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摘要：随着人们生活水平的提高，大家越来越注意身体健康情况。扎马步由于对空间条件限制较小而广受大众推崇。但是很多人并不知道扎马步的正确姿势，从而造成了一些肌体损伤。而且随着近期对传统武术的打假行动，使公众开始对这一传统武术训练方式产生了质疑。因此本文通过网络信息采集以及实地对传统武术练习者的采访，确定标准的扎马步的姿势，进而采用人体受力仿真软件3DSSPP对这一姿势进行建模分析，详细介绍扎马步的正确姿势以及受力分析。
关键词：扎马步；3DSSPP；仿真分析；人因工程
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1003-2177（2017）06-0056-04
武谚“未学打先扎马”、“要习打，先站马”、“练拳先蹲马，马功到家、不怕刀枪”等，道出了武术基本功马步的地位及重要作用（蒋德龙，2016）。而且扎马步不仅可以改变肌肉空间和肌肉组群，还可以对椎间盘突出等有辅助治疗作用。扎马步时腹式呼吸，可以对内脏以及所处的经络进行按摩。上班族在工作的间歇扎上5分钟的马步，疲劳感会降低很多，肌肉疼痛感也会消除。因此扎马步逐渐受到越来越多的追捧。但是由于扎马步需要循序渐进以及姿势可能不正确的原因造成了很多人以不正确的姿势扎马步并产生了肌肉拉伤或者膝关节半月板损伤等问题。使得这一传统武术中的基本功备受争议。本文尝试从人因工程学的角度结合3DSSPP软件对扎马步进行科学的分析与评价。
1建立模型
本实验需要在实验进行之前搜集大量资料明确扎马步的正确姿势，但是由于我们搜集到的关于扎马步的正确姿势说法不一导致我们无法尽快的得出结论。最终，我们通过查阅大量网页资料、数据库文档、权威认证资料以及对形意拳南京青年组冠军的采访确定正确的姿势。通过实地演示之后测量了一些关键数据。最终确定的扎马步的正确姿势为四平马：
①两脚分开与肩同宽，脚尖向前，且处在同一线上。屈膝下蹲，膝盖不超过足尖。两脚着地，重心在脚跟，双膝外展，小腿外侧与脚外侧成同一垂直线，大腿与小腿之间夹角为150度。
②塌腰、松胯、档要圆，略提肛收腹，含胸拔背，上身正直，如坐凳状。
③沉肩坠肘。
④双目平视，视线不宜远，头要正略收额，不要低头，也不要仰头耸肩，或左倾右斜。（王立利，2011）
如图1所示，通过前期姿势确立以及数据采集之后，采用先利用posture prediction（姿势预测法）简单做出模型，而后再通过body segment angles（身体各部位角度法）精准建立模型，最终建立起3D模型。
2 报告分析
在仿真模型建立之后，利用软件产生了一系列的实验报告，着重选择了一下五张反映疲劳程度以及可接受程度的报告进行分析：
2.1 总报告
如图2总报告分析中所示，本实验包括一般用到的几个基本结论，包括群众对于身体各个部位的受力情况的可接受程度、下背部压力、左右下肢承载受力情况以及平衡状况。由于下面会有各个报告的详细解释，在这里不再赘述，只做简单的说明。只是这里的条形图可以让我们更直观的看到，90%以上的人能够接受现有的各个部分的受力情况；下背部受力情况为2858.6也在3425的强度设计极限之内。其中SDL和SUL分别是强度设计极限和力量上限，默认情况下适用于NIOSH行动限制和最大容许极限。其他限制可以是用户自己设定的。SDL的指定在程序表格中由从绿到黄的颜色过渡分隔开，并且被设置为99%男性或75%的女性。SUL的指定，则是由黄色到红色颜色过渡分割开，25%男性或1%的女性；左右腿受力平衡；支撑力量的中点在绿色BOS区域内，姿态是稳定的，平衡可以接受。
2.2 疲劳强度分析
如图3疲劳强度分析中所示，疲劳强度分析显示了每一个关节所需要的最大自由收缩（MVC）百分比。计算了三个百分位数人群的力量能力：5、25和50百分位对应于很弱，弱和平均力量的工人。这些值可以用于频率和持续时间的信息来估计局部肌肉疲劳。可以理解为需要发挥多大的肌肉收缩能力。由结果数据可以看出，按照50%也就是平均力量工人的情况来分析，除肩部外各个位置需要的肌肉收缩能力都不算太大。说明多数人都是可以完成的，符合成为全民健身方式条件。
2.3 下背部分析报告
