Bewegungsanalyse bei Gerüstbauern zur Detektion von Fehlhaltungen

Wissenschaft, Forschung und Industrie zu verbinden ist seit vielen Jahren ein wichtiger Aspekt der Zusammenarbeit der AUVA, Fachgruppe Ergonomie der Präventionsabteilung, mit der FH Technikum Wien. Hierzu werden Masterprojekte im Studiengang Gesundheits- und Rehabilitationstechnik ausgeschrieben, die Studierende unter Anleitung von Fachexpertinnen und -experten der AUVA und Lektorinnen und Lektoren der FH Technikum Wien umsetzen. 

Ein kürzlich abgeschlossenes Masterprojekt beschäftigte sich mit Bewegungsanalysen beim Gerüstbau an Baustellen der Rohrer Group. Der Student Christoph Hartwein zeichnete dafür Bewegungen beim Aufbau von Gerüsten mittels Messsystemen der AUVA auf. Im Anschluss wurden die Daten mit Unterstützung von Ergonomie-Experten Mag. Norbert Lechner und Dr. Matthias Scherer, MSc, Forschungsexperte für Rehabilitationstechnik, analysiert und interpretiert. Die Forschungsdaten sollten aufzeigen, ob die These, dass es im Gerüstbau alle fünf Sekunden zu einer ungesunden Körperhaltung kommt, zutrifft. Im Folgenden wird die Masterarbeit von Christoph Hartwein, MSc auszugsweise wiedergegeben. Die Kapitel sind, wie in wissenschaftlichen Arbeiten üblich, in Einleitung, Methoden, Resultate und deren Diskussion aufgeteilt. 

Gerüstbau – Stand der Forschung

Laut der österreichischen Gesetzgebung (BauV 1994, BGBl. Nr. 340/1994, § 5, RIS, 1994) braucht eine Gerüstbauerin bzw. ein Gerüstbauer keine spezielle Ausbildung, um ein Gerüst auf- oder abzubauen. So darf grundsätzlich jede bzw. jeder ohne physische oder psychische Einschränkung als Gerüstbauerin bzw. Gerüstbauer tätig sein, sofern eine geschulte Aufsichtsperson anwesend ist. Studien beim Gerüstbau durchzuführen ist grundsätzlich schwierig, da eine Vielzahl an Faktoren die Datenerfassung beeinflusst. So sind die Arbeitsvorgänge nicht immer exakt dieselben, oder kurzfristige Terminänderungen, z. B. bedingt durch eine akute Wetteränderung, können Messtage beeinflussen. Bei technischen Messungen kann das Tragen von Messequipment während der Tätigkeit störend sein, bei Fragebogen-Studien können Sprachbarrieren zu Problemen bei der Durchführbarkeit führen. So findet sich in der Literatur eigentlich recht wenig Material zum Gerüstbau und die publizierten Studien haben meist eine kleine Probandenanzahl. 

In einer Studie von Kai W. Li (Li, 2000) mit vier Arbeitern wurde ein „Ovasko Working Analysing System“ verwendet, um die Körperhaltung von Personen bei Bauarbeiten zu analysieren. Ein Ergebnis dieser Studie war, dass die Gerüstbauer in 43,3 % der Arbeitszeit eine gesundheitsschädliche Körperhaltung einnehmen. Außerdem konnte herausgefunden werden, dass das Gewicht der Stellrahmen der Gerüste um bis zu 2 kg ansteigen kann, weil Beton daran haftet. Eine Empfehlung von Kai W. Li ist daher, die Stellrahmen regelmäßig zu reinigen, um ein zusätzliches Gewicht zu verhindern. Ob dies auch in der Realität umsetzbar ist, kann diskutiert werden. Cutlip et al. (Cutlip et al., 2002) erforschten, welche Körperposition beim Greifen der Stellrahmen am wenigsten gesundheitsschädlich ist. 

Durch die optimale Haltung kann das Risiko, zu stolpern oder das Gleichgewicht zu verlieren, auf ein Minimum reduziert werden. Insgesamt nahmen 54 Gerüstbauerinnen bzw. Gerüstbauer teil. Das Ergebnis war, dass ein Greifen in Ellenbogenhöhe und mit einem Abstand von 46 cm zwischen beiden Händen die sicherste Methode war und so auch die maximale Muskelkraft erreicht werden konnte. Eine weitere Studie (Hartmann und Fleischer, 2005) untersuchte mit 340 Arbeiterinnen bzw. Arbeitern (Maurer, Gerüstbauer, Tischler und Maler) die physische Belastung während des Arbeitstages. 

