近年来,我国高速铁路发展迅速,国家每年投入大量资金修建高速铁路。由于高速铁路纵断面方案直接影响工程造价和后期运营、用户成本,在保证安全的前提下如何控制工程投资、减少运营成本(如列车运行能耗)与用户成本(如乘客旅行时分)一直是高速铁路新线设计的关键。另外,电分相作为高速铁路的必要设备之一,其设置位置也会影响后期的运营成本与用户成本,且与纵断面方案设计存在相互影响的关系,如大上坡区段设置电分相可能造成列车区间停车。为此,有必要综合考虑纵断面与电分相优化,在保证列车安全运行的前提下达到节省成本的目的。本文研究了在高速铁路平面线形和车站位置已定的情况下线路纵断面与电分相的协同优化问题。首先分析了电分相与纵断面对各项成本的影响,并通过仿真计算电分相设置在不同纵断面上对列车运行能耗与时分的影响,总结出电分相与纵断面设计的一般规律。在此基础上,针对纵断面方案确定与未知的情况,分别建立了电分相位置优化模型和电分相与纵断面协同优化模型。针对上述模型,设计了启发式算法进行求解。论文主要内容包括:(1)分析电分相与纵断面方案对各项成本的影响,基于仿真结果总结出电分相与纵断面设计的一般规律。研究结果表明:为了减小列车双向运行时分与能耗,电分相宜设置在区间中部(列车一般处于巡航阶段)5‰以内的坡道上;若为了满足电分相间隔等约束条件,电分相无法设置在巡航阶段的缓坡时,则应尽可能设置在列车高速运行阶段且相对平缓的坡道上,有利于节省运行时分与能耗。(2)在给定纵断面方案的基础上,考虑列车运行行为、信号机距离、电分相数量及距离间隔等约束条件,建立优化模型对全线电分相位置进行优化,使列车能耗成本和用户时间成本最小。针对上述模型,设计遗传算法与粒子群算法分别进行求解。某实际高铁线路的案例分析表明,本文模型得到的电分相设置方案较实际方案可以节省区间运行时分3%,同时使运行能耗下降1.5%;遗传算法的计算效率比粒子群算法更高。(3)考虑高铁线路设计规范及电分相相关约束条件,建立线路纵断面与电分相协同优化模型,以减少建设成本、运营能耗成本和用户时间成本。针对上述模型,设计了改进的遗传与粒子群相结合的算法进行求解。某实际高铁线路的案例分析表明,与线路实际纵断面和电分相方案相比,采用本文模型得到的方案可节省总成本达4.47%;与分阶段优化纵断面与电分相方案相比,采用本文协同优化模型得到的方案总成本优化幅度可进一步提高1.3%。