目前,我国地铁建设已经进入快速发展时期。预计到2015年,我国将拥有近1300公里的地铁线路。地铁建设的投资额巨大,以政府投资为主体的投融资方式难以适应地铁建设的快速发展。为了提高地铁建设和运营的效率,减轻政府财政负担,一些城市的地铁线路建设引入了多元化投资,出现了同一城市的地铁线路由多家企业建设和运营的现象。而地铁线网是一个有机的整体,线路被分而治之势必会产生一些问题,因此,运营企业之间采用何种合作模式可以最大程度上实现地铁运营企业和乘客的双赢是人们关注的问题。论文首先分析了多种投融资模式下地铁的经济特性,地铁运营企业的合作动因、合作模式、合作收益形成和分配机制。其次,把大联盟合作模式细分为两种合作模式,并分别建立了两种合作模式下的地铁运营企业合作博弈模型,并用Shapley值法对收益进行分配。通过对模型的分析得出,大联盟合作模式Ⅰ下的企业合作满足超加性,可以给企业带来额外的收益；而大联盟合作模式Ⅱ下的企业合作由于外部性的存在不满足超加性,给企业带来的收益可能是负的,因此,在这种模式下,企业合作是不稳定的。再次,针对两种模式下的企业合作博弈模型,提出了相应的模型求解算法,通过算例验证了该结论的正确性,进一步把此票务收入分配方法与已知的票务清分方法进行了比较分析。最后,针对大联盟合作模式Ⅱ下企业合作不稳定的情况,建立了具有联盟结构的地铁运营企业合作博弈模型；提出一种基于Shapley值的满足局中人个体理性与联盟结构集体理性的支付分配方法,该分配方法保证了改进的联盟结构的稳定性；给出了求解最优联盟结构和最优支付分配的算法,并通过算例验证了该模型与分配方法的合理性。