坡度與地板滑溜度對人員物料搬運時步態之影響

許耀文

摘 要：研究主要系探討人員在不同斜度的坡道與地板之上，搬運物料行走時對步態的影響。本研究改良一可調整坡度（0°～10°）的坡道與平臺，選取3種表面粗糙度不同的地板，搭配干燥與潮濕的2種地板狀況，量測其摩擦系數。另外征求50位樣本，男女各半，搬運4種負重水平（0～15 kg）的物料行走在不同的坡道與地板之上。紀錄其步態、心搏率并予以分析探討。研究結果發現性別、不同的坡道斜度與負重水平等因素，對步態均有明顯的影響。研究結果建議應慎選坡道上的地板材質，以及針對不同性別設定坡度與負重水平的限制，以預防人員于坡道上搬運重物造成滑倒事故。

關鍵詞：坡道、抗滑性、人員物料搬運、步態分析

中圖分類號：F 428 文獻標識碼：A 文章編號：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

在工作場所、家庭以及公共區域中人員物料搬運作業（Manual materials handling，MMH）相當普遍，而不當的搬運姿勢、負荷、頻率等因素所造成的肌肉骨骼傷害，在相關研究中已有探討[1-6]。在搬運的過程中，斜坡常被用來取代樓梯以避免跌倒的意外發生。但在上下斜坡時，由于剪力的改變，可能會容易產生身體失衡的情形，此時若地板的抗滑度不佳或地表有潮濕與其他臟污的狀況，會增加滑倒的風險。因此勞工于上下斜坡進行人員物料搬運時，一方面須考慮對身體（尤其是下背部）的負荷，一方面為保持身體平衡，避免滑倒或跌倒的發生，而增加人員的負荷，也容易產生多方面的意外傷害：下背痛、滑倒、跌倒等。

人員物料搬運作業本身對人體產生的傷害主要為下背部的傷害，NIOSH考慮了生物力學、生理學與心理物理學3個層面[7]，提出了NIOSH 1991公式，作為規范人工物料抬舉作業的參考。除搬運的重量外，公式尚包含了物體重心位置、物體起始高度、抬舉高度差、腰部扭轉角度、頻率以及握持容易度等6個因素，皆是會影響到人員搬運的傷害風險。

然而除了以上因素，地板的滑溜程度也可能造成人員額外的負擔。地板的滑溜程度可由量測鞋底與地板之間的摩擦力來衡量，而摩擦力可藉由量測其間的摩擦系數（coefficient of friction，COF）來判定，摩擦系數大者摩擦力亦較大，故摩擦系數是影響發生滑倒最主要的因素之一。滑溜的地板除了會造成人員滑倒的意外，也會對人員搬運作業有不利的影響。Ciriello etal[8]比較受測者在2種不同靜摩擦系數的地板上推車所需的推力，發現在比較低摩擦系數的地板上明顯的需費較大的力量才能推動推車以及讓其等速前進；另外一天8 h可接受的工作載重也明顯的比高摩擦系數的地板少。Li etal[9]讓受測者在3種鞋底與地板界面條件下進行物料的抬起、雙手攜行、放下并走回的實驗，發現在滑溜的地板上，人員可接受處理的負重較低；而在從事物料搬運時，生理系統的能量效率也較低，亦即需花費更高的能量來搬運特定重量的物料。

工作現場除平地外，也常見到坡道的設置，坡道的斜度也可能是需考慮的影響因素。一方面，在坡道上行走比在平地行走有較高的滑倒風險是顯而易見的。Haslam & Bentley[10]分析40位郵差意外事件中，發現有30%的意外是發生在走下坡路段時跌倒。在坡道的斜度大小影響傷害風險方面，Hanson etal[11]觀察人員行走在3種傾斜角度的斜坡道上，并配合3種地板污染的狀況，發現不論是塑料或短毛地毯的地板上較大斜度的坡道之摩擦需求量均較斜度小的情況高，亦即坡道斜度愈大，下坡行走滑倒的風險就愈高。Redfern & DiPasquale[12]以及Cham & Redfern[13]也得到類似結論。Li etal[14]也發現坡度愈大，摩擦系數降低的幅度愈大，尤其在有甘油覆蓋的環境中，不論何種地板與鞋材，其摩擦系數均降為0.以上的結果探討到下坡會明顯地影響到摩擦系數，坡度愈大愈顯著，尤其在有污染物的狀況下，會更明顯。Haslam & Bentley則指出當下坡步行時導致滑倒的可能性，高于上坡步行的情況，主要是因為剪力的增加。

另一方面，在坡道上行走也會影響人員的步態。當人員于上坡行走時，每一步會比在平地上行走時所花的時間長[15]。而且隨著坡度愈陡，步幅會增加得愈大[16]。但相對的，在坡度20°的下坡行走時，反而是步頻增加且步長減小以保持身體質量中心的平衡。Sun etal[17]指出當坡道的坡度越陡時，行走速度變慢，步幅也跟著減小。而步幅的減小目的在于降低滑倒的風險。

