Sachverhalt:
A.
A.a. Die Stadt Zürich plant eine Erneuerung des Seewasserwerks Moos, das über eine Kapazität von 100'000m 3 pro Tag verfügt. Die Arbeiten sollen bei laufendem Betrieb und unter Erhaltung denkmalgeschützter Gebäude erfolgen. Zur Vergabe von Ingenieurleistungen für die Planung und Projektierung dieses Vorhabens eröffnete die Stadt Zürich mit Ausschreibung vom 17. Juli 2015 ein offenes Submissionsverfahren.
Gemäss den allgemeinen Submissionsbedingungen galten folgende Zuschlagskriterien:
- Qualität des Angebots: 30% - Honorarofferte: 30% - Referenzen: 20% - Qualifikation des Anbieters: 20%
Das Honorar war auf der Grundlage einer Kostenschätzung der Stadt Zürich für verschiedene Projektphasen (Vorprojekt, Bauprojekt, Bewilligungsprojekt) als Pauschale zu offerieren. Für weitere Projektphasen (Ausschreibung für das Gesamtprojekt, Ausführungsprojekt, Ausführung und Inbetriebnahme/Abschluss) mussten verbindliche Faktoren offeriert werden, die nach Vorliegen eines Kostenvoranschlags für das Bauprojekt als Grundlage für die Pauschalisierung des restlichen Honorars dienen sollen. Zusatzleistungen sollen nur separat in Rechnung gestellt werden können, wenn sie schriftlich verlangt werden.
Zur Bewertung des Zuschlagskriteriums "Honorarofferte" führten die Submissionsbedingungen als Unterkriterien die Offertsumme, die Ansätze für Zusatzaufträge sowie die Plausibilität der Honorarofferte auf, letzteres Unterkriterium versehen mit dem Hinweis, dass "Abzüge für nicht plausible Annahmen oder Berechnungen vorgenommen" würden. Soweit aus den Akten ersichtlich wurden die Submissionsbedingungen nicht angefochten.
A.b. Für den Auftrag gingen drei Offerten über Fr. 5'938'839.-- (X._ AG), Fr. 7'408'504.-- (Y._ GmbH [fortan: Y._ GmbH]) und Fr. 11'833'039.44 (Z._ AG) ein. Die Auswertung der Offerten durch die Stadt Zürich ergab für die hier interessierenden Bewerber X._ AG und Y._ GmbH folgendes Ergebnis (gerundet) :
Qualität Honorar Referenzen Qualifikation Total Y._ 27,5 24,8 19,0 18,4 89,6 X._ 23,9 27,8 15,7 18,5 85,8
Bei der Bewertung des Zuschlagskriteriums "Honorarofferte" gewichtete die Stadt Zürich die Unterkriterien Offertsumme mit 70%, die Ansätze für Zusatzleistungen mit 10% und die Plausibilität der Honorarofferte mit 20%.
A.c. Der Stadtrat der Stadt Zürich erteilte der Y._ GmbH mit Beschluss vom 9. Dezember 2015 zu einem Preis von Fr. 6'799'426.-- (ohne Mehrwertsteuer) den Zuschlag.
B.
Die X._ AG erhob dagegen Beschwerde beim Verwaltungsgericht des Kantons Zürich. Während die Stadt Zürich auf Abweisung der Beschwerde schloss, reichte die Y._ GmbH keine Stellungnahme ein.
Das Verwaltungsgericht kam zum Ergebnis, dass die Stadt Zürich mehrere Zuschlagskriterien falsch bewertet habe. Es erachtete unter anderem das Unterkriterium "Plausibilität" im Rahmen des Zuschlagskriteriums "Honorarofferte" als unzulässig. An dessen Stelle erhöhte es die Gewichtung der verbleibenden Unterkriterien "Offertsumme" und "Ansätze für Zusatzleistungen" um je 25%. Aufgrund von weiteren, hier nicht näher interessierenden Korrekturen gelangte das Verwaltungsgericht schliesslich zu folgender Bewertung:
Qualität Honorar Referenzen Qualifikation Total Y._ 27,5 23,5 19,0 18,9 88,9 X._ 24,2 29,5 17,7 19,2 90,6
Entsprechend hiess das Verwaltungsgericht die Beschwerde in Aufhebung des Vergabeentscheids mit Urteil vom 27. September 2016 gut und wies die Sache an die Stadt Zürich zurück, damit diese der X._ AG den Zuschlag erteile.
C.
Gegen das Urteil des Verwaltungsgerichts gelangen die Stadt Zürich und die Y._ GmbH mit je separaten Eingaben an das Bundesgericht.
C.a. Die Stadt Zürich erhebt mit ihrer Eingabe Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten und subsidiäre Verfassungsbeschwerde (Verfahren 2C_1021/2016). Sie verlangt die Aufhebung des vorinstanzlichen Entscheids und die Bestätigung des Zuschlags an die Y._ GmbH, eventualiter die Rückweisung der Sache zur neuen Entscheidung an die Vorinstanz. Die Y._ GmbH pflichtet den Vorbringen der Stadt Zürich bei und beantragt die Vereinigung der beiden Verfahren 2C_1021/2016 und 2D_39/2016.
C.b. Die Y._ GmbH erhebt ihrerseits ausschliesslich subsidiäre Verfassungsbeschwerde und verlangt die Aufhebung des angefochtenen Urteils unter gleichzeitiger Bestätigung des an sie erteilten Zuschlags (Verfahren 2D_39/2016). Die Stadt Zürich beantragt die Gutheissung der Beschwerde sowie die Vereinigung der beiden Verfahren 2C_1021/2016 und 2D_39/2016.
C.c. Die X._ AG beantragt in beiden Verfahren 2C_1021/2016 und 2D_39/2016 auf die Rechtsmittel nicht einzutreten, eventualiter sie abzuweisen. Das Verwaltungsgericht Zürich schliesst ebenfalls auf Abweisung der Rechtsmittel, soweit auf sie einzutreten ist.
Die zur Vernehmlassung eingeladene Wettbewerbskommission vertritt die Auffassung, dass das Unterkriterium "Plausibilität" zu einer ungerechtfertigten Benachteiligung von besonders effizienten oder innovativen Anbieterinnen führt und mit Art. 5 des Bundesgesetzes über den Binnenmarkt (Binnenmarktgesetz, BGBM; SR 943.02) nicht vereinbar ist.
In freiwilligen Stellungnahmen halten die Parteien jeweils an ihren Anträgen und der Begründung fest.
C.d. Mit Verfügungen vom 28. November 2016 hat der Abteilungspräsident den Beschwerden der Stadt Zürich und der Y._ GmbH antragsgemäss die aufschiebende Wirkung erteilt.

Erwägungen:
1.
Das Bundesgericht prüft seine Zuständigkeit und die weiteren Eintretensvoraussetzungen von Amtes wegen (<ref-law>) und mit freier Kognition (<ref-law>; <ref-ruling> E. 1 S. 116).
I. Eintretensvoraussetzungen Verfahren 2C_1021/2016
2.
Die Beschwerde der Stadt Zürich im Verfahren 2C_1021/2016 richtet sich gegen einen Entscheid in einer Angelegenheit des öffentlichen Rechts (<ref-law>).
