目标、冰面状态及壶的运动适时做出调整。

力度和旋转是投壶成功的关键，快壶技术中的传进、粘贴以及慢壶技术的传击、双击具有较高技术难度和风险。战术决策的制订主要依据己方和对手的技术发挥、冰面状态、比赛阶段性、当前分差、先后手情况，但运动员具体采取何种策略会受到对最后一投得分可能性感知的影响。落后时选择“激进”领先时选择“保守”是冰壶的基本策略，世界强队选择“激进”策略的概率要明显高于其他水平的队伍。冰壶信息学和决策模型以及人工智能辅助竞技冰壶训练和比赛已被广泛应用，其直观、易操作的特点可以从多维度帮助运动员提高战术能力。

背部、肩关节、膝关节、臀部是冰壶运动员主要损伤部位损伤原因是长期重复且单调的技术动作，以及不同技术需要产生的损伤差异，通过针对性的功能训练能有效预防和缓解运动员的伤病。

6.2 备战启示

中国男子、女子冰壶队曾取得过优异的比赛成绩但近期竞技水平有所下降，针对运动员普遍存在的打法过于保守，高得分能力不强，技术发挥欠稳定等问题，本研究从战术策略、技术、体能3个方面提出了以下建议：

1）战术策略层面。中国队冰壶普遍存在高得分能力较弱，尤其是后手局得分转化率偏低的问题。在2021年世界冰壶锦标赛中，中国男子、女子冰壶队后手局平均得分转化率仅为21%和29%，远低于男子、女子冰壶队冠军（瑞典：52%，瑞士：59%）。对此中国队需在比赛策略上全局统筹并重点突破，如针对关键局争夺和比赛逆转能力偏弱，确立“力争开局主动，建立中局优势”的策略；针对战术打法过于保守的问题，应加强后手局通过自由防守区复杂布局展开进攻的策略意识，同时提高先手局“先实后虚”的偷分能力。

2）技术层面。中国队战术策略的保守源于技术能力有限和发挥的不稳定，具体表现为一垒投壶成功率偏低，二垒、三垒的控场布局时的技术稳定性不足，四垒快壶击打技术使用率和成功率偏低。对此应强化得高分的“进攻型”布局和打法训练，增加快壶技术在整体战术行动中的运用比例，重点提高粘贴、传进、双击、传击等高难技术的使用合理性和准确度，从而提高使用效率。

3）体能层面。2021年11月初国家冰壶挑战队成立，旨在优化人员配置，提高团队竞技能力，并通过挑战队开展队内模拟训练。根据不同的垒次运动员技术优化的需要，强化一垒、二垒擦冰所需的最大力量和力量耐力，强化三垒、四垒投掷快壶所需的神经肌肉协调控制能力。由于运动员年龄跨度较大，应根据不同年龄和伤病问题展开功能性训练，训练中将动作规范性放在首位，避免代偿性损伤的发生。在赛前10周内采取“双峰”波浪形的负荷变化，并协调好技战术训练与体能训练的比例，可通过延长技战术训练时间的手段辅助体能训练，逐步调整使运动员达到最佳竞技状态。