中圖分類號:G808 文獻標識碼:A 文章編號:1008-2808(2025)04 -0016-08
Abstract: This study aims to scientifically investigate the key factors influencing the competitive performance of Chinese luge athletes, precisely identify and effectively address core issues such as deficiencies in starting performance and sliding form control that hinder performance improvement,and establish critical indicators for sport - specific physical fitness centered on athletes’body morphology,physiological function,and athletic capabilities.The Delphi method was employed to screen sport - specific physical fitness indicators for Chinese luge athletes. Based on the data requirements of the Sobol global sensitivity analysis model, test data from 25 national luge team athletes—including sport - specific physical fitness indicators as input variables and track performance as the output variable—were analyzed to evaluate the sensitivity and interaction of these indicators relative to sliding performance, thereby constructing a framework of key physical fitness indicators. The results shows body weight,backward medicine ball throw,neck strength,pull - push composite strength,flat - ice paddling,ice ramp sliding,and anaerobic power (Si)gt;0.01 ,(STi) gt;0.05 , demonstrating robust sensitivity and significant interactive effects between the key physical fitness indicators and sliding performance.
Key words:Luge athlete; Specific physical fitness; Key indictor; Sobol
雪撬(Luge)作為滑行類運動(SlidingSports)的重要項目之一,是在特制人工制冷賽道上進行的競速運動。其比賽過程主要由啟動出發與滑行兩個關鍵階段構成。運動員的競技表現以滑行總用時來衡量,用時最短者獲勝,勝負常取決于毫秒級的差距。
