水運儀是11世紀北宋水運儀象台（Su Song's clock tower）的動力系統，由二級提水裝置（two level noria device）與水輪秤漏裝置（waterwheel steelyard-clepsydra device）組成。即藉由一個封閉循環的水運系統，用以產生等時間歇運動之動力裝置，是人類最早的水力式步進馬達和機械鐘的擒縱調速器（escapement regulator）。其中水輪秤漏裝置是中國古代水力機械鐘的擒縱調速器特有模式，而二級提水裝置則是以人力運轉河車（helm），將水由低水位逐級提升至高水位，以注入天池（upper reservoir）。這種設計非常適合大水法中的提水裝置。

圭表（gnomon）和渾儀是在制訂曆法過程中最重要的兩種天文觀測儀器，北宋蘇頌渾儀巧妙結合了圭表，是中國古代渾儀發展臻至成熟的標誌。蘇頌渾儀是天文觀測校時裝置，由六合儀、三辰儀、四游儀等三個同心圓環組以及中空的窺管（sighting tube）構成可測得任一天體的赤道坐標位置，且每逢正午，更可與圭表配合以校正時間。因此，圓明園的十二生肖獸首能在正午十二點時同時噴水，則需利用圭表來調校時間。

早期歐洲機械塔鐘是以重錘為動力源，具有兩組重錘動力裝置（weight-driven device），分別驅動走時輪系（going train）及報時輪系（striking train）。走時系統（going train system）是利用擺桿機軸擒縱調速器（foliot and verge escapement regulator）來計量時間，報時系統（striking train system）則是利用計數輪 （count wheel）來控制敲鐘次數。而走時系統和報時系統之間則是利用報時觸發機械（striking trigger mechanism）來連動，以達到在 1至12 整點時分別敲鐘1至12響 。若問圓明園的十二生肖獸首噴泉每日如何對應各時辰進行噴水，其中的機械裝置可以從早期歐洲機械塔鐘的機械系統找到答案。