从图4，3D下背部疲劳分析中可以看出，腰椎间盘突出是十分常见的对工作人员造成的公共损伤，而造成腰椎间盘突出的直接原因就是腰椎压力过大。分析总结屏幕中的关于椎间盘压力的预测在3D下背部分析中很详细的展现出来。该报告列出了L4/ L5椎间盘压力，3D下背部分析采用线性规划优化算法，计算L4/L5旋转力矩和力量，根据三维分析上半身十大肌肉的收缩力量，加上造成椎间盘的压力的体重和手的力量，優化合成椎间盘压力。在图中我们可以看到上半身十大肌肉的受力情况以及L4/L5椎间盘压力为2859，评比标准中SDL和SUL分别是强度设计极限和力量上限，默认情况下适用于NIOSH行动限制和最大容许极限。其他限制可以是用户自己设定的。SDL被设置为99%男性或75%的女性，其数值为3425。SUL则被设置为25%男性或1%的女性，其数值为6361。因此可见扎马步的椎间盘受力情况在强度设计极限之内，符合生理学要求。
在图5，矢量下背部疲劳分析中，显示了选定姿势下的下背部数据。正的肌肉力量值或部分重量表明了下行椎盘上的力的方向。椎盘的剪切力是由于上半身的重量，姿势，和水平手的力量。在已知 / -且适当的时候，会显示一个标准差。即扎马步是椎盘所受的总的剪切力在2926 /-192。在报告的底部，是既定性别下的估计的L5/S1韧带应变。这代表了腰部筋膜的应变，是附加在L5和S1椎骨中间的，在抵抗向前弯曲过程中起着重要作用。由于观察的腰部筋膜的弹性极限是30%，估计L5/S1韧带应变值，若这个值超过30%表明存在受伤的风险。而本实验中的12%说明，正确姿势的扎马步是不会造成腰部劳损的。 2.4 强度及可接受程度分析
图6强度及可接受程度分析表明了强度模型的结果。由负载和体重所产生的每个关节所需的扭矩，是通过基于静态链接算法的生物力学模型算得的，并且依赖于人体测量学，姿势，手负载。由于对于扭矩的具体数值我们并没有太大的概念，所以暂时不加以分析。而能力百分比是有力量能力来产生比联合力矩更大力矩的人所占的百分比。它使用正态分布，被当作合力矩，平均强度，和平均强度的标准偏差的的功能來计算的。也就是说能完成这项工作的人有多少。我们可以看到，这就很直接的反映了每个部位都有95%以上的人能完成，说明这是一个所有人都能去做的姿势，符合大众练习的要求。
2.5 平衡能力分析
在图7平衡能力分析中，身体质量的中心被定义为体重的中心，投影向下，也可以称为重心（COG）。在3 dsspp中，只计算身体的部分重量，不包括对象手中所持物体的质量，不包括外力或力矩。身体质量的中心示在平衡图形中表示为一个黄色的圆点。压力的中心（COP）被定义为支撑力量的中点。它的计算类似于COG，但包括所有外力和力矩以及身体部位的质量。压力中心在平衡图形中表示为一个红点。为获得平衡，压力中心必须保持在支撑表面的一个稳定的地点。两个稳定区域被确定和考虑。地面支持（BOS，绿色区域），是一个根据支撑表面的大小和位置定义的区域。例如，在站立模式，只有压力中心在脚的轮廓以内，脚才能支持一个姿势，否则人会跌倒。但是实际表明，人们通常不会让压力中心靠近BOS的边缘，只能作为一个安全系数。因此功能稳定区域（FSR，浅绿色区域）被定义和实验出来，因为人们倾向于保持压力的中心。这两个区域边界之间的区域是一个关于平衡不太好的地区，在这里一个人可能觉得没有安全感。平衡稳定的条件取决于压力中心相对于支撑地面的位置。分为可接受的、有缺点的或不可接受的。
可接受的CP平衡：压力中心位于FSR范围内，姿态是稳定的。
有缺点的CP平衡：压力中心的位置在不在FSR范围内但在BOS范围内。姿势是稳定的，但人缺乏安全感。
不可接受的CP平衡：压力的中心不在BOS范围内，姿势无法维持。
因此由实验报告可以得出，扎马步是压力中心在FSR区域内，姿态是稳定的。
3 实验结论
通过以人因工程学的专业知识分析以及3DSSPP的报告，发现如果姿势正确，对于扎马步的各项分析均在正常范围之内并不会对人的身体造成伤害，而且是一项有益的运动。传统武术留下来的四平马也是有其科学依据的。只要我们能找到正确的方法持之以恒，必将有益于保持良好的身体状况。
参考文献
[1]蒋德龙，谭广鑫.古代巫风的现代延续：武术基本功马步之“马”的探源及启示[J].体育科研，2016，37（04）：42-48.
