五四致青春 哈工大赵洪宾教授：六十余载管网路，砥砺前行薪火传
引言
业内人都清楚，中国给水管网事业的进步与发展，留下了赵洪宾老师倾心专研，努力实践的足迹。赵洪宾老师勇于攀登学术高峰，一生致力于给水管网系统的研究，六十年如一日，将我国给水管网研究带到国际水平。如今86岁的赵洪宾老师体格硬朗，精神矍铄，声音洪亮有力，思维清晰敏捷，言语中洋溢着对自己桃李满天下的欣慰与自豪。每每回首往事，无不感慨万千。一、先生助我踏上管网路
初到同济，无论生活还是学习都困难重重。日常交流听不懂上海话，学习因要啃大量的俄文原版教材首先要过俄语关，其艰辛不曾经历是无从体会的（见图1）。
1958年进入毕业设计阶段，我的毕业设计题目是以常州市供水管网为基础，以给水管网改扩建为主，兼顾片区发展规划指导老师是国家著名给水工程专家严煦世先生（见图2）。严先生治学严谨，对学生既要求严格，又关怀备至，每当我毕业设计中遇到困难都悉心指教。在严先生的指导和我的不懈努力下，出色地完成了毕业设计，答辩成绩满分。自此我也与严先生结下了深厚的师生情谊，这份师恩我终生铭记。
图1 1957年同济大学学习期间在长沙市自来水公司生产实习
图2 与恩师严熙世先生的合影
完成学业后，我被留在同济大学城建系给排水教研组工作（教研组有五位教授，这在当时其它学校的给排水系是绝无仅有的），胡家骏先生是主任，孙立成先生是教学秘书。教研组分配给我的任务是做主讲给水管网课程的杨钦校长（中国给水管网领域的开拓者，中科院学部委员）的助教。我跟班级听课，参与了课前准备、课后答疑、指导课程设计、考试命题、阅卷等教学全过程。记得当时没有教材，都是教师自己编写的油印讲义，助课最尴尬的事情就是杨校长常常在讲课时临场发挥，对相关公式做进一步推导，学生听不懂，课间休息时便纷纷提问，而我也不完全明白。为克服这种尴尬，每当杨校长答疑的时候，恰恰也是我向杨先生讨教的良机，他强调概念的重要性，“概念清楚，数学仅是工具”，并指导我阅读《给水管网计算》和《给水管网经济分析》俄文原版教材扩充知识面。功夫不负有心人，一个学期下来，我圆满地完成了助课任务，杨校长对我的工作给予了充分的肯定。1958年，我的同学也是女朋友刘学鸿毕业留校（见图3），被指派做胡家骏先生的助教，但为了支援东北建设，最终仍离开了同济。1960年初我们结婚，当时没有婚礼，仅准备些糖果，邀请教研组和系办的老师欢聚，胡先生讲话：“杨钦校长说赵洪宾留在同济教研组工作”，大家鼓掌为之高兴。
图3 与夫人刘学鸿完成毕业设计时的留影
二、奋进不停
文革前，我在《中国土木工程学报》杂志发表了一篇论文，引起了大家的关注。因为当时还没有《给水排水》 《中国给水排水》等本行业的专业杂志，而《中国土木工程学报》是土木类综合性期刊，能在该杂志发表给水管网方向的论文实属不易，因此更加坚定了我从事给水管网方向教学与研究的信心与决心。
1970年，黑龙江工学院的土木系并入哈尔滨建筑工程学院。我转入给排水教研室，当时教研室主任是张自杰老师，支部书记是汤鸿霄老师，我担任教研室副主任与党支部委员。后来张自杰老师升任系主任，我接任教研室主任。教研室的老师们年龄相仿，是一个团结向上的集体，大家一起工作，非常愉快。教研室的老师们都非常重视教学与科学研究，取得的成绩也十分突出。
1991年，经建设部批准，我被任命为学校的“教务长”，负责全校教学工作。每天行政工作很多，但我仍坚持教学与科研工作，贡献管网的初衷从未改变。1993年经建设部推荐，我参加了中组部第四期党员高级专家理论学习班，受益匪浅。
图4 参加中组部高级专家理论学习班学习
任教务长期间，我非常重视课堂教学水平的整体提升和课程建设工作，注重科研助力教学。基于原哈工大八百壮士土木人的开创性工作积淀和后来人对“规格严格、功夫到家”优良传统的传承，哈建工（1994年更名为哈建大）的人才培养水平始终处于部属高校前列。这期间，我当选全国高校给水排水学科专业教学指导委员会副主任兼秘书长（见图5）。完成的教研项目：" 深化教学改革，坚持搞好课程建设，全面提高教学质量" 荣获 1991年黑龙江省教学成果一等奖，1993年荣获国家教学成果二等奖。
图5 参加全国给排水专业教学指导委员会会议
