“一带一路”战略的实施与全球环保意识的增强,铁路集装箱运输因其集成了集装箱运输和铁路运输的安全环保、节能便捷、覆盖广、运价低等优势,逐渐成为了我国综合交通运输体系的重要发展对象。铁路集装箱中心站是铁路集装箱运输的重要依托平台,承担着铁路集装箱的堆存、装卸、集散等功能,其内部作业资源的合理调度是影响中心站乃至整个运输网络的服务水平、运输质量、运营能力的关键因素。本文针对中心站主作业区,为提高作业效率和作业均衡率,提出“轨道吊-集卡”装卸方案,对该方案下轨道吊、集卡、轨道吊与集卡、轨道吊与轨道吊间的作业时间衔接进行了细致分析。在此基础上,分别以最大化轨道吊作业均衡率和最小化卸车作业完工时间为目标函数,构建双层非线性混合整数规划模型,研究装卸线作业区域动态划分以及轨道吊与集卡协同调度两个相互关联的综合性、多层次问题。通过对模型特点分析和研究问题分解,融合启发式规则、遗传算法和贪婪思想,设计双层混合遗传算法求解模型。最后,设计算例并分析实验结果。针对不同规模,对动态作业区域与包括静态作业区域、等分作业区域以及等分任务量作业区域在内的三种传统划分原则的实验结果进行对比分析,验证模型和算法的有效性。并且,针对当前集卡数量不满足大规模算例情形,综合考虑作业效率和集卡启动成本两个因素,求解最佳的集卡配置数量。此外,为进一步验证提出的“轨道吊-集卡”新型装卸方案的优越性,将其与多轨道吊传统装卸方案的实验结果进行对比。本文从中心站实际运营管理角度出发,提出在主作业区采用“轨道吊-集卡”装卸方案,机动性差、移动速度慢、操作成本高的轨道吊长距离重载跑位可由灵活性高、运输速度高、运营成本低的集卡代替完成,并通过合理划分轨道吊作业区域,减少轨道吊重空载跑位,提高轨道吊作业均衡率,维护其作业性能,为铁路集装箱中心站的实际运营管理提供了理论支撑。