形意拳进步崩拳发力阶段攻击特征的运动生物力学研究

刘宇峰 单共兵,2 张翔

1.忻州师范学院体育系，山西 忻州 034000；

2.莱布斯里奇大学文理学院运动科学系，莱斯布里奇 阿尔伯塔

“远踢近打贴身摔”描述了传统武术在徒手格斗中对不同距离的敌人所采用的不同攻击方式，其中打是格斗双方距离较近时用拳攻击的方法。传统武术中形成了不同的用拳攻击的风格 ，有引进落空的太极拳，有迂回侧击的八卦掌，还有硬打硬进的形意拳。形意拳善于正面进攻，崩拳因其动作形如利箭穿物，发力时威猛如山崩地裂而得名，有“半步崩拳打天下”的美誉，遗憾的是，如此“霸道”的形意拳技术却没有完善的进攻参数与同类项目进行比较。崩拳攻击特点在拳谚中有许多形象的描述，对速度的描述“去意犹如卷地风”“追风赶月不见迹”“打着还嫌迟”；对于距离的描述有经典的“打人如亲嘴”；对于动力的描述是 “趋势好似虎扑羊”。[1]这些都是对形意拳练习者经验的描述，并不能量化比较攻击的特性。现有关于形意拳的量化研究主要集中在对拳速和用力大小两方面：对于拳速多用最大速度和加速度来表征。王如镇给出形意拳崩拳拳速峰值为6.973 m/s，最大加速度为74.46m/s2。[2]朱东也给出拳速6.29 ±0.797 m/s和加速度64.128 ± 15.750 m/s2的参数值，[3]但没有指出拳速峰值出现的时刻、距离和以拳速为因变量的整体分析。崩拳是一步之内完成单腿启动和单腿制动的动作，重心经历由慢速到快速再降速的过程。从产生动量大小来看，拳最高速度出现的位置应该是最佳的击打位置，很遗憾我们在现有文献中找不到此参数的量化数据。形意拳以突然的攻击著称于世，动力因素占很重要的地位。拳击选手前手直拳发力时蹬出的力量是前脚体重的1.99±0.42倍，后脚是体重的0.68±0.16倍，[4]形意拳发力时地面反作用力竖直方向上的大小为(159 ± 92 N/kg)。[5]但没有指出攻击方向的作用力。综上所述，前期研究虽有少量形意拳攻击特征参数的量化研究，但缺少相互联系的系统研究，这明显阻碍了形意拳发展的现代化进程。本研究采用Vicon红外三维运动捕捉系统与ATMI三维测力台同步，建立15环节人体3D模型，系统量化崩拳的攻击特征并寻找与拳速高度相关因素，为形意拳科学评价与横向比较提供参数支持。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

山西省形意拳协会8名平均拳龄30年以上的习练者,身高1.68±0.05m，体重70±6.4kg，年龄55±11岁，武龄36±16年。

图1 进步崩拳阶段划分

1.1.1 形意拳进步崩拳动作

以右崩拳为例：（1）蓄力。掩裹横拳：由左三体式开始，左肘向中线掩裹，同时两手臂外旋，两手握拳，拳心转向上，左小臂水平高于心口；右小臂贴于右肋，重心略后移，脊背略后弓，目视前方。（2）发力。摩臂崩拳：右脚以涌泉穴位处着力蹬地，左腿以足三里穴位处领劲向前挤靠进一大步。（3）制动。左脚着地减速，随即右脚跟进，两脚前后相错约半脚，右脚弓对左脚跟，脚尖略外摆，同时右拳沿着左小臂内侧上方，经左拳心向前崩出，高于心口，拳眼向上转，拳面向前下方倾斜，前臂水平，肘部微屈，右肩前顺；左臂屈肘贴身护肋，左拳收于腹前，拳心向上，目正视前方。

1.1.2 阶段划分

蓄力阶段：重心在垂直方向下降至最低点，为下个阶段的发力做准备。发力阶段：下肢蹬地使得重心速度增加，直至重心速度达到最大值；制动阶段：重心速度快速下降到最大值得30%；复位阶段：重心速度平缓下降，恢复到稳定状态。

图2 阶段处理曲线图

制动阶段与复位阶段划分：在重心速度曲线中将标出重心速度的90%、30%、20%与10%四个点，在90%、30%两点做斜率曲线，在20%、10%两点做斜率曲线，两线相交于一点，此点对应的横坐标为区分制动阶段与复位阶段的点。

1.2 研究方法

图3 实验环境示意图

采用Vicon三维运动分析系统(采集频率为100f/s)、美国AMTI公司的AMTI三维测力台(采集频率为1000f/s)以及Vicon Nexus数据采集软件，同步采集运动学、动力学数据。