当时哈建大市政工程学科是全国市政工程领域唯一的重点学科，拥有由研究所设计的全国最早的给水管道实验室，因此全国给水管道委员会在我校召开会议（见图6）。
图6 承办全国给水管道委员会工作会议
同时，我也注重协助各地自来水公司培养技术人才，1982年到1986年连续为辽南地区的水司办了两届专科班，毕业学生达60余人，极大地改善了该地区水司人才匮乏的现象，毕业的学生很多都已成为企业的领导者。2012年又和上海水务集团合作承办了上海水务“工程硕士班”，其中22人获得工程硕士学位，毕业生已成为上海水务的中坚力量。三、深入研究、努力实践
3.1 开创国内给水管网信息化管理平台先河
我于1985年开始“给水管网系统动态工况分析”课题的研究，发展“给水管网系统建模”理论，在国内率先研发了给水管网数字化管理与分析系统软件“ WNW”，具有计算、模拟和展示功能。提出了“实用优化”，“三点法、五点法”等理论，并应用于实践（见图7）。
图7 与研究生讨论科研问题
3.1.1 牡丹江水力模型建设项目1992年，我主持的牡丹江市给水管网项目在省科委立项，孙国臣经理给予大力支持。研究所高金良、孙志民、孙文琛、郑爽英、孙伟等同学及其他老师全身心投入到该项目中。当时该市尚未有给水管网GIS系统，牡丹江仅有几张给水管网平面图。利用“WNW”将给水管网拓扑结构在计算机系统上搭建，调研及建模工作十分繁琐，大家克服了很多困难，甚至有些高程是同学补测的。当牡丹江市的给水管网图展现在计算机屏幕上时，大家都非常兴奋。我们对牡丹江市给水管网进行计算和分析获得了良好的效果，这是当时鲜见的科研成果。鉴定会专家一致认为此项目是给水管网领域的创新性成果。该项目成果荣获黑龙江科技进步二等奖，媒体也做了宣传报道。
3.1.2 赤峰市给水管网优化改扩建项目
1994年，我们承接了赤峰市给水管网优化改扩建项目。吴学伟、王彤、吴文燕几位同学是项目组主要成员。吴文燕同学大胆创新，运用VR技术绘制市政管网三维管道连接方式，交叉点十分清清晰楚，使主要管道的改建扩建更易实施。当时国内尚未开展这方面的研究，赤峰自来水公司十分惊喜和满意。国际水协（IWA）大会在西班牙召开，吴文燕同学基于工程实践撰写的论文被大会录用，我和吴文燕同学（现为英国伯明翰大学教授）受大会邀请去西班牙马德里参会。那届国际水协大会，我们是中国唯一的代表团。
3.1.3 大庆市供水优化调度项目
20世纪90年代初期，我们承接了大庆供水优化调度项目。当时没有数据传输，仅靠人工记录，对于多泵站、多水泵、用水量变化复杂的管网系统实施优化调度，达到降耗1%~3%的目标，仅依靠理论上的“瞬时数学优化”，是难以实现的。我们提出实用优化的理念，其特点是：既保障供水安全，实施性强，可操作性强，又实现了降耗，得到了国内外专家的认可。孙伟同学撰写的相关论文被欧洲管网会议（CCWI）录用，并被英国皇家学会会员，管网系统首席专家，英国De Montfort大学科尔拜克教授指定为大会首位发言人，随后留在De Montfort大学继续深造。我也经常应邀去英国、澳大利亚、日本等大学讲学（见图8,9）。我们和科尔拜克教授以及Exeter大学的邱顺添教授分别申请了英国皇家学会基金均获批准。同时也申请到英国文化教育委员会基金，并利用这些基金先后派出7名学生到国外留学。
图8 2007年在英国Exeter大学讲学
3.1.4 哈尔滨市供水管网水力模型项目哈尔滨市的项目难度较大，给水管网拓扑结构复杂，地形复杂，水源多，泵站多，管道铺设年限相差悬殊，管材也是各种各样，管内“生长环”全然不同。管道阻力计算的准确与否直接影响到模型的精确度，起初，我们用《给排水设计手册》的阻力系数计算水头损失，发现和实际相差较大。为此，我们提出了“三点法”测量阻力系数的理论，并根据这一理论自主研制了水头损失测定仪，该仪器获得国家科技开发资金支持。我们用这台测定仪，测试了很多管道，建立了管道数据库，提高了计算精度。经过水力校核，给水管网水力模型的精度满足要求，运行效果良好。
为保证供水企业技术人员能够熟练应用水力模型，我们专门开办了该项目学习班，把项目分解成几部分，对相关人员进行培训，使研究成果得到了更广的应用。该项目取得了很好的经济效益和社会效益，获得建设部华夏奖，是同类城市给水管网模拟、优化的成功范例。