2.1. Streitgegenstand ist die Vergabe von Ingenieurleistungen im Zusammenhang mit der Planung und Projektierung der Erneuerung eines Trinkwasserwerks der Stadt Zürich. Die Vergabe dieses Auftrags fällt in den subjektiven und objektiven Anwendungsbereich des Übereinkommens vom 15. April 1994 über das öffentliche Beschaffungswesen (SR 0.632.231.422; nachfolgend: GPA), wie sich aus dessen Art. I Ziff. 1 i.V.m. Anhang I Annex 3 Ziff. 1 sowie Anhang I Annex 4 (Ziff. 867 der zentralen Produktklassifikation) ergibt. Der Auftragswert überschreitet ausserdem den Schwellenwert von Fr. 700'000.-- für Dienstleistungen in den Sektoren Wasser, Energie, Verkehr und Telekommunikation (vgl. Anhang 1 lit. a des Gesetzes des Kantons Zürich vom 15. September 2003 über den Beitritt zur revidierten Interkantonalen Vereinbarung über das öffentliche Beschaffungswesen vom 15. März 2001 [Beitrittsgesetz; LS 720.1]). Es liegt ein Entscheid auf dem Gebiet öffentlicher Beschaffungen vor.
2.1.1. Gegen Entscheide auf dem Gebiet der öffentlichen Beschaffungen ist nach <ref-law> die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten ausgeschlossen, wenn der geschätzte Wert des zu vergebenden Auftrags weder den im Zeitpunkt der Beschwerdeeinreichung massgebenden Schwellenwert des Bundesgesetzes vom 16. Dezember 1994 über das öffentliche Beschaffungswesen (Beschaffungsgesetz, BöB; SR 172.056.1) noch jenen des Abkommens vom 21. Juni 1999 zwischen der Schweizerischen Eidgenossenschaft und der Europäischen Gemeinschaft über bestimmte Aspekte des öffentlichen Beschaffungswesens (SR 0.172.052.68) erreicht oder wenn sich keine Rechtsfrage von grundsätzlicher Bedeutung stellt (<ref-law>; vgl. <ref-ruling> E. 1.2 S. 20 f.; <ref-ruling> E. 2.1 S. 398).
2.1.2. Bei der Frage von grundsätzlicher Bedeutung im Sinne von <ref-law> muss es sich um eine Rechtsfrage aus dem Gebiet des öffentlichen Beschaffungsrechts handeln (vgl. <ref-ruling> E. 1.2.2.1 S. 21; <ref-ruling> E. 1.3 S. 195). Keine Grundsatzfrage stellt die Anwendung rechtsprechungsgemässer Prinzipien auf einen Einzelfall dar. Der blosse Umstand, dass die aufgeworfene Rechtsfrage noch nie entschieden wurde, genügt ebenfalls nicht, um ihr grundsätzlichen Charakter zu verleihen. Vielmehr muss es sich um eine Rechtsfrage handeln, deren Entscheid für die Praxis wegleitend sein kann und die von ihrem Gewicht her nach einer höchstrichterlichen Klärung ruft (vgl. <ref-ruling> E. 1.2.2.1 S. 21; <ref-ruling> E. 1.1.2 S. 147; Urteil 2C_91/2013 vom 23. Juli 2013 E. 1.1.2 [nicht publ. in: <ref-ruling>]). Im Rahmen ihrer Begründungspflicht hat die Beschwerdeführerin darzutun, dass die Voraussetzung nach <ref-law> erfüllt ist (<ref-law>; vgl. <ref-ruling> E. 1.2 S. 116 f.; <ref-ruling> E. 1.2.2.1 S. 21; <ref-ruling> E. 2.2 S. 398 f.). Wenn sich ergibt, dass eine Rechtsfrage von grundsätzlicher Bedeutung vorliegt, beschränkt sich die bundesgerichtliche Prüfung nicht auf die Beurteilung der Grundsatzfrage. Das Bundesgericht prüft die Beschwerde in diesem Fall nach Massgabe der Art. 95 ff. und Art. 105 ff. umfassend (vgl. <ref-ruling> E. 1.4.5 S. 122; <ref-ruling> E. 1.2.2.4 S. 22 f.).
2.1.3. Die Stadt Zürich macht geltend, dass die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten zulässig sei. Sie unterbreitet dem Bundesgericht folgende Rechtsfrage, der sie grundsätzlichen Charakter beimisst:
"Ist es zulässig, beim Zuschlagskriterium Preis neben den Unterkriterien Preis für Gesamtangebot und Preis für Stundenansätze ein Unterkriterium 'Plausibilität' anzuwenden und bei fraglicher Plausibilität (z.B. wegen massiver Unterschreitung der mit üblichen Faktoren gemäss SIA-Ordnung errechneten Stundenaufwände oder aufgrund von Einschränkungen des verlangten Leistungsumfanges) Punkteabzüge vorzunehmen, wenn dieses Unterkriterium und das Bewertungsvorgehen mit Punkteabzügen in der Ausschreibung bekanntgegeben wurden?"
2.1.4. Die Rechtsfrage, wie sie von der Stadt Zürich aufgeworfen wird, ist in dieser Form eng verknüpft mit dem konkreten Einzelfall, sodass ihr grundsätzlicher Charakter auf den ersten Blick fraglich erscheint. Im Kern geht es jedoch um die Klärung der Frage, ob und unter welchen Voraussetzungen ein Unterkriterium "Plausibilität" im Rahmen des Zuschlagskriteriums "Preis" zulässig ist. Ausdrücklich zu beantworten hatte das Bundesgericht diese Frage soweit ersichtlich noch nicht: Im Rahmen einer subsidiären Verfassungsbeschwerde war nicht grundsätzlich umstritten und vom Bundesgericht entsprechend nicht näher zu prüfen (vgl. <ref-law>, Art. 117 i.V.m. <ref-law>), ob ein Unterkriterium "Plausibilität der Stunden" zur Bewertung des Hauptkriteriums "Angebotspreis" herangezogen werden darf (vgl. Urteil 2D_49/2011 vom 25. September 2012 E. 6 und E. 7). In einem weiteren Verfahren konnte offen bleiben, ob ungewöhnlich niedrige Angebote mit einem Bewertungsabzug sanktioniert werden dürfen (vgl. <ref-ruling> E. 7.1-7.3 S. 253 ff.). Mit Blick auf die erwähnten Urteile und das vorliegende Verfahren zeigt sich allerdings, dass im Anwendungsbereich des GPA und des Binnenmarktgesetzes unterschiedliche kantonale Rechtsprechung zur Zulässigkeit eines Unterkriteriums "Plausibilität" im Rahmen des Zuschlagskriteriums "Preis" besteht.
2.1.5. Angesichts dessen kommt der aufgeworfenen Rechtsfrage für die Vergabepraxis grundsätzliche Bedeutung zu. Sie bedarf der Klärung durch das Bundesgericht. Der Wert des streitgegenständlichen Auftrags überschreitet jenen nach <ref-law> in der Höhe von Fr. 700'000.-- (vgl. Art. 1 lit. d der Verordnung des WBF vom 23. November 2015 über die Anpassung der Schwellenwerte im öffentlichen Beschaffungswesen für die Jahre 2016 und 2017 [Schwellenwerteverordnung; SR 172.056.12]). Die von der Stadt Zürich erhobene Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten (Verfahren 2C_1021/2016) ist daher zulässig. Bei dieser Ausgangslage verbleibt für die von der Stadt Zürich ebenfalls erhobene subsidiäre Verfassungsbeschwerde kein Raum (<ref-law>). Auf sie ist nicht einzutreten.