[2]王立利.马步站桩对下肢力量影响实验的分析[J].宜春学院学报，2011，33（08）：169-170.
关键词：扎马步；3DSSPP；仿真分析；人因工程
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1003-2177（2017）06-0056-04
武谚“未学打先扎马”、“要习打，先站马”、“练拳先蹲马，马功到家、不怕刀枪”等，道出了武术基本功马步的地位及重要作用（蒋德龙，2016）。而且扎马步不仅可以改变肌肉空间和肌肉组群，还可以对椎间盘突出等有辅助治疗作用。扎马步时腹式呼吸，可以对内脏以及所处的经络进行按摩。上班族在工作的间歇扎上5分钟的马步，疲劳感会降低很多，肌肉疼痛感也会消除。因此扎马步逐渐受到越来越多的追捧。但是由于扎马步需要循序渐进以及姿势可能不正确的原因造成了很多人以不正确的姿势扎马步并产生了肌肉拉伤或者膝关节半月板损伤等问题。使得这一传统武术中的基本功备受争议。本文尝试从人因工程学的角度结合3DSSPP软件对扎马步进行科学的分析与评价。
1建立模型
本实验需要在实验进行之前搜集大量资料明确扎马步的正确姿势，但是由于我们搜集到的关于扎马步的正确姿势说法不一导致我们无法尽快的得出结论。最终，我们通过查阅大量网页资料、数据库文档、权威认证资料以及对形意拳南京青年组冠军的采访确定正确的姿势。通过实地演示之后测量了一些关键数据。最终确定的扎马步的正确姿势为四平马：
①两脚分开与肩同宽，脚尖向前，且处在同一线上。屈膝下蹲，膝盖不超过足尖。两脚着地，重心在脚跟，双膝外展，小腿外侧与脚外侧成同一垂直线，大腿与小腿之间夹角为150度。
②塌腰、松胯、档要圆，略提肛收腹，含胸拔背，上身正直，如坐凳状。
③沉肩坠肘。
④双目平视，视线不宜远，头要正略收额，不要低头，也不要仰头耸肩，或左倾右斜。（王立利，2011）
如图1所示，通过前期姿势确立以及数据采集之后，采用先利用posture prediction（姿势预测法）简单做出模型，而后再通过body segment angles（身体各部位角度法）精准建立模型，最终建立起3D模型。
2 报告分析
在仿真模型建立之后，利用软件产生了一系列的实验报告，着重选择了一下五张反映疲劳程度以及可接受程度的报告进行分析：
2.1 总报告
如图2总报告分析中所示，本实验包括一般用到的几个基本结论，包括群众对于身体各个部位的受力情况的可接受程度、下背部压力、左右下肢承载受力情况以及平衡状况。由于下面会有各个报告的详细解释，在这里不再赘述，只做简单的说明。只是这里的条形图可以让我们更直观的看到，90%以上的人能够接受现有的各个部分的受力情况；下背部受力情况为2858.6也在3425的强度设计极限之内。其中SDL和SUL分别是强度设计极限和力量上限，默认情况下适用于NIOSH行动限制和最大容许极限。其他限制可以是用户自己设定的。SDL的指定在程序表格中由从绿到黄的颜色过渡分隔开，并且被设置为99%男性或75%的女性。SUL的指定，则是由黄色到红色颜色过渡分割开，25%男性或1%的女性；左右腿受力平衡；支撑力量的中点在绿色BOS区域内，姿态是稳定的，平衡可以接受。
2.2 疲劳强度分析
如图3疲劳强度分析中所示，疲劳强度分析显示了每一个关节所需要的最大自由收缩（MVC）百分比。计算了三个百分位数人群的力量能力：5、25和50百分位对应于很弱，弱和平均力量的工人。这些值可以用于频率和持续时间的信息来估计局部肌肉疲劳。可以理解为需要发挥多大的肌肉收缩能力。由结果数据可以看出，按照50%也就是平均力量工人的情况来分析，除肩部外各个位置需要的肌肉收缩能力都不算太大。说明多数人都是可以完成的，符合成为全民健身方式条件。
2.3 下背部分析报告