Es zeigte sich, dass Gerüstbauerinnen bzw. Gerüstbauer zu 14,9 % ihrer Arbeitszeit Material bzw. Werkzeuge trugen, die 10 kg oder mehr wogen. In manchen Fällen waren es sogar 50 kg und mehr. Im Durchschnitt manipulieren die Gerüstbauerinnen bzw. Gerüstbauer ein Gewicht von 17,8 kg pro Arbeitsschritt mit 63 Abläufen pro Stunde. Die Last-Regenerationszeit ist das Verhältnis zwischen Regenerationszeit und Belastungszeit. Dieses Verhältnis war nie kleiner als drei oder größer als neun, was auf eine hohe Arbeitsdichte hinweist. Circa ein Zehntel der Studienteilnehmerinnen bzw. -teilnehmer waren Gerüstbauerinnen oder Gerüstbauer.

Rückenschmerzen beim Gerüstbau

Arbeiterinnen und Arbeiter in der Bauindustrie haben ein potenziell höheres Risiko, an Muskel-Skelett-Beschwerden zu erkranken (Hildebrandt 1995). In einer Studie (Elders und Burdorf, 2004) von 2004 nahmen 288 Gerüstbauerinnen und Gerüstbauer an einer Umfrage über die Prävalenz, Inzidenz und Rekurrenz von Rückenschmerzen und chronischen Rückenschmerzen teil. 

Die Definition von Prävalenz lautete: „erstmaliges Auftreten von Rückenschmerzen in den letzten 12 Monaten“. Inzidenz wurde definiert als „neu auftretende Rückenschmerzen“. Rekurrenz bedeutete in dieser Studie, wenn „Beschwerden aufgetreten sind, nachdem der Teilnehmer für mindestens ein Jahr schmerzfrei war“, also ein Wiederauftreten der Schmerzen. In Tabelle 1 werden die Ergebnisse dieser Studie abgebildet. Es zeigt sich die große Häufigkeit von Rückenschmerzen in der Bauindustrie. 

Gerüstarten 

Ursprünglich aus Holz und Seilen gefertigt, bestehen die heutigen Gerüste überwiegend aus metallischen Bauteilen wie z. B. aus Aluminium. Länderspezifische Normen und Gesetze, in Österreich die ÖNORM EN 12811-1, regeln die Anforderungen an Gerüste. Diese Anforderungen werden in Hinblick auf den Einsatzbereich, den sicheren Auf-, Um- und Abbau sowie die sichere Nutzung während der Arbeit definiert. Generell gibt es viele verschiedene Gerüste, darunter Tragegerüste, Arbeitsgerüste oder Schutzgerüste. (baunetzwissen.de, 2020) 

Bei dieser Arbeit wurden die Rückenwinkel beim Auf- und Abbau von Stahlrahmengerüsten gemessen. Mit Rahmengerüsten hat die Systematisierung im Bereich des Gerüstbaus begonnen. Ihr Aufbau folgt einer einfachen Auf- und Abbaulogik, wobei Fehler weitgehend vermieden werden können, solange die Aufbauanleitung Schritt für Schritt befolgt wird. (baunetzwissen.de, 2020) Rahmengerüste sind schraubenunabhängig und bestehen hauptsächlich aus vertikalen und horizontalen Stellrahmen, Bordbrettern und Geländern. Bei dieser Arbeit wurde nur das Layher „Blitz-Gerüst“ von den Gerüstbauerinnen und Gerüstbauern ab- oder aufgebaut. In Abbildung 2 ist das verwendete Gerüst mit den einzelnen Komponenten abgebildet.

