李大銀/呂小軍下蹲式挺舉關鍵技術生物力學分析
——2019年世界舉重錦標賽破世界紀錄動作診斷

吳紫瑩，李建設*，劉功聚，應姍姍，邵國強

舉重是我國奧運優勢項目之一，長期保持世界領先水平。李大銀和呂小軍是現役男子81 kg級中國男子舉重運動員，兩人的“上挺”動作體現了兩種完全不同的技術風格特點：李大銀身體重心較高，上肢力量強，杠鈴支撐高度高，采用“高挺”接鈴技術；呂小軍身體重心較低，深蹲力量強，杠鈴支撐高度低，采用“下蹲挺”接鈴技術。本研究采用三維運動解析系統，對兩類典型技術的關鍵環節進行生物力學診斷及技術特征比較，揭示動作結構與運動功能的生物力學關系。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

2019年世界舉重錦標賽男子81 kg級挺舉冠軍呂小軍（以下簡稱“呂”）和亞軍李大銀（以下簡稱“李”）呂小軍以抓舉171 kg、挺舉207 kg和總成績378 kg包攬3金；李大銀以抓舉171 kg、挺舉206 kg和總成績377 kg包攬3銀。其中，李大銀、呂小軍先后以206 kg和207 kg的成績打破81 kg級挺舉世界紀錄。

1.2 研究方法

1.2.1 定點定焦攝像

2019年世界舉重錦標賽比賽現場，采用2臺專業攝像機（SONY DCRHC52E）同步采集運動員完整挺舉技術動作。2臺攝像機分別固定于舉重臺前方的左右兩側，距離舉重臺中心約15 m，2臺攝像機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。比賽開始前，采用PEAK三維標定框架對比賽場地進行三維空間坐標標定，定標后保持攝像機位置和焦距等拍攝條件不變（圖1），視頻記錄格式為AVI。

圖1 攝像機設置示意圖Figure 1.Camera Setting Schematic Diagram

1.2.2 三維錄像解析

采用德國Simi Motion 7.50三維運動解析系統，對李和呂打破世界紀錄的挺舉技術動作視頻進行解析，解析采樣頻率為50 Hz，運用截斷頻率為6 Hz的低通濾波方法，對原始數據進行平滑處理，使用DLT計算空間坐標（圖2）。解析系統中確立17個環節標記點，分別為15個人體環節標記點（頭、左右肩、左右肘、左右腕、左右髖、左右膝、左右踝和左右腳尖）和杠鈴2個端點。

圖2 三維運動分析直角坐標系Figure 2.Rectangular Coordinate System of Three-Dimensional Motion Analysis

1.2.3 對比分析

比較兩人的挺舉動作，揭示關鍵技術環節的生物力學特征，有利于把握動作結構與運動功能的力學關系。

2 動作階段劃分

完整挺舉動作由提鈴至胸和上挺兩個階段組成（陳銳等，2014）。在有關挺舉技術動作的生物力學研究中，通常根據下肢關節角度、杠鈴垂直高度和杠鈴垂直速度變化，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，并被廣泛應用于舉重研究。

2.1 提鈴至胸階段劃分

1）伸膝提鈴時段M1（圖3A～圖3B）：杠鈴離地瞬間至第1個伸膝最大時刻；2）引膝提鈴時段M2（圖3B～圖3C）：引膝開始時刻至膝關節角降至最小時刻；3）發力時段M3（圖3C～圖3D）：引膝結束至杠鈴垂直上升速度最大時刻；4）慣性上升時段M4（圖3D～圖3E）：杠鈴上升速度最大至杠鈴垂直高度達第1個峰值時刻；5）下蹲接鈴時段M5（圖3E～圖3F）：杠鈴垂直高度第1個峰值至杠鈴下落至最低時刻；6）站立時段M6（圖3F～圖3G）：杠鈴高度最低時刻至杠鈴垂直高度達第2個峰值時刻（圖3）。

