經典女子箭步式上挺關鍵技術環節的運動學分析
——基于廖秋云世錦賽破挺舉世界紀錄動作的技術診斷

但林飛，吳紫瑩，石智勇，梅齊昌,3，劉功聚，李建設

(1.寧波大學 體育學院，浙江 寧波 315211；2.寧波大學 大健康研究院，浙江 寧波315211；3.奧克蘭大學 生物醫學工程研究所,新西蘭 奧克蘭 10103；4.浙江體育職業技術學院 科研處，浙江 杭州 311231；5.潘諾尼亞大學 工程系，匈牙利 維斯普雷姆 H-8201)

挺舉和抓舉是1896年首屆雅典奧運會的正式比賽項目，百年后的2000年悉尼奧運會增加了女子舉重項目[1,2]。世界舉重錦標賽是全球影響最大的舉重比賽，獲勝者代表擁有著最高水平的舉重技術[3]。受“挺舉依靠絕對力量”的傳統觀念的影響，國內外對“技術”的研究相對較少[4]。

由于挺舉和抓舉前半段動作結構類似，國內外對挺舉的研究多聚焦于后半段[5]。根據上挺發力后不同的下蹲方式，挺舉中最常見的上挺方式有箭步式上挺和下蹲式上挺[6]。箭步式上挺與下蹲式上挺的技術優劣一直存在著爭議[6-8]。Chiu認為挺舉水平與較多因素有關，其中影響最大的是杠鈴最大速度、能量利用效率和肌肉爆發力[9]。Travis認為女子舉重對絕對力量的依靠不如男子舉重，但更依賴于關節柔韌性、舉重技巧及對杠鈴速度的控制[10]。Moon提出了世界級水平運動員的身體素質和肌肉力量相對較難提高，而舉重技巧的提升相對容易[11]。因此，對創造世界紀錄的挺舉技術動作進行分析，就顯得很有必要了。廖秋云是女子舉重55kg級世界頂尖級運動員，也是我國備戰東京奧運會的重點隊員。在2019年泰國舉重世界錦標賽上，在其獲得總成績冠軍的同時，以挺舉129kg創造了該級別新的世界紀錄。不同于男子挺舉，女子挺舉大多采用箭步式上挺技術，廖秋云則是該技術的典型代表。通過分析其破世界紀錄的挺舉技術動作，可以對我國舉重項目備戰2020年東京奧運會的科學訓練乃至運動員選材提供科技助力。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

2019年舉重世錦賽女子55kg級廖秋云以129kg破挺舉世界紀錄的技術動作。

表1 運動員基本信息

1.2 研究方法

1.2.1 定點定焦攝像研究法。2019年泰國舉重世錦賽現場，采用兩臺高速攝像機(SONY DCRHC52E)分別固定于舉重臺前方的左右兩側約45°方向，兩臺高速攝像機距離舉重臺中心約15m，在水平面上通過舉重臺中心主光軸之間的夾角約90°，拍攝頻率為25幀/s，同步采集運動員的完整挺舉技術動作。拍攝前，預先采用PEAK三維標定框架對比賽場地進行三維空間坐標標定，標定后保持攝像機位置和焦距等拍攝條件不變(圖1)。

圖1 攝像機設置示意圖

1.2.2 三維錄像解析法。采用德國SIMI°Motion7.50三維運動解析系統，對廖秋云打破世界紀錄的挺舉技術動作視頻進行解析，解析的采樣頻率為50 Hz，運用截斷頻率為6Hz低通濾波對原始數據進行平滑處理，使用DLT計算空間坐標(圖2)。三維坐標系X軸為前后方向，Y軸為左右方向，Z軸為垂直方向。確立17個關鍵環節標定點：頭、左右肩、左右肘、左右腕、左右髖、左右膝、左右踝、左右腳尖和杠鈴左右端點。選取的技術參數為：握距、站距、杠鈴高度、杠鈴速度、杠鈴y軸偏移量、髖關節角度、膝關節角度、踝關節角度、髖關節角速度、膝關節角速度、踝關節角速度、軀干角度和“兩心”距離。

圖2 三維運動分析直角坐標系示意圖

2 動作階段劃分

國內外學者關于挺舉階段劃分的細節上雖有一些不同，但基本上都將完整的挺舉動作分為預蹲和上挺兩個階段[12-14]。先前有關挺舉技術動作的生物力學研究文獻通常根據下肢關節角度、杠鈴垂直高度和杠鈴垂直速度的變化，將提鈴至胸階段和上挺階段細分為12個時段，這種劃分方式符合生物力學原理，并被廣泛應用于挺舉研究。