图9 应邀去日本国立山口大学讲学
3.2 提出水力平稳过渡理念哈尔滨市经国家批准，开辟多水源供水，从磨盘山水库取水至哈尔滨净水厂，输水距离180km，高差114m，管径2.2m，管道采用PCCP管。该项目中我们负责“安全输水、建模和水锤事故分析”，但鉴于采用重力流输水（当时是单管）方案，沿途地形复杂，地势起伏很大。能否保障安全输水，业内包括我自己都心存疑虑。但想到这是家乡的基础设施工程，能够为父老乡亲喝上干净安全的水贡献一份力量是自己的夙愿，也是此生荣幸，除了冲上去别无选择。于是我带领团队承接了这个任务。此前虽做过长距离输水课题，但与此相差甚大。我和刘克安老师、于景洋同学查阅了大量文献，反复计算、检验、校核。为观察管道的流态，我们设置高位水池，用有机玻璃管模拟管道水流重力输送，模拟上山坡、下山坡时管道内流动的状态，观察起伏管道的水流特征、可能出现的断流点和水流撞击点等，据此对水锤计算公式和计算方法进行了修正，并获各方认可。
国内外试通水过程中管道爆裂、漏水等事故屡见不鲜。该项目通水过程是关键，从水库开启大闸放水至净水厂水池需要很长时间，通水过程进行了60余小时，这段时间我们也着实紧张，住在水库附近的县城旅馆，日夜准备接听电话。根据我们的模拟结果，我提出了“水力平稳过渡”理念，以此为基础提出通水方案。通水成功后，水司领导把参与工作的全体人员召集到大闸平台，振臂高呼：“一次通水成功”，大家齐欢呼！那时我是真的激动了。这个项目被评为黑龙江省科技进步二等奖。
3.3 深化研究实现给水管网智能化管理
随着计算机软硬件及监测设备的发展，万物互联时代的到来，给水管网的管理已进入智慧化时代。我们以水力模拟为核心，拓展研究。根据中国国情，提出了保障水质、水压、水量的新的管网管理及改扩建理念——区块化。
“十五”、“十一五”、“十二五”期间，我们都承担了国家级课题。“十五”期间，我们承担了863“天津市给水管网信息管理及分析系统研究”项目。天津市给水管网特别庞大且复杂，现有的给水管网图无法满足建立水力模型的需要，我们条件有限没有汽车，便买了几台旧自行车代步。以周建华，闫继民同学为首的旧车队跑遍了天津市的大街小巷。傍晚我常在门前等候他们回来，大家汗流浃背的样子我至今记忆犹新。该项目成果是率先在全国建立了超大城市供水管网信息管理与分析系统，荣获天津市科学技术进步奖二等奖。
“十二五”国家水专项重点课题“城市供水管网智能管理系统关键技术研究与示范课题”我们承担了“基于SOA框架的供水系统智能化平台开发技术研究与示范”任务，是以“加强管理，降低产销差，降低漏损”为核心，提高水司的管理水平，提高效益。我们研究水力模型数据与SCADA系统数据连接技术，使管网水力模型数据能够及时更新，同时对传统水力计算边界条件进行修正，开发出管网在线实时模拟软件；研究出动态水力模型和神经网络的供水管网故障预测机制、事故快速响应机制和应急预案技术；研究出以水力模拟为基础，基于拓扑结构演化的给水管网实用优化分区方法，通过研究给水管网的社区结构，形成了科学的给水管网分区规划方法框架，与传统经验方法相比，该方法计算快捷且科学严谨。经水专项专家审核，达到了预期目标。
“十二五”的研究成果在实际工程中取得了很好的效果。如在沧州市应用后，供水管网产销差率从2016年16.87%降至2018年12.91%，产生直接经济效益1689万元。沧州市水司为此组织了科技成果评价会，与会专家一致认为：该项目成果具有显著的经济、社会和环境效益，达到国内领先水平（见图10,11）。
图10 2019年在沧州项目评价会上发言
图11 2019年与参会专家合影留念
3.4 致力于管网水质研究80年代，我们自行设计安装了全国最早的给水管道实验室，可进行各类管道试验，依据试验结果提出了管道“生长环”和给水管道卫生学的概念；完成了保障管网水质的节水型水击式冲洗方法的试验，并荣获了国家发明专利。
3.4.1 出版专著《给水管道卫生学》