Ziel der Studie

Das Ziel dieser Arbeit war es, die Rückenwinkel von Gerüstbauerinnen und Gerüstbauern während der von ihnen ausgeführten Tätigkeiten im Zuge des Aufbaus eines Fassadengerüsts im Detail zu erfassen, um in weiterer Folge Rückschlüsse auf die Beanspruchung der Arbeiterinnen und Arbeiter zu ziehen. Die Daten von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Rohrer Group wurden ausgewertet und analysiert. Bei der Analyse der Rückenwinkel sollte herausgefunden werden, in welchen Arbeitsschritten beim Gerüstaufbau eine kritische Körperhaltung, die dem Muskel-Skelett-System schaden kann, zustande kommt. Zusätzlich dazu wurden Lösungsansätze erörtert, wie solche gefährdenden Bewegungsabläufe der Gerüstbauerinnen und Gerüstbauer reduziert oder sogar verhindert werden könnten. Alle untersuchten und abgebildeten Probanden stimmten der Teilnahme an dieser Studie zu.

Durchführung der Studie – Messsystem

Als Messsystem wurde das Motion-Capturing-System „CAPTIV“ der Fachgruppe Ergonomie der AUVA verwendet. Dieses System besteht aus verschiedenen Sensoren und wird für Analysen im Bereich der Ergonomie verwendet, kann aber auch in anderen Bereichen der Biomechanik und im Sport zum Einsatz kommen. Das System, das in früheren Artikeln schon beschrieben wurde, besteht unter anderem aus Beschleunigungssensoren, die die Bewegung des Menschen im dreidimensionalen Raum in x-, y- und z-Achse erfassen. Ein Datenlogger empfängt via Bluetooth die Daten der Inertialmesssensoren in Echtzeit und kabellos. Mittels Software werden die gemessenen Daten mit einer Videoaufnahme synchronisiert und ausgewertet. (TEA 2015)

Abbildung 3 zeigt die Software CAPTIV L7000. Diese Software wurde verwendet, um die Daten der Bewegungen während des Gerüstbauens einzulesen und auszuwerten. 

Bewertung der physischen Belastungen beim Gerüstbau

Zur Beurteilung der physischen Belastung wurde auf das CUELA-System (Computerunterstützte Erfassung und Langzeit-Analyse von Belastungen des Muskel-Skelett-Systems (CUELA)) zurückgegriffen. Dieses System gibt an, ab welchem Grad man in einer ungesunden Körperhaltung ist. Dadurch wurden drei Bereiche (rot, gelb und grün) definiert, wobei sich die Arbeiterin bzw. der Arbeiter grundsätzlich stets im grünen Bereich bewegen sollte. Steht die Gerüstbauerin bzw. der Gerüstbauer aufrecht, so beträgt der Rückenwinkel 0°. Diese Neutralposition wurde zum Kalibrieren vor jeder Messung eingenommen. Weitere Parameter, wie das Gewicht der zu tragenden Objekte oder die Dauer eines Arbeitsschrittes, wurden in dieser Arbeit nicht berücksichtigt.

Die drei verschiedenen Kategorien sind in Abbildung 4 dargestellt. Man könnte sie auch wie folgt benennen: „neutraler“ („grüner Bereich“), „mittelgradiger“ („gelber Bereich“) und „endgradiger“ Winkelbereich („rot“). In der Literatur findet man verschiedene Vorschläge, wie der physiologische Bewegungsraum eines Gelenks in Risikobereiche eingeteilt werden kann. Entsprechend dem Ausmaß wird der Bewegungsumfang in diese drei Bereiche eingeteilt. Haltungen oder Bewegungen in den mittel- oder endgradigen Bereichen sind als stärker belastend zu bewerten. In detaillierteren oder weiterführenden Analysen sollten jedoch auch die Häufigkeit, Frequenz und Dauer der Haltungen untersucht werden, um statische Haltungen herausfiltern zu können. Die Daten wurden mit den Sensoren des CAPTIV-Systems aufgezeichnet und mit einem Datenlogger erfasst. Zusätzlich wurde mit einer gewöhnlichen Videokamera der Arbeitsprozess der Gerüstbauer aufgezeichnet, um eine zu den Daten synchrone Videoaufnahme zu erhalten. Eine Vorneigung des Rumpfes entspricht nicht immer einem Rundrücken. Die Videoaufnahmen dienen dazu, die Daten zu prüfen und aussagekräftiger zu analysieren, so können beispielweise auch kombinierte Bewegungen detektiert werden.