2.2. Das Rechtsmittel der Stadt Zürich richtet sich gegen das kantonal letztinstanzliche Urteil eines oberen Gerichts (<ref-law>). Gemeinden sind nach <ref-law> zur Beschwerde berechtigt, wenn sie die Verletzung von Garantien rügen, die ihnen die Kantons- oder Bundesverfassung gewährt. Zu den von <ref-law> angesprochenen Garantien zählt insbesondere die von der Bundesverfassung und vom kantonalen Recht ausdrücklich gewährleistete Autonomie als Gemeinde (vgl. Art. 50 Abs. 1 und Art. 189 Abs. 1 lit. e BV, Art. 85 der Verfassung des Kantons Zürich vom 27. Februar 2005 [SR 131.211]; <ref-ruling> E. 1.1 S. 92; <ref-ruling> E. 1.3.1 S. 148 f.; Urteil 2C_756/2015 vom 3. April 2017 E. 1.3.4). Für das Eintreten auf das Rechtsmittel ist entscheidend, dass die Gemeinde durch einen Akt in ihrer Eigenschaft als Trägerin hoheitlicher Gewalt berührt ist und sie sich auf ihre Gemeindeautonomie beruft. Ob die beanspruchte Autonomie besteht und ob sie im konkreten Fall verletzt ist, stellt nicht eine Frage des Eintretens dar, sondern ist Gegenstand der materiellen Beurteilung (<ref-ruling> E. 1.1 S. 92; <ref-ruling> E. 1.1.3 S. 407; Urteil 2C_886/2015 vom 16. November 2016 E. 1.1 [nicht publ. in: <ref-ruling>]).
Die Stadt Zürich wird durch das vorinstanzliche Urteil dazu verhalten, einen öffentlichen Auftrag anders zu vergeben, als sie dies selber wollte. Dies berührt sie in ihrer Funktion als Trägerin hoheitlicher Gewalt (vgl. BGE <ref-ruling> E. 1.3.2 S. 149 mit Hinweis). Gleichzeitig führt sie aus, dass sie mit dem angefochtenen Entscheid gezwungen werde, den Auftrag zur Erfüllung einer ihrer öffentlichen Aufgaben anders zu vergeben als sie selber will und nicht dem wirtschaftlich günstigsten Angebot den Zuschlag zu erteilen. Sie beruft sich dabei auf ihre Gemeindeautonomie, die sich grundsätzlich auch auf den Bereich des öffentlichen Beschaffungswesens erstreckt (vgl. <ref-ruling> E. 1.2 S. 291; <ref-ruling> E. 3.1 S. 150). Die Beschwerdeberechtigung der Stadt Zürich ist folglich gegeben (<ref-law>).
2.3. Die Vorinstanz hat die Zuschlagsverfügung der Stadt Zürich vom 9. Dezember 2015 aufgehoben und die Sache an den Stadtrat zurückgewiesen, damit dieser der Beschwerdegegnerin den Zuschlag erteile. Formal handelt es sich beim angefochtenen Urteil zwar um einen Zwischenentscheid, der das Verfahren nicht definitiv zum Abschluss bringt. Der Stadt Zürich verbleibt im Hinblick auf die Zuschlagserteilung jedoch kein Entscheidungsspielraum mehr, sodass materiell ein Endentscheid vorliegt, gegen den die Beschwerde zulässig ist (<ref-law>; <ref-ruling> E. 1.1 S. 20; <ref-ruling> E. 1.3 S. 127). Auf die im Übrigen form- und fristgerecht eingereichte Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten ist einzutreten (Art. 42 Abs. 2 und <ref-law>).
II. Eintretensvoraussetzungen Verfahren 2D_39/2016
3.
Im Verfahren 2D_39/2016 erhebt die Y._ GmbH innert Frist (Art. 117 i.V.m. <ref-law>) subsidiäre Verfassungsbeschwerde gegen das Urteil des Verwaltungsgerichts. Diese ist grundsätzlich zulässig, zumal die Y._ GmbH keine Rechtsfrage von grundsätzlicher Bedeutung aufwirft (Art. 113 i.V.m. Art. 83 lit. f Ziff. 2, Art. 114 i.V.m. Art. 86 Abs. 1 lit. d und Abs. 2, <ref-law>; vgl. E. 2.1.1 hiervor).
3.1. Näher zu prüfen ist die Beschwerdeberechtigung der Y._ GmbH. Ein rechtlich geschütztes Interesse im Sinne von <ref-law> liegt im Bereich des öffentlichen Vergabewesens vor, wenn die nicht berücksichtigte Bewerberin eine reelle Chance hätte, im Falle der Gutheissung ihres Rechtsmittels den Zuschlag zu erhalten (<ref-ruling> E. 4.1 S. 27 mit Hinweisen; Urteil 2C_257/2016 vom 16. September 2016 E. 1.3). Das trifft bei der Y._ GmbH als ursprünglicher Zuschlagsempfängerin und zweitplatzierter Anbieterin nach dem verwaltungsgerichtlichen Verfahren offenkundig zu.
3.2. Umstritten ist die formelle Beschwer der Y._ GmbH. Nach <ref-law> ist zur Verfassungsbeschwerde berechtigt, wer vor der Vorinstanz am Verfahren teilgenommen hat oder keine Möglichkeit zur Teilnahme erhalten hat. Im vorinstanzlichen Verfahren reichte die Y._ GmbH keine Stellungnahme ein, nachdem die Vorinstanz dazu Gelegenheit eingeräumt und gleichzeitig darauf hingewiesen hatte, dass die Y._ GmbH mit allfälligen Anträgen nach kantonalem Verwaltungsverfahrensrecht Parteistellung erhalten würde. Aus bundesrechtlicher Sicht ist die Y._ GmbH als ursprüngliche Zuschlagsempfängerin jedoch unabhängig von einer aktiven Teilnahme am vorinstanzlichen Verfahren notwendige Gegenpartei der Beschwerdegegnerin (<ref-law>; vgl. Urteile 2C_582/2016 vom 22. Mai 2017 E. 7 [zur Publikation vorgesehen]; 2C_658/2016 vom 25. August 2016 E. 4.2 mit Hinweisen). Das den Prozessgegenstand bildende Rechtsverhältnis (Vergabe eines öffentlichen Auftrags im Anwendungsbereich des GPA, vgl. E. 2.1 hiervor) zeichnet sich gerade dadurch aus, dass es in persönlicher Hinsicht eine ausschliessliche Rechtsposition vermittelt, um die sich die Y._ GmbH mit ihrer Teilnahme am Submissionsverfahren bereits im unterinstanzlichen Verfahren erfolgreich beworben hatte. Die Erteilung des Zuschlags an sie zieht daher zwangsläufig ihre Teilnahme im Sinne von <ref-law> (bzw. <ref-law>) am kantonalen Beschwerdeverfahren nach sich, ohne dass die Y._ GmbH noch förmlich mit Anträgen und einer Vernehmlassung im kantonalen Gerichtsverfahren hätte aktiv werden müssen. Damit ist die Y._ GmbH im bundesgerichtlichen Verfahren formell beschwert und zur Erhebung der subsidiären Verfassungsbeschwerde berechtigt (<ref-law>; vgl. Urteil 2P.153/2001 vom 18. Oktober 2001 E. 1a; PETER GALLI/ ANDRÉ MOSER/ELISABETH LANG/MARC STEINER, Praxis des öffentlichen Beschaffungsrechts, 3. Aufl. 2013, Rz. 1303 S. 645).