當前,我國雪撬運動在國際賽事中的整體水平仍處于追趕階段,特別是在出發表現與滑行姿態穩定性等方面,相較世界頂尖隊伍存在明顯差距。因此,提升運動員啟動能力與優化滑行姿態是縮小與國際高水平運動員差距的關鍵所在。然而,國內外針對雪撬運動員競技表現與其專項體能水平關聯性的研究較少。現有文獻主要探討了身高、體重、臂展、手臂長度、肩寬、上肢及軀干力量等指標對出發成績的影響[1-3]。這些研究存在一定局限:體能指標選取多依賴教練經驗,缺乏系統性量化支撐;研究視角集中于出發階段,忽略了對滑行全程所需關鍵專項體能指標的探究;尚未建立起統一、科學的雪撬專項體能關鍵指標系。為持續提升我國雪撬運動員競技成績,亟需深入探究與雪撬項目比賽成績高度相關的專項體能指標。本研究將為科學制定米蘭奧運周期夏訓方案、提升訓練效益、夯實冬訓賽道滑行能力提供科學依據和實踐指導。
研究對象與方法
1. 1 研究對象
本研究以中國雪撬運動員專項體能關鍵指標為研究對象。
1.2 研究方法
1.2.1 文獻資料法在Webof science,PUB,Google Scholar等外文數據庫中,以“luge”“physi-cal fitness”“ strength and conditioning”“ physilogcialfactor”“physical indicator”“ physical predicator”等關鍵詞進行檢索,在中國知網等中文數據庫以“雪撬”“體能”為關鍵詞搜集有關雪撬運動、雪撬訓練以及專項體能指標構建等方面的文獻,為本研究專項體能關鍵指標選取、構建提供依據。
1.2.2 專家訪談法 以面談、電話、郵件等形式,對國際雪撬強國國家隊教練員、體能訓練專家、冰雪運動專家等進行訪談,了解雪撬運動員的專項體能需求、體能測試指標、指標篩選與保留建議等問題,為本研究指標的構建提供實踐基礎與理論支持。
1.2.3德爾菲法根據文獻資料及專家訪談的結果,設計了《中國雪撬運動員專項體能關鍵指標構建專家調查問卷》。根據本研究的實際需求和現實條件,共選取了15位雪撬項目訓練、體能訓練等相關領域的專家,包括了9名高級職稱專家和6名具有雪撬國家隊執教背景的國內外教練員。3輪專家調查問卷回收率均為 100% ,說明專家積極性較高。在問卷設計上,專家對問卷內容、結構、整體效度三個方面的主觀打分, 96.5% 的專家認為問卷設計有效。
1.2.4Sobol指數法本研究中的全局敏感性分析旨在量化各專項體能指標對雪撬運動員競技表現的貢獻程度與交互效應,分析變動對于整體競技表現的影響程度。“影響程度”即為該專項體能指標的敏感性系數,敏感性系數越大說明該能力指標對競技表現的影響越大。Sobol指數法能從指標輸入的主效應、交互效應等多方面分析對模型以及輸出的影響。
采用Sobol指數法進行全局敏感性分析,首先需要將模型分解為單個專項體能指標與多個體能指標之間相互組合的函數,計算分析輸入方差對總輸出方差的影響,以此對運動員競技表現指標的敏感性以及專項體能指標之間的交互效應進行分析,可以看出Sobol指數法的核心是對方差進行分解[4-5] 。
設
為運動員競技表現函數, Xi 代表影響競技表現的某個專項體能指標因素。由 ΔSXTi 和 Sxi 的意義可知,與
相比, SXTi 描述了所有與 ΔXi 有關的專項體能指標效應對競技能力方差的貢獻,因此Sobol指數法不僅能分析單個專項體能指標輸人的主效應、多個專項體能指標輸入的交互效應對模型輸出的影響,而且還能分析成組輸入因素對輸出的影響,具有較好的適應性。
2 研究結果
2.1中國雪撬運動員專項體能關鍵指標初選
在文獻研究和專家訪談的基礎上,深入剖析雪撬項目特征,以“解決當前發展階段制約成績提升的首要問題”為出發點,以體能結構要素為依據,以指標的可操作性、實用性等為原則,通過系統梳理與匯總,構建了覆蓋雪撬運動啟動、滑行與整體控制能力等多個環節的體能指標池。初選結果共包括3個一級指標、14個二級指標和46個三級指標,形成了較為全面的中國雪撬運動員專項體能雪撬運動員指標池(見表1)。

2.2中國雪撬運動員專項體能關鍵指標復選
在初選指標基礎上,本研究采用李克特五分量表法設計首輪專家調查問卷,按5個等級對指標打分賦值。同時,收集專家自身經驗對指標篩選的具體建議,保留平均 ?4.0 ,變異系數 ?2 的指標。同時對有關專家進行半結構化訪談征詢專家對問卷的調整意見,形成第二輪專家問卷;按照上述流程共完成3輪咨詢,得到趨于一致性的結果,得到中國雪撬運動員專項體能關鍵指標:3項一級指標,8項二級指標,11項三級指標(見表2)。