2.1 提鈴至胸階段劃分

伸膝提鈴時段M1(A至B)：杠鈴離地瞬間至膝關節角度第一峰值時刻；

引膝提鈴時段M2(B至C)：引膝開始時刻至膝關節角降至最小時刻；

發力時段M3(C至D)：引膝結束至杠鈴垂直上升速度最大時刻；

慣性上升時段M4(D至E)：杠鈴上升速度最大至杠鈴垂直高度達第一個峰值時刻；

下蹲接鈴時段M5(E至F)：杠鈴垂直高度第一個峰值至杠鈴下落至最低時刻。

站立時段M6(F至G)：杠鈴高度最低時刻至杠鈴垂直高度達第二個峰值時刻。

圖3 提鈴至胸階段各時段劃分

2.2 上挺階段劃分

過渡時段M7(G至H)：提鈴至胸階段末至上挺階段開始時刻；

預蹲時段M8(H至I)：預蹲開始至屈膝最小時刻(主動預蹲時段M8-1：預蹲開始至杠鈴垂直下降速度最大；預蹲制動時段M8-2：杠鈴垂直下降速度最大至屈膝最小時刻)；

發力時段M9(I至J)：膝關節角度最小至杠鈴垂直向上速度最大時刻；

慣性上升時段M10(J至K)：杠鈴垂直向上速度最大至上挺階段杠鈴垂直高度第一個峰值時刻；

下蹲接鈴時段M11(K至L)：杠鈴慣性上升高度最大至下一個杠鈴速度為零時刻；

起立站穩時段M12(L至M)：杠鈴速度為零至上挺階段第二個杠鈴垂直高度峰值。

圖4 上挺階段動作劃分

3 結果與分析

完整的挺舉動作包含提鈴至胸和上挺兩個階段，兩者的動力主要來自伸膝肌群和伸髖肌群，提鈴以伸髖肌群為主，伸膝肌群為輔；上挺以伸膝肌群為主，伸髖肌群為輔；廖秋云是箭步式挺舉技術的典型代表，通過分析其挺舉技術動作，有助于明晰箭步式挺舉的力學原理。2019年舉重世錦賽廖秋云破挺舉世界紀錄的表現證明箭步式挺舉仍不失為優秀技術動作。

3.1 提鈴至胸階段分析

3.1.1 準備姿勢分析。提鈴至胸階段準備姿勢的技術參數主要是：握距、站距、“兩心”距離、軀干角度、髖關節角度和膝關節角度。

表2數據表明：廖秋云握距為65.90cm，握距的寬窄與運動員上肢長度有關，但，握距的調整更與運動員腹背部大肌群的力量相關。握距影響提鈴的高度，較寬的握距有利于降低杠鈴所需送達的高度，并減小做功，符合舉重力學的經濟性及舉重技術“低”的特征[16]。準備姿勢時，廖秋云的身體重心在杠鈴重心后7.60cm，“兩心”距離較小,較小的“兩心”距離有利于減小提鈴至胸階段的力臂，符合舉重技術“近”的特征[15]。

表2 廖秋云提鈴至胸階段準備姿勢技術參數

3.1.2 運動學參數分析。提鈴至胸階段各時段運動學參數主要是：持續時間、杠鈴垂直高度、杠鈴垂直速度、髖關節角度、膝關節角度、踝關節角度、軀干角度、髖關節角速度、膝關節角速度和踝關節角速度。

表3數據表明：伸膝提鈴時段M1用時0.58s，引膝提鈴時段M2用時0.26s，發力時段M3用時0.04s，慣性上升時段M4用時0.30s， 杠鈴離地至杠鈴高度達第一峰值(M1至M4)共用時1.18s。在杠鈴離地至發力時段結束(M1至M3)，杠鈴向上的速度持續增加，最大速度達到1.06m/s。在下蹲接鈴時段M5中，杠鈴回落距離為30.00cm，占其身高的19.61%。在引膝提鈴至發力時段(M2至M3)的軀干角度變化為80.27deg至77.62deg，軀干角度變化幅度為2.65deg。在發力時段中，髖關節和膝關節伸的角速度分別為187.66deg/s和89.39deg/s，伸髖角速度明顯大于伸膝角速度。完成下蹲接鈴M5時，髖和膝關節角度分別為51.18deg和33.33deg。

