目前,我国各铁路设计单位面临的既有线改建设计任务日益繁重,现有的设计方法已不能满足实际生产的需要,且国内对于既有铁路改建线路CAD技术方面的研究仍较少,因此研究既有铁路改建线路CAD技术具有极其重要的意义。本文通过深入分析现有的线路设计方法,结合既有铁路平、纵面改建设计特点,开发了改建铁路线路数字化辅助设计系统,主要完成了以下工作：(1)基于最优化原理实现了曲线拨量的自动优化计算,解决了针对不同情况的既有线平面重构问题。(2)提出了“Ⅱ线模式”改建设计方法。深入分析设计线利用段、并行改建段、绕行改建段的计算原理,提出将设计线按照Ⅱ线的设计模式进行设计,用Ⅱ线并行段和绕行段来处理并行改建和绕行改建情况的设计方法。该方法保持了设计线的完整性,可大幅度简化设计过程、提高设计效率。(3)建立了分段参照线形设计模型。根据“Ⅱ线模式”改建设计方法深入分析线路平面参照关系,建立了以已知线路、参照关系矩阵为自变量的线形设计模型,提出了模型的数据结构和解算方法。并结合线形设计模型,给出了针对各种既有线平面改建情况的解决方案。(4)提出了“三步循环”既有线纵坡恢复方法。利用差商法和最小二乘原理通过辨别直线点、直线拟合求交、坡段整饰三步循环实现了变坡点的自动识别和竖曲线拟合,解决了既有线纵坡恢复问题。将既有线纵坡改建归纳为并行等高、并行不等高、Ⅱ线绕行三种情况并给出实现方法。(5)利用VC++.net2002和ObjectARX2006开发工具,开发了改建铁路线路数字化辅助设计系统,并通过工程实例验证了程序的正确性和实用性。