五四致青春 哈工大趙洪賓教授：六十余載管網路，砥礪前行薪火傳
引言
業內人都清楚，中國給水管網事業的進步與發展，留下了趙洪賓老師傾心專研，努力實踐的足跡。趙洪賓老師勇于攀登學術高峰，一生致力于給水管網系統的研究，六十年如一日，將我國給水管網研究帶到國際水平。如今86歲的趙洪賓老師體格硬朗，精神矍鑠，聲音洪亮有力，思維清晰敏捷，言語中洋溢著對自己桃李滿天下的欣慰與自豪。每每回首往事，無不感慨萬千。一、先生助我踏上管網路
初到同濟，無論生活還是學習都困難重重。日常交流聽不懂上海話，學習因要啃大量的俄文原版教材首先要過俄語關，其艱辛不曾經歷是無從體會的（見圖1）。
1958年進入畢業設計階段，我的畢業設計題目是以常州市供水管網為基礎，以給水管網改擴建為主，兼顧片區發展規劃指導老師是國家著名給水工程專家嚴煦世先生（見圖2）。嚴先生治學嚴謹，對學生既要求嚴格，又關懷備至，每當我畢業設計中遇到困難都悉心指教。在嚴先生的指導和我的不懈努力下，出色地完成了畢業設計，答辯成績滿分。自此我也與嚴先生結下了深厚的師生情誼，這份師恩我終生銘記。
圖1 1957年同濟大學學習期間在長沙市自來水公司生產實習
圖2 與恩師嚴熙世先生的合影
完成學業后，我被留在同濟大學城建系給排水教研組工作（教研組有五位教授，這在當時其它學校的給排水系是絕無僅有的），胡家駿先生是主任，孫立成先生是教學秘書。教研組分配給我的任務是做主講給水管網課程的楊欽校長（中國給水管網領域的開拓者，中科院學部委員）的助教。我跟班級聽課，參與了課前準備、課后答疑、指導課程設計、考試命題、閱卷等教學全過程。記得當時沒有教材，都是教師自己編寫的油印講義，助課最尷尬的事情就是楊校長常常在講課時臨場發揮，對相關公式做進一步推導，學生聽不懂，課間休息時便紛紛提問，而我也不完全明白。為克服這種尷尬，每當楊校長答疑的時候，恰恰也是我向楊先生討教的良機，他強調概念的重要性，“概念清楚，數學僅是工具”，并指導我閱讀《給水管網計算》和《給水管網經濟分析》俄文原版教材擴充知識面。功夫不負有心人，一個學期下來，我圓滿地完成了助課任務，楊校長對我的工作給予了充分的肯定。1958年，我的同學也是女朋友劉學鴻畢業留校（見圖3），被指派做胡家駿先生的助教，但為了支援東北建設，最終仍離開了同濟。1960年初我們結婚，當時沒有婚禮，僅準備些糖果，邀請教研組和系辦的老師歡聚，胡先生講話：“楊欽校長說趙洪賓留在同濟教研組工作”，大家鼓掌為之高興。
圖3 與夫人劉學鴻完成畢業設計時的留影
二、奮進不停
文革前，我在《中國土木工程學報》雜志發表了一篇論文，引起了大家的關注。因為當時還沒有《給水排水》 《中國給水排水》等本行業的專業雜志，而《中國土木工程學報》是土木類綜合性期刊，能在該雜志發表給水管網方向的論文實屬不易，因此更加堅定了我從事給水管網方向教學與研究的信心與決心。
1970年，黑龍江工學院的土木系并入哈爾濱建筑工程學院。我轉入給排水教研室，當時教研室主任是張自杰老師，支部書記是湯鴻霄老師，我擔任教研室副主任與黨支部委員。后來張自杰老師升任系主任，我接任教研室主任。教研室的老師們年齡相仿，是一個團結向上的集體，大家一起工作，非常愉快。教研室的老師們都非常重視教學與科學研究，取得的成績也十分突出。
