본 연구는 철로를 신설 또는 확장 시 목표로 설정한 지표를 최적화시키는 최적 노선구간을 선정하여 철도망의 네트워크 효과를 고려하는 방법론인 철도망 설계모형(Railway Network Design Problem, RNDP)을 이용하여 설계속도 수준별 고속철도망의 노선축별·분석구간별 투자우선순위를 선정하였다. RNDP의 목적함수를 총 통행시간 최소화로 설정하여 분석한 결과 투자우선순위가 가장 높은 고속철도망 노선축은 서동축이며, 다음으로 서해축, 남해축 순으로 나타났다. 또한 노선축별 최적안은 서동축의 경우 전 구간을 400km/h급으로 신선을 건설하는 대안이, 서해축의 경우 전라선 익산~여수 구간을 200km/hr급으로 고속화하는 사업을 활용하고 이 구간을 제외한 나머지 신선구간(송도~익산)을 400km/h급으로 건설하는 대안인 것으로 분석되었다. 마지막으로 남해축의 경우에는 경전선, 즉 순천~마산 구간을 200km/hr로 고속화하는 사업을 활용하여 나머지 신선 구간(목포~순천, 마산~부산)을 350km/h로 건설하는 대안인 것으로 분석되었다.