2.3基于Sobol全局敏感性分析構建中國雪撬運動員專項體能關鍵指標
2.3.1Sobol全局敏感性分析Sobol敏感性分析是一種全局敏感性分析方法,主要用于評估復雜數學模型中各輸入參數對輸出結果的影響程度。它基于方差分解的思想,能夠量化單個參數及其交互作用對輸出不確定性的貢獻,適用于非線性、非單調且存在參數交互的模型[6]
(1)Sobol敏感性分析理論公式。
設有一個模型 Y=f(x1,x2,…,xD) ,其中 Xi 是輸入變量,(Y)是模型輸出。Sobol敏感性分析的目標是通過分解輸出(Y)的方差來量化各個輸入變量 Xi 對(Y)的影響。
模型輸出的方差V(Y)可以通過以下公式分解:

其中: Vi 是單個輸入變量的方差貢獻。 ΔVij 是輸人變量 xi 和 xj 的交互作用的方差貢獻。 ΔVijk 是輸入變量 Xi?Xj 和 Xk 的交互作用的方差貢獻。V1,2,…,D 是所有輸人變量的高階交互作用的方差貢獻。
(2)Sobol指數的定義。
第一階敏感性指數 ΔSi :衡量單個輸入變量對輸出方差的貢獻:

其中, Vi=Var[E(Y|Xi)] 0
總敏感性指數 STi :
衡量輸人變量 Xi 及其所有交互作用對輸出方
差的總貢獻:

其中, Vi 是除 xi 以外的所有輸入變量的方差貢獻。
(3)Sobol指數的計算
Sobol指數的計算通常使用蒙特卡羅模擬方法。生成樣本矩陣:生成兩個獨立的隨機樣本矩陣(A)和(B),每個矩陣的大小為( (n×D) ,其中(n)是樣本數,(D)是輸入變量的維數;構造組合樣本矩陣:構造矩陣(A)和(B)的組合矩陣
,該矩陣是由矩陣(A)中的所有列和矩陣(B)中的第(i)列組成。
計算模型輸出:對于每個樣本矩陣,計算模型輸出 YA,YB 和
。
估計敏感性指數:通過以下公式估計第一階敏感性指數和總敏感性指數。
第一階敏感性指數 Si :

總敏感性指數: ΔSTi :

其中: n 是樣本數量。 YA(j) 是在樣本(j)上,基于矩陣(A)的模型輸出。 YAB(j)(j) 是在樣本(j)上,用矩陣(B)中的第(i)列替換矩陣(A)中的第(i)列得到的組合矩陣 AB(i) 的模型輸出。YA是基于矩陣(A)的模型輸出的均值。
是基于組合矩陣
的模型輸出的均值。V(Y)是模型輸出(Y)的方差。
2.3.2基于Sobol指數確定中國雪撬運動員專項體能關鍵指標Sobol全局敏感性分析能夠量化單個變量如何影響整體變化,既全面量化各個專項體能指標對雪撬運動員競技表現的貢獻度,又考慮了多因素之間的交互作用。基于該方法在“關注輸入參數的微小變化對輸出結果的敏感程度,可以精確發現指標重要性方面的優勢”,研究者以Sobol指數進行分析確定中國雪撬運動員專項體能關鍵指標。
按照全局敏感性分析模型的數據設置要求,將25名國家雪撬集訓隊11名男子運動員和14名女子運動員的體重、后拋實心球、 30m 跑、 1rm 臥拉、頸部力量、仰臥起坐、坡面冰滑行、平面冰耙冰、拉推復合力量、無氧功的測試結果共計200個數據作為輸入變量,400次賽道滑行成績為輸出變量,即男子、女子運動員各200次,共計進行兩次運算。建立 200×12 的矩陣,前11列代表自變量,最后一列代表因變量。本文選取的訓練樣本、測試樣本均為固定數據,保證了模型評價的穩定性。
第一階敏感性指數(S),用于確定輸人變量對輸出變量的影響程度。如果 Silt;0.01 (即該變量對輸出方差的貢獻小于 1% ),可以認為該變量對模型輸出的直接影響很小。
總效應指數(ST),顯示由每個輸入變量的方差及與其他輸入變量的相互作用而產生的因變量的方差。其中因變量對具有最高總效應指數ST的輸人變量最敏感。如果 STilt;0.05 (即該變量及其交互作用對輸出方差的總貢獻小于 5% ),可以認為該變量對模型輸出的總影響很小。
