高铁工程作为一项复杂巨系统工程,其设计方案优化效果的好坏将会对整个高铁项目的经济和社会效益产生深远影响。而现有高铁工程设计中存在设计优化度不足、I,II,III类设计变更现象频发和投资测算准确性不强、较少考虑工程在全生命周期内的费用等问题,严重阻碍了我国高速铁路建设的高质量发展。因此,亟需探索系统性的理论与方法体系,为高铁工程设计方案的优化决策提供全面、科学、可靠的支持。本研究着眼于高铁站前工程初步设计阶段,以高铁站前工程设计概算工程量清单子目为优化单元,结合高铁工程建设规模大、投资额度高、参与方众多、具有多因素和不确定性等典型特征,根据其设计方案结构设计复杂、施工建造人力物力消耗量大、运营维护安全保障与可靠性要求高、须严格控制对整体环境影响等实质特点,以网络智能采集、历史文献回顾、典型案例分析和专家深度访谈四种方式收集基础数据,并以京沪、京沈、银西等高铁工程案例资料为基础,充分利用现有技术和经验,提出了具有普适性的高铁站前工程初步设计方案优化方法。主要工作及研究结论如下:（1）通过扎根理论挖掘高铁站前工程初步设计方案的典型信息,建立高铁站前工程初步设计方案影响因素理论框架,可在保留研究情景与群体特点的同时探索得出高铁站前工程初步设计方案影响因素;随后,通过构建结构方程模型对所得影响因素理论框架进行定量检验,将定性构架与定量检验相结合,提升理论的内外部信度和效度,确保研究过程与研究结论的科学性和规范性。（2）构建了高铁站前工程初步设计方案优化模型,针对高铁工程建设领域长期存在的设计方案优化度较低、设计变更现象频繁、设计信息化、智能化、科学化程度不足等问题,探索出一种协同、高效、直观、便捷的设计方案科学优化思路,将物流集成化理论、BIM可视化技术、结构力学数值模拟分析手段、云模型和价值工程等方法应用于高铁站前工程初步设计阶段,开展对高铁站前工程初步设计方案的综合优化分析与系统性协同决策,实现备选方案综合提升与最终方案协同选优的双重优化。（3）针对高铁站前工程初步设计阶段设计概算定额测算法准确性不强和较少考虑工程在全生命周期内的费用等问题,采用投资非线性预测手段,结合可获取的相似历史案例数据量情况,根据预测方法适应性,综合集成PSO-BPNN预测方法、模糊C均值聚类、模糊推理系统构建高铁站前工程全生命周期投资组合预测模型,优势互补,在不同数据量情况下以不同的适应性非线性预测方法预测备选方案全生命周期投资额,并对传统BPNN预测方法进行算法结构优化以克服算法固有问题,提升预测效率与精度。（4）明确了高铁站前工程初步设计方案智能优化决策系统整体架构、核心功能与应用价值;建立了高铁站前工程初步设计方案可视化历史数据库,在保证案例基础数据完整性的同时,实现由传统的工程案例数据文件保存,到基于数据库平台的分类存储,再到工程案例的直观可视化存储与检索呈现,为高铁工程这一复杂巨系统的设计优化工作提供有力的数据支持,推动传统的套用定型图设计方式向基于历史案例设计方式的转变;通过将互联网、大数据和复杂系统一体化管理模式相结合,使优化模型应用于实践,增强模型应用的便捷性和信息化实现途径。