廖秋云在杠鈴離地至杠鈴高度到達第一峰值所用總時間較短，其中發力時段用時更短，用時的長短主要取決于運動員的身體形態、動作結構和試舉重量[17]。在杠鈴離地至發力時段結束，杠鈴速度疊加效率高，表明其引膝時段用力連貫，動作完成質量較高。有研究認為，合理的杠鈴回落距離應在其身高的20%左右，過大會導致杠鈴回落沖力過大，過小則不能充分伸臂完成支撐動作[17,18]。廖秋云符合屈髖屈膝的接鈴特點，回落距離合理，這為其成功試舉創造了有利條件。舉重的成績取決于最佳的髖部及軀干角度以及膝關節伸肌機能，在發力時段，應保持軀干角的穩定[19]。相對恒定的軀干角有利于伸髖肌群的做功，身體積極地前傾有利于背部肌群及肩關節斜方肌上部和三角肌前部在整個過程中發揮出最大激活度[20]。在引膝提鈴至發力時段中，廖秋云軀干角略微前傾且變化幅度小，合理的軀干角度變化為下肢發力提供了必要前提。在發力時段中，髖關節角速度明顯大于膝關節角速度，表明其更注重伸髖發力。

3.1.3 角度變化“時變圖”分析。提鈴至胸階段主要關節角度變化“時變圖”包括：軀干角度、髖關節角度、膝關節角度和踝關節角度，各時段主要關節角度變化如圖5所示：

圖5 提鈴至胸階段主要關節角度變化“時變圖”

圖5顯示：廖秋云在杠鈴離地至杠鈴速度達最大(a至d)膝關節角度呈現出“雙峰單谷”的變化特點，第一個波峰代表伸膝提鈴時段(a至b)，第二個波峰代表發力時段(c至d)，一個波谷代表引膝提鈴時段(b至c)[21]。在杠鈴離地至杠鈴高度到達第一峰值時段中，伸膝提鈴時段(a至b)的下肢三大關節角度變化曲線斜率要小于發力時段(c至d)的曲線斜率。在整個提鈴至胸階段(a至g)中，下肢三大關節中髖和膝關節角度變化曲線斜率較大，踝關節角度變化曲線比較平緩。發力前，軀干角度保持前傾；發力時段，軀干角度輕微后仰，但變化幅度相對穩定。

引膝的作用是為了使肌肉獲得一定的初長度，有利于二次發力[22]。在提鈴至胸階段，是由下肢三大關節協同發力過程[23]。有研究表明，引膝提鈴時段，主要靠伸髖伸膝肌群共同完成；如果發力過早，髖和膝關節伸肌及踝關節屈肌與杠鈴之間的阻力臂將增大，可能造成額外的能量消耗，因此提鈴至胸階段不宜用力太快[18]。有學者認為，引膝提鈴時段主要靠下肢蹬伸的力量，髖關節的伸展有利于腰背肌群的發力[10,24]。此外，有研究指出髖關節的伸展程度是衡量發力效果的重要指標，髖關節角度伸展50.00deg時為最佳[25]。在伸膝提鈴時段，下肢三大關節的角度變化較緩，這提示其并未出現發力過早的情況，這也體現出其發力準確的技術特點。在引膝提鈴時段，采用積極伸髖蹬伸的發力方式，有利于伸髖肌群及腰背肌群的參與。軀干角度稍前傾且較小的變化幅度，體現了舉重技術中“穩”的特征。在整個提鈴至胸階段，廖秋云的發力順序得當，動作流程連貫，動作結構合理。

3.2 上挺階段技術分析

3.2.1 準備姿勢分析。上挺階段準備姿勢主要技術參數包括：握距、站距、“兩心”距離、軀干角度、髖關節角度、膝關節角度和踝關節角度。

表4數據顯示：與提鈴至胸階段的準備姿勢比較，上挺階段準備姿勢中握距減小了6.50cm，減小握距可能會增加上挺階段杠鈴所需送達的高度，但適宜的握距有利于運動員的肩、腰和腹肌群的預激活，為上挺階段提供核心力量支撐。上挺階段準備姿勢中，站距增大了6.80cm。增大站距將降低杠鈴所需送達的高度，減少做功；同時，增大站距將增大雙足所構成的支撐面，有利于上挺階段技術動作的穩定性[26]。“兩心”距離由直立時段末的-1.40cm變化為上挺階段準備姿勢時的0.30cm，杠鈴重心由身體重心后方移動至前方，有利于“箭步式”支撐的發力方式；且杠鈴重心與身體重心在前后方向幾乎重合，體現了舉重技術“近”的特征[27]。