中國男子、女子雪撬運動員專項體能指標中體重(0.0348,0.0409)、平面冰耙冰(0.0279,0.041)頸部力量(0.0160,0.019)坡面冰滑行(0.0332,0.0159)、拉推復合力量(0.0343,0.02863)后拋實心球(0.041,0.0214)、無氧功(0.0156,0.0167)的第一階敏感性指數均對滑行成績具有敏感性(見表3)。
中國男子、女子雪撬運動員專項體能指標中體重(0.082,0.0803)、平面冰耙冰(0.079,0.075)頸部力量(0.065,0.0611)、坡面冰滑行時間(0.083,0.0671)、拉推復合力量(0.090,0.0729)后拋實心球(0.057,0.081)無氧功(0.079,0.0699)的總效應指數均對比賽成績具有較強的交互作用。

從分析結果看,基于Sobol指數在分析運動員專項體能指標與滑行成績表現關系時,表明體重、拉推復合力量、后拋實心球、頸部力量、平面冰耙冰、坡面冰滑行、無氧功等7個指標對滑行成績影響較大。
3 中國雪撬運動員專項體能關鍵指標的分析與討論
3.1 體重
雪撬是一項依托重力勢能進行滑行的高速競速項目,由啟動出發和滑行兩個階段組成。由于運動員與雪撬器材的總質量直接影響其加速度、滑行穩定性及末端速度,國際雪撬聯合會(FIL)將體重列為檢控與裁判懲罰的重要參數之一。
在身體形態變量與啟動出發最大速度的關系中,體重是影響啟動出發最大速度的重要因素之一,其影響可通過沖量一動量關系來解釋。力一時間積除以系統(運動員與雪撬)質量等于相關動作序列結束時的速度。如果兩名雪撬運動員的相對力量相同但體重不同,則體重較大的運動員具有優勢,因為其雪撬(所有參賽者的雪撬均為 23kg )相對于其體重更輕。體重較輕的運動員通過增加額外配重增加總重量,影響其在啟動階段達到較高的最大速度。
體重也是影響滑行成績的一項關鍵身體形態指標。雪撬運動員滑行時作用在滑行物體上的力分別為:重力、坡面向上的反作用力以及沿著坡面向上的摩擦力,這些力會減緩滑行速度。這三種力都與物體的質量成正比。實際比賽中,重力的增強會被更大的摩擦力抵消,滑行加速度保持不變。在雪橇滑行階段,雪撬某一時刻的速度 ΔVΩt=VΩ0+ (gsinα-μgcosα-F 阻 'm )t( ΔV0 為初速度, g 為重力加速度, ∝ 為斜坡角度, μ 為動摩擦因數,F阻為空氣阻力, m 為運動系統總質量),增加運動系統的重量或降低風阻能夠提高滑行速度。空氣阻力與物體的質量無關,只與其形狀和速度有關,阻力隨著速度的平方增加。運動系統的總重量包括雪撬重量、裝備重量、運動員體重以及配重,除體重外,其他都是近乎一致的重量。
經調查分析,奧地利的男性雪撬運動員與我國運動員具有相似的體重( 82.4± 8.9kg : 82.4± 5.8kg ),顯示出在身體形態特征上的趨同性。各國高水平運動員體重雖然在數值方面普遍較大,但在形態表現上因各自的訓練情況各有差異,一些國家的運動員體脂率較高,在滑行過程中,運動員與撬體貼合更密切,且較高的體脂能夠在運動員重心與雪撬之間形成緩沖層,減少滑行過程中因顛簸而產生的擾流,進而提升滑行速度。因此,雪撬運動員體重反映出的形態表現不能夠單純追求增加瘦體重,而忽視運動員的體脂情況,而是應充分重視運動員具備的絕對力量。然而,運動員的體重也不是越重越好,還要充分考慮到滑行過程中的空氣動力學因素。
3.2 后拋實心球
雪撬運動員在啟動出發階段需要從下肢一軀干一上肢形成完整的力量傳導,產生強大的力量和輸出功率,獲取最大的啟動速度。運動員需具備良好的爆發力和協調能力。
前期研究表明,后拋實心球是一種簡便、實用的檢驗運動員爆發力水平的方法。后拋實心球在測量爆發力時具有良好的穩定性和可靠性。測試不僅涉及下肢的力量,還整合了上肢和軀干的力量,可以全面評估運動員的爆發力,更符合實際運動中身體各部位協同工作的特點,相比傳統的單一維度測試方法,該指標能夠更準確地反映運動員的真實爆發力水平[]