圖3 提鈴至胸階段各時段劃分Figure 3.The Division of Clean Stage

2.2 上挺階段劃分

1）過渡時段M7（圖3G～圖4H）：提鈴至胸階段末至上挺階段開始時刻；2）預蹲時段M8（圖4H～圖4I）：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）；3）發力時段M9（圖4I～圖4J）：膝關節角度最小至杠鈴垂直向上速度最大時刻；4）慣性上升時段M10（圖4J～圖4K）：杠鈴垂直向上速度最大至上挺階段杠鈴垂直高度第1個峰值時刻；5）下蹲接鈴時段M11（圖4K～圖4L）：杠鈴慣性上升高度最大至下一個杠鈴速度為0時刻；6）起立站穩時段M12（圖4L～圖4M）：杠鈴速度為0至上挺階段第2個杠鈴垂直高度峰值（圖4）。

圖4 上挺階段各時段劃分Figure 4.The Division of Jerk Stage

3 結果與分析

提鈴和上挺動作的主要動力源是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；深蹲則主要依靠股后肌群。李的“高挺”和呂的“下蹲挺”是兩種不同挺舉技術的典型代表，比較兩者的關鍵技術特征及差異，有助于明晰力學原理在挺舉技術中的合理運用。李的身高較高，翻站相對困難，由于其上挺階段杠鈴送至高度較高，采用高挺（淺蹲）可減小杠鈴上升高度，從而節約做功；呂的身高較矮，翻站相對容易，由于其上挺階段杠鈴送至的高度相對較低，采用下蹲（深蹲）的技術更有利于完成接鈴。在2019年世界舉重錦標賽上，這兩種技術均創造出了世界級的運動水平，說明需要運動員根據自身條件選擇適合的技術和方法，將速度、力量、靈敏、協調和柔韌完美結合。

3.1 提鈴至胸階段分析

3.1.1 準備姿勢分析

合理的準備姿態是成功試舉的前提，有利于最大程度發揮人體骨骼杠桿作用和主要肌群發力。握距與運動員軀干和上肢長度有關，較寬的握距可以降低下蹲重心，減小做功，增加運動員上體前傾度，體現技術的經濟性和舉重技術“低”的生物力學原理（朱厚偉等，2017）。調整握距，有利于腰背部大肌肉群充分參與提鈴，但增加握距對運動員固肘肌群力量和上肢肌群力量提出了較高要求。數據顯示，李的握距顯著大于呂，這固然與李的上肢較長有一定關系，但更與李的腰背肌群、固肘肌群和上肢力量更強有關（表1）。

表1 呂小軍、李大銀提鈴至胸階段準備姿勢技術參數Table 1 The Postural Technical Parameters while Preparation during Clean Stage

對比準備姿勢的站距、膝角和軀干角，兩位運動員并沒有明顯差異，但他們的“兩心”位置及距離差異顯著，李的身體重心位于杠鈴前2 cm，呂的身體重心位于杠鈴后9.6 cm。“兩心”位置及距離的反差，體現出兩人的不同技術風格，根據生物力學原理，“兩心”距離較近有利于減小力臂，更符合舉重動作“近”的技術要求（朱厚偉等，2017）。

3.1.2 運動學參數分析

在杠鈴上升階段，兩者時間結構均表現為伸膝提鈴階段最長，引膝提鈴階段最短；在整個提鈴至胸階段，呂的總用時為2.54 s，李為3.64 s，表明從杠鈴離地至完成接鈴，呂的用時小于李，這與呂發力時段提鈴上升速度較快（呂1.5 m/s，李1.4 m/s）有一定關系，但李的主要問題是站立階段的調整時間過長（李2.20 s，呂1.16 s）。顯然，提鈴至胸階段用時短，更有利于身體能量儲存，繼而完成后續上挺動作，反之亦反（表2）。

表2 提鈴至胸階段各時段杠鈴運動學參數Table 2 The Kinematic Parameters of Barbells during Clean Stage

