我国铁路既有货运系统采用“组织型”模式,行车组织以“充分利用铁路运输设备能力、提高移动设备运用效率”为目标,这种模式较好地解决了我国能源、原材料等大宗货物以及少量高附加值货物的长距离运输问题,但剩余大量的零散高附加值货物因需要通过技术站多次改编中转送达,导致运输时效性较差。然而,近年来,随着经济结构的调整,我国货运需求结构发生了较大变化,高附加值货物的运输需求量快速增长。这类货物重量轻、体积小、批数多,多为适箱货物,对运输安全和快速性要求较高,便于进行集装箱运输。在此背景下,铁路集装箱运输将在我国货物运输中扮演更加重要的角色,但目前我国铁路集装箱运输的市场竞争力较差,市场占有率远远低于公路运输。因此,优化铁路集装箱运输组织,提高铁路集装箱运输竞争力具有重要的现实意义。本文在分析我国铁路集装箱运输组织模式存在问题的基础上,提出建立一套全新的铁路集装箱运输系统——铁路集装箱客运化运输系统(简称新型集装箱运输系统),并对新型集装箱运输系统的关键技术、运输组织理论框架及列车开行方案进行了深入研究,旨在提供一套行之有效的铁路集装箱运输问题解决方案。本文的研究内容如下:(1)在理论研究方面,本文抓住集装箱运输组织对象单一、组织方式便捷的特点,根据我国路网规模、技术水平、货物运输需求特征,提出了新型集装箱运输系统,同时对新系统的集装箱列车客运化开行、网络化运输、站场设计改造及设备资源配置四项关键技术进行了详细研究。在此基础上,为保障新型集装箱运输系统取得良好的运营效果,本文从集疏运模式、运输组织计划、车站工作组织、管理信息系统、运输产品设计及“箱位”客票化六个方面展开研究,为新系统构建了一套较为完整的运输组织理论框架。(2)在优化建模方面,本文针对新型集装箱运输系统列车开行方案优化问题进行了研究。首先,提出了分阶段优化的方法框架,即将列车开行方案优化问题分解为线路优化和频率设置以及列车停站方案优化两个子问题。然后,针对线路优化和频率设置问题,分别构建了新型集装箱运输系统运营前期和中后期场景下的数学优化模型。前者以运输企业广义成本(包含开通线路的固定成本、开行列车的可变成本以及集装箱中转成本)最小为目标函数,考虑了箱流守恒、箱流中转、箱流运到期限及列车开行频率等约束,属于混合整数线性规划模型;后者考虑能力约束的影响,在优先确定箱流运输物理径路的基础上,以运输成本和箱流总换乘次数最小为目标,属于多目标整数规划模型。两个模型均采用了基于“备选集”的建模思路,同时在进行集装箱配流时,规定了集装箱运输物理径路和运输方案的唯一性。最后,针对列车停站方案优化问题,以所有列车的总停站次数最小为目标,考虑箱流守恒、列车停站、列车能力以及列车“上座率”约束,构建了混合整数线性规划模型,其中列车“上座率”约束能够追踪每一列车的能力利用率,为创新约束。(3)在算法设计和案例分析方面,本文兼顾了模型求解的效率和质量。对于新型集装箱运输系统运营前期场景下的优化模型,本文设计了自适应大邻域搜索启发式算法进行求解,同时以一个包含17个节点的运输网络为案例进行分析,验证了模型和算法的可行性。此外,对列车运行速度参数和编组辆数进行了灵敏度分析,并选取了箱流输送量、列车平均开行频率、列车“上座率”、直达箱流率、送达速度、运到期限六个评价指标对获得结果进行了评价分析,通过与既有货运系统进行对比分析,证明了新型集装箱运输系统在箱流输送量、列车平均开行频率、箱流送达速度、运到期限等指标方面变现更优,但同时也牺牲了部分的资源利用效率;对于新型集装箱运输系统运营中后期场景下的优化模型,本文首先采用线性加权和法将模型转化为单目标模型,再调用Cplex求解器进行求解,最后以一个包含51个节点的运输网络为例进行分析,得到了双目标问题的近似帕累托边界;对于列车停站方案优化模型,本文通过调用Cplex求解器进行求解,并设计了两个案例对模型的可行性进行测试。首先,以一条简单的假设线路为例,对停站方案、箱流分配方案及列车“上座率”之间的具体关系进行分析;其次,以中欧班列连云港-阿拉山口通道为案例,对最小“上座率”要求?和列车装载能力C参数进行了灵敏度分析。图56幅,表24个,参考文献155篇。