后拋實心球在動力鏈結構上與雪撬啟動過程具有高度相似性。發力過程共同體現出“下肢蹬伸一髖部驅動一核心穩定一上肢協同”動力鏈特征,通過髖關節(伸髖功率)和軀干旋轉速度(角動量)提升整體動能。參與完成拋實心球動作主要包括了胸大肌、三角肌、背闊肌、腹直肌、斜方肌以及股四頭肌和腘繩肌等大肌群,還有手指手腕力量和良好的關節活動范圍。雪撬啟動出發過程中,這些肌肉群是產生力量的關鍵,它們在“蹬、拉、推”出發手柄及完成連續耙冰動作中發揮著重要作用。
偉等人在前期研究中,以中國雪撬國家隊運動員作為測試對象,探討力量訓練對啟動出發競技表現的影響。研究證明,后拋實心球與 0~2m 段出發時長存在較強的相關性( rgt;0.7 ),這也驗證了后拋實心球作為專項體能關鍵指標所發揮的重要作用[8]
3.3 拉推復合力量
拉推復合力量是指在啟動出發動作模擬設備上完成啟動動作時的最大力量。已有研究表明1rm 臥推與臥拉和雪撬運動員出發表現有顯著相關[9]。這一指標要求運動員在合理動作結構下完成,重點檢測運動員在啟動出發階段的力量輸出和爆發力。這種手段通過模擬雪撬啟動的實際力學環境,骨杠桿與關節活動角度與實際出發高度一致,能夠最大限度地在陸地上模擬出發動作肌肉發力順序,幫助運動員提高啟動出發階段中全身肌肉協調發力能力,從而優化運動員在比賽中的出發表現。在與國際雪撬教練員訪談中,啟動出發階段中,“拉一推”環節對出發成績貢獻率最大,是獲取最大速度的重要階段(見圖1)。

3.4 平面冰耙冰
平面冰耙冰指標是指 15m 耙冰用時/耙冰次數。耙冰是運動員在“拉一推”啟動后緊密銜接的重要環節,是保持或減緩最大速度降低的重要階段(見圖2)。運動員的耙冰能力水平決定了出發成績的高低[1]。意大利雪撬國家隊教練在訪談中強調,無論是在訓練還是比賽,要高度重視運動員的耙冰訓練效果,需不斷強化平面冰的耙冰能力。耙冰還可以反映出運動員軀干穩定性、雙臂發力的均衡性和一致性、身體柔韌性以及上肢肌肉的快速力量等重要專項所需運動素質。同時,教練員還強調耙冰頻率和耙冰距離關系,這是因為不同雪毳場地的出發賽道的長度和坡度有所不同。有研究顯示,出發段坡度小,應更加關注耙冰距離的訓練;而坡度大,則應注重耙冰頻率。鑒于耙冰環節在啟動出發階段的重要作用,平面冰耙冰指標作為專項體能關鍵指標將有助于運動員出發成績的提高。耙冰用時與耙冰次數比值能夠較好地反映出運動員耙冰距離和耙冰頻率之間的關系。

3.5 坡面冰滑行
坡面冰滑行指標是指運動員在室內出發賽道上進行的啟動出發并銜接人撬滑行過程。該指標強調了啟動出發與滑行姿態轉換的流暢度,反映出運動員所需的專項平衡能力和肌肉控制能力。與平面冰相比,出發坡面的角度與比賽場景更具相似性。運動員要完成從拉推啟動一耙冰銜接一姿態轉換的全過程。為更好地驗證坡面冰滑行指標的重要性,學者VeronikaFedotova等人[1]在坡面冰與競賽出發全環節要素對比研究中顯示,高水平運動員在兩個場地環境下的出發表現未存在顯著差異,而其他運動員存在統計學意義上的顯著差異的原因是來自運動員在耙冰幅度距離的完整度、軀干穩定度、上肢力量平衡度和入撬姿態轉換流暢度不足等因素。
滑行過程中的重力利用和摩擦力控制,增強了運動員對坡度和滑行狀態下的身體姿態控制能力。通過在坡面冰面上滑行,運動員能夠提高在實際比賽中應對不同賽道出發坡面啟動出發與入彎銜接,減少因姿態不穩定或滑行效率低下帶來的能量損失,從而提升比賽成績。坡面冰滑行指標還可以檢驗運動員核心肌群以及上肢肌群的協調性。特別是核心肌肉在坡面冰滑行中需要持續發揮作用,以維持滑行穩定和動力輸出。通過這種訓練,運動員能夠提高核心肌群的穩定性,有效改善運動員在比賽中的力量傳遞和姿態控制能力。通過在訓練中進行坡面冰滑行,運動員能夠提高對滑行速度和姿態控制的敏感性,減少因滑行條件變化帶來的波動,提高運動員的滑行效率,增強肌肉協調性、靈敏與協調平衡。
3.6頸部刀量