杠鈴上升階段存在兩種速度曲線模式：模式1為杠鈴垂直速度在M1—M3過程中持續上升（被認為是較好的速度曲線模式）；模式2為杠鈴垂直速度在M2階段有較小下降（Baumann et al.，1988）。李的速度曲線與模式1相同，呂與模式2一致（表2），主要由于呂在M2階段用時較長。有研究表明，優秀運動員在M2階段具有快速屈膝的特征（Gourgoulis et al.，2000，2009）。當杠鈴處于膝關節上方時，屈膝越快越有利于屈膝肌群儲存彈性能量，從而在緊接的反向運動中利用這種拉伸反射快速釋放能量（Garhammer et al.，1992）。

呂在完成接鈴時的膝角和髖角均顯著小于李，表現出較典型的“屈膝屈髖”接鈴特點。進一步分析膝關節和髖關節角速度變化發現，呂在發力時段的最大伸膝角速度（439.04 °/s）顯著大于李（346.01 °/s），但該時段李的最大伸髖角速度（315.72°/s）卻顯著大于呂（282.12°/s）。兩組數據對比可知，呂在發力階段更注重下肢的蹬伸力量，李則更注重伸髖發力。但在緊接的杠鈴慣性上升和接鈴時段，李的膝關節主動屈角速度均大于呂，尤其是接鈴時段的屈膝和屈髖角速度遠大于呂，表明李具有更快的下蹲接鈴技術。進一步比較下肢主要關節角度及角速度的變化特征發現，呂在站立時段結束時保持較小的膝角和髖角，有利于在后續上挺階段完成“下蹲挺”；李則保持較大的膝角和髖角，有利于完成“高挺”。站立時段結束時的身體姿勢，既是提鈴至胸階段的結束，又是上挺階段的開始，不同動作結構取決于不同的身體和技術特點，又決定不同的運動功能，這是動作技術生物力學原理所決定的（表3）。

表3 提鈴至胸階段各時段下肢運動學參數Table 3 The Kinematic Parameters of Lower Limbs during Clean Stage

3.1.3 下肢主要關節“時變圖”

膝關節和髖關節“時變圖”（圖5）顯示，兩者均表現為“雙波峰單波谷型”（李建英等，2010a，2010b；朱厚偉等，2017），波谷出現在引膝提鈴時段，膝和髖關節角度均屈至最小，目的是為了后續發力時段的腿部蹬伸配合腰背肌群發力（Akkus，2012）。有研究表明，引膝提鈴時段膝關節屈膝越快，引膝幅度越小越有利（Gourgoulis et al.，2000，2009）。發力時段的主要做功肌群為下肢股四頭肌和腓腸肌，以及上肢斜方肌、三角肌、肱二頭肌和腕伸肌（蔣清，2018）。研究顯示，在引膝提鈴時段，呂膝關節屈的角速度是李的1.52倍，至慣性上升時呂的膝角（84.04°）和髖角（115.86°）均小于李的膝角（91.14°）和髖角（124.48°），表明呂的引膝速度及下蹲接鈴速度更快，伸膝肌群抗離心能力更強（表3）。呂更早更快地下蹲接鈴，有助于降低杠鈴最大垂直下降速度，有利于提高接鈴完成的成功率。

圖5 提鈴至胸階段關節角度“時變圖”Figure 5.Time-Course Angles during Clean Stage

杠鈴達最大速度時所處的高度，是評價提鈴及發力效果的重要指標（劉學貞等，1999）。根據力學原理，發力時段結束時，杠鈴上升速度達最大，此后，杠鈴上升依靠杠鈴的初速度和運動員的甩臂翻腕力量，在借助杠鈴慣性上升的同時，迅速下蹲以對抗杠鈴下落，完成接鈴。此外，軀干角表示軀干的仰俯程度（艾康偉等，1992）。研究顯示，在伸膝提鈴至杠鈴慣性上升過程中，呂和李的軀干角度隨著伸膝、引膝和發力使髖關節持續增大直至軀干接近直立；在完成接鈴時，呂的軀干傾角減小了6.29°（89.57°→83.28°），而李則基本保持不變（83.45°→83.77°）（表3）。兩人在完成接鈴時，均呈現出軀干適度前傾的身體姿態，這有利于在完成站立時使身體重心盡可能與杠鈴重心在同一垂直軸上。