3.3. Auf die Beschwerde der Y._ GmbH im Verfahren 2D_39/2016 ist entsprechend einzutreten.
III. Vereinigung der Verfahren
4.
4.1. Die beiden Verfahren 2C_1021/2016 und 2D_39/2016 betreffen dasselbe Anfechtungsobjekt und denselben Sachverhalt. Die Stadt Zürich (als Beschwerdeführerin im Verfahren 2C_1021/2016) und die Y._ GmbH (als Beschwerdeführerin im Verfahren 2D_39/2016) beantragen beide die Vereinigung der Verfahren. Zudem fechten sie das vorinstanzliche Urteil übereinstimmend in zwei Punkten an, nämlich in Bezug auf die Zulässigkeit des Unterkriteriums "Plausibilität" und die Bewertung des Zuschlagskriteriums "Referenzen". Aufgrund ihrer engen sachlichen Nähe erscheint eine Vereinigung der beiden Verfahren als geboten (<ref-law> i.V.m. <ref-law> [SR 273]).
4.2. Zu beachten bleibt, dass die Y._ GmbH im Unterschied zur Stadt Zürich nur subsidiäre Verfassungsbeschwerde einlegt und konsequenterweise keine Ausführungen dazu macht, dass sich eine Frage von grundsätzlicher Bedeutung stellt (<ref-law>). Die falsche Bezeichnung eines Rechtsmittels allein schadet im bundesgerichtlichen Verfahren zwar grundsätzlich nicht (vgl. BGE <ref-ruling> E. 3.1 S. 399; Urteil 2C_187/2016 vom 31. Januar 2014 E. 1.2 [nicht publ. in: <ref-ruling>]), was dafür sprechen würde, das Rechtsmittel der Y._ GmbH als Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten zu behandeln. Dem steht jedoch entgegen, dass die Y._ GmbH ausdrücklich nur subsidiäre Verfassungsbeschwerde erhebt und von den Beschwerdeführenden im Rahmen ihrer Begründungspflicht praxisgemäss Ausführungen zum Vorliegen einer Grundsatzfrage verlangt werden, damit auf eine Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten eingetreten werden kann (<ref-law>; vgl. E. 2.1.2 hiervor und GIOVANNI BIAGGINI, in: Basler Kommentar, Bundesgerichtsgesetz, 2. Aufl. 2011, N. 2 zu <ref-law>). Hinzu kommt, dass ein Absenken der Begründungsanforderungen im Zusammenhang mit der Voraussetzung nach <ref-law> mit prozessualen Nachteilen für die X._ AG verbunden sein könnte, die sachlich nicht gerechtfertigt sind. Abgesehen von möglichen Auswirkungen auf das materielle Verfahrensergebnis gilt dies namentlich mit Blick auf ihren Anspruch auf rechtliches Gehör und die Kostenverteilung.
4.3. Aus diesem Grund sind die beiden Verfahren 2C_1021/2016 und 2D_39/2016 zwar zu vereinigen, die von den Beschwerdeführern vorgebrachten Rügen behandelt das Bundesgericht aber je nach den Vorschriften über die entsprechende Beschwerdeart (vgl. auch <ref-law>).
IV. Kognition und massgebender Sachverhalt
5.
5.1. Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann die Stadt Zürich alle Rechtsverletzungen nach Art. 95 rügen. Dazu zählen Verstösse gegen Bundes- und Völkerrecht (<ref-law>) sowie interkantonales Recht (<ref-law>). Abgesehen von kantonalen verfassungsmässigen Rechten und Bestimmungen über politische Rechte (<ref-law>) wird hingegen die Anwendung kantonalen Rechts als solche durch das Bundesgericht nicht überprüft. Diesbezüglich ist nur die Rüge möglich, die Anwendung kantonalen Rechts widerspreche dem in <ref-law> genannten Katalog von Rechtsnormen, wozu auch das Willkürverbot zählt (<ref-law> i.V.m. <ref-law>; vgl. <ref-ruling> E. 2.1 S. 372). Das Recht wird vom Bundesgericht grundsätzlich von Amtes wegen angewendet (<ref-law>). Die Verletzung verfassungsmässiger Rechte, von kantonalem und interkantonalem Recht prüft es jedoch nur insoweit, als eine solche Rüge in der Beschwerde klar und detailliert vorgebracht und begründet worden ist (qualifizierte Rügepflicht gemäss <ref-law>; vgl. <ref-ruling> E. 2.1 S. 372; <ref-ruling> E. 1.6 S. 280 f.).
5.2. Die Y._ GmbH ist im Rahmen der von ihr erhobenen subsidiären Verfassungsbeschwerde nur befugt, die Verletzung verfassungsmässiger Rechte geltend zu machen (<ref-law>). Weil die Anbieter im öffentlichen Beschaffungsrecht ein rechtlich geschütztes Interesse an der Einhaltung der entsprechenden Gesetzgebung haben, ist sie insbesondere zur Rüge einer willkürlichen Anwendung der massgebenden Submissionsgesetzgebung zugelassen (vgl. <ref-ruling> E. 4 S. 95 f.; Urteile 2C_384/2016 vom 6. März 2017 E. 1.3.4 [zur Publikation vorgesehen]; 2C_665/2015 vom 26. Januar 2016 E. 2.3). Zur Unterstützung ihr zustehender anderweitiger Verfassungsrügen kann die Y._ GmbH zudem hilfsweise eine Verletzung der Gemeindeautonomie (<ref-law>) geltend machen, obwohl sie selber nicht Rechtsträgerin dieses verfassungsmässigen Rechts ist. Voraussetzung dafür ist, dass die Gemeinde nicht ausdrücklich oder stillschweigend verzichtet hat, sich auf eine Autonomieverletzung zu berufen (vgl. <ref-ruling> E. 1.2.4 S. 40 f.; <ref-ruling> E. 2c S. 218; WALTER KÄLIN, Das Verfahren der staatsrechtlichen Beschwerde, 2. Aufl. 1994, S. 274 f.). Die Verletzung verfassungsmässiger Rechte prüft das Bundesgericht auch im Rahmen der subsidiären Verfassungsbeschwerde nur auf klar und detailliert begründete Rüge hin (vgl. Art. 117 i.V.m. <ref-law>, E. 5.1 hiervor).
5.3. Seinem Urteil legt das Bundesgericht den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (Art. 105 Abs. 1 und Art. 118 Abs. 1 BGG). Von den Sachverhaltsfeststellungen der Vorinstanz weicht es nur ab, wenn sie offensichtlich unrichtig sind (Art. 105 Abs. 2 und Art. 118 Abs. 2 i.V.m. <ref-law>, vgl. <ref-ruling> E. 2.2 S. 334; Urteil 2C_1196/2013 vom 21. Februar 2014 E. 1.7).
V. Zulässigkeit des Unterkriteriums "Plausibilität"
6.
