• 중량물 취급 작업(heavy physical work) 
 • 인양 또는 힘든 이동작업(lifting & forceful movements)
 • 허리 굽힘 및 비틈 등의 불편한 작업자세(bending & twisting - awkward postures)
 • 전신 진동 작업조건(whole-body vibration-WBV)
 • 정적 부하 작업자세(static work postures)

들기 작업과 관련된 요추부 생체역학에서 물체의 하중과 상반신의 무게는 모두 요추부에 위치한 신체구조, 특히 L5/S1요천부 디스크(lumbosacral disc)라고 불리는 제5요추골과 제1천골 사이의 디스크에 심각한 신체적 스트레스를 발생시킨다. 
L5/S1 디스크에서의 반작용력과 모멘트는 중다체절 모델(multisegment model)을 
적용하여 해석하며, 횡격막과 복벽 근육에 의해 만들어지는 복압도 고려해야 한다. 

  요추부(L5/S1) 힘 부하 모델 관련 (a)기립 척추 장력 및 물체 중력 간의 관계 모델, (b)지면으로부터 물체 의 높이와 기립 척추 장력 간의 관계 모델, (c)굽힘 동작시 정적 균형 모델, (d)물체 들기 관련 L5/S1 힘 부하 분석 등으로 구분하여 설명한다.

 들기 작업의 작업 자세 조건에 따른 차이는 상기 그림*에서 박스 무게 30 lbs(13.6 kg)을 들기 작업시 허리를 굽혀 불편한 자세[몸의 중심선과 박스 손잡이 거리 36 in(91.44 cm)] 조건에서 요추부(L5/S1) 부하는 2,100 ins-lbs, 우측의 바른 자세[kneeling, 몸의 중심선과 박스 손잡이 거리 16 in(40.6 cm)]에서는 480 ins-lbs 정도 부하로 약 4.4배의 Torque 부하 차이가 발생된다. 
 

 작업 자세 별 척추 간판 압력 비교에서 입식 자세를 100으로 하면, 누우면 25 정도로 낮아지고, 허리를 굽히는 각도에 따라 150, 220 등으로 증가하며, 좌식 조건에서 허리를 굽힐 경우 부하도 185 정도되며, 누워서 하체를 들어올리는 자세에서도 150정도로 증가한다. 

들기 작업의 작업 자세별 비교(요추 압축력 부하)에서도 들기 부하가 없는 입식자세가 80일 때, 20파운드 무게를 10인치 수평거리에서 들 때 170, 20인치 거리에서는 260, 허리를 굽혀 20인치 거리에서 들 때는 635로 8배 정도 커지며, 좌식조건에서 1파운드의 무게부하 때는 220으로 증가한다.  

 작업 하중 15kg의 경우는 L5/S1에서의 모멘트, 좌-우측 전단력, 전-후방 전단력 및 압축력은 왼손, 오른손 모두 양 손의 경우에 비하여 높은 것으로 나타났다. 한 손 작업의 경 우 모멘트는 양손의 경우 보다 186~222% 높은 것으로 나타났다. 또한 압축력의 경우는 138~142%로 높았으며, 모두 9,000N 이상이었다. 특히 괄목할 사항은 좌-우측 전단력의 경우 396~409% 정도로 큰 차이가 났으며, 그 수치도 1,600N 이상이었다. 전-후방 전단력은 모든 경우 4,000N 을 능가하는 높은 값을 나타내었다. 왼손과 오른손을 비교해 보면 왼손의 경우 모멘트는 오른손 경우의 84%였으나 전 후방 전단력은 127%였다. 그러나 좌-우측 전단력 및 압축력은 각각 103%, 98%였다.

작업 하중 7.5kg의 들기 작업에 대한 내리기 작업의 압축력 비율은 한 손의 경우는 평균 64%(왼손 65%, 오른손 63%)였다. 양손의 경우는 Kim의 주장에 의하면 69%였다. 따라서 한 손에 의한 압축력 비율은 양손에 의 한 경우의 93%에 해당하였다. 작업 하중 15kg의 들기 작업에 대한 내리기 작업의 압축력 비율은 한 손의 경우는 평균 53%(왼손 51%, 오른손 56%)였다. 양손의 경우는 Kim의 주장에 의하면 65%였다. 따라서 한 손에 의한 압축력 비율은 양손에 의한 경우의 82%에 해당하였다.

이와 같이 작업 하중이 증가함에 따라 이 비율들은 감소하는 경향이 있으나 이들 결과를 종합적으로 비교 해 보면 간헐적인 들기 작업에 대한 내리기 작업의 전압축력 비율은 양손의 경우는 67%, 한 손의 경우는 평균 59%(왼손 58%, 오른손 60%)로서 한 손에 의한 압축력 비율은 양손에 의한 경우의 88%에 해당하였다.

 입식 작업자세 조건에서 남녀별 들기 작업의 권고 기준을 보면, 남성의 경우 팔꿈치 높이에서 주먹 높이부위가 25kg, 어깨 높이까지는 20kg, 어깨 높이 초과 또는 종아리 부위 아래의 경우 10kg 이며, 여성의 경우 위치별 각각 16kg, 13kg, 7kg 등으로 남성에 비해 다소 낮은 범위를 권고하고 있다.
 

