集装箱运输作为一种现代化、标准化的运输方式,具有高效便捷、安全可靠、环保经济等优点。铁路集装箱运输的发展有利于扩大铁路的有效供给,对于更充分地发挥铁路优势、降低全社会的物流成本具有极其重要的意义。然而重空箱接续、空箱调运等难点导致我国铁路集装箱周转缓慢,给高效的集装箱运输组织造成了很大的困难,同时也造成了人力、物力的极大浪费,严重阻碍铁路集装箱运输的发展。目前我国铁路集装箱运输组织是将重箱运输与空箱调运剥离开来考虑,针对未来若干天确定或预测的集装箱运输需求进行日常的空箱调度。然而,空箱调运与重箱运输之间是相互关联的,综合二者考虑集装箱周转运用优化可以在减少空箱调运的同时增加重箱运输,提高运输企业的效益。本文的主要研究内容包括:（1）介绍了铁路集装箱运输的发展过程及现状,梳理了铁路集装箱周转运用流程,阐述了重箱运输与空箱调运之间的关系,提出铁路集装箱周转运用优化的思路。最后针对空箱调运问题,分析了我国铁路空箱供需现状与空箱调运指挥模式,探讨了空箱调运产生的原因并相应提出减少空箱调运的措施。（2）建立了铁路集装箱周转运用优化模型。将集装箱周转运用优化问题构建为包含货流和集装箱流的时空网络模型,提出了构建模型的基本假设条件,最后以货流和集装箱流在重箱运送弧和空箱调运弧上的流量分配情况为决策变量,以铁路集装箱运输收益最大化为目标函数,建立基于离散时空网络的0-1整数规划模型。（3）通过松弛模型中的耦合约束构造了拉格朗日对偶问题,使原问题转化为独立的货流子问题与箱流子问题。确定了求解对偶问题的策略以及更新拉格朗日乘子的方法,并设计了拉格朗日启发式算法以获得可行解,最后确定了拉格朗日松弛求解算法的整体流程。（4）设计了小规模算例与基于局部路网的案例对模型和算法进行验证。在小规模算例中分别调整各站初始时刻的站存空集装箱数量与货运需求量的大小,对求解结果与求解效率进行了灵敏度分析,验证了模型的正确性,同时也证明了本文设计的拉格朗日松弛算法比商业求解器CPLEX具有更高的求解效率。随后在我国局部路网上进行了大规模案例的求解验证,结果表明,模型与算法在较大规模的情况下同样具有有效性与实用性。