Auszug der Ergebnisse

Um einen Einblick in die Auswertungen der Masterarbeit zu geben, werden die Ergebnisse des Arbeitsprozesses von einer männlichen Person (Proband 1) hier dargestellt. Es folgt eine Zusammenfassung der gesamten Studie. Proband 1 ist 43 Jahre alt, wiegt 70 kg, ist 180 cm groß und arbeitet seit zehn Jahren als Gerüstbauer. Wie sich die Flexionswinkel des Gerüstbauers auf die Arbeitszeit aufteilen, ist in Tabelle 2 dargestellt. Dabei werden die grüne Kategorie (0–20°), die gelbe Kategorie (20–60°) und die rote Kategorie (> 60° und < 0°) dargestellt. Außerdem werden die gemessene Arbeitszeit, der maximale und der minimale Rückenwinkel angeführt.

Abbildung 6 zeigt die Rohdaten des Verlaufs des Rückenwinkels von Proband 1. Auch hier wurde die Abbildung mit den drei verschiedenen Kategorien (grün, gelb und rot) hinterlegt, um zu sehen, welche Winkel sich in welchem Bereich befinden. Diese Abbildung entspricht einer anderen Datendarstellung als Tabelle 2. Während dieser Messung von 16 Minuten und 42 Sekunden wurden vom Probanden insgesamt 86 Arbeitsschritte ausgeführt, davon hatte die Person bei 17 Arbeitsschritten eine Rumpfflexion von 0–20°, bei 51 Arbeitsschritten eine Vorneigung des Rumpfes von 20–60°, bei 5 Arbeitsschritten einen Winkel von 60° oder mehr und bei 13 Arbeitsschritten einen Rückenwinkel von 0° oder weniger. In Abbildung 7 sieht man bei a) den digitalen Avatar des Probanden, b) den Probanden beim Ausführen einer Tätigkeit mit einem Rückenwinkel von über 60° und c) den aktuellen Rückenwinkel zu diesem Zeitpunkt in der Software Captiv L7000. Tabelle 3 beschreibt die einzelnen Kategorien aller gemessenen Aufbauarbeiten von Gerüstbauern. Im Durchschnitt wurde in 46,09 % der Arbeitszeit im grünen Bereich, 27,89 % im gelben Bereich und 26,02 % im roten Bereich gearbeitet. Durchschnittlich wurde die Arbeit 19 Minuten und 24 Sekunden lang gemessen, bei einem maximalen Durchschnittswinkel von 110,63° und einem minimalen Durchschnittswinkel von –30,88°. Bei einem negativen Winkelwert handelt es sich hierbei um eine Hyperextension, die meistens beim Arbeiten mit Armarbeit über Schulterniveau auftritt. Tabelle 4 enthält alle gemessenen Arbeitsschritte der Personen während des Aufbaus eines Gerüstes. Insgesamt wurden in 6 Messungen 399 Arbeitsschritte analysiert und aufgezeichnet. Zusätzlich dazu wurde die Anzahl der einzelnen Arbeitsschritte summiert und dann durch die Anzahl der Messungen geteilt, um einen Überblick darüber zu bekommen, welche Arbeitsschritte in welcher Anzahl die Gerüstbauerinnen und Gerüstbauer durchführen.

Diskussion und Empfehlung

Die Ergebnisse der Messungen zeigen die zu Beginn erwähnte Problematik von Studien zum Gerüstbau. Es ist fast unmöglich, ähnliche/gleiche Bedingungen für alle Probanden zu organisieren. Dies erklärt auch die kleine Probandenanzahl. Die Art des Aufbaus, die Dauer sowie Start- und Endpunkt und andere Einflüsse wie z. B. das Wetter gleich zu halten, wäre eigentlich nur unter Laborbedingungen möglich. In der Praxis mit unterschiedlichen Baustellen ist dies kaum realisierbar. Kleinere Gerüstbauer beugen sich tendenziell nicht so weit nach vorne, z. B. beim Montieren des unteren Geländers, als größere. Zu dieser Erkenntnis kam auch Li (2000). Da die Gerüstbau-Branche sehr männerdominiert ist, war es leider nicht möglich, eine Frau während des Aufbaus eines Gerüsts zu messen, da es zur Studienzeit einfach keine Probandin gab. In weiterer Folge sollte die Arbeitszeit eines einzelnen Arbeitsschrittes und das Gewicht der Materialien miteinbezogen werden, um eine genauere Analyse bezüglich der Belastung der einzelnen Gerüstbauer treffen zu können. 

