近年来,我国正在大规模建设城市轨道交通,如地铁,但其建设费用昂贵,必须在设计前期对其线路纵断面进行优化,用以节省资本。本论文是在分析城市轨道交通纵断面选线知识的基础上,提出了融合能耗经济的城市轨道交通纵断面优化设计研究,给出了计算模型以及算法,编制了融合能耗经济的城市轨道交通纵断面优化CAD系统,并用案例加以验证,证明了优化程序(系统)的有效性和可行性。为此,本文主要针对地铁的线路纵断面的节能性优化、工程最优性优化以及综合性优化进行深入研究,主要研究内容及结论包括以下几个方面:(1)在地铁线路纵断面的节能性优化方面,主要针对地下-地下区间的纵断面形式进行研究,通过设计进站端上坡、出站端下坡实现“进站上坡减速、出站下坡加速”的操作模式,从而达到进站减少制动,出站降低牵引能耗的节能运输。给出了计算列车运行牵引能耗的目标函数,约束条件主要考虑了坡段长度、坡度、控制点高程、设置竖曲线的约束以及市政设施约束,并将简约梯度法引入节能性优化模型进行求解。(2)在地铁线路纵断面的工程最优性优化方面,分别对地下-地下区间、地下-高架区间、高架-高架区间进行研究。给出了明挖法、暗挖法、盾构法、路基段以及高架段的换算工程费的目标函数,考虑上述相关约束,并将简约梯度法引入工程性最优模型进行求解。(3)在地铁线路纵断面的综合性优化方面,主要针对地下-地下区间的纵断面形式进行研究,综合考虑列车运行牵引能耗最小和换算工程费最省,使用两者的目标函数,调整权重,考虑相关约束条件,得到满足列车运行牵引能耗最小和换算工程费最省的地下-地下区间的纵断面形式,即Pareto最优解。(4)基于上述模型和算法,选用AutoCAD 2010作为图形支撑环境,以Object ARX2010作为开发工具,基于Visual C++语言编制融合能耗经济的城市轨道交通纵断面优化CAD(Computer Aided Design)系统。(5)选择了3个实际案例与优化案例进行对比分析,证明了优化程序(系统)具有较高的可靠性与实用性,优化效果明显。