《给水管道卫生学》这本书是积累酝酿数年之作，不仅是我多年教学经验和科研成果的积淀，更是由学生们学业和科研成果的精华浓缩而成，字里行间渗透着大家的汗水、智慧和创造。这本书是以实验和工程实践为基础，是以水质为中心的多学科、多项技术交叉相结合的成功。先后有多位博士、硕士从不同视角、不同侧面，用不同的装置进行各异的实验与实践（见图12）。
图12 管道卫生学实验室
书中的每一个数据都是我带领学生们无数次实验的结果。我们通过检验管段中静态和动态的水质变化，掌握水质参数，有时需要24小时连续观测，经常轮值夜班测量。现在每每拿起这本书，都感到沉甸甸的，我要看前言、看结语、还要看配套的光盘，它凝结着团队集体的精神和力量，真是感慨万千。
图13 国际水系统专家来实验室考察
现在《给水管道卫生学》这本书已成为业内公认的好书，这本书获得了国家出版基金资助并获华夏奖三等奖。“给水管道卫生学”获得了名词专利。在出书之前大家对给水管道中的卫生学并不是很重视，都认为给水管道中不存在卫生学，毕竟给水管道中的水都是经过净化之后的水。但是给水管道的的确确存在很多问题，管道中会发生很多理化反应和生物反应，这些反应将导致管网中的水质恶化。现在给水管网水质安全保障已成为研究热点。3.4.2 开发保障管网水质的冲洗技术
我带同学参加生产实习，发现更换管道时，管道内有很厚的一层锈垢污物，是分层的，时间愈久，锈垢就愈厚。我将其命名为“生长环”（名词专利），它不仅减少过水断面，而且严重影响管道水质。如何将其除掉，我们研发了高压射流法和气水脉冲法，均通过了国家部级鉴定。在此基础上又成功研发了可视化、智能化三相流的“节水型水击式给水管道清洗系统”，在哈尔滨、吉林等城市市政管道现场清洗实验效果明显，并获发明专利授权（见图14）。
图14 市政给水管道冲洗
该专利技术在哈尔滨、沈阳、大庆、上海、北京、天津、深圳等全国的大中城市进行应用，得到了一致的好评，具有节水、绿色、单次冲洗长度可达数公里、管径已达到1400mm，并适应各种复杂管段实现智能控制等特点。
四、结语
回首60余载的教师生涯，我的关键词只有2个，一是人才培养，二是管网。培养学生适应新时代发展的需求，重视多学科交叉，在我的研究所培养研究生中，有数学专业1人，计算机专业2人，化学专业2人，自动化专业3人，其余为给排水专业。学生是流动的，但他们的精神和成果会一直在发酵和传承。我的所有科研成果都离不开学生们的参与。在科学的道路上与学生结下了深厚的情谊。每逢中秋元旦等节假日，我都会邀请同学们到家中共度佳节，给他们以家的温暖（见图15，16）。
图15 节假日与部分研究生及博士生在自家联欢
图16 部分学生来哈尔滨探望
我也深深体会到教师除完成教学任务之外，科学研究是不容忽视的。高校是科研的重要力量，因为高校具备巨大的人才资源，具有开展多学科研究的条件；随着工业4.0时代的到来，任何理论或实践问题的解决和创新都不可能由单一学科完成，而高校拥有多学科自然融合的优势，便于与生产相结合，扎根中国大地做科研，把论文“写”在祖国大地上，把科研成果付诸实践、转化为生产力是我的追求（见图17,18）。
图17 2017年主持召开给水管网学科高端研讨会
图18 2018年在中国城镇水务发展大会作报告
学生和课堂是我生命的组成，教育的本质是爱。我沿着管网的大路耕耘60余载，播下了爱的种子，经历了风沙和干旱，都己经茁壮的成长起来了！赶上了好时代，都在成功的路上奔跑，我由衷的快慰。是你们给予了我美好的回忆，给予了我喜悦和健康。谢谢了，亲爱的同学们！
作者： 赵洪宾
赵洪宾教授是国内率先从事给水管网系统分析、实用优化理论、管网水质及建模理论研究的学者，对于提升我国给水管网研究水平及数字化发展做出了重要的贡献，引领我国给水管网研究达到国际水平。赵洪宾教授曾主持多项国家自然科学基金、“十五”、“十一五”、“十二五”水专项、英国皇家学会基金和英国文化教育委员会基金等项目。在他的带领下，其团队的研究成果在天津、济南、哈尔滨、沈阳、郑州、大连、烟台、沧州等多个城市推广应用，获得多项省部级科技进步奖。他笔耕不辍，出版专著《给水管网理论和计算》、《给水管网系统理论与分析》、《给水管道卫生学》（获国家出版基金资助），译著《给水工程的事故与防治措施》、《降低供水漏损》等。
*本文由齐晶瑶，王彤整理。