青年人手工提舉操作質量限值研究

史冀鵬，徐紅旗，倪維廣，李宗震，張 欣

（1.東北師范大學體育學院，吉林長春130024；2.吉林大學體育學院，吉林長春130012；

3.中國標準化研究院，北京100088）

青年人手工提舉操作質量限值研究

史冀鵬1，徐紅旗1，倪維廣2，李宗震1，張 欣3

（1.東北師范大學體育學院，吉林長春130024；2.吉林大學體育學院，吉林長春130012；

3.中國標準化研究院，北京100088）

采用心理物理學法，通過獲取最大可接受質量（MAWL）、心率與用力感受自我評分等參數，研究了健康青年人不同提舉參數組合下的手工提舉能力.結果表明：提舉高度、提舉頻率與水平距離3個提舉參數及其交互作用均能顯著影響青年人的提舉質量，提舉質量隨3個參數的增加而降低；提舉在相同任務中，男女的生理反應與身體各部位的用力程度存在差異.［關鍵詞］ 最大可接受質量；質量限值；手工提舉操作；下背痛

手工提舉重物作業是職業性骨骼肌肉疾患（work－related musculoskeletal disorders，WMSD），尤其是下背痛（low back disorders，LBD）的主要誘因［1－4］.量化勞動者手工提舉重物能力，制定安全質量限值國家標準，使操作任務控制在勞動者的能力范圍之內，可預防WMSD，尤其是LBD的發生［1－2，4－6］.手工提舉操作勞動分一次性與重復性兩種，在前者中物體的質量和常用的手工操作姿勢是導致健康風險的主要原因；在后者中需結合手工提舉操作勞動的頻率、高度、水平距離等參數確定物體的質量，以確保操作者安全［5－9］.美國職業安全衛生研究院（National Institute for Occupational Safety and Health，NIOSH）曾建立了手工提舉重物推薦限值公式，并經國際標準化組織（The International Organization for Standardization，ISO）完善后頒布了工效學國際標準ISO11228－1（International Standard：ergonomics－manual handing）［4－5］.由于受人種間差異的影響，我國不能直接應用國外現有的研究成果.

手工提舉重物能力評價方法中，心理物理學法應用范圍廣、結果可重復性好、測試費用低、省時省力、實際應用價值大，且國外已有許多應用心理物理學法定量評價手工提舉能力的研究成果.心理物理學法主要是依據工人對所從事勞動工作的強度或負荷的主觀感受程度，來確定他們自愿承受的工作負荷量；具體實驗操作指導方法由美國利寶互助安全研究所（Liberty Mutual Research Institute for Safety，LMRIS）提出，即讓操作者按照自己的主觀感受來調整被提舉重物的質量，保證其在提舉參數固定的手工提舉操作中不至于過度疲勞、衰弱或受傷，最后被選取的質量即為最大可接受提舉質量（maximum acceptable weight of lift，MAWL）［5，7－12］.本文應用心理物理學法定量評價了多種提舉參數組合下的中國青年人手工提舉重物的能力，以為中國人手工操作能力基礎數據的采集與評價及手工提舉操作勞動安全質量限值國家標準的制定奠定前期的研究基礎.

1 研究對象與研究方法

1.1 研究對象

健康青年男9人、女7人，基本情況見表1.經單一樣本t檢驗，所選樣本的身高、體重與《第二次國民體質監測報告》中20～25歲年齡段全國成年人相比無顯著差異（P＞0.05）.

表1 受試者基本情況

1.2 研究方法

1.2.1 準備工作

獲取受試者的基本信息與健康狀況，排除疾患以確保測試安全.受試者穿著短褲、背心，由測試人員進行基本形態指標的測量，每個指標測試2次.

1.2.2 最大可接受提舉質量的測定

器材有高度可調節的架子，木箱（48cm×36cm×28cm，切口12cm×4cm、距箱底24cm），配重鋼塊，polar表，節拍器.受試者采用自由式提舉技術，隨機完成18項（3種高度×3種頻率×2種水平距離）對稱性手工提舉操作任務.提舉高度分為地面至掌指關節（F－K）、肩關節（F－S）、可觸及高度（F－R）；提舉頻率為每8h一次，1次／min，4次／min；水平距離為25，63cm.受試者需調整提舉質量，以達到工作8h所能承受的最大質量而不感到過度疲勞或不尋常的疲憊、虛弱、過熱或呼吸困難.當受試者提起箱子后，可適當移動腳步以便將箱子放到架子上，兩名實驗助手將箱子移回最初位置.實驗助手通過加減鋼塊調整總質量，以報紙覆蓋，不允許受試者看到箱內的鋼塊質量.整個調整期持續20min，最后的提舉質量即為MAWL.

