多频次、高时效性的物流配送是现代城市运营的重要组成部分。但客货运需求的增长与道路资源的紧张造成的交通拥堵问题日益凸显,影响了配送及时性。而地铁网络已初具规模,有较大的运输能力但尚未得到充分的利用。因此,探索基于地铁的城市配送网络系统十分必要。该网络系统存在五个急需解决的关键问题。第一,衔接地铁网和道路网的转运点如何选择?第二,城市配送货物如何合理分配给转运点?第三,城市配送货物如何合理分配给列车?第四,地铁网络路径如何选择?第五,配送路线如何优化?上述问题彼此之间相互依赖、相互影响,有必要对其进行组合优化,因此论文在论述和归纳基于地铁的城市配送网络运营模式的基础上,对三个组合优化问题进行建模与优化研究。首先,根据现有城市配送网络的基本结构和基于地铁的城市配送网络基本结构,分析两种城市配送网络的基本形态,通过分析地铁运输货物的实际案例和优劣势,总结适于地铁运输的货物种类,进一步阐述地铁的主要运货方式。在此基础上,估算地铁系统的包裹运输能力,再为设计的三种需求情形确定适宜的运货方式和测算减少的碳排放量。并分析了依托地铁开展城市配送网络运营所需的主要技术。其次,以地铁网为重点,假设货物离开地铁网后将被直接运输至客户手中,着眼于依托地铁的城市配送网络转运点和地铁路径选择问题,重点研究地铁网和道路交通网间转运点的选择、客户需求的分配和地铁网内站点间的路径选择。先构建转运点无存储能力的选择模型,在定义了地铁网内站点间路径选择标准的基础上,重点研究转运点选择和客户分配问题。再构建考虑列车容量约束且转运点有存储能力的选择模型,研究了地铁网路径选择、转运点选择和客户分配的问题,并分别设计了相应的优化算法,以成都市地铁网运输货物为例进行了求解。再次,以道路交通网为重点,考虑单条地铁线路的多个站点运输货物,增加时间维度,重点研究客户需求的分配和离开地铁站点后配送车辆服务客户的顺序,着眼于考虑列车发车时间表的单条地铁线路的城市配送路径优化问题。一方面考虑客户收货时间窗,构建了带时间窗的有固定线路的路径优化模型;另一方面考虑转运点有暂存能力且列车有容量约束,构建了转运点有存储能力的有固定线路的路径优化模型。分别设计了优化算法,并以成都市地铁3号线运输货物为例进行了求解。最后,以两网融合为背景,重点研究地铁网和道路交通网间转运点的选择、客户需求的分配和离开地铁站点后配送车辆服务客户的顺序,着眼于转运点选择、客户分配和路径优化的组合问题,构建了两网融合下的地铁配送站选择及路径优化模型,设计了相应的优化算法,并以成都市地铁网运输货物为例进行了求解。为了实现地铁用于城市配送,本文研究了基于地铁的城市配送网络系统中转运点选择、客户分配、地铁路径选择和配送车辆路径安排等几个子问题的多个组合优化问题,为基于地铁的城市配送网络系统优化理论提供了思路与方法。将实际问题用合适的参数、变量和表达式进行数学抽象,构建优化模型,并设计相应的求解算法,能够为配送企业提供辅助决策支持,具有现实指导意义。最后对基于地铁的城市配送网络的研究进行了展望,指出考虑时间维度的转运点选择分配问题,考虑多条地铁线路的分配和路径优化问题,综合考虑时间维度和地铁网路径选择的选点分配路径优化问题是值得进一步研究的理论问题。此外,在求解方法上的创新和更多实际算例的适用性也将是未来研究的方向。