自“一带一路”倡议提出以来,我国铁路集装箱运输的发展日新月异。随着中欧班列、中亚班列的相继开通,中国与欧洲、中亚各国的贸易往来日益密切、经济活动愈发频繁。集装箱运输作为一种先进的现代化运输方式,具有方便、节能、安全、环保等优势,在此国际贸易的新形势下,对国际贸易中的货物运输正发挥着越来越重要的作用。铁路和海运作为国际集装箱运输的主要运输方式,具有诸多异同点,也分别具有各自的优劣势。海运以其较为低廉的运输成本以及较大运载容量的优势,在国际集装箱运输、尤其是中国与欧洲之间的国际集装箱运输中占有主导地位。而铁路集装箱运输由于其运输时间与海运相比显著缩短,对于较高附加值的货物有着明显的吸引力。因此,研究两种运输方式在国际集装箱运输中的竞争形势具有十分重要的意义。另一方面,国际集装箱的铁路运输也需要进一步加强国际集装箱的铁路运输时间优势,提高铁路集装箱运输的竞争力,这也需要对国际集装箱的铁路运输组织进行进一步优化和提升。而由于铁路集装箱中心站是国际集装箱铁路运输发展的重要平台,在运营管理、功能布局、作业调度、运输组织等方面与传统的铁路集装箱办理站有所不同,其生产效率对国际集装箱的铁路运输有着重要影响。特别是对于中转集结模式下铁路中转作业组织的研究,将对铁路提高作业效率、提高竞争力起到重要作用。本文以铁水竞争下的国际集装箱铁路运输组织为研究对象,以国际集装箱的铁水竞争以及国际集装箱在铁路运输中的运输组织和作业组织方法为研究点,对国际集装箱的铁水竞争情况、铁路集装箱中转集结模式的班列开行方法以及中转集结模式下的集装箱铁路中转过程中的堆存与装卸作业集成优化进行研究。本文的主要研究内容如下:(1)对国际集装箱铁水竞争的基本问题进行界定。主要对国际集装箱在铁水竞争中涉及到的基本问题进行研究。通过分析国际集装箱运输中铁路和海运的基本情况、竞争现状、影响铁水竞争的基本要素以及铁水竞争下国际集装箱铁路运输、特别是中欧班列的优劣势等,提出铁水竞争形势下国际集装箱铁路运输组织过程中的基本问题,即国际集装箱铁水运输之间的竞争合作关系问题、国际集装箱运输过程中铁路中转集结模式的组织优化问题以及中转集结模式下中转集装箱的堆存与装卸作业调度优化问题,为本文后续相关问题的研究提供理论基础。(2)对国际集装箱铁路和海运的竞争关系模型进行构建。通过博弈论中“进入—遏制”模型,针对国际集装箱在铁路与海运两种运输方式中的竞争情况进行分析,并通过中国合肥到德国汉堡的算例对国际集装箱铁路中欧班列和海运班轮的竞争情况进行分析,对模型进行验证。并由此提出国际集装箱铁路运输进一步提升自身竞争优势的优化方向。(3)对国际集装箱铁路运输中的中转集结模式的组织优化问题进行研究。在分析铁路集装箱班列开行主要模式的基础上,针对国际集装箱铁路中转集结模式中的集装箱流接续问题,从数学优化模型的转化及求解思路上进行了研究,并提出了集装箱流中转和集装箱中转班列开行方案综合优化的0-1混合整数规划模型,并对模型进行求解。最后通过重庆团结村铁路集装箱中心站和上海铁路集装箱中心站的实际数据提取算例,对模型进行验证。(4)对国际集装箱铁路运输过程中,中转集结模式下国际集装箱铁路中转作业优化进行研究,以中转集装箱的堆存和装卸作业过程为研究对象,通过分析中转集结模式下主作业区轨道门吊的装卸调度优化与集装箱堆存的箱位指派优化两个优化目标之间的信息交互与反馈关系,建立国际集装箱铁路中转过程中堆存与装卸集成调度优化的双层模型,并设计了双层遗传算法对该模型进行求解。其中,对于堆存的箱位指派优化,主要考虑了混合堆存模式下产生优化的作业序列,从而使堆存区的压箱数最小。对于装卸作业的优化,主要考虑多作业线柔性范围,以轨道门吊进行装卸作业集装箱的最大完工时间最小为优化目标。并对上述模型进行信息交互与反馈,最后采取算例对模型进行验证。通过开展基于铁水竞争的国际集装箱铁路运输组织优化的研究,不仅能为新形势下铁水集装箱运输的竞争与合作、铁路集装箱的运输组织、多式联运系统的运输组织等领域提供理论支持,还能实现对铁路中转集装箱箱流的组织优化、中转作业中堆存与装卸作业调度的集成优化,保持和缩短国际集装箱的铁路运输时间、降低铁路系统运营成本,使国际集装箱的铁路运输保持和提升竞争力,推动国际集装箱铁路运输体系有序、高效、通畅的运营,从而实现效益最优,对铁路集装箱运输以及集装箱多式联运网络有着广泛的实际意义。