一天內每位受試者只采集一項實驗數據，以使殘余疲勞感減至最小.一旦調整結束，將繼續提舉10min，每30s記錄一次動態心率變化，并填寫《用力感覺與身體不適程度自我評價》量表（Borg評分表）.共采集288項數據，實驗持續2個月.

1.2.3 數據處理與分析

應用SPSS 17.0統計學軟件進行數據處理，數據正態性檢驗應用單樣本K－S檢驗，連續性變量以均數（±標準差）或中位數（四分位差（25%～75%））表示；應用多因素方差分析檢驗提舉高度、頻率與水平距離3個參數及其交互效應對MAWL、心率、整體疲勞評分的影響，多重比較采用LSD與Duncan法，顯著性水平定為P＜0.05.

2 研究結果

青年人不同提舉參數組合下的MAWL、心率與整體疲勞評分見表2；提舉高度、頻率與水平距離對MAWL、心率與整體疲勞評分影響效應的方差分析見表3.結果表明：提舉高度、頻率與水平距離3個參數均能顯著影響男女受試者的MAWL（P＜0.01）；此外，3個參數有顯著的交互作用（P＜0.01），且兩因素或三因素交互效應均能顯著影響男女受試者的MAWL（P＜0.01）.

2.1 提舉高度效應

男女三種提舉頻率與兩種水平距離下的MAWL隨提舉高度升高呈下降趨勢，方差分析表明提舉高度對MAWL有顯著影響（P＜0.01），Duncan檢驗表明男女三種提舉高度下的MAWL有顯著差異（P＜0.01）.當提舉高度從F－K升至F－S時，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.從F－S升至F－R時，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（見表2—4）.

男性三種提舉頻率與兩種水平距離下的心率，隨提舉高度的升高呈先升高后降低的趨勢，且F－S與F－R時的心率，均高于F－K時；女性心率隨提舉高度的升高呈上升趨勢.方差分析表明提舉高度對男性心率無顯著影響（P＞0.05），對女性心率有顯著影響（P＜0.01）.Duncan檢驗表明男性三種提舉高度下的心率，僅F－S與F－K間有顯著差異（P＜0.05）；女性三種提舉高度下的心率間均有顯著差異（P＜0.05）（見表2、表3、表5）.

表2 青年人不同提舉參數組合的測量結果

表3 MAWL、心率與整體疲勞評分的方差分析表

表4 MAWL隨提舉高度、提舉頻率與水平距離的變化趨勢

表5 心率隨提舉高度、提舉頻率與水平距離的變化趨勢

男女三種提舉頻率與兩種水平距離下的整體疲勞評分，隨提舉高度的升高無顯著變化（P＞0.05），方差分析表明提舉高度對整體疲勞評分無顯著影響（P＞0.05）.男女身體各部位疲勞評分，F－K時，手與下背部的分值較高；F－S與F－R時，手與前臂部的分值較高（見表2、表3、表6，圖1）.

表6 整體疲勞評分隨提舉高度、提舉頻率與水平距離的變化趨勢

2.2 提舉頻率效應

男女三種提舉高度與兩種水平距離下的MAWL隨提舉頻率升高呈下降趨勢，方差分析表明提舉頻率對MAWL有顯著影響（P＜0.01），Duncan檢驗表明三種提舉頻率下的MAWL有顯著差異（P＜0.01）.當提舉頻率從每8h一次升至1次／min時，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.從1次／min升至4次／min時，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（見表2—4）.

男女三種提舉高度與兩種水平距離下的心率隨提舉頻率的升高呈升高趨勢，方差分析表明提舉頻率對心率有顯著影響（P＜0.01），Duncan檢驗表明男女1次／min與4次／min的提舉心率有顯著差異（P＜0.01）（見表2、表3、表5）.