表4 上挺階段準備姿勢技術參數

3.2.2 運動學參數分析。上挺階段各時段運動學主要參數是：持續時間、杠鈴垂直高度、杠鈴垂直速度、髖關節角度、膝關節角度、踝關節角度、髖關節角速度、膝關節角速度和踝關節角速度。

表7數據顯示：廖秋云在過渡時段M7耗時4.70s；隨后的上挺階段(M8-1至M12)共用時3.20s。其中，預蹲時段M8用時0.46s，主動預蹲M8-1和預蹲制動M8-2分別用時0.24s和0.22s，制動用時占比預蹲用時為47.83%；發力時段M9用時0.22s；慣性上升時段用時0.30s。預蹲時段M8杠鈴回落距離為18.90cm，其中制動時段M8-1杠鈴回落為9.20cm。下蹲接鈴時段M11，杠鈴回落距離為9.80cm。發力時段M9杠鈴最大速度為1.12m/s，預蹲時段M8杠鈴最大速度為-0.69m/s。下蹲接鈴時段M11，髖和膝關節角度分別為68.39deg和93.67deg，髖和膝關節最大角速度分別為-223.94deg/s和-164.43deg/s。完成起立站穩時段M12，髖和膝關節角度分別為170.66deg和175.79deg，髖關節角度變化幅度達102.27deg，該時段髖和膝關節最大速度分別達到226.77deg/s和-386.66deg/s。

有研究指出，箭步支撐優于下蹲支撐的主要原因有二：一是箭步支撐杠鈴回落距離較短，杠鈴回落沖力較小，上挺做功距離短，減小做功；二是箭步支撐動作更加穩定，雙足所構成的穩定區面積比下蹲支撐大[28]。廖秋云上挺前的過渡時段用時過長，可能造成額外的能量消耗，影響上挺發力，其原因有待進一步研究。上挺階段總用時相對較長，可能與其破紀錄的極限重量有較大關系。制動時段用時反映了運動員在極限負荷條件下由離性收縮轉為向心收縮的能力，制動時間短反映爆發力強，反之代表其爆發力需要進一步提高。有研究表明，合理的制動時間約占整個預蹲時段的三分之一[29]。預蹲制動時間越短，杠鈴所獲的回彈勢能就越大，對上挺發力越有利[30]。廖秋云預蹲制動時間占比較大，可能在破紀錄的極限重量下需要更長的制動時間以緩沖杠鈴回落的沖擊力。由于箭步式支撐的方式，杠鈴回落距離通常都低于下蹲式支撐的方式，也更加符合力學原理中的經濟性。有研究認為，杠鈴慣性上升時間過長會造成額外的能量損失，過短又會影響預蹲[31]。廖秋云上挺階段杠鈴慣性上升時間相對合理，表明其上挺發力動能利用高效。箭步式支撐是上挺技術的關鍵環節，合理的箭步支撐技術在下蹲接鈴時段，其髖和膝關節角速度快，有利于快速完成接鈴動作；在站穩起立時段，髖關節角度變化幅度大，與箭步式支撐后的伸髖蹬伸發力方式相吻合。

3.2.3 角度變化“時變圖”分析。上挺階段主要關節角度變化“時變圖”包括：軀干角度、髖關節角度、膝關節角度和踝關節角度。

圖6曲線顯示：上挺階段(h至m)，廖秋云的軀干角度變化保持在75deg至85deg的范圍之間，變化幅度相對恒定。預蹲時段(h至i)，髖和膝關節角度變化曲線斜率較大，說明該時段髖和膝關節角速度較快。發力階段(i至j)，在下肢三大關節中，髖關節角度變化曲線斜率要明顯大于膝和踝關節角度變化曲線斜率。在站穩起立時段(l至m)，髖和膝關節角度變化曲線斜率大，踝關節和軀干角度變化相對穩定。

圖6 上挺階段關節角度“時變圖”

上挺階段保持軀干角度略微前傾且相對穩定，有利于腰背部肌群的激活。在下蹲時段，下肢關節屈曲速度快，將給予杠鈴一定的上推力，有利于支撐動作的完成[32]。廖秋云在下蹲時段，髖和膝關節屈曲角速度快，這為其箭步式支撐的發力時段提供了必要前提。有研究認為，當杠鈴重量較大時，髖關節角度和膝關節角度的變化將大于踝關節角度的變化[33]。伸髖的爆發力與挺舉高度呈顯著正相關，弓步腿的髖和膝關節爆發力與挺舉總成績呈正相關[34]。發力時段，髖關節角速度變化大于膝和踝關節角速度變化，說明更注重伸髖蹬伸發力的特點；在站穩起立時段中，髖和膝關節速度變化快，說明其收腿動作迅速，這將提升其站穩起立時段末的動作穩定性。

