随着我国城市轨道交通的飞速发展,线网规模不断扩大,线间关联度增加,网络客流的演化规律也更加复杂。客流强度大、换乘次数多,出行距离长、时空分布不均衡等问题越发突出,对运营组织提出了更高要求。实现不同线路之间的“互联互通”是城市轨道交通网络化运营的必然趋势。在此背景下,结合我国城市轨道交通客流需求、线路条件等特点,利用不同的运营组织方式以协调组织网络中各列车的运行,将单线运营转为全网统筹,对有效提升服务水平和运输效率,构建便捷、高效、舒适的城市轨道交通系统具有重要意义。本文以跨线运营、多交路运营以及快慢车组合等运营方式为主,研究多种运营方式下城市轨道交通开行方案优化问题。文章主体结构分四个部分,城市轨道交通不同运营方式特征分析,基于大小交路的轨道交通网络运力配置研究,跨线运营与多交路相结合的列车开行方案研究,以及无越行条件下轨道交通跨线快车开行方案研究,主要研究内容与成果如下:(1)城市轨道交通不同运营方式特征分析对跨线运营、多交路、快慢车组合这三种运营方式进行了系统性阐述,从形式分类、适用条件两个方面分析这三种运营方式的特征,结合不同运营方式下的应用案例,提出我国城市轨道交通多种运营方式相结合应用的可行性,为后续开行方案优化研究提供理论基础。(2)基于大小交路的轨道交通网络运力配置研究从全网运力配置优化角度出发,以乘客换乘成本和企业运营成本最小化为目标,结合多编组方式,构建了基于大小交路的轨道交通网络运力配置优化模型。以北京轨道交通网络为实例进行分析,结果表明:大小交路结合多编组有利于灵活平衡满载率与发车间隔,实现需求与运力的合理匹配。相比较单一交路固定编组的运营方案,优化后乘客平均换乘等待时间减少了2.12%,列车运营成本减少了7.26%。(3)跨线运营与多交路相结合的列车开行方案研究提出了开行跨线小交路列车对各区间的通过能力影响计算方法,结合乘客出行选择和换乘行为分析,构建了以乘客出行成本和企业运营成本最小化为目标的开行方案优化模型。以北京市轨道交通为例进行分析,结果表明:跨线运营结合多交路方式对网络内客流需求变化的适应性更强,其运营效益与跨线客流强度,换乘条件、行车组织等多个因素相关。与单线独立运营模式相比,企业运营成本和乘客出行成本的分别减少了8.57%和18.72%。(4)无越行条件下轨道交通跨线快车开行方案研究研究了综合应用跨线运营、大小交路运营和快慢车组合三种运营方式下的列车开行方案优化问题。考虑到我国轨道交通不具备越行条件这一普遍现状,提出了开行跨线快车对线路通过能力损失的计算方法,研究了不确定因素下乘客出行时间的计算方法,构建了以跨线快车停站方案、交路设置以及列车发车频次为决策变量的双目标混合整数非线性优化模型,并设计了求解算法。以北京市轨道交通昌平线和8号线为例进行实证分析,结果表明:与常规的单线独立站站停运营方式相比,综合运用多种运营方式可节省3.34%的乘客出行时间,4.66%的企业运营成本,以及78%的换乘步行时间。所构建方法有利于显著提高客流分布不均衡,换乘客流占比高的中长距离线路的服务水平和运营效率。