人員徒手在斜坡上行走與在平地相比，在滑溜程度、步態以及生物力學上有顯著的差異，若再加上搬運物料的作業，其差異應會更大。當人員搬運時，上半身的重量增加，使全身質心位置往上偏移，進而降低上半身的動態穩定性。若再行走在坡道上時，因地板角度關系，物料重量施加于質心所產生的扭矩向量偏向下坡方向。使得身體重心可能離開腳底接觸地面的范圍，進而產生失衡，而增加滑倒的風險[18]。尤其當地板的抗滑性不足時，其風險勢將更高。為了避免失衡，身體會調整各部位的角度，尤其是下肢部位的關節角度，進而影響對下背部的生物力學平衡。

研究的目的主要了解在不同的坡度以及地板條件下的地板抗滑性的差異。并讓受測者以4種負重水平實際行走于不同坡度與地板條件的坡道，探討其步態的變化。

1 研究方法

1.1 被試

研究共征求50位成年人作為研究樣本，男女各半，年齡介于18～23歲。男性樣本平均身高為169.5（± 5.80）cm，平均體重為63.7（± 15.20）kg；而女性平均身高則為158.8（± 5.83）cm，平均體重為51.6（± 8.63）kg.研究樣本為能正常行走，無任何會影響行走的疾病或傷害，經征得同意后進行實驗。每位被試除量測其身高與體重，并紀錄性別、年齡以及健康狀況等基本數據。而實驗時所穿著的鞋子一律為PVC鞋底，以保持地板與鞋材之間摩擦系數的一致性。

1.2 地板樣本與摩擦系數量測

研究采用不同表面粗糙度的3種地板：人行地磚、磨石子地與拋光石英磚；地表狀況則考慮干燥與潮濕2種。研究采用Portable Skid Resistance tester（PSRT）來進行摩擦系數的量測，PSRT為英國的道路研究室所發展，量測方法依據ASTM E303[19]進行。研究采取于實驗室中進行3種地板樣本于不同坡道斜度（0°，5°與10°）以及地板狀況（干燥與潮濕）的COF量測，每種狀況均各量測6次。

1.3 實驗設計

由于本實驗須讓被試行走在坡道上，甚至有潮濕的狀況。考慮到被試的安全，將最重的抬舉重量定為15 kg，再依序減5 kg，因此負重水平分別設定為0 kg，5 kg，10 kg與15 kg.而所搬運的物體長度40 cm，高度30 cm，符合NIOSH 1991公式中握持普通以上的水平。

被試在經由5 min的全身性的熱身與伸展操后，先在坡道上來回試走數次，以習慣坡道。接著由坡道（如圖1所示）左方平臺旁的物料暫放區拿起待搬運的重物，開始行走在平臺-上坡-平臺，將重物放在右方平臺旁的物料暫放區上。待休息2 min，再拿起物料走回頭（平臺-下坡-平臺），最后將物料放至左方平臺旁的重物暫放區。實驗的變數有4種負重、3種地板、2種地表狀況、3種坡度以及上坡與下坡，被試均各執行2次，隨機進行，每種狀況之間均會有30 min的充分休息。被試搬運行走的速度并不受限制，依其自然行走的速度與步幅，但盡量于每次搬運時保持其行走的節奏。在平臺上以及上下坡的行走速度、步幅與心搏率依每種負重與地板條件分別記錄，做為分析的參考依據。

為確保被試的安全，除被試按規定系好安全繩、穿上護膝與護肘等防護設備之外，尚需2位研究人員在旁戒護，以避免身體失衡產生滑倒的意外。而所搬運的物料也同樣系上安全繩連上主繩，以預防重物掉落砸到下肢。

1.4 分析方法

研究的自變量包含：坡度、地板、地表狀況、負重水平、性別；而依變數則有摩擦系數、步態、心搏率等量測與記錄數據。先進行敘述統計，分不同坡度、上下坡與性別分別算出摩擦系數、步態及心搏率的平均數與標準偏差。

然后以變異數分析探討不同坡度、地板、上下坡與性別等因子，對摩擦系數、步態的影響。若有顯著的影響，再利用Duncans multiple range test去進行多重檢定比較，探討差異的來源。

2 結果與分析

2.1 地板摩擦系數

研究所量測的各種地板的摩擦系數平均值列于表1.在干燥時，3種地板于不同坡道上的平均COF均在0.7以上；然而在潮濕的狀況時，除地磚外，其余2種地板的平均COF大部分均低于一般認知的安全標準0.5[20]。

經由三因子變異數分析也同樣顯示地板、地表狀況、角度以及各別的交叉作用對COF均有顯著的影響（p<0.001）。由個別因素的變異數分析，可發現不論地板狀況與角度為何，地磚的COF大部分均明顯的較高，其次是磨石子地，而拋光石英磚的COF最低。另外干燥的地板比潮濕的地板有較高的COF值。至于不同的斜度亦會影響到COF值，然而并無法看出明顯的趨勢，各角度之間的COF值也差異不大。由表1，表2可看出，在同一地表狀況與地板上，各坡度間最大與最小COF的差異未超過0.1.