1991年，經建設部批準，我被任命為學校的“教務長”，負責全校教學工作。每天行政工作很多，但我仍堅持教學與科研工作，貢獻管網的初衷從未改變。1993年經建設部推薦，我參加了中組部第四期黨員高級專家理論學習班，受益匪淺。
圖4 參加中組部高級專家理論學習班學習
任教務長期間，我非常重視課堂教學水平的整體提升和課程建設工作，注重科研助力教學。基于原哈工大八百壯士土木人的開創性工作積淀和后來人對“規格嚴格、功夫到家”優良傳統的傳承，哈建工（1994年更名為哈建大）的人才培養水平始終處于部屬高校前列。這期間，我當選全國高校給水排水學科專業教學指導委員會副主任兼秘書長（見圖5）。完成的教研項目：" 深化教學改革，堅持搞好課程建設，全面提高教學質量" 榮獲 1991年黑龍江省教學成果一等獎，1993年榮獲國家教學成果二等獎。
圖5 參加全國給排水專業教學指導委員會會議
當時哈建大市政工程學科是全國市政工程領域唯一的重點學科，擁有由研究所設計的全國最早的給水管道實驗室，因此全國給水管道委員會在我校召開會議（見圖6）。
圖6 承辦全國給水管道委員會工作會議
同時，我也注重協助各地自來水公司培養技術人才，1982年到1986年連續為遼南地區的水司辦了兩屆專科班，畢業學生達60余人，極大地改善了該地區水司人才匱乏的現象，畢業的學生很多都已成為企業的領導者。2012年又和上海水務集團合作承辦了上海水務“工程碩士班”，其中22人獲得工程碩士學位，畢業生已成為上海水務的中堅力量。三、深入研究、努力實踐
3.1 開創國內給水管網信息化管理平臺先河
我于1985年開始“給水管網系統動態工況分析”課題的研究，發展“給水管網系統建模”理論，在國內率先研發了給水管網數字化管理與分析系統軟件“ WNW”，具有計算、模擬和展示功能。提出了“實用優化”，“三點法、五點法”等理論，并應用于實踐（見圖7）。
圖7 與研究生討論科研問題
3.1.1 牡丹江水力模型建設項目1992年，我主持的牡丹江市給水管網項目在省科委立項，孫國臣經理給予大力支持。研究所高金良、孫志民、孫文琛、鄭爽英、孫偉等同學及其他老師全身心投入到該項目中。當時該市尚未有給水管網GIS系統，牡丹江僅有幾張給水管網平面圖。利用“WNW”將給水管網拓撲結構在計算機系統上搭建，調研及建模工作十分繁瑣，大家克服了很多困難，甚至有些高程是同學補測的。當牡丹江市的給水管網圖展現在計算機屏幕上時，大家都非常興奮。我們對牡丹江市給水管網進行計算和分析獲得了良好的效果，這是當時鮮見的科研成果。鑒定會專家一致認為此項目是給水管網領域的創新性成果。該項目成果榮獲黑龍江科技進步二等獎，媒體也做了宣傳報道。
3.1.2 赤峰市給水管網優化改擴建項目
1994年，我們承接了赤峰市給水管網優化改擴建項目。吳學偉、王彤、吳文燕幾位同學是項目組主要成員。吳文燕同學大膽創新，運用VR技術繪制市政管網三維管道連接方式，交叉點十分清清晰楚，使主要管道的改建擴建更易實施。當時國內尚未開展這方面的研究，赤峰自來水公司十分驚喜和滿意。國際水協（IWA）大會在西班牙召開，吳文燕同學基于工程實踐撰寫的論文被大會錄用，我和吳文燕同學（現為英國伯明翰大學教授）受大會邀請去西班牙馬德里參會。那屆國際水協大會，我們是中國唯一的代表團。
3.1.3 大慶市供水優化調度項目
