随着我国经济的增长和城市化进程的推进,轨道交通建设进入了蓬勃发展时期。北京、上海和广州等大城市的城市轨道交通已率先进入网络化运营时代,2016年底我国已有21个城市拥有2条及其以上运营线路。与此同时,客流的不断变化和时空不均衡性,增加了服务水平、运营安全和企业经济效益各要素之间关系的复杂性,这对城市轨道交通网络化运营工作提出了更高的要求。多编组运营是城市轨道交通系统网络化运营组织的重要方法。满足客流时空分布不均衡性的要求,实现运能与客流需求的有效匹配是网络化运营工作的基础。因此,合理运用城市轨道交通多编组运输组织技术,有利于改善网络化运营背景下城市轨道交通列车组织,提高城市轨道交通运营效率和服务水平。本文在剖析既有文献的基础上,以多编组运输组织技术为研究对象,调研国内轨道交通线路多编组运营实践,分析了多编组运输组织模式的影响因素;建立了多编组条件下的列车开行方案优化模型、提出了基于多编组的列车满载率均衡化方法以及多编组方案下的输送能力加强策略。论文的主要工作及结论如下:(1)从运营实践角度出发,基于线路特征和客流特征,调研了国内城市轨道交通线路多编组运营现状;从社会经济效益、客流分布规律、行车条件、设施设备以及运力资源五个方面出发,分析了它们对我国轨道交通多编组运营模式的具体影响,为深化研究多编组运营问题奠定了基础。(2)在考虑线路通过能力、最小发车频率、列车满载率、站台长度和车体保有量等约束的基础上,以乘客出行费用和企业运营成本最小为目标,构建了多编组条件下的轨道交通列车开行方案优化模型。根据模型特点设计了基于Pareto搜索和信息熵评价的两阶段算法,并通过算例验证了模型和算法的有效性,分析了多编组运营模式的适用范围。算例分析表明,与传统单一编组模式相比,针对客流不均衡系数为2.85的轨道交通线路,多编组运营模式使全日运营时段内的乘客总等待时间减少16%,车公里数和运营车辆数均减少17%,但全日上线车组数增加10%。这说明,多编组运营模式可以有效节省运用车辆数,提高乘客服务水平,其代价是司乘人员的稍稍增加,该运营模式对全日客流时间分布不均衡性较大和能力相对富裕线路有较好适用性。(3)针对多编组列车等间隔发车时,小编组列车过度拥挤而大编组列车利用率较低的现象,构建了考虑满载率均衡性的多编组列车开行方案双层规划模型,上层模型为多编组列车开行方案优化模型,旨在确定大小编组列车发车频率;下层模型为满载率均衡性优化模型,旨在确定列车编组和发车间隔。根据模型特点,设计了嵌套遗传算法求解。算例分析表明,考虑满载率均衡性时,多编组均衡发车方案下的列车编组辆数不宜相差过大,非均衡发车方案则受编组辆数影响较少,可以通过调整发车间隔的方法提高列车满载率的时空均衡性。(4)针对单条城市轨道交通线路输送能力加强问题,在线路通过能力一定的条件下,提出了包含车辆购置成本、乘客出行费用和企业运营成本的广义费用函数。在充分考虑最大购置次数、最小购置间隔以及最大购置辆数等约束条件的基础上,以车辆购置年份和购置数量为决策变量,以规划期内总广义费用最小为优化目标,建立了多编组方案下的轨道交通车辆购置策略优化模型;研究了多编组与单一编组方案下以多阶段设备购置为决策变量的轨道交通输送能力加强策略。算例分析表明,在远期采用单一列车编组假设下,给定需求时,初期和远期采用单一编组,近期采用多编组的方案虽然增加了司乘成本,但可获得乘客出行费用和列车运行成本的显著节省,这较初、近、远期均采用单一编组方案效益更佳。