3.1.4 杠鈴重心、人體重心及“兩心”距離

舉重技術中，“近快低準”的技術原則是基于杠鈴重心、人體重心和“兩心”距離等運動學時空指標而提煉的，可以反映技術的經濟性和穩定性（任景萍等，2006；秦硒1998；朱厚偉等，2019）。李和呂的身體重心和杠鈴重心軌跡的上升趨勢基本相同（圖6）。不同的是，呂在完成下蹲支撐后立即開始下肢蹬伸，故“兩心”未做調整就迅速上升，表明其接鈴技術穩定；李的“兩心”則出現明顯波動，表明李對身體重心和杠鈴重心均進行了調整，接鈴動作不夠穩定，該時段杠鈴晃動是導致挺舉失敗的重要因素，也是其站立時段耗時過長的根本原因。

圖6 提鈴至胸階段重心軌跡Figure 6.The Center of Gravity Trajectory during Clean Stage

“兩心”距離在X軸（前后方向）、杠鈴重心在Y軸（左右方向）的偏移，通常可以作為反映技術穩定性的重要參數（Nejadian et al.，2007；Potop et al.，2014）。研究顯示，呂和李的“兩心”距離變化范圍分別為16.80 cm（15.20～1.60 cm）和22.50 cm（-19.20～3.30 cm），呂的“兩心”距離變化幅度較小，表明呂從引膝提鈴階段開始，體現了更“近”的特征（表4）。呂的“兩心”距離曲線處于X軸上方，動作表現形式為身體重心在前，杠鈴重心在后，軀干呈前傾；李的“兩心”距離曲線處于X軸下方，動作表現形式為杠鈴重心在前，身體重心在后，軀干呈后傾（圖7）。兩人在站立完成時的“兩心”距離完全相等（3.30 cm），表明兩人均具有很強的“兩心”距離控制能力。

圖7 提鈴至胸階段“兩心”距離Figure 7.The Distance between the Bell Center of Gravity and the Body Center of Gravity during Clean Stage

杠鈴重心左右方向的偏移量，是衡量技術穩定性的重要指標之一，上下肢雙側力量（或發力）不平衡和技術原因都可能造成杠鈴在Y軸方向上的偏移，較大的Y軸偏移將可能導致杠鈴和身體重心在垂直軸上的偏移，進而增大支撐難度，導致試舉困難，甚至失敗。本研究中，杠鈴重心在左右方向的橫移距離顯示，呂控制在3.80 cm的極小范圍內，李在站立階段向右橫移16.20 cm，這與其身體重心在該階段出現較大波動相一致，表明呂控制杠鈴重心穩定性的技術優于李，提示，有必要對李的雙側力量及發力進行測試評估，查找造成杠鈴橫向偏移過大的原因，并加以改進。

表4 呂小軍、李大銀提鈴至胸階段技術穩定性參數Table4 The Technical Parameter of Stability during Clean Stage