圖1 身體各部位疲勞評分隨提舉高度的變化趨勢

圖2 身體各部位疲勞評分隨提舉頻率的變化趨勢

三種提舉高度與兩種水平距離下的整體疲勞評分，男性隨提舉頻率的升高顯著降低（P＜0.01），女性無顯著變化（P＞0.05）.方差分析表明提舉頻率對男性整體疲勞評分有顯著影響（P＜0.01），對女性無顯著影響（P＞0.05）.Duncan檢驗表明男性1次／min、4次／min時與每8h一次的整體疲勞評分間有顯著差異（P＜0.01）.男女身體各部分疲勞評分，男1次／min、4次／min和女每8h一次、1次／min時，手與前臂部的分值較高；男每8h一次和女4次／min時，手與下背部的分值較高（見表2、表3、表6，圖2）.

2.3 水平距離效應

男女三種提舉高度與三種提舉頻率下的MAWL隨水平距離增加呈下降趨勢，方差分析表明水平距離對MAWL有顯著影響（P＜0.01），Duncan檢驗表明兩種水平距離下的MAWL間有顯著差異（P＜0.01）.當水平距離從25cm增至63cm時，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（見表2—4）.

男女三種提舉高度與三種提舉頻率下的心率隨水平距離增加呈升高趨勢，方差分析表明水平距離對心率有顯著影響（P＜0.01），Duncan檢驗表明男女25cm與63cm間心率有顯著差異（P＜0.01）（見表2、表3、表5）.

男女三種提舉高度與三種提舉頻率下的整體疲勞評分隨水平距離增加無顯著變化（P＞0.05），方差分析表明水平距離對男女受試者整體疲勞評分無顯著影響（P＞0.05）.身體各部分疲勞評分，男25cm與女63cm時，手與下背部的分值較高；男63cm與女25cm時，手與前臂部的分值較高（見表2、表3、表6，圖3）.

圖3 身體各部位疲勞感受評分隨水平距離的變化趨勢

3 分析與討論

3.1 MAWL的變化

與以往研究一致，提舉高度、頻率與水平距離均能顯著影響青年人的MAWL，且MAWL隨提舉高度、頻率與水平距離的增大呈顯著降低趨勢；三參數間有顯著的交互作用，且兩因素與三因素的交互作用均能顯著影響青年人的MAWL［13－20］.因此，僅考慮如頻率與高度、頻率與扭轉角度、高度與水平距離等兩因素交互效應下的MAWL變化特征的研究是不全面的.

僅考慮提舉高度效應，由F－K升至F－S、F－R時，本研究中男女MAWL下降率（17.6%，32.8%）與臺灣省（15%～19%，33%～39%）接近［16－18］，但相同提舉高度下的MAWL均低于歐美人［21－23］.提示國內應用ISO11228－1手工提舉重物推薦限值方程時，應據中國工作人群的身體形態特點調整高度系數［17］.僅考慮提舉頻率效應，由1次／min升至4次／min時，本研究中男女MAWL下降率（35.1%，30.6%）高于歐美人（7%～21%，17%～27%）［17，22－24］.僅考慮水平距離效應，由25cm增至63cm時，本研究中男性MAWL下降率（11.7%）與陳靜等人的研究結果（14%）接近，女性MAWL下降率（16.6%）大于陳靜等人的研究結果（8%）［13］.有研究表明，ISO11228－1手工提舉重物推薦限值方程對水平距離的校正較為充分［13］，因此推測本研究中女性MAWL下降率過大的原因可能是三因素交互作用影響效應的表現.