3.2.4 技術穩定性分析。上挺階段技術穩定性參數主要是：“兩心”距離、軀干角度和杠鈴重心y軸偏移量。

表6數據表明：整個上挺階段，杠鈴重心始終保持在身體重心前后移動，但移動范圍較小(-3.40cm至3.10cm)，“兩心”距離最大值出現在發力時段(I至J)，為-3.40cm；預蹲時段(H至I)，最大“兩心”距離為-0.40cm；站穩起立時段末M，“兩心”距離僅為3.10cm。發力時段，軀干角度變化較小，在78.21deg至80.95deg范圍內。上挺階段，杠鈴重心偏向身體重心右側，過渡時段至下蹲接鈴時段(H至L)，其杠鈴重心向右偏移控制在4.10cm內，偏移范圍較小；杠鈴重心的最大偏移量出現在站穩起立時段末，向右偏移值達17.70cm。站穩起立時段末，髖和膝關節角分別為170.66deg和175.79deg。

表6 上挺階段技術穩定性參數

表7 上挺階段運動學參數

“兩心”距離小，意味著杠鈴重心與人體重心在水平方向上的距離就短，則杠鈴對人體的阻力矩就小，這是舉重技術“近”的特征[21,27,32,35]。廖秋云在上挺階段，“兩心”距離控制比較理想，表明其上挺技術比較穩定。杠鈴重心在左右方向上的偏移量小，表明其左右兩側的力量和發力均衡。在發力時段，軀干適度前傾有利于動員腰腹肌群參與支撐，合理的軀干角度應保持在75.00deg至80.00deg之間[37]。廖秋云軀干角變化在合理范圍之內，且變化幅度相對恒定，這是其箭步式支撐技術的優勢。在站穩起立時段末，杠鈴重心出現較大的向右偏移，這可能與其箭步式支撐右腿收腿動作不完全有關，導致右側肢體偏低，杠鈴重心右移，建議進行左右側肌肉體量測試評價。

4 結論與建議

廖秋云是女子舉重55kg級世界頂尖選手，也是該級別挺舉世界紀錄保持者。在比賽現場進行定點定焦攝像的方法進行運動學捕捉，診斷其打破世界紀錄的挺舉技術動作的關鍵環節，為備戰東京奧運會及舉重訓練提供科技支撐。主要結論如下：

4.1 提鈴至胸階段，廖秋云握距較寬，準備姿勢合理。引膝時段，杠鈴速度持續增加，并未出現發力過早的情況，動作完成質量高。發力時段，軀干角度保持80.27deg至77.62deg之間，且采用伸髖發力的方式，有利于腹背肌群發力。接鈴時段，體現出屈髖屈膝的特點，杠鈴回落距離為身高的19.61%，屬于合理的杠鈴回落距離。

4.2 上挺階段，過渡時長為4.7s。上挺準備姿勢站距的調整，增大了支撐面積，有利于上挺動作的穩定。預蹲制動時間為0.22s，預蹲制動時間占預蹲時間比例為47.83%。下蹲接鈴時段，杠鈴回落距離為9.80cm，支撐的穩定區域較大，這是箭步式上挺的技術優勢。發力時段，兩心距離控制在3.10cm內，屬于理想距離。站穩起立時段末，杠鈴向右偏移達17.70cm，提示其右下肢收腿及支撐可能存在隱患。

4.3 整個挺舉過程，廖秋云身體重心和杠鈴重心始終保持較近，上挺階段兩心變化為-3.40cm至3.10cm。杠鈴回落距離合理，發力點準確。下肢三大關節角度變化趨勢合理，其兩次發力均采用伸髖發力的方式，這是其技術特點和優勢所在。

4.4 廖秋云挺舉技術優勢明顯，但其成績仍具有上升空間。需要注意優化挺舉動作的時間結構，縮短過渡時間，避免額外的能量消耗。縮短預蹲制動時間，提升下肢離心收縮轉向心收縮的能力。站穩時段的杠鈴橫向偏移過大，提示進行左右側肌肉體量測試評價，并加強弱側肌肉力量訓練。