3.2 上挺階段分析

3.2.1 準備姿勢分析

呂的握距從提鈴至胸階段的66.40 cm（表1）增大至上挺階段的69.50 cm，增大握距有利于減小上挺高度，減少做功，體現技術經濟性，符合“低”的基本原則；“兩心”距離由提鈴至胸結束時的3.30 cm減小至2.50 cm，使身體重心更靠近杠鈴重心，體現了“近”的基本原則。李的握距未作任何調整，兩個準備階段均為79.10 cm；“兩心”距離由提鈴至胸結束時的3.30 cm變化為-1.60 cm，即身體重心由杠鈴前移至杠鈴后，表現出與呂不同的上挺準備姿勢。從站距考察，呂在兩個階段的站距幾乎沒有變化，李則從提鈴至胸階段的48.30 cm大幅調整為上挺階段的61.20 cm，增大站距有利于降低杠鈴所需的上挺高度，但對下肢肌群上挺發力階段的要求更高（表5）。研究表明，呂和李在上挺階段對準備姿勢都進行了相應調整，但兩人的調整方式截然不同：呂調整握距，為了改變其腰背肌群的參與方式和程度；李調整站距，為了改變其下肢肌群的參與方式和程度。不同的調整方式體現了兩人不同的技術特點，其目的都是為了調動更關鍵的肌群參與上挺動作，并都有利于降低杠鈴所需送達的高度，減小做功。

表5 上挺階段準備姿勢技術參數Table 5 The Postural Technical Parameters while Preparation during Jerk Stage

3.2.2 “杠鈴”運動學參數分析

上挺過渡時段，運動員通過屈膝調整身體與杠鈴間的距離，進而調整杠鈴位置和身體姿態（Korkmaz et al.，2015）。有研究表明，上挺階段最關鍵環節是由俯仰到發力的過渡，即從預蹲制動時段（M8-2）結束至發力時段（M9）開始的過渡階段（艾康偉等，1993）。理論上，這種轉變越快，能夠儲存和利用的勢能就越大。由此，作用于杠鈴的力越大，杠鈴速度改變就越大（艾康偉等，1993）。

研究表明，李在準備上挺過渡時段耗時4.48 s，幾乎是呂（1.56 s）的3倍。顯然，耗時過長將消耗更多體能，不利于后續發力上挺。呂下蹲接鈴至起立站穩耗時2.68 s，是李（1.30 s）的2倍多，主要差異出現在下蹲接鈴階段和站立階段，這是深蹲與淺蹲不同的動作結構所決定的，但耗時過長給極限重量下支撐杠鈴和起立增加了難度。杠鈴垂直速度變化顯示，發力時段李獲得的杠鈴最大垂直向上速度為1.78 m/s，遠大于呂（1.58 m/s），鑒于兩人的發力時間幾乎相等，顯然李的下肢爆發力更大。杠鈴重心高度變化顯示，在發力上挺使杠鈴慣性上升至最大高度后，緊接進入下蹲接鈴的關鍵時段，呂采用“深蹲”，杠鈴下落達34.00 cm，李采用“淺蹲”，杠鈴下落僅6.20 cm，相比呂承受了更大的杠鈴下落沖量，表明呂具有極強的深蹲能力（表6）。

表6 上挺階段“杠鈴”運動學參數Table 6 The Kinematic Parameters of Barbells during Jerk Stage

有研究認為，影響上挺效果的因素是預蹲制動時間和發力階段輸出的最大功率（艾康偉等，1994；顧鴻泉等，1997；盧德明等，1992）。其中，預蹲階段的制動時間是反映上挺效果的重要指標，在合理技術動作的前提下，制動時間越短，上挺效果越好（劉凱等，1996）。因此，制動時間可以作為運動員在極限負荷條件下肌肉由離心收縮快速轉為向心收縮的能力指標。有研究表明，合理的制動時間應約占預蹲時間的1/3（艾康偉等，1992）。然而研究顯示，呂的下蹲、制動和預蹲的時間分別為0.16、0.14和0.30 s，李為0.16、0.10和0.26 s，兩人制動時間占預蹲時間的比值分別為46.67%和38.46%（表6）。不同的上挺技術，尤其是關鍵環節的不同，其動作結構“三階段”時間比不同，“下蹲挺”所占制動時間更長，這符合動作結構的生物力學規律。