20世紀90年代初期，我們承接了大慶供水優化調度項目。當時沒有數據傳輸，僅靠人工記錄，對于多泵站、多水泵、用水量變化復雜的管網系統實施優化調度，達到降耗1%~3%的目標，僅依靠理論上的“瞬時數學優化”，是難以實現的。我們提出實用優化的理念，其特點是：既保障供水安全，實施性強，可操作性強，又實現了降耗，得到了國內外專家的認可。孫偉同學撰寫的相關論文被歐洲管網會議（CCWI）錄用，并被英國皇家學會會員，管網系統首席專家，英國De Montfort大學科爾拜克教授指定為大會首位發言人，隨后留在De Montfort大學繼續深造。我也經常應邀去英國、澳大利亞、日本等大學講學（見圖8,9）。我們和科爾拜克教授以及Exeter大學的邱順添教授分別申請了英國皇家學會基金均獲批準。同時也申請到英國文化教育委員會基金，并利用這些基金先后派出7名學生到國外留學。
圖8 2007年在英國Exeter大學講學
3.1.4 哈爾濱市供水管網水力模型項目哈爾濱市的項目難度較大，給水管網拓撲結構復雜，地形復雜，水源多，泵站多，管道鋪設年限相差懸殊，管材也是各種各樣，管內“生長環”全然不同。管道阻力計算的準確與否直接影響到模型的精確度，起初，我們用《給排水設計手冊》的阻力系數計算水頭損失，發現和實際相差較大。為此，我們提出了“三點法”測量阻力系數的理論，并根據這一理論自主研制了水頭損失測定儀，該儀器獲得國家科技開發資金支持。我們用這臺測定儀，測試了很多管道，建立了管道數據庫，提高了計算精度。經過水力校核，給水管網水力模型的精度滿足要求，運行效果良好。
為保證供水企業技術人員能夠熟練應用水力模型，我們專門開辦了該項目學習班，把項目分解成幾部分，對相關人員進行培訓，使研究成果得到了更廣的應用。該項目取得了很好的經濟效益和社會效益，獲得建設部華夏獎，是同類城市給水管網模擬、優化的成功范例。
圖9 應邀去日本國立山口大學講學
3.2 提出水力平穩過渡理念哈爾濱市經國家批準，開辟多水源供水，從磨盤山水庫取水至哈爾濱凈水廠，輸水距離180km，高差114m，管徑2.2m，管道采用PCCP管。該項目中我們負責“安全輸水、建模和水錘事故分析”，但鑒于采用重力流輸水（當時是單管）方案，沿途地形復雜，地勢起伏很大。能否保障安全輸水，業內包括我自己都心存疑慮。但想到這是家鄉的基礎設施工程，能夠為父老鄉親喝上干凈安全的水貢獻一份力量是自己的夙愿，也是此生榮幸，除了沖上去別無選擇。于是我帶領團隊承接了這個任務。此前雖做過長距離輸水課題，但與此相差甚大。我和劉克安老師、于景洋同學查閱了大量文獻，反復計算、檢驗、校核。為觀察管道的流態，我們設置高位水池，用有機玻璃管模擬管道水流重力輸送，模擬上山坡、下山坡時管道內流動的狀態，觀察起伏管道的水流特征、可能出現的斷流點和水流撞擊點等，據此對水錘計算公式和計算方法進行了修正，并獲各方認可。
國內外試通水過程中管道爆裂、漏水等事故屢見不鮮。該項目通水過程是關鍵，從水庫開啟大閘放水至凈水廠水池需要很長時間，通水過程進行了60余小時，這段時間我們也著實緊張，住在水庫附近的縣城旅館，日夜準備接聽電話。根據我們的模擬結果，我提出了“水力平穩過渡”理念，以此為基礎提出通水方案。通水成功后，水司領導把參與工作的全體人員召集到大閘平臺，振臂高呼：“一次通水成功”，大家齊歡呼！那時我是真的激動了。這個項目被評為黑龍江省科技進步二等獎。
3.3 深化研究實現給水管網智能化管理
