随着运输行业的快速发展，我国高速客运专线也在不断完善，根据最新《中长期铁路规划》，在未来数年内，我国客运专线里程将达到1.6万公里。国务院、铁道部为应对旅客运输量的快速增长，提出了“四纵四横”的客运专线和客运系统规划。届时，动车组车底运用是否合理高效将会影响整个高速铁路网的运营效率和效益。首先，本文通过对国内外相关文献的分析研究，总结出动车组车底运用问题的研究现状和存在的问题。对动车组车底运用方式和乘务值乘计划进行了归纳和总结，通过比较，建议采用运用效率高，求解不太难的放射式运用方式以及既能适用计算机编制也能适用手工编制的乘务值乘优化思路。其次，本文立足于动车组车底的高效利用，深入分析了影响动车组车底运用的主要影响因素，得出动车组车底运用计划和乘务员值乘计划是影响动车组车底高效运用的两大主要影响因素。然后，针对动车组车底运用问题的特点，提出了动车组车底运用、备用、检修一体化优化的动车组车底运用计划，在动车组车底动态备用方式和放射式运用方式的条件下，以所需动车组数量最少、动车组的总检修时间最少为目标，建立了动车组车底运用问题的多目标优化模型，并设计了改进的蚁群算法。以京津等动车组的开行数据为例，应用构建的动车组车底运用优化模型，得出了优化方案，并证明了该模型和算法的使用可靠性。再次，针对乘务员值乘计划优化问题，论文建立了乘务值乘计划优化模型，通过模拟退火算法对其模型进行了仿真，求解接近最优解的乘务组数量最少解。以现行广深动车组的客运乘务计划为例，应用构建的乘务值乘计划优化模型，得出了优化方案，并证明了该模型和算法的使用可靠性。最后，阐述了本文研究的主要内容和存在的问题，并展望了进一步的研究工作。