随着我国经济结构的调整与物流行业的发展,货运快速化的需求日益突出,发展适应现代物流的铁路快速货运是铁路货物运输当下和未来发展的趋势。铁路快运班列是铁路拓展快运市场的重要依托,开行方案和车底周转计划作为其运输组织计划的重要组成部分,研究二者的一体化优化,一方面可以减少班列回空,降低铁路部门的运营成本,提高班列运营收益;另一方面可以保障铁路快运班列日常运输组织工作的顺利开展,具有重要意义。本文的研究内容可归纳如下:(1)总结了国内外铁路快运班列的运输组织现状,通过分析国外铁路快运的发展经验,阐述国内铁路快运班列的特点与不足,结合当前铁路货运市场的新形势,提出了我国铁路快运班列的发展方向。(2)详细介绍了铁路快运班列开行方案与车底周转一体化优化的基础理论。首先,阐述了班列开行方案和车底周转计划各自的基本内容、影响因素及优化思路,界定了车底周转计划的研究边界;然后,分析了二者一体化优化的必要性,提出了优化方法应具备的特点,并给出了一体化的优化思路。(3)建立了铁路快运班列开行方案与车底周转的一体化优化模型。首先,通过分析既有的建模思路,提出将一体化优化问题转化为考虑车底周转的动态服务网络设计问题;其次,深入分析了时空网络的两种构建方式,并提出了基于网络拆分的动态服务网络构建方法,以清晰地描述货物的运输过程和车底的周转过程。基于此,以最大化铁路运营收益为目标,考虑班列开行时段、编组内容、货物中转、车底接续、运载能力等因素,构建了一体化优化的0-1整数规划网络流模型。(4)针对模型在大规模问题下的求解困难,设计了基于分解的拉格朗日松弛求解方法,通过松弛问题中的难约束以构造拉格朗日对偶问题,使原问题分解为货流和车辆流两类独立的时空最短路径子问题,从而可以借助并行计算加快求解速度。(5)在算例分析与案例验证中,首先使用CPLEX求解小规模虚拟路网下的多个计算场景,结果表明,本文的一体化优化方法不仅可以量化分析差异化运输组织方式下的班列运营收益,还可以对开行方案和车底周转计划进行一体化的优化调整,验证了模型的正确性;其次,在相同的数据集下,CPLEX与拉格朗日松弛算法的对比结果显示,本文算法在保证求解质量的同时,还提升了求解速度;最后,基于大规模铁路驮背运输案例的计算结果显示,在CPLEX已无法求解的情况下,算法仍然展现出高质高效的特点,表明本文的优化方法具有一定的实用性。