隨著計算機軟硬件及監測設備的發展，萬物互聯時代的到來，給水管網的管理已進入智慧化時代。我們以水力模擬為核心，拓展研究。根據中國國情，提出了保障水質、水壓、水量的新的管網管理及改擴建理念——區塊化。
“十五”、“十一五”、“十二五”期間，我們都承擔了國家級課題。“十五”期間，我們承擔了863“天津市給水管網信息管理及分析系統研究”項目。天津市給水管網特別龐大且復雜，現有的給水管網圖無法滿足建立水力模型的需要，我們條件有限沒有汽車，便買了幾臺舊自行車代步。以周建華，閆繼民同學為首的舊車隊跑遍了天津市的大街小巷。傍晚我常在門前等候他們回來，大家汗流浹背的樣子我至今記憶猶新。該項目成果是率先在全國建立了超大城市供水管網信息管理與分析系統，榮獲天津市科學技術進步獎二等獎。
“十二五”國家水專項重點課題“城市供水管網智能管理系統關鍵技術研究與示范課題”我們承擔了“基于SOA框架的供水系統智能化平臺開發技術研究與示范”任務，是以“加強管理，降低產銷差，降低漏損”為核心，提高水司的管理水平，提高效益。我們研究水力模型數據與SCADA系統數據連接技術，使管網水力模型數據能夠及時更新，同時對傳統水力計算邊界條件進行修正，開發出管網在線實時模擬軟件；研究出動態水力模型和神經網絡的供水管網故障預測機制、事故快速響應機制和應急預案技術；研究出以水力模擬為基礎，基于拓撲結構演化的給水管網實用優化分區方法，通過研究給水管網的社區結構，形成了科學的給水管網分區規劃方法框架，與傳統經驗方法相比，該方法計算快捷且科學嚴謹。經水專項專家審核，達到了預期目標。
“十二五”的研究成果在實際工程中取得了很好的效果。如在滄州市應用后，供水管網產銷差率從2016年16.87%降至2018年12.91%，產生直接經濟效益1689萬元。滄州市水司為此組織了科技成果評價會，與會專家一致認為：該項目成果具有顯著的經濟、社會和環境效益，達到國內領先水平（見圖10,11）。
圖10 2019年在滄州項目評價會上發言
圖11 2019年與參會專家合影留念
3.4 致力于管網水質研究80年代，我們自行設計安裝了全國最早的給水管道實驗室，可進行各類管道試驗，依據試驗結果提出了管道“生長環”和給水管道衛生學的概念；完成了保障管網水質的節水型水擊式沖洗方法的試驗，并榮獲了國家發明專利。
3.4.1 出版專著《給水管道衛生學》
《給水管道衛生學》這本書是積累醞釀數年之作，不僅是我多年教學經驗和科研成果的積淀，更是由學生們學業和科研成果的精華濃縮而成，字里行間滲透著大家的汗水、智慧和創造。這本書是以實驗和工程實踐為基礎，是以水質為中心的多學科、多項技術交叉相結合的成功。先后有多位博士、碩士從不同視角、不同側面，用不同的裝置進行各異的實驗與實踐（見圖12）。
圖12 管道衛生學實驗室
書中的每一個數據都是我帶領學生們無數次實驗的結果。我們通過檢驗管段中靜態和動態的水質變化，掌握水質參數，有時需要24小時連續觀測，經常輪值夜班測量。現在每每拿起這本書，都感到沉甸甸的，我要看前言、看結語、還要看配套的光盤，它凝結著團隊集體的精神和力量，真是感慨萬千。
圖13 國際水系統專家來實驗室考察