1.2.1 数据采集过程

（1）首先确定坐标系，该实验设定左右方向的运动为X轴，前后方向的运动为Y轴，上下方向的运动为Z轴。根据实验对象的身高以及动作的运动范围调整13个镜头的高度、角度，使受试者处于镜头的中间靠下的位置，调整镜头的焦距使标定坐标点在屏幕中完全显示，标定长宽高分别为(3×4×4m)的重点采集区域。（2）对受试者进行身体惯性参数测量，并粘贴固定反射标志物Marker球。依据身体测量的数值构建骨架模型。测试过程中共有39个反射标志物固定在受试者的各个关节点上，为了进一步减少实验操作的系统误差，Marker反射标志物由生物力学实验室专业人员进行粘贴标志点的名称及位置。同时，受试者测试前15分钟进行热身运动，时间控制约10分钟。内容主要包含功架练习、测试动作练习等。（3）标志点贴好后，受试者站在重点测试区域中，高速摄像机拍摄其静态标准姿势。测试人员此时在系统内快速识别各个标志点，并建立受试者的静态模型。（4）在记录员提示下，按照实验动作进行，受试者完成三次动作。高速摄影机、三维测力台同步采集数据。

1.2.2 指标定义

表1 指标定义一览表

（表1续）

1.2.3 数据计算

迈步距离、拳的左右偏移距离等平面距离的计算：根据平面直角坐标系两点距离公式：

速度的计算中空间移动距离的计算根据空间直角坐标系两点距离公式：设A(x1，y1，z1)、B(x2，y2，z2)，则，之后根据路程公式

计算总体路程。

2 研究结果

表2 实验结果

2.1 速度特征

拳速的变化经历了加速和减速两个阶段，加速是为了进攻，减速是为了稳定身体。形意拳在一步之内完成骤起进攻和急停稳定两个关键动作，伴随着拳速由小陡然增大再由大变小，涉及到两个明显的参量，一个是反映人整体的运动特征的重心速度变化，另一个是攻击点——拳的速度变化。在进攻加速阶段，重心的最大速度是2.07m/s，拳的最大速度为7.6m/s；这个阶段拳的平均加速度为6.75±2.98m/s2，重心的平均加速度为2.81±1.13m/s2；重心的最大加速度为12.33m/s2，拳的最大加速度为60.33m/s2。上步攻击时间为0.56±0.18 s，其中最快的上步时间为0.29s，上步距离为91.5cm。这个距离比平均值77cm大，重心速度峰值与拳速峰值出现的时间差为0.039±0.06s。

2.2 距离特征

拳速最大时具有最大的能量，击打效果最佳，将这一时刻拳距髂前的距离称为最佳攻击距离。由数据可知拳的最佳攻击距离是0.44±0.06m，此刻拳在前脚后方0.14±0.07m；最终在水平面上超过脚尖0.16±0.07m停止，此时拳距离同侧髂前0.74±0.14m，这个距离为拳的攻击范围。攻击高度在自己身高的66.16±4.70 %。重心在发力阶段也经历了类似变化：当重心速度达到最大值时，所经过的距离是0.4±0.05 m，此时重心距离前脚跟的水平距离是0.67±0.07 m，过程中重心上下起伏为0.03±0.08 m，左右偏移是0.051±0.05 m，动作结束时，重心总移动距离是0.94±0.17 m。

2.3 动力特征和关节角度变化

蓄力阶段，重心向后移动后腿承担体重，地面反作用力增加170.88±72.21 N，为体重的1.1±0.5倍。前后方向增加了1.41±1.13倍体重的力量；发力阶段，垂直方向为受试者体重的1.3±0.6倍。前后方向的变化最大为身体体重的3.32±1.43倍；左右方向是体重的0.78±0.47倍。

图1 下肢发力顺序比较图

关节角度变多发生在矢状面上的屈伸变化，其中变化量最大的是髋关节45.49±15.48°，其次就是踝关节角度26.88±7.73°，膝关节角度29.43±6.14°，肩与髋交叉的X-factor变化范围是22.69±14.14°。骨盆前后倾的角度变化为8.98±3.24°。在发力阶段，髋首先开始动作，然后是膝，最后是踝。

2.4 拳速相关性分析

表3 拳速相关性分析

拳速是形意拳攻击特性的主要指标，对拳速影响因素的分析有助于优化提高拳速、避免受伤有重要意义。与拳速的相关性依次为：骨盆前后倾角、X-factor变化范围、重心速度、肘关节屈伸角、肩关节屈伸角和踝关节屈伸角。