6.1. Die Vorinstanz erachtete das Unterkriterium "Plausibilität" im Rahmen der Bewertung des Kriteriums "Honorarofferte" als unzulässig. Sie führte dazu aus, dass die Anbieter bei der Berechnung und Einrechnung des Personalaufwands frei seien. Eine Verpflichtung, die tatsächlich anfallenden Kosten vollständig im Offertpreis einzurechnen bestehe nicht, zumal Pauschalpreise zu offerieren gewesen seien. Der Befürchtung, dass ein tiefer Preis Auswirkungen auf die Auftragserfüllung zeitigen könne, habe die Stadt Zürich bereits mit dem Kriterium "Qualität des Angebots" Rechnung getragen, das mit 30% gleich hoch wie der Preis gewichtet worden sei. Das Vorgehen der Stadt Zürich führe zu einer verfälschten Bewertung des Angebotspreises und widerspreche der vorgängig bekannt gegebenen Gewichtung der einzelnen Zuschlagskriterien. Entsprechend sei das Unterkriterium "Plausibilität" zu streichen und stattdessen seien die beiden verbleibenden Unterkriterien "Offertsumme" und "Ansätze für Zusatzaufträge" um je 25% zu erhöhen.
6.2. Die Stadt Zürich rügt, dieses Vorgehen stelle eine Verletzung ihrer Gemeindeautonomie dar. Nach § 33 der Submissionsverordnung des Kantons Zürich vom 23. Juli 2003 (Submissionsverordnung, SubmV; LS 720.11) sei der Zuschlag für das wirtschaftlich günstigste Angebot zu erteilen, wobei sich dieses nicht ausschliesslich über den Preis definiere. Die in § 33 SubmV festgelegten Kriterien zur Bestimmung des wirtschaftlich günstigsten Angebots seien weit gefasst und nicht abschliessend genannt. Bei der Festlegung der Zuschlagskriterien verfüge sie über eine relativ erhebliche Entscheidungsfreiheit. In diesen von der Gemeindeautonomie geschützten Bereich griff das Verwaltungsgericht nach Auffassung der Stadt Zürich ein, indem es die Zulässigkeit des Unterkriteriums "Plausibilität" verneinte und stattdessen die Punktezahl der Anbieter für die verbleibenden zwei Unterkriterien "Offertsumme" und "Zusatzaufträge" je proportional erhöhte.
6.3. Die Bundesverfassung gewährleistet die Gemeindeautonomie nach Massgabe des kantonalen Rechts (<ref-law>). Gemeinden sind nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung in einem Sachbereich autonom, wenn das kantonale Recht diesen nicht abschliessend ordnet, sondern ihn ganz oder teilweise der Gemeinde zur Regelung überlässt und ihr dabei eine relativ erhebliche Entscheidungsfreiheit einräumt. Der geschützte Autonomiebereich kann sich auf die Befugnis zum Erlass oder Vollzug eigener kommunaler Vorschriften beziehen oder einen entsprechenden Spielraum bei der Anwendung kantonalen oder eidgenössischen Rechts betreffen. Der Schutz der Gemeindeautonomie setzt eine solche nicht in einem ganzen Aufgabengebiet, sondern lediglich im streitigen Bereich voraus (vgl. <ref-ruling> E. 5.4 S. 43 f.; <ref-ruling> E. 6.1 S. 172 f.; <ref-ruling> E. 5.2 S. 244 f.).
6.3.1. Bei der Gemeindeautonomie handelt es sich um ein verfassungsmässiges Recht (vgl. <ref-ruling> E. 1.2 S. 290 f.; <ref-ruling> E. 2 S. 95). Die bundesgerichtliche Kognition im Verfahren der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten im Zusammenhang mit der Rüge einer Verletzung der Gemeindeautonomie unterscheidet sich somit nicht von jener im Verfahren der subsidiären Verfassungsbeschwerde (vgl. Art. 95 lit. c und <ref-law>; vgl. auch E. 5.1 und 5.2 hiervor). Frei zu prüfen ist im Zusammenhang mit der Rüge einer Verletzung der Gemeindeautonomie folglich die Anwendung desjenigen kantonalen Verfassungsrechts, das die Aufgabenteilung zwischen Kanton und Gemeinde regelt. Ebenfalls frei prüft das Bundesgericht, ob die kantonale Rechtsmittelinstanz einen in den Anwendungsbereich der Gemeindeautonomie fallenden Beurteilungsspielraum respektiert hat (<ref-ruling> E. 5.4 S. 43; <ref-ruling> E. 2 S. 397).
6.3.2. Die Verfassung des Kantons Zürich räumt den Gemeinden Autonomie ein (Art. 85 KV). Wie weit diese im Bereich des öffentlichen Beschaffungswesens reicht, bestimmt die Kantonsverfassung nicht ausdrücklich. Nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung steht indes fest, dass die Gemeinden als Vergabestellen zwar an die einschlägigen Submissionsvorschriften gebunden sind, dabei aber über eine relativ erhebliche Entscheidungsfreiheit verfügen und somit Autonomie geniessen. Das gilt namentlich bei der Festlegung des Verfahrens, der Zuschlagskriterien und schliesslich beim Zuschlag selber (<ref-ruling> E. 4.1 S. 292 f. [Kanton Genf]; <ref-ruling> E. 3.1 S. 150 [Kanton Zürich]; <ref-ruling> E. 5.2 S. 320 [Kanton Wallis]; vgl. auch Art. 16 Abs. 2 der Interkantonalen Vereinbarung vom 15. März 2001 über das öffentliche Beschaffungswesen [IVöB], welcher sich der Kanton Zürich gemäss § 1 Abs. 1 des Beitrittsgesetzes angeschlossen hat; <ref-ruling> E. 3 S. 362 f.; Urteil 2D_52/2011 vom 10. Februar 2012 E. 3.2). In Bezug auf die Zuschlagskriterien besteht ein erheblicher Spielraum der Gemeinden jedenfalls insoweit, als sie einen direkten, sachlichen Bezug zur nachgesuchten Leistung aufweisen (vgl. <ref-ruling> E. 5.2 S. 295 f.; <ref-ruling> E. 2.2.1 S. 491 f.; <ref-ruling> E. 8.1 S. 323 f.; je mit Hinweisen).
6.4. In Übereinstimmung mit Art. XIII Ziff. 4 lit. b GPA und Art. 13 lit. f IVöB sieht § 33 Abs. 1 SubmV vor, dass das wirtschaftlich günstigste Angebot den Zuschlag erhält. Zur Bestimmung des wirtschaftlich günstigsten Angebots können neben dem Preis weitere Zuschlagskriterien berücksichtigt werden (vgl. <ref-ruling> E. 7.1 S. 369), insbesondere die Qualität der angebotenen Leistung. Das "wirtschaftlich günstigste Angebot" wird damit gerade nicht ausschliesslich über den tiefsten Preis definiert (vgl. BGE <ref-ruling> E. 4.2 S. 151). Vielmehr kann das Zuschlagskriterium Preis nur bei der Beschaffung von standardisierten Gütern das allein massgebliche Kriterium bilden (GALLI/MOSER/ LANG/STEINER, a.a.O., Rz. 879 S. 394 f.; vgl. auch § 33 Abs. 2 SubmV). Demgegenüber kommt dem Preis zur Bestimmung des wirtschaftlich günstigsten Angebots bei der Beschaffung komplexer Werke oder Dienstleistungen regelmässig weniger Gewicht zu; hier rücken andere Kriterien wie Qualität oder Termine in den Vordergrund. Allerdings muss der Preis einer nachgesuchten Leistung auch bei komplexen Beschaffungen im Umfang von mindestens 20% Berücksichtigung finden (vgl. <ref-ruling> E. 6.3 S. 253; <ref-ruling> E. 9.2 S. 327; Urteil 2P.230/2006 vom 5. März 2007 E. 4.1). Zudem darf eine relativ geringe Gewichtung des Kriteriums Preis durch die verwendete Bewertungsmethode nicht weiter abgeschwächt werden (<ref-ruling> E. 6.1 S. 250 f.; <ref-ruling> E. 9.2 S. 327 f.; Urteil 2P.230/2006 vom 5. März 2007 E. 4.1).