从图4，3D下背部疲劳分析中可以看出，腰椎间盘突出是十分常见的对工作人员造成的公共损伤，而造成腰椎间盘突出的直接原因就是腰椎压力过大。分析总结屏幕中的关于椎间盘压力的预测在3D下背部分析中很详细的展现出来。该报告列出了L4/ L5椎间盘压力，3D下背部分析采用线性规划优化算法，计算L4/L5旋转力矩和力量，根据三维分析上半身十大肌肉的收缩力量，加上造成椎间盘的压力的体重和手的力量，優化合成椎间盘压力。在图中我们可以看到上半身十大肌肉的受力情况以及L4/L5椎间盘压力为2859，评比标准中SDL和SUL分别是强度设计极限和力量上限，默认情况下适用于NIOSH行动限制和最大容许极限。其他限制可以是用户自己设定的。SDL被设置为99%男性或75%的女性，其数值为3425。SUL则被设置为25%男性或1%的女性，其数值为6361。因此可见扎马步的椎间盘受力情况在强度设计极限之内，符合生理学要求。
在图5，矢量下背部疲劳分析中，显示了选定姿势下的下背部数据。正的肌肉力量值或部分重量表明了下行椎盘上的力的方向。椎盘的剪切力是由于上半身的重量，姿势，和水平手的力量。在已知 / -且适当的时候，会显示一个标准差。即扎马步是椎盘所受的总的剪切力在2926 /-192。在报告的底部，是既定性别下的估计的L5/S1韧带应变。这代表了腰部筋膜的应变，是附加在L5和S1椎骨中间的，在抵抗向前弯曲过程中起着重要作用。由于观察的腰部筋膜的弹性极限是30%，估计L5/S1韧带应变值，若这个值超过30%表明存在受伤的风险。而本实验中的12%说明，正确姿势的扎马步是不会造成腰部劳损的。 2.4 强度及可接受程度分析
图6强度及可接受程度分析表明了强度模型的结果。由负载和体重所产生的每个关节所需的扭矩，是通过基于静态链接算法的生物力学模型算得的，并且依赖于人体测量学，姿势，手负载。由于对于扭矩的具体数值我们并没有太大的概念，所以暂时不加以分析。而能力百分比是有力量能力来产生比联合力矩更大力矩的人所占的百分比。它使用正态分布，被当作合力矩，平均强度，和平均强度的标准偏差的的功能來计算的。也就是说能完成这项工作的人有多少。我们可以看到，这就很直接的反映了每个部位都有95%以上的人能完成，说明这是一个所有人都能去做的姿势，符合大众练习的要求。
2.5 平衡能力分析
在图7平衡能力分析中，身体质量的中心被定义为体重的中心，投影向下，也可以称为重心（COG）。在3 dsspp中，只计算身体的部分重量，不包括对象手中所持物体的质量，不包括外力或力矩。身体质量的中心示在平衡图形中表示为一个黄色的圆点。压力的中心（COP）被定义为支撑力量的中点。它的计算类似于COG，但包括所有外力和力矩以及身体部位的质量。压力中心在平衡图形中表示为一个红点。为获得平衡，压力中心必须保持在支撑表面的一个稳定的地点。两个稳定区域被确定和考虑。地面支持（BOS，绿色区域），是一个根据支撑表面的大小和位置定义的区域。例如，在站立模式，只有压力中心在脚的轮廓以内，脚才能支持一个姿势，否则人会跌倒。但是实际表明，人们通常不会让压力中心靠近BOS的边缘，只能作为一个安全系数。因此功能稳定区域（FSR，浅绿色区域）被定义和实验出来，因为人们倾向于保持压力的中心。这两个区域边界之间的区域是一个关于平衡不太好的地区，在这里一个人可能觉得没有安全感。平衡稳定的条件取决于压力中心相对于支撑地面的位置。分为可接受的、有缺点的或不可接受的。
可接受的CP平衡：压力中心位于FSR范围内，姿态是稳定的。
有缺点的CP平衡：压力中心的位置在不在FSR范围内但在BOS范围内。姿势是稳定的，但人缺乏安全感。
不可接受的CP平衡：压力的中心不在BOS范围内，姿势无法维持。
因此由实验报告可以得出，扎马步是压力中心在FSR区域内，姿态是稳定的。
3 实验结论
通过以人因工程学的专业知识分析以及3DSSPP的报告，发现如果姿势正确，对于扎马步的各项分析均在正常范围之内并不会对人的身体造成伤害，而且是一项有益的运动。传统武术留下来的四平马也是有其科学依据的。只要我们能找到正确的方法持之以恒，必将有益于保持良好的身体状况。
参考文献
[1]蒋德龙，谭广鑫.古代巫风的现代延续：武术基本功马步之“马”的探源及启示[J].体育科研，2016，37（04）：42-48.
[2]王立利.马步站桩对下肢力量影响实验的分析[J].宜春学院学报，2011，33（08）：169-170.