列车开行方案与客流需求匹配与否在很大程度上决定高铁运输服务质量和市场竞争力。为了使得高铁列车的开行方案与旅客的时变需求相吻合，在基于连续运输能力的高铁客流均衡分配获得区段时变断面需求的基础上，引入列车发车时间，提出基于区段列车生成和列车拼接组合的开行方案设计思路，解决大规模高铁网络列车开行方案的优化问题。首先，根据列车始发终到站需要配备动车段或存车线的特征，以配备相关设施的车站为界，将高铁网络分解为若干个互不重合的区段，并以区段为单位，提出吻合时变区间断面需求的区段开行方案生成方法和列车拼接组合策略。其次，针对网络化列车开行方案中需要满足的始发站发车能力约束、终到站终到能力约束、区间通过能力约束和列车总数约束，以高铁运营收入、高铁运营成本与旅客需求偏差的惩罚费用加权和为优化目标，构建基于时变区间断面需求的高速铁路列车开行方案优化模型，并通过4种列车调整策略和5种综合方案调整策略构造邻域解，设计模拟退火求解算法。最后，以京广高速铁路、沪汉蓉高速铁路以及郑西高速铁路为例验证模型和算法的有效性，结果表明优化产生的列车开行方案与时变客流吻合程度高，同时也具有较高的运算效率和收敛性，适用于大规模高铁网络开行方案的设计和优化。