7.
7.1. Die Vorinstanz hat zutreffend erwogen, dass die Anbieter bei der Kalkulation ihrer Offertpreise grundsätzlich frei sind. Angebote, die unter den Gestehungskosten liegen (sogenannte "Unterangebote"; vgl. GALLI/MOSER/LANG/STEINER, a.a.O., Rz. 1109 S. 515), sind deshalb als solche nicht unzulässig, solange der Anbieter die Eignungskriterien und Zuschlagsbedingungen gleichwohl erfüllt. Bestehen daran Zweifel, etwa weil das (Unter-) Angebot ungewöhnlich niedrig ist, kann die Vergabestelle ergänzende Erkundigungen einholen (Art. XIII Ziff. 4 lit. a GPA; vgl. <ref-ruling> E. 10.3 S. 48 f.; <ref-ruling> E. 7.3 S. 255 f.; Urteil 2C_582/2016 vom 22. Mai 2017 E. 5.2 [zur Publikation vorgesehen]). Zeigt sich aufgrund der zusätzlichen Abklärungen, dass das besonders niedrige Angebot tatsächlich Mängel aufweist, wird es wegen dieser Mängel ausgeschlossen oder schlechter bewertet, nicht wegen des niedrigen Preises (ROBERT WOLF, Preis und Wirtschaftlichkeit, BR 2004 [Sonderheft], S. 13). Während der Preis für die Leistung des Gemeinwesens steht, die es für den Auftrag zu erbringen hat, dienen die anderen Zuschlagskriterien (z.B. Qualität, Zweckmässigkeit, Termine, technischer Wert, Betriebskosten, etc.; vgl. § 33 Abs. 1 SubmV) der Bewertung der Gegenleistung, die dem Gemeinwesen für den Preis angeboten wird. Entsprechend ist das preislich tiefste Angebot beim Zuschlagskriterium "Preis" im Verhältnis zu den anderen Angeboten stets am besten, aber nicht zwingend mit der Maximalnote zu bewerten (vgl. WOLF, a.a.O., S. 12; GALLI/MOSER/LANG/STEINER, a.a.O., Rz. 912 S. 411; DENIS ESSEIVA, BR 2004 [Sonderheft], S. 34; ferner ETIENNE POLTIER, Droit des marchés publics, 2014, Rz. 336 S. 211; BLAISE CARRON/MANON SIMEONI, BR 2011 S. 102 f.; BERTRAND REICH, RDAF 2012, S. 70). Mithin darf ein tiefes Angebot allein aufgrund seines Preises nicht schlechter bewertet werden als höhere Angebote, worauf die Vorinstanz im angefochtenen Urteil und die WEKO in ihrer Stellungnahme mit Blick auf <ref-law> ebenfalls hinweisen (vgl. dazu auch EVELYNE CLERC, in: Vincent Martenet/Christian Bovet/ Pierre Tercier [Hrsg.], Commentaire romand, Droit de la concurrence, 2. Aufl. 2013, N. 125 zu <ref-law>; MATTHIAS OESCH/THOMAS ZWALD, in: Matthias Oesch/Rolf H. Weber/Roger Zäch, Kommentar Wettbewerbsrecht, Bd. II, 2011, N. 3 zu <ref-law>). Beim Zuschlagskriterium "Preis" einen Bewertungsabzug vorzunehmen mit der Begründung, dieser sei unplausibel, weil er als solcher nicht den Erwartungen entspreche oder weil er nicht kostendeckend sei, ist demzufolge unzulässig. In diesem Sinne ist auch die in <ref-ruling> (vgl. dort E. 7.3 S. 255 f.) noch offen gelassene Frage, ob ungewöhnlich niedrige Angebote allein aufgrund ihres tiefen Preises sanktioniert werden dürfen, zu verneinen.
7.2. Aus dem Dargelegten folgt, dass die Bewertung eines Angebots unter dem Titel der "Plausibilität" unstatthaft ist, sofern sich dieses Kriterium auf den Angebotspreis als solchen bezieht. Andere Aspekte einer Offerte im Rahmen der Zuschlagskriterien unter dem Gesichtswinkel der "Plausibilität" zu bewerten, ist der Vergabestelle hingegen nicht verwehrt, solange damit in objektivierbarer Weise die Leistungen bewertet werden, die vom Angebotspreis abgedeckt sind: In diesem Fall dient das Kriterium der "Plausibilität" in grundsätzlich zulässiger Weise der Ermittlung des wirtschaftlich günstigsten Angebots (vgl. Art. XIII Ziff. 4 lit. b GPA, Art. 13 lit. f IVöB, § 33 Abs. 1 SubmV), sodass ein solches Vorgehen auch mit Blick auf das binnenmarktrechtliche Prinzip des diskriminierungsfreien Zugangs zu öffentlichen Beschaffungen (<ref-law>; vgl. <ref-ruling> E. 3.1.4 und 3.1.5 S. 125 f. mit Hinweisen) nicht generell ausgeschlossen ist. Entsprechend war es auch nicht zu beanstanden, dass die Vergabestelle die eingegangenen Angebote in dem Beschaffungsverfahren, das Anlass für das bundesgerichtliche Urteil 2D_49/2011 vom 25. September 2012 gab, auf ihre "Plausibilität" hin prüfte und bewertete: Massgebende Variable für die Bewertung des Kriteriums "Plausibilität" bildete dort nicht der Angebotspreis, sondern das offerierte Zeitbudget für komplexe Ingenieurdienstleistungen im Zusammenhang mit dem Bau eines Pumpspeicherkraftwerks (vgl. Urteil 2D_49/2011 vom 25. September 2012 E. 7 und E. 8). Die vorgeschlagene Stundenzahl wurde herangezogen, um unter anderem anhand eines nach objektiven Kriterien geschätzten Mengengerüsts zu benoten, wie gut die Offerte in Umfang und Qualität den Anforderungen des ausgeschriebenen Auftrags entsprach. Nicht der Angebotspreis als solcher bildete demnach Gegenstand des Kriteriums "Plausibilität", sondern das offerierte Zeitbudget mit Blick auf die zur Auftragserfüllung notwendigen Arbeiten und die dabei verlangte Qualität.
7.3. In ihrer Stellungnahme an das Bundesgericht führt die WEKO aus, dass ein Zuschlagskriterium, das die "Plausibilität" eines Angebots bewertet, mit dem binnenmarktrechtlichen Diskriminierungsverbot und dem Transparenzgebot im Bereich öffentlicher Beschaffungen (<ref-law>) sowie dem Anspruch auf freien Marktzugang (<ref-law>) in Konflikt geraten kann. Sie tut dies unter der Prämisse, dass der Preis als solcher bzw. die Schätzung des Auftragswerts unter dem Titel der "Plausibilität" zur Bewertung des Angebots dient, was nach den vorstehenden Erwägungen in der Tat bereits aus beschaffungsrechtlicher Sicht nicht angeht. Allerdings weist die Stadt Zürich zutreffend darauf hin, dass sich die WEKO in ihrer Stellungnahme nicht eingehend mit der Bewertung des Kriteriums "Plausibiltät" im konkreten Fall auseinandersetzt. Der Standpunkt der WEKO kann denn auch nicht so verstanden werden, dass die Plausibilität eines Angebots als Zuschlagskriterium selbst dann ausgeschlossen sein soll, wenn damit unter Beachtung des binnenmarktrechtlichen Gleichbehandlungs- und Transparenzgebots nach objektivierbaren Kriterien jene Leistungen bewertet werden, die der Offertpreis abdeckt. Eine Benachteiligung besonders effizienter oder innovativer Anbieterinnen ist bei diesem letzteren Verständnis ebenfalls nicht zu befürchten.