3.2.3 下肢運動學參數分析

下蹲接鈴體現了呂和李在關鍵技術上的不同，呂“下蹲挺”的技術特征是深下蹲，完成接鈴時的膝角和髖角分別達33.12°和52.96°；李“高挺”的技術特征是淺下蹲，完成接鈴時的膝角和髖角分別為94.26°和98.95°。進一步分析膝關節和髖關節角速度變化發現，呂的最大屈膝角速度（421.36°/s）和屈髖角速度（312.50°/s）顯著大于李的最大屈膝角速度（162.27°/s）和屈髖角速度（143.45°/s），表明呂具備極強的伸膝伸髖肌群抗離心收縮能力。但在起立站穩時段，李的伸膝角速度（256.14°/s）和伸髖角速度（144.46°/s）又顯著大于呂的伸膝角速度（130.97°/s）和伸髖角速度（109.93°/s），表明李的伸膝伸髖肌群向心收縮能力更強（表7）。

表7 上挺階段下肢運動學參數Table 7 The Kinematic Parameters of Lower Limbs during Jerk Stage

3.2.4 技術穩定性分析

研究顯示，呂和李“兩心”距離的變化幅度分別為10.90 cm和4.60 cm，最大“兩心”距離均出現在下蹲接鈴時段，但存在很大反差。呂將其身體重心由杠鈴后調整至杠鈴前，由“下蹲挺”動作技術結構所決定的，其杠鈴雙向橫移距離最大至3.70 cm，單向橫移均控制在2.00 cm內。李將其身體重心由杠鈴前調整至杠鈴后，但調整幅度很小，杠鈴雙向橫移距離達到17.20 cm，其中向右橫移達16.00 cm。可見，呂控制杠鈴重心的能力更強，技術穩定性更好。李在提鈴至胸（向右偏移16.20 cm）和上挺階段杠鈴重心位置均出現較大波動（表5），說明李在前后兩個階段對杠鈴重心軌跡垂直向上的控制均不理想，再次提示需對李進行雙側力量平衡評估，查找造成杠鈴橫向偏移過大的原因（表8）。

表8 上挺階段技術穩定性參數Table 8 The Technical Parameter of Stability during Jerk Stage

4 結論與建議

1）“高挺”和“下蹲挺”均可以達到極高水平，需要運動員基于自身身體結構特點和身體各部肌群力量特點選擇合適的技術。2）提鈴至胸階段和上挺階段的關鍵技術是完成“接鈴”時段的姿態控制環節，尤其是膝角和髖角控制，兩次接鈴相互銜接，“高挺”接鈴呈淺蹲姿態，需具備強大的上肢及腰背爆發力，“下蹲挺”接鈴呈深蹲姿態，需具備強大的深蹲能力。3）在下蹲接鈴時段，呂小軍的屈膝和屈髖角速度顯著大于李大銀，表明其具有較強的下肢伸膝伸髖肌群抗離心收縮能力；在起立站穩時段，李大銀的伸膝和伸髖角速度顯著大于呂小軍，表明其具有較強的伸膝伸髖肌群向心收縮能力。4）準備姿勢：兩人在過渡階段均對上挺準備姿勢進行了調整，李大銀握距不變、站距變寬，呂小軍站距不變握距變寬。不同的調整方式體現了不同的技術特點，但都有利于降低杠鈴所需送達的高度，以減小做功。5）技術穩定性：在提鈴至胸和上挺兩個階段，呂小軍對杠鈴重心軌跡控制較好，杠鈴橫移距離極小；李大銀則控制不理想，杠鈴橫移距離過大，容易導致失敗，乃至受傷。

基于上述結論，建議：1）李大銀較為年輕，競技成績提升空間較大，需要提高技術穩定性；呂小軍在如何保持實力和避免傷病方面將面臨極大挑戰。2）李大銀控制杠鈴重心軌跡垂直向上的技術尚不穩定，杠鈴重心橫移距離過大，提示其雙側力量或發力可能存在不平衡，需要進行雙側動力學測試和力量評估，查找非技術性原因。