2.2 步態、心搏率

研究記錄每個地板狀況下跨一步的步長與時間、速度，并以五因子變異數分析結果得知，被試跨一步的步長均明顯的受到所有自變量的影響（p < 0.001）。性別方面，男性跨步距離高于女性；在潮濕的地板上行走，步長會縮短，以利平衡；另外不管潮濕或干燥，較光滑的地板下，其步長也會較短；而坡道則是在上坡時，步長會較長，而下坡時則會縮短其步長，在下10度坡時的步長最短；至于負重，則是負荷愈重，愈縮短受試者的步長（如圖2所示）。

在跨一步的時間方面，由五因子變異數分析結果得知，明顯的受到性別（p=0.007）、坡度（p<0.001）與負重（p=0.003）等3因素的影響，而干濕與地板的影響則未達顯著水平。在性別方面，女性跨一步的時間比男性短，且步長較短；而坡道則是在下坡時，所花時間比上坡要短得多，坡度愈大，影響愈大；至于負重，則是負荷愈重，會愈縮短受試者的時間（如圖3所示）。

在行走的速度方面，由5因子變異數分析結果得知，除了負重外（p=0.542），均明顯的受到其他4個因素的影響（p< 0.001）。在性別方面，雖然女性跨步的時間比男性短，但步長也較短，相對下行速度反而較慢；在地板方面，在磨石子地上行走的速度較其他地板速度要慢，亦即較光滑或較粗糙的地板均會增加行走速度；而坡道則是在愈平坦的地面行走時，速度較快，隨著坡度的增加，則會減緩行走速度，而下坡比上坡的減緩效果更明顯；雖然負重在整體上沒有達顯著水平，但在男性部分，可看到負重愈重，其行走速度會加快（圖4）。

在心搏率方面，經五因子變異數分析得知，除干濕狀況外，其余4個因子均明顯的影響受試者的心搏率（p<0.001）：女性的心博率較男性高，以及愈光滑的地板、負重愈大愈提升受試者的心博率。

3 研究結論與建議

3.1 結論

研究以多項客觀量測來探討地板滑溜程度對坡道上進行人工物料搬運的影響。首先在所探討的地板與坡道方面，研究選取了3種不同粗糙度的地板，并配合2種地表狀況與5種坡度，以PSRT量測其摩擦系數，結果發現不論地板的狀況，愈粗糙的地板，其摩擦系數就愈高，而潮濕的狀況會明顯的會降低摩擦系數，與以往研究[21-22]相符；另一方面，不同斜度之間的COF值均達統計上的顯著差異，此點與Li etal相符。由以上討論可知，不同粗糙度的地板、地表狀況與坡度對摩擦系數有所影響，以利于進行后續的步態在不同狀況下的比較。

在步態方面，人員跨一步的步長與時間明顯的受到性別、坡度與負重的影響，不同性別間體型的差異對行走策略有所影響；人員在上坡時，步長會拉大并減緩跨步的時間，在下坡時，縮短跨步距離以利調整重心，并因重力的關系，跨步加快，與以往研究相符；而負重愈重，則會縮短跨步的步長與時間，可能因為負重愈重，人員跨步就愈困難，因而影響往前跨的距離，進而縮短跨步時間。步長還受到干濕狀況與地板的影響，基本上，摩擦系數愈小的狀況（潮濕與光滑的地板），會讓步長縮短，因人員對于較容易滑倒的狀況會采取較謹慎的行走策略，縮短步長以利調整身體重心，與相關研究相符。而在行走速度上，Sun etal指出當坡道的坡度越陡時，行走速度變慢，步幅也跟著減小，研究亦得到類似的結論，上坡亦會減緩行走速度，但下坡減緩的速度的幅度較大。

3.2 建議

1）當采用坡道時，應盡量避免潮濕；如無法避免地板潮濕時，坡道應盡量選擇高粗糙度的地板，而盡量避免如拋光石英磚等光滑表面的地板。

2）坡度與負重確實會影響MMH作業的行走步態。因此為避免人員跌倒，而由坡道取代樓梯的設計，似乎也無法避免增加對人員的負荷。因此坡度與負重應盡可能地降低，以減輕人員的負荷。

3）不同性別對于在坡道上負重行走有顯著差異，應個別討論適當的坡度與負重水平。

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（責任編輯：嚴 焱）