为了适应非机动车出行需求的空间分布不均匀性，在充分利用现有道路资源的条件下，研究非机动车道的决策优化模型与算法。考虑非机动车道设置条件和对机动车与行人交通的影响，拟定不设置、占用机动车道划线设置和拓宽道路并划线设置3种建设模式，定义不同建设模式的决策变量，作为优化变量。借鉴经典多路径-容量限制交通分配模型，在每次更新路网方案后，均动态分配非机动车流量。定义不同建设模式的机动车、非机动车与行人阻抗函数，以此度量不同条件、不同对象的出行成本。引入时间价值转换系数，以最小化出行成本与建设成本之和为优化目标，建立目标函数。考虑路段饱和度、建设率等因素，建立相应的约束条件。设计并使用遗传算法来求解该优化模型。开展案例研究，分别采用遗传算法和枚举算法求解优化模型，得到区域路网的非机动车道建设方案，对比分析算法求解效能与优化前后的成本差异。案例结果表明：该模型与算法能够用较少的迭代次数与时间得到近似最优解，误差为3.1%;与优化前相比，非机动车道建设成本增加了90.08万元，出行成本降低了47.53%,总成本降低了33.34%。研究表明，非机动车道决策优化模型基于系统最优原理构建，能够在不过分增加非机动车道建设成本的前提下，大幅降低出行成本，最大限度地适应不同路段的非机动车需求。