La sectorización del espacio aéreo es un medio poderoso para equilibrar el creciente flujo de tráfico aéreo y los recursos limitados del espacio aéreo, lo que está relacionado con la eficiencia y la seguridad de las operaciones. Con el fin de dividir los sectores de manera razonable, se propone en este documento un marco de optimización multiobjetivo para la sectorización del espacio aéreo en 3D, que incluye cuatro módulos centrales: agrupamiento de vuelos, generación de sectores, evaluación de carga de trabajo y optimización de sectores. Específicamente, agrupa vuelos y genera sectores iniciales utilizando un diagrama de Voronoi. Para optimizar aún más la forma del sector, se introduce el concepto de densidad dinámica para evaluar la carga de trabajo del controlador, sobre la cual se construye un modelo de optimización de sectores. El modelo no solo considera las cargas de trabajo intra-sector e inter-sector como funciones objetivo, sino que también establece restricciones estrictas para cumplir con los requisitos de operación y seguridad. Para resolverlo, se diseña un Algoritmo Genético de Clasificación No Dominada II (NSGA-II) con conocimiento previo y un archivo externo. Al analizar los resultados de optimización de datos operacionales reales en el espacio aéreo regional de Singapur, nuestro enfoque obtiene diversos esquemas de sectorización óptimos para que los tomadores de decisiones elijan. Los resultados experimentales cualitativos y cuantitativos confirman que la estrategia de población inicial con conocimiento previo acelera significativamente el proceso de convergencia. Al mismo tiempo, el mecanismo del archivo externo enriquece efectivamente la diversidad de soluciones.