頸部力量指標是在雪撬運動員陸地模擬滑行姿態下對頭部負重進行測量和訓練的。頸部力量的提升有助于提升頭部的穩定性,進而減少由頭部擺動引起的額外空氣阻力,確保運動員能以最小的能量損失獲得最大的推進力。頸部力量的提高能夠優化雪撬運動員的滑行姿態。滑行姿態的改變能夠影響到運動員滑行過程中的風阻系數[12]。前期研究表明,雪撬運動員在滑行階段的風阻力特性對競技成績有重要影響。運動員抬頭調整滑行線路時,風阻力將增加 16% ,而將頭部傾斜有利于減小風阻系數,減小風阻的不利影響,風阻力僅增加10% [13]。此外,雪撬運動員在高速滑行中需要保持頭部穩定。頭部不穩定處于晃動狀態會產生擺動亂流,擺動亂流是指在流體中的不穩定結構擺動時產生的一種特殊流動現象[14]。在擺動亂流中,由于物體的擺動,流體會在物體表面發生流動分離,形成渦旋。這些渦旋的生成和脫落對流動特性有重要影響,它們可以導致流動的不穩定和能量的耗散[15]。并且這些漩渦影響了運動員體表的空氣流動方向,影響了空氣流動產生的下壓力,下壓力有助于增加雪撬與冰面的摩擦力,提高抓冰力和穩定性,幫助運動員保持平衡[16]。穩定的頭部姿態還能夠增強運動員在滑行過程中的方向感知和協調能力,從而在比賽中提高操控精度。特別是在高速滑行時,頸部肌肉的穩定性直接影響到上體的控制和運動效率,尤其是在彎道和復雜賽道環境中,有效減少不必要的頭部運動和由此產生的能量損耗。因此,運動員應盡量保持頭部穩定以低風阻姿態滑行。但物體作曲線運動時,會有離心趨勢,即慣性作用,需要有外力(向心力)介入才能順利過彎。雪撬運動員過彎時受到的向心力為賽道的支持力,支持力直接作用到撬體,撬體作用到運動員軀干,運動員腿部和頭部沒有撬體支撐處于懸空狀態,需要運動員頸部以及核心肌群提供足夠大的向心力,不然會撞擊賽道。在極限條件下運動員頭部甚至需要承受 5g 過載重量,已有研究表明頸部力量不足,不僅會改變滑行姿態,更會使頭部碰撞地面導致頭部損傷[16]。因此,雪撬運動員需要較強的頸部肌肉力量,頸部肌肉力量是雪撬運動員訓練與評價的重要指標。通過強化頸部肌肉,運動員能夠更好地適應賽道的高強度挑戰,維持較高的滑行速度和穩定性。
3.7 無氧功
無氧功指標越高反映機體無氧供能能力越強。而該指標取決于ATP、CP和肌糖原儲存的數量,肌酸激酶的活性等多方面因素。機體無氧功的提高是機體對訓練產生良好適應的表現,也是以無氧代謝為主的體能類項目訓練所追求的共同目標。在雪撬啟動出發過程中,主要由上肢的肌群做功且要求運動員在出發階段中迅速產生極高的加速度。這需要無氧供能主導,以支持快速的力量輸出。無氧功是評估運動員短時間內高強度輸出能力的重要體能指標,主要受肌肉力量與肌纖維類型構成的影響。較高的無氧功通常與更多的快肌纖維(TypeⅡ纖維)相關,這些肌纖維在進行短時間、高強度的運動時表現出較強的力量和速度。對于雪撬項目而言,啟動階段與初速加速階段對快速推冰、爆發推力的依賴極高。強化快肌纖維可以提高運動員在啟動和快速耙冰加速中的表現,從而提高雪撬啟動速度。運動員的肌肉力量和力量密度直接決定無氧功表現,從而影響比賽成績。無氧功對運動員的生理適應能力具有重要影響,較高的無氧功表明運動員能夠在高強度運動中有效地利用肌肉力量,增加瞬時功率輸出。無氧功的提高與肌肉的代謝能力、能量儲備密切相關。通過訓練提高無氧功,運動員可以在短時間內實現更高的功率輸出,在啟動和加速階段,較高的無氧功能夠幫助運動員快速產生推力,提升雪撬的啟動速度和加速性能。
4結論
本研究圍繞中國雪撬運動員的專項體能構成,探索和構建雪撬運動員專項體能關鍵指標,為科學制訂訓練計劃、提升運動能力提供了理論支撐與實證依據。基于Sobol全局敏感性分析發現,體重、后拋實心球、拉推復合力量、平面冰耙冰、坡面冰滑行、頸部力量和無氧功7項關鍵指標對我國雪撬運動員的競技表現有重要影響,關鍵指標不單與成績有較強的敏感性,還體現了關鍵指標之間具有較強的交互作用。因此,在訓練中應以關鍵指標為依據,制定專項體能訓練方案以更好地解決啟動出發成績不佳和滑行過程頭部位置過高的實際問題,推動訓練方法的科學化與個性化,持續提升我國雪撬運動員的體能水平與國際競賽競爭力,持續助力中國雪撬隊在米蘭冬奧會周期整體體能水平和運動表現的提升。
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