 MAC 평가도구에서 제시하는 무게 부하(load weight) 평가기준은 2인 작업시 35kg 미만, 3인 작업 55kg 미만, 4인 작업시 75kg 미만 작업 조건을 권고하고 있고, 초과시 3단계로 단계를 구분하며 제한하고 있다. 2인 작업시 85kg, 3인 작업 130kg, 4인 작업 시 170kg을 초과하면 부하가 가장 큰 위험 조건으로 평가한다. 

  들기 작업 관련 자세 평가에서는 위와 아래 그림에서 구분하듯이 상지의 위팔이 수직 자세 조건이며 상체가 곧게 들기 작업 자세를 취할 경우 가장 안전한 작업조건으로 평가하고, 대상물이 커서 위팔의 각도가 변경되거나 팔꿈치가 상체에서 떨어지게 되는 거리(정도)에 따라서 부하는 커지는 조건으로 평가하고, 또한 상체를 굽혀서 들거나 물건을 든 자세에서 팔꿈치에서 멀리 떨어지게 되면 어깨 등 상지와 허리 부위 부하가 가중될 수 있어 위험한 작업조건으로 평가를 하고 있다. 

 밀기/당기기 운반 작업 관련 Roll Cage 또는 Euro Bin 등의 작업 시 무게 부하는 250kg 이하 조건에서 부하가 가장 낮은 것으로 평가하고 250~500kg, 500~750kg, 750kg 초과 등의 단계로 구분하여 평가하며, Pallet Truck의 경우 600kg 적재 운반 조건을 가장 부하가 낮은 조건으로 평가하고, 600~1000kg, 1000~1500kg, 1500kg 초과 단계로 구분하여 평가한다.

 또한 밀기/당기기 작업수행 운반 도구의 손잡이 조건 등에 대한 평가항목도 규정하고 있다. 다음 쪽 그림처럼 손잡이의 구조, 형태 등에 따라서 평가를 한다. 또한 밀기/당기기 작업 부하 관련 작업 자세/형태에 따라서 평가하기도 한다. 손잡이 위치와 상체 등 자세가 곧게 힘 부하가 필요한 경우 가장 낮은 부하 평가를 하며, 양손 작업이 불가능하거나 상체가 구부린 상태에서 힘 부하가 가중되면 다소 부하가 있는 것으로 평가하고, 밀기/당기기 작업 시 상체가 비틀리거나 굴곡 자세가 크게 발생되거나 부적절한 자세(그림)로 밀기/당기기 작업 시 가장 나쁜 자세로 평가한다.

 선반(rack) 등에 부품, 박스 적재 관련 선반 플랫폼 높이에 따른 적재조건에서 50파운드(22.7kg) 초과시에는 Handtruck 등 운반 도구의 사용을 권고하며, 적재 높이 12~29인치 범위 15~20파운드(9.1kg) 적재, 29~48인치 범위 35~40파운드(18.1kg) 적재, 48~64인치 높이는 10~20파운드 적재, 64인치 이상의 높이 적재 시에는 5~10파운드(4.54kg) 범위를 권고하고 있다.

*참고 자료:
1. Sanders & McCormick, Human factors in engineering & design, McGraw-Hill, 1993. 
2. Kroemer et al., Ergonomics-How to design for ease & efficiency, Prentice Hall, 1994. 
3. Wickens et al., An Introduction to Human Factors Engineering, 2nd edition, Prentice Hall, 2004.
4. Zhang Y et. al., A Biomechanical waist comfort model for manual material lifting, 
Int. J. Environ. Res. Public Health 2020, 17, 5948.
5. Back safety & lifting,  https://www.mh.sellick.co.uk/48-manual-handling-calculations.html
6. Kim HK, Comparison of Compressive Forces on Low Back(L5/S1) for One-hand Lifting and Two-hands Lifting Activity, Journal of the Ergonomics Society of Korea 30(5):597-603, 2011.
7. Kim HK, Comparison of Biomechanical Stress on Low Back(L5/S1) for One-hand Lifting and Lowering Activity, Journal of Society of Korea Industrial & Systems Engineering 37(4):72-81, 2014.
8. CCOHS,  https://www.ccohs.ca/topics/hazards/ergonomic/
9. HSE(UK),  https://www.hse.gov.uk/msd/index.htm
10. Pounds of Compressive Force on Lower Back,  https://i.imgur.com/rNsvluO.png
11. CDC, Ergonomic Guidelines for Manual Material Handling, DHHS(NIOSH) Publication No. 2007-131, 2007.
12. HSE(UK), Manual handling at work-A brief guide, HSE INDG143(rev3), 2012.
13. HSE(UK), Manual handling assessment charts (the MAC tool), HSE INDG383(rev3), 2018.
14. HSE(UK), Risk assessment of pushing & pulling(RAPP) tool, HSE INDG478, 2016.