7.4. Die Vorinstanz hat die Zulässigkeit des Unterkriteriums "Plausibilität" verneint, ohne näher zu prüfen, welche Aspekte die Vergabebehörde damit im Rahmen der Offertbewertung erfasste. Mit Blick auf die vorstehenden Erwägungen (vgl. E. 7.2 und E. 7.3) greift die Argumentation des Verwaltungsgerichts zu kurz. Im Folgenden ist deshalb zunächst der Frage nachzugehen, ob die Stadt Zürich mit dem Unterkriterium "Plausiblität" allein den Angebotspreis bewertete, was unzulässig wäre, oder aber ein Bewertungskriterium zur Anwendung brachte, auf das sie in Ausübung ihrer Gemeindeautonomie grundsätzlich abstellen durfte.
7.4.1. Das Zuschlagskriterium "Honorarofferte" bewertete die Stadt Zürich mit einem Gewicht von 30% gestützt auf die Unterkriterien "Offertsumme" (Gewichtung: 70%), "Ansätze für Zusatzleistungen" (Gewichtung: 10%) und "Plausibilität" (Gewichtung: 20%). Zur Operationalisierung des Unterkriteriums "Plausibilität" hat die Stadt Zürich zwanzig Punkte vergeben und unter der Bezeichnung "Nachvollziehbarkeit der Honorarberechnung" (5 Punkte), "Plausibilisierung des Stundenaufwands" (10 Punkte) sowie "Kommentar, Bemerkungen" (5 Punkte) weitere Subkriterien gebildet.
7.4.2. Für die Verteilung der Punkte in den erwähnten Subkriterien war nach den Ausführungen der Stadt Zürich massgebend, ob für die Honorarberechnung realistische Faktoren (namentlich in Bezug auf den Schwierigkeitsgrad der Arbeiten) gewählt wurden, ob das von ihr vorgesehene Konzept bei der Erneuerung des Seewasserwerks Moos mit der errechneten Stundenzahl realistischerweise umgesetzt werden kann und wie allfällige Bemerkungen in der Offerte im Lichte dieser Parameter interpretiert werden können. Die Stadt Zürich führt weiter aus, sie habe bei der Bewertung des Unterkriteriums "Plausibilität" namentlich berücksichtigt, dass das Angebot der X._ AG auf nicht nachvollziehbar tiefen Faktoren zum Schwierigkeitsgrad der Arbeiten beruhe, zu anderen Angeboten einen eklatanten Unterschied beim errechneten Stundenaufwand aufweise und dass die X._ AG zudem vorgeschlagen habe, einen Teil der Engineering-Leistungen, die sie gemäss der Ausschreibung selber erbringen müsste, frühzeitig auf Lieferanten zu übertragen. Die Differenz beim stundenmässigen Gesamtaufwand zwischen der Offerte der X._ AG und jener der Y._ GmbH betrage 17'000 Stunden, was rund 10 Mannjahre ausmache. Betroffen sei davon mit 16'000 Stunden weit überwiegend der Bereich Verfahrenstechnik, der das Herzstück des Projekts ausmache. Indem sie entgegen der städtischen Anforderungen von einer Verlagerung von Ingenieurleistungen auf andere Unternehmen ausgehe, habe die X._ AG ihrer Offerte genau hier ein Vorgehen zugrunde gelegt, das mit dem Ausschreibungskonzept nicht übereinstimme. Es ergäben sich aufgrund der Auftragsanalyse und der errechneten Stundenaufwände deutliche Lücken im Bereich der für das Gelingen des Projekts zentralen Engineering-Leistungen, was namentlich Anlass zur Befürchtung gebe, dass sich im Verlauf des komplexen, mehrjährigen Projekts Auseinandersetzungen über Nachträge und Zusatzleistungen ergeben würden.
7.4.3. Aus diesen Vorbringen, die sich in Bezug auf das Vorgehen bei der Bewertung auf die Feststellungen des Verwaltungsgerichts und die vorinstanzlichen Akten stützen können (Art. 105 und Art. 118 BGG), ergibt sich Folgendes: Ausgehend von der Erfahrung der Wasserversorgung als Fachbehörde nahm die Stadt Zürich eine Einschätzung dazu vor, ob die Anbieter den Komplexitätsgrad der jeweiligen Fachbereiche in einer Weise beurteilten, die den Anforderungen des Projekts gerecht werden. Eine realistische Einschätzung des Komplexitätsgrads durch den Anbieter gibt Aufschluss über die Qualität des Angebots und kann sich auf die Auftragserfüllung auswirken ("Nachvollziehbarkeit der Honorarofferte"). Weiter berücksichtigte die Stadt Zürich, ob mit dem vorgesehenen personellen Aufwand die verlangten Leistungen in Qualität und Umfang vernünftigerweise erbracht werden können. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass im Rahmen komplexer Dienstleistungsaufträge ein grundsätzlicher Zusammenhang zwischen Leistungsqualität und Personaleinsatz nicht von der Hand zu weisen ist. Damit ist zwar weder gesagt, dass die Qualität einer Leistung mit Einsatz von mehr Personal stets zunimmt, noch dass Anbieter einen tiefen Personalaufwand mit Erfahrung, Qualifikation oder Innovation nicht wettmachen können. Beides hat die Vergabestelle zu beachten, was bei der Stadt Zürich der Fall war ("Plausibilisierung des Stundenaufwands", vgl. auch E. 8 hiernach). Kommentare und Bemerkungen zur Kalkulation einer Honorarofferte können schliesslich ihrerseits Hinweise auf die Qualität des Anbieters und der vorgesehenen Leistungserbringung geben ("Kommentare, Bemerkungen"). Keines der Subkriterien im Unterkriterium "Plausibilität" bezieht sich damit direkt auf den Angebotspreis. Vielmehr stehen sie nach dem Gesagten in sachlichem Bezug zur angebotenen Leistung. Mit dem als "Plausibilität" bezeichneten Unterkriterium hat die Stadt Zürich im Ergebnis also nicht den Angebotspreis als solchen bewertet, sondern letztlich eine Einschätzung zur Qualität des Angebots vorgenommen. Dabei handelt es sich um ein Zuschlagskriterium, das von der Submissionsverordnung vorgesehen ist (§ 33 Abs. 1 SubmV) und bei dessen Ausgestaltung die Stadt Zürich für Beschaffungen in ihrem Zuständigkeitsbereich über einen durch die Gemeindeautonomie geschützten Gestaltungsbereich verfügt (vgl. E. 6.3.2 hiervor).
7.5. Ohne sich grundsätzlich gegen eine Plausibilitätsprüfung von Offerten zu wenden, bringt die X._ AG vor, dass eine Plausibilitätsprüfung im konkreten Fall unzulässig gewesen sei. Im Einklang mit den Ausführungen der Vorinstanz im angefochtenen Urteil macht sie geltend, dass die Vergabestelle in der Ausschreibung Pauschalangebote mit Fixpreisen verlangt habe. Wenn die Vergabestelle unter diesen Umständen ein Angebot als grundsätzlich zuschlagswürdig erachte, verbiete es sich, auch noch dessen Plausibilität zu bewerten.