現在《給水管道衛生學》這本書已成為業內公認的好書，這本書獲得了國家出版基金資助并獲華夏獎三等獎。“給水管道衛生學”獲得了名詞專利。在出書之前大家對給水管道中的衛生學并不是很重視，都認為給水管道中不存在衛生學，畢竟給水管道中的水都是經過凈化之后的水。但是給水管道的的確確存在很多問題，管道中會發生很多理化反應和生物反應，這些反應將導致管網中的水質惡化。現在給水管網水質安全保障已成為研究熱點。3.4.2 開發保障管網水質的沖洗技術
我帶同學參加生產實習，發現更換管道時，管道內有很厚的一層銹垢污物，是分層的，時間愈久，銹垢就愈厚。我將其命名為“生長環”（名詞專利），它不僅減少過水斷面，而且嚴重影響管道水質。如何將其除掉，我們研發了高壓射流法和氣水脈沖法，均通過了國家部級鑒定。在此基礎上又成功研發了可視化、智能化三相流的“節水型水擊式給水管道清洗系統”，在哈爾濱、吉林等城市市政管道現場清洗實驗效果明顯，并獲發明專利授權（見圖14）。
圖14 市政給水管道沖洗
該專利技術在哈爾濱、沈陽、大慶、上海、北京、天津、深圳等全國的大中城市進行應用，得到了一致的好評，具有節水、綠色、單次沖洗長度可達數公里、管徑已達到1400mm，并適應各種復雜管段實現智能控制等特點。
四、結語
回首60余載的教師生涯，我的關鍵詞只有2個，一是人才培養，二是管網。培養學生適應新時代發展的需求，重視多學科交叉，在我的研究所培養研究生中，有數學專業1人，計算機專業2人，化學專業2人，自動化專業3人，其余為給排水專業。學生是流動的，但他們的精神和成果會一直在發酵和傳承。我的所有科研成果都離不開學生們的參與。在科學的道路上與學生結下了深厚的情誼。每逢中秋元旦等節假日，我都會邀請同學們到家中共度佳節，給他們以家的溫暖（見圖15，16）。
圖15 節假日與部分研究生及博士生在自家聯歡
圖16 部分學生來哈爾濱探望
我也深深體會到教師除完成教學任務之外，科學研究是不容忽視的。高校是科研的重要力量，因為高校具備巨大的人才資源，具有開展多學科研究的條件；隨著工業4.0時代的到來，任何理論或實踐問題的解決和創新都不可能由單一學科完成，而高校擁有多學科自然融合的優勢，便于與生產相結合，扎根中國大地做科研，把論文“寫”在祖國大地上，把科研成果付諸實踐、轉化為生產力是我的追求（見圖17,18）。
圖17 2017年主持召開給水管網學科高端研討會
圖18 2018年在中國城鎮水務發展大會作報告
學生和課堂是我生命的組成，教育的本質是愛。我沿著管網的大路耕耘60余載，播下了愛的種子，經歷了風沙和干旱，都己經茁壯的成長起來了！趕上了好時代，都在成功的路上奔跑，我由衷的快慰。是你們給予了我美好的回憶，給予了我喜悅和健康。謝謝了，親愛的同學們！
作者： 趙洪賓
趙洪賓教授是國內率先從事給水管網系統分析、實用優化理論、管網水質及建模理論研究的學者，對于提升我國給水管網研究水平及數字化發展做出了重要的貢獻，引領我國給水管網研究達到國際水平。趙洪賓教授曾主持多項國家自然科學基金、“十五”、“十一五”、“十二五”水專項、英國皇家學會基金和英國文化教育委員會基金等項目。在他的帶領下，其團隊的研究成果在天津、濟南、哈爾濱、沈陽、鄭州、大連、煙臺、滄州等多個城市推廣應用，獲得多項省部級科技進步獎。他筆耕不輟，出版專著《給水管網理論和計算》、《給水管網系統理論與分析》、《給水管道衛生學》（獲國家出版基金資助），譯著《給水工程的事故與防治措施》、《降低供水漏損》等。
*本文由齊晶瑤，王彤整理。