Die Lasten, die der Mitarbeiter bewegen musste, zu berücksichtigen, wäre aber über dem Rahmen eines Masterprojekts gelegen, genauso wie die zusätzlichen Bewegungswerte von Rotation oder Seitneigung des Rumpfes oder die Bewegungen der Schulter. Daher wurden diese Parameter nicht betrachtet. Während des Montierens eines Gerüstbodens von unten weisen die Gerüstbauer oft eine Hyperextension des Rückens auf. Diese sind in den Abbildungen als negative Winkelwerte dargestellt. 

Exoskelette, die gegenwärtig mehr und mehr auf den Markt kommen, können, wenn sie tätigkeitsbezogen korrekt eingesetzt werden, generell betrachtet Erleichterung und eine Reduktion der Beanspruchung bringen. Im Gerüstbau könnten sie jedoch sogar einen Störfaktor und eine zusätzliche Gefährdung darstellen. Im Gerüstbau muss man sehr flexibel und beweglich arbeiten könnten, Exoskelette – zumindest die aktuell am Markt befindlichen Systeme – könnten hier womöglich als beeinträchtigend empfunden werden. 

Die wichtigste Empfehlung, die man geben kann, ist die konsequente Schulung der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und die Sensibilisierung auf und das Bewusstmachen der Gefährdungen. Häufig hätten ungünstige Körperhaltungen und unsaubere Hebetätigkeiten durchaus vermieden werden können, hier könnte die Aufsichtsperson durchaus mehr Anweisungen liefern. Jedoch, das muss an dieser Stelle offen gesagt werden, lässt der Arbeitsplatz „Gerüstbau“ kein körpergerechtes Arbeiten zu. Somit hat die Masterarbeit schlussendlich belegt, dass es alle fünf Sekunden zu ungünstigen Körperhaltungen kommen kann.

LITERATURVERZEICHNIS

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• BauV 1994, BGBl. Nr. 340/1994, §: BauV 1994, BGBl. Nr. 340/1994, §. BauV, vom BGBl. Nr. 340/1994. Fundstelle: Rechtsinformationssystem des Bundes. Online verfügbar unter https://www.ris.bka.gv.at/GeltendeFassung/Bundesnormen/10008904/BauV%2c%20Fassung%20vom%2020.04.2020.pdf, zuletzt geprüft am 20.04.2020.
• Cutlip, R.; Hsiao, H.; Garcia, R.; Becker, E.; Mayeux, B. (2002): Optimal hand locations for safe scaffold-end-frame disassembly. In: Applied Ergonomics 33 (4), S. 349–355. DOI: 10.1016/S0003-6870(02)00005-4.
• Elders, Leo A. M.; Burdorf, Alex (2004): Prevalence, incidence, and recurrence of low back pain in scaffolders during a 3-year follow-up study. In: Spine 29 (6), E101-6. DOI: 10.1097/01.brs.0000115125.60331.72.
• Hartmann, Bernd; Fleischer, Andreas G. (2005): Physical load exposure at construction sites. In: Scandinavian journal of work, environment & health 31 Suppl 2, S. 88–95.
• Hildebrandt, V. H. (1995): Back pain in the working population: prevalence rates in Dutch trades and professions (6).
• Li, Kai W. (2000): Improving Postures in Construction Work. In: Ergonomics in Design 8 (4), S. 11–16. DOI: 10.1177/106480460000800403.
• TEA (2015): CAPTIV Motion. Wireless Sensors and Measurements. Hg. v. TEA. Online verfügbar unter https://est-kl.com/images/PDF/TEA/CAPTIV_Motion_-_EN.pdf, zuletzt geprüft am 08.04.2020.
• TEA (2017): CAPTIV. Software and Wireless Sensors.

Zusammenfassung

Die elektronisch unterstützte Analyse von Bewegungen von Gerüstbauerinnen und Gerüstbauern zur Detektion von Fehlhaltungen im Rahmen einer Masterarbeit zeigte mögliche Verbesserungspotenziale auf, bestätigte aber auch, dass diese Tätigkeit kein wirklich körpergerechtes Arbeiten zulässt.