3 分析讨论

3.1 核心发力 速度快

拳速是衡量击打效果的主要参数，一线拳击选手拳的速度为7.1±0.7 m/s[6]，形意拳最大速度为7.6m/s；相差不大。本次测试拳的平均速度为6.75±2.98m/s，明显低于拳击选手的平均拳速，从进步崩拳前期的加速平均40cm的身体加速过程来看，二者存在较为明显的差别。另外，2011年王镇如也测出形意拳崩拳峰值速度为6.973m/s的结果，[7]与本次实验相差不大，说明形意拳崩拳具有较快的拳速。骨盆前后倾角、X-factor变化范围、重心速度是拳速的高相关因素，骨盆前后倾角、X-factor变化都与腰部的核心肌群高度相关，尤其是骨盆的前后倾变化总量虽然不大，但却是最高的相关因素。骨盆的后倾即“敛臀收腹”的动作，蓄力阶段骨盆前后倾角度变化为10.31±9.04°，由于骨盆前面上下是腹直肌和股四头肌股，后面上下是竖脊肌和臀大肌，骨盆后倾，正好是拉长股直肌和竖脊肌的动作，使蹬伸的原动肌充分拉长，形成了身弓和腿弓，同时避免了太大的外形动作，使蓄力隐蔽且高效。形意拳论讲“主宰在腰”，或许就与骨盆的前后倾角变化密切相关。综合骨盆组成的髋不仅变化量最大达到45度而且首先开始动作，不难发现形意拳崩拳核心发力的用力特征。出拳借助重心的基础速度会使拳速更快、击打更具威力，[8]本次实验与以往不同的是测算了重心的速度变化情况与拳速变化的关系，重心速度峰值与拳速峰值出现的时间差为0.039s。“一般人改变肌肉活动需要0.2-0.3s”[9]不到人的反应时间的十分之一，几乎可以忽略,这说明拳速和身速基本上同时达到峰值,这或许是形意拳整体用力，“打人必须先上身”的有力证据之一。

3.2 身手齐进

拳到达最佳攻击点的时刻拳在前脚和躯干的中间。距离前脚14cm，距离躯干44cm,说明,一是形意拳“脚到手到”的整体攻击特点，有助于在击打的时刻动员身体的整体质量参与碰撞，这样的方式会直接增加击打前的动量储备；[10]二是形意拳主动寻求在近距离击打的意愿。要想在最佳攻击点接触敌人，脚必须在下方超越被攻击点，攻击点则放在可以“拥抱”的范围内，这种方式符合形意拳“打人如亲嘴”的特性描述。

3.3 移动平稳 击打隐蔽

从重心的移动可以看出，重心始终在支撑面内，没有超越支撑面，保证了身体的稳定性。移动过程中上下起伏为3 cm，左右移动为5 cm。崩拳的步长为0.77±0.12m，而一般人走路过程中“重心起伏为8-10cm,左右偏移为4.5 cm，跨步长大约 0.75m，步宽约 8cm”可以看出崩拳进攻时，在竖直方向上重心不发生大的波动，移动平稳，步宽与步长与走路相似。击打高度在受试者身体高度的66%，如果对手是同一身高的技击者，这个部位在身体肚脐(黄金比例)的上部和剑突下部的空腔部位，这一部位的脏器没有外在骨骼保护，很容易在击打中受伤。2014年王松利用工程人所反馈的数据也得出崩拳击打在肝脏和左右肺部的有效性较好的结论，[5]由于这个部位有效避开了视觉的直接观察，较为隐蔽，大大提高了攻击的成功率。

3.4 远程攻击 随时调控

朱东得出跟步崩拳右手完整位移的距离为0.845±0.19 m，李东鹏得出拳击运动员皱市明前手直拳肘的移动距离是0.66m。进步崩拳重心的移动距离为0.98±0.17m，加之拳离开身体的部分，拳最终的攻击范围是1.21±0.09m，动作结束时，拳离开身体0.74±0.14m。相比而言，进步崩拳具有更长的远程攻击能力。符合形意拳“进必及身”的突进特征，从拳谚“迈步如犁行”来看，形意拳具有随时制动刹车的技术准备，可见，进步崩拳具有远程攻击能力，并可能有随时调控攻击距离的能力。

4 研究结论

形意拳进步崩拳利用骨盆部位的核心动作产生攻击动力，具有身手齐进的整体力量特征，具有速度快、攻击范围大、近身攻击和攻击部位隐蔽等特点，成就了其“打遍天下”的美名。建议初习者进行骨盆前后倾的专门动作练习；如果进行固定靶训练，建议靶位在练习者的剑突以下肚脐以上部位。