3.2 生理反應的變化

心率是被廣泛接受的、易于獲取的、間接的體力負荷評價指標［1－2，4，6－9］.本研究表明，提舉頻率與水平距離兩因素，以及兩者的交互作用對男女心率均有顯著影響，提舉高度僅對女性心率有顯著影響.僅考慮提舉高度效應，男性以F－S時心率最高，且顯著高于F－K時的心率，但與F－R時的心率無顯著差異；女性心率隨提舉高度的升高而增加.這與Lee等人的研究相似，當高度由F－K升至F－S時，男性心率增加了2.7%，且以F－S時的心率為最高［17］.陳靜等人的研究發現，在過肩高度的手工提舉操作中，MAWL并非隨高度上升呈簡單的線性下降趨勢，且下降幅度存在性別差異［13］.推測男女心率隨提舉高度變化特征的差異可能與此有關.僅考慮提舉頻率效應，多數研究表明提舉頻率對受試者的心率有顯著影響［14－15，17，19－20，25］，如提舉高度F－K（76cm，68cm）、水平距離50cm的對稱性手工提舉操作中，頻率從1次／min增至4次／min時，男女心率分別增加了23.3%［14］，32.6%［15］；男性提舉高度為F－S（127cm）時，頻率從1次／min增至4次／min時，心率增加了23.4%［17］.本研究中男女三種提舉高度與兩種水平距離下的心率分別增加了17%與19%，與以往的研究相似.僅考慮水平距離的影響效應，有研究表明男性提舉高度為F－K（76cm），頻率為1次／min與4次／min，木箱矢狀徑尺寸（木箱矢狀徑的增大會使身體重心與重物質心間的水平距離增大）從30cm增加至45，60cm時心率會隨之升高（2.0%，4.1%）［19］.

《工作場所有害因素職業接觸限值》（GBZ 2.2－2007）規定，體力工作時最大心率不應超過150次／min，美國工業衛生協會認為1h工作可接受的心率范圍為120～130次／min［26］.本研究除女性水平距離63cm、頻率4次／min時心率較高外，男女其他參數下的心率均符合此標準［26］.與MAWL的變化特征相符，此種情況下女性心率過高的原因可能是提舉頻率、水平距離交互作用影響效應的表現.3.3 自我疲勞感受的變化

應用心理物理學法受試者可通過自我報告的方式評價用力程度（rating of perceived exertion，RPE），其中Borg's評分量表最為常用［1－2，4，6－9］.本研究結果表明，手工提舉操作的提舉高度、頻率與水平距離對女性整體疲勞評分均無顯著影響；男性整體疲勞評分提舉頻率為每8h一次與1次／min，4次／min間有顯著差異，但1次／min，4次／min間無顯著差異.這與Lee等人的研究結果相似［17］，當提舉頻率由1次／min升高至4次／min時，男女整體疲勞評分隨之增大，但無顯著差異.身體各部位自我疲勞感受評分表明，提舉高度F－K時，手與下背部自我疲勞感較為明顯，F－S與F－R時手與前臂部自我疲勞感較為明顯，即高度超過掌指關節高度時，上肢疲勞感明顯.Lee等人的研究也表明，上肢肌群在提舉高度為K－S與F－S的手工提舉操作中起重要作用，且MAWL隨高度升高而降低［17］.男性在提舉頻率為每8h一次、水平距離為25cm時，女性在4次／min、63cm時，手與下背部疲勞感較為明顯；男性在提舉頻率為1，4次／min，水平距離為63cm時，女性在每8h一次，1次／min，水平距離為25cm時，手與前臂部疲勞感較為明顯.由此可見，受試者手工提舉操作用力部位隨水平距離與提舉頻率的變化存在著性別差異.當水平距離與提舉頻率增加時，男性手臂部參與工作的比重增大，而女性下背部參與工作的比重增大.推測這與本研究的實驗設計有關，當水平距離增大時，受試者可先將重物操作至體前再開始提舉操作，此過程中男性更多地依靠手臂部的發力完成操作，而女性因手臂部肌力較弱，需更多地借助下背部的發力完成.

綜上所述，提舉高度、頻率與水平距離3個提舉參數及其交互作用均能顯著影響青年人的手工提舉能力，實驗中青年人的生理反應與身體各部位的用力程度存在性別差異.這為手工操作能力基礎數據的采集與評價及安全質量限值國家標準的制定提供了參考依據.

［1］ 肖國兵.手工操作的工效學評價及提舉質量限值的研究［D］.上海：復旦大學公共衛生學院，2004.

［2］ 王正倫.手工提舉重物作業技巧及疲勞恢復的實驗研究［D］.武漢：華中科技大學公共衛生學院，2009.

［3］ 高蘇寧，劉偉強.下腰痛的神經學機理認識［J］.中國脊柱脊髓雜志，2000，10（4）：242－244.

［4］ SHRAWAN KUMAR.Biomechanics in ergonomics－second edition［M］.Pub：Taylor ＆Francis，2007：469－494，495－530，531－562，538－539.

［5］ TECHNICAL COMMITTE ISO／TC 159.ISO 11228－1Ergonomics－manual handling－part 1：lifting and carrying［S］.Geneva：ISO Copyright Office，2003.

