针对普速铁路客货混跑的繁忙干线运输能力紧张的问题,铁路相关部门在协调施工维修作业与列车冲突的过程中需要不断减少施工天窗对区段通过能力的影响,保证列车的安全运行。由于涉及施工天窗的实际列车运行图编制是分步进行的,带有主观因素,缺少系统的理论和方法支撑,难以有效避免施工天窗对列车运行线的影响。因此本文顺应铁路货物运输的改革方向,从运输能力与运输需求相匹配的角度出发,以优化区段通过能力为目标,协同优化施工天窗和列车运行线,对列车运行图进行统筹优化,其具体工作内容如下:(1)总结国内涉及施工维修作业、区段通过能力以及列车运行图编制的综合研究中存在的不足,明确列车运行图分步编制的缺点及协同优化施工天窗与列车运行线的必要性。在此基础上,对施工天窗的作业内容和不同开设方式进行介绍,为本文选择单“V形”施工天窗提供依据。最后,总结区段通过能力的计算方法和列车运行图编制质量的影响因素,选取本文提高区段通过能力和提高列车运行图编制质量的方法,为模型的建立提供理论支撑。(2)建立施工天窗与列车运行图协同优化模型。结合既有研究,提出施工天窗与列车运行线协同优化的建模思路,包括施工天窗与列车运行线的反馈机理和施工天窗的开设方案两方面,并将重点放在货物列车运行线上,以货物列车总运行里程最大和其受影响总停站时间最小为目标,建立施工天窗与列车运行图协同优化的双目标混合整数规划模型。(3)设计并改进了施工天窗与列车运行图协同优化模型的求解算法。首先,提出模型的求解思路,就选择的NSGA-Ⅱ算法基本原理进行介绍。其次,结合施工天窗与列车运行图协同优化模型的特点,设计改进NSGA-Ⅱ算法,对非支配排序、拥挤度计算与选择策略三方面进行改进,提升算法全局搜索效果。最后,提出求解结果的处理方法以及算法中施工天窗与列车运行线协同优化的处理流程。(4)算例验证。首先,利用小规模算例,采用CPLEX和改进NSGA-Ⅱ算法两种方法求解,对比以验证模型与算法的正确性。其次,基于京沪普速铁路天津-德州区段,设计大规模实例,采用改进NSGA-Ⅱ算法求解,通过与实际的列车运行图的对比得出适合本区段的优化列车运行图。最后基于大规模实例,将改进NSGA-Ⅱ算法的求解结果与经典NSGA-Ⅱ算法求解结果、分步编制方法求解结果和传统遗传算法求解结果进行对比以验证本文模型与算法的有效性和优化效果。