我国高速公路已经形成一定的规模,是现代交通网络的重要组成部分,发挥着重要的作用,近年来在政策影响下对高速公路的建设更加重视。然而高速公路工程项目线路长工期紧,路面线形设计要求更加严格,项目施工工程点较为分散,工作量较大,施工环境复杂,受水文地质、气候和其他因素影响程度较大,致使高速公路工程项目的管理变得更加复杂,尤其是对各目标关系的处理。高速公路工程项目施工管理中工期、成本、质量作为三大基本目标,对整个工程项目至关重要。三者之间存在相互联系又相互冲突的关系,如何实现所有目标之间的均衡最优,合理安排工期、控制成本、提高质量实现总目标,是高速公路工程项目多目标优化问题研究的重点。因此,需要分析三者的关系并建立有效的模型。在构建模型方面,以工序持续时间为切入点,分析了工序持续时间与工期的关系,利用网络计划技术建立了工期模型;根据边际效用递减理论以二次函数的形式表达工序持续时间与直接费用关系,在此基础上建立工期-成本模型;以凸函数形式建立更加符合工程项目实际情况的工序持续时间-质量的模型,然后引入系统可靠性及可靠度的计算方式,建立了工期-质量模型;最后建立工期-成本-质量多目标优化模型,再基于马氏距离最短理想点的方法建立多目标优化模型评价函数。在多目标模型求解方面,研究了遗传算法以及NSGA2算法,并提出了改进的NSGA2算法,采用遗传算法、改进的NSGA2算法分别对评价函数、多目标优化模型进行求解。结合JX高速公路工程项目施工管理,建立该项目的多目标优化模型及其评价函数,采用改进的NSGA2算法进行优化求解,得到了15组优化解组合,为决策者不同偏好提供方案,并根据评价函数选出其中最优解组合,满足工程目标且各目标均得到不同程度的优化,达到总体最优。通过分析,验证了多目标综合优化模型及求解算法的有效性。最后,结合优化结果对高速公路工程项目施工管理给出了建议。