［6］ 徐紅旗，史冀鵬，張欣，等.表面肌電小波變換分析技術監測重復性手工提舉重物作業中機體肌肉疲勞的研究［J］.體育科學，2011，31（12）：44－54.

［7］ 肖國兵.手工搬運任務的工效學評價方法［J］.工業衛生與職業病，2003，29（2）：115－118.

［8］ 肖國兵.手工提舉的限值與復合提舉任務評價進展［J］.中華勞動衛生職業病雜志，2003，21（6）：468－470.

［9］ 肖國兵.心理物理方法在手工提舉重物操作任務設計中的應用［J］.中國工業醫學雜志，2003，16（4）：229－231.

［10］ WASTERS T R，PUTZ－ANDERSON V，GARG A，et al.Revised NIOSH equation for the design and evaluation of manual lifting tasks［J］.Ergonomics，1993，36（7）：749－776.

［11］ WASTERS T R，PUTZ－ANDERSON V，GARG A.Applications manual for the revised NIOSH lifting equation［R］.Springfield：U.S.Department of Commerce Technology Administration.National Technical Information Service（NTIs），1994：94－110.

［12］ 肖國兵，雷玲，PATRICK DEMPSEY，等.NIOSH提舉指數在LBD流行病學研究中的應用［J］.環境與職業醫學，2004，21（2）：131－134.

［13］ 陳靜，楊磊.手工搬舉作業的最大可接受搬舉質量［J］.中華勞動衛生職業病雜志，2006，24（4）：194－197.

［14］ WU S P.Psychophysically determined symmetric and asymmetric lifting capacity of Chinese males for one hour's work shifts［J］.Int J Ind Ergon，2000，25（6）：675－682.

［15］ WU S P.Maximum acceptable weights for asymmetric lifting of Chinese females［J］.Appl Ergon，2003，34（3）：215－224.

［16］ WU S P.Psychophysically determined infrequent lifting capacity of Chinese participants［J］.Ergonomics，1999，42（7）：952－963.

［17］ LEE Y H，WU S P，HSU S H.The psychophysical lifting capacities of Chinese subjects［J］.Ergonnomics，1995，38（4）：671－683.

［18］ WU S P，HSU S H.Psychophysical modelling of lifting capacity of Chinese males using strength variables［J］.Appl Ergon，1993，24（4）：251－257.

［19］ WU S P.Maximum acceptable weight of lift by Chinese experienced male manual handlers［J］.Appl Ergon，1997，28（4）：237－244.

［20］ 肖國兵，梁友信.最大可接受提舉質量的研究［J］.中華勞動衛生職業病雜志，2008，26（6）：341－345.

［21］ SNOOK S H，CIRIELLO V M.The design of manual handling tasks：revised tables of maximum acceptable weights and forces［J］.Ergonomics，1991，34（9）：1197－1213.

［22］ CIRIELLO V M，SNOOK S H.The study of size，distance，height，and frequency effect on manual handling task［J］.Hum Factors，1983，25（5）：473－483.

［23］ CIRIELLO V M，SNOOK S H，BLICK A C，et al.The effects of task duration on psychophysically determined maximum acceptable weights and forces［J］.Ergonomics，1990，33（2）：187－200.

［24］ MITAL A.The psychophysical approach in manual lifting a verification study［J］.Hum Factors，1983，25（5）：485－491.

［25］ WU S P，CHEN J P.Effects of the adjustment period on psychophysically determined maximum acceptable weight of lift and the physiological cost［J］.Int J Ind Ergon，2003，31（5）：287－294.

［26］ 衛生部職業衛生標準專業委員會.GBZ 2.2－2007中華人民共和國國家職業衛生標準工作場所有害因素職業接觸限值 第2部分：物理因素［S］.北京：中國標準出版社，2007.

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 ［學科代碼］ 890·20

A

（責任編輯：方 林）

1000－1832（2014）02－0151－07

10.11672／dbsdzk2014－02－028

2013－07－16

科技部科技基礎性工作專項課題（2013FY110200）；國家質檢總局中國標準化研究院科技計劃項目（52096S－1827）；中央高校基本科研業務費專項基金資助項目（14QNJJ032）.

史冀鵬（1975—），女，博士，講師，主要從事運動生理學研究.