由于存在多约束和多个优化目标，物流配送决策非常困难。针对城市多仓库物流配送问题，提出基于网络Voronoi图的空间启发式优化方法。从空间角度，将多仓库物流配送优化分解为区域分割和路径优化两个空间子问题。基于网络Voronoi覆盖进行服务区域初始划分，顾及仓库容量差异，进行区域边界修正，并创建初始解。路径优化将局部搜索范围限定在网络K近邻内，只搜索最有可能的空间邻域，迭代改进解的质量。该算法最小化路径数量和路径长度。利用深圳市的大规模多仓库物流配送问题测试算法性能。实验结果表明：本文方法能够在15分钟内求解6400个客户点的大规模物流配送问题，解的质量优于ArcGIS约10.8%，计算时间约为其21.2%。