我国多个城市轨道交通已进入网络化时代,然而其运行组织模式仍以独立线路运行为主。如何利用不同的运行组织模式以最大化线网的网络运行效益,成为一个值得研究的问题。城市轨道交通开行快慢车和跨线运行,能更好地适应客流需求,解决客流时间和空间上的不均衡性,减少乘客换乘和旅行时间,在世界范围其他城市得到广泛运用。本文以城市轨道交通快慢车和跨线运行模式为研究对象,从理论上分析了实现两种运行模式的线路条件和运行组织条件,以乘客旅行时间最短为目标构建了快慢车运行方案优化模型,以乘客与企业利益最大化为目标构建了跨线运行方案优化模型,并分别给出了求解方法。论文主要工作如下:(1)在对快慢车运行方式总结分类的基础上,重点对快慢车运行模式的越行站设置数量、快慢车开行比例、开行快慢车线路的站间距条件三个技术问题进行了研究。得出了越行站设置与行车密度的关系、列车不同追踪间隔与快慢车开行比例的关系、适合开行快慢车的平均站间距等结论。(2)将跨线形式分为三种:站前过轨、站后过轨以及联络线过轨,研究了跨线运行的实现条件。以列车追踪间隔为条件,通过比较乘客等候跨线列车时间与换乘时间、分析跨线列车对被跨线路列车行车的影响,得出了两种列车行车密度之间的关系。(3)以乘客出行时间最小为目标,建立了快慢车运行停站方案优化模型。并以重庆地铁5号线为例,验证了模型的合理性。同时,针对重庆地铁5号线的优化计算,提出了使乘客总旅行时间降低4.1%的快慢车运行方案。(4)以列车运营成本最小和乘客出行成本最小为双目标,建立了跨线与被跨线线路列车行车密度优化模型。并以重庆地铁4号线跨环线为例进行了计算分析,得到了跨线与被跨线开行列车的优化数量关系。本文所建立的快慢车与跨线运行方案优化模型,对城市轨道交通网络化运行方案的研究和提出,具有较好的理论意义和实用价值。