7.5.1. Dieser Einwand mag bei Leistungen zutreffen, die nach Eigenschaft, Qualität und Umfang bereits in der Ausschreibung und den zugehörigen Unterlagen detailliert bestimmt werden können. Die Vergabestelle kann in solchen Fällen gestützt auf die eingereichten Offerten abschliessend beurteilen, ob die offerierten Leistungen im Einzelnen der Ausschreibung entsprechen und Angebote widrigenfalls vom Verfahren ausschliessen (vgl. Urteil 2C_257/2016 vom 16. September 2016 E. 3.3.1 mit Hinweisen). Die Offerte in Verbindung mit dem konkreten Leistungsbeschrieb in der Ausschreibung kann beim Zustandekommen eines Vertrags mit einer Anbieterin sodann als Grundlage für kauf- oder werkvertragliche Rechtsbehelfe der Vergabestelle dienen (<ref-ruling> E. 10.3 S. 48 f.; Urteil 2C_346/2013 vom 20. Januar 2014 E. 1.3.3).
7.5.2. Im Rahmen komplexer Beschaffungen wie der vorliegenden, bei denen die zu erbringende Dienstleistung nach Eigenschaft, Qualität und Umfang in der Ausschreibung nicht bereits in allen Einzelheiten fixiert werden kann (vgl. MARTIN BEYELER, Der Geltungsanspruch des Vergaberechts, 2013, Rz. 2846 ff. S. 1554 ff.), bleibt es der Vergabestelle demgegenüber auch bei Angeboten zu Pauschalpreisen unbenommen, deren "Plausibilität" im Sinne einer Qualitätsbewertung einzuschätzen (vgl. auch Urteile 2D_39/2014 vom 26. Juli 2014 E. 4; 2D_49/2011 vom 25. September 2012 E. 8.5-8.6). Diese kann das notorische Risiko späterer Auseinandersetzungen über Nachträge und Zusatzaufträge miteinbeziehen, zu denen es auch bei Verträgen mit Pauschalpreisen regelmässig kommt. Dabei handelt es sich im Vergleich zum Ausschluss eines Anbieters vom Verfahren wegen (wahrscheinlicher) Abweichungen der Offerte vom ausgeschriebenen Leistungsumfang um die mildere Massnahme. Sie belässt dem betroffenen Anbieter unter Berücksichtigung des Risikos für spätere Auseinandersetzungen über Leistungsumfang und -qualität weiterhin die Chance auf den Zuschlag. Vorausgesetzt für eine Bewertung der so verstandenen "Plausibilität" eines Angebots ist freilich, dass die Qualitätsprognose nach objektivierbaren Kriterien erfolgt. Das war hier wie gezeigt der Fall (vgl. E. 7.4 hiervor). Die Einwände der Beschwerdegegnerin im bundesgerichtlichen Verfahren sind damit nicht stichhaltig.
7.6. Nach dem Dargelegten ist das Kriterium "Plausibilität", wie es die Stadt Zürich bei der Offertbewertung im konkreten Fall zur Anwendung brachte, nicht von vorneherein unzulässig, sondern bewegt sich im Rahmen der ihr zustehenden Autonomie auf dem Gebiet gemeindeeigener Beschaffungen. Allerdings bewertete die Stadt Zürich die "Plausibilität" der Offerten als Unterkriterium im Zuschlagskriterium "Preis". Deshalb ist weiter zu prüfen, ob das Vorgehen der Stadt Zürich mit dem Transparenzprinzip (vgl. E. 7.7 hiernach) und den Vorgaben zur Mindestgewichtung des Zuschlagskriteriums "Preis" zu vereinbaren ist (vgl. E. 7.8 hiernach).
7.7. Der Grundsatz der Transparenz ist für öffentliche Beschaffungen der Kantone und Gemeinden in <ref-law> und Art. 1 Abs. 3 lit. c IVöB verankert. Er verlangt unter anderem, dass Eignungs- und Zuschlagskriterien in der Ausschreibung bekannt gegeben werden (<ref-ruling> E. 6.4 S. 367 f.; <ref-ruling> E. 7 S. 101; Urteile 2C_384/2016 vom 6. März 2017 E. 1.2.4 [zur Publikation vorgesehen]; 2P.148/2006 vom 2. Oktober 2006 E. 3.1). Eine nachträgliche Änderung dieser Kriterien ist grundsätzlich unzulässig (<ref-ruling> E. 5.1 S. 248 f.; <ref-ruling> E. 7 S. 99 ff.; Urteil 2C_384/2016 vom 6. März 2017 E. 1.2.4 [zur Publikation vorgesehen]). Die Zuschlagskriterien sind nach prozentualer Gewichtung oder zumindest nach der Reihenfolge zu nennen. Die Angabe von Unterkriterien ist hingegen unter Verfassungsgesichtspunkten nicht zwingend erforderlich, sofern sie bloss die Hauptkriterien konkretisieren (<ref-ruling> E. 5.1 S. 248 f.; Urteile 2C_91/2013 vom 23. Juli 2013 E. 4.1 [nicht publ. in: <ref-ruling>]; 2D_49/2011 vom 25. September 2012 E. 7.4; 2C_549/2011 vom 27. März 2012 E. 2.4).
7.7.1. Mit dem Unterkriterium "Plausibilität" nahm die Stadt Zürich eine Einschätzung zur Qualität der eingegangenen Angebote vor und bewertete nicht den Offertpreis als solchen (vgl. E. 7.4 und 7.5 hiervor). Im Unterschied zu den beiden anderen Unterkriterien "Offertsumme" und "Ansätze für Zusatzleistungen" stellt das Unterkriterium "Plausibilität" deshalb nicht bloss eine Konkretisierung des Zuschlagskriteriums "Honorarofferte" bzw. "Preis" dar. Im Rahmen des Zuschlagskriteriums "Honorarofferte" ist das Unterkriterium "Plausibilität" daher als (preis-) fremdes Kriterium zu betrachten, was mit dem Transparenzprinzip nicht ohne Weiteres vereinbar ist. Im vorliegenden Fall hat die Stadt Zürich in der Ausschreibung jedoch klar festgehalten, dass sie das Zuschlagskriterium "Honorarofferte" anhand der genannten Unterkriterien bewerten werde. Zum Unterkriterium "Plausibilität" erwähnte sie zudem ausdrücklich, dass "Abzüge für nicht plausible Annahmen oder Berechnungen vorgenommen" würden. Folglich war für die Anbieter erkennbar, dass im Rahmen des Unterkriteriums "Plausibilität" nicht eigentlich der Angebotspreis bewertet, sondern eine qualitative Einschätzung des Angebots vorgenommen wird. Vor diesem Hintergrund ist die Anwendung eines Unterkriteriums "Plausibilität" im erwähnten Sinne (vgl. E. 7.4 und 7.5) für das Zuschlagskriterium "Preis" mit dem Transparenzgebot vereinbar. Mangels entsprechender Rügen der Beschwerdeführer (Art. 106 Abs. 2 [i.V.m. Art. 117] BGG, vgl. E. 5.1 und 5.2 hiervor) ist im Übrigen nicht weiter zu untersuchen, ob die Vorinstanz nach dem anwendbaren (inter-) kantonalen Recht überhaupt befugt war, die prinzipielle Zulässigkeit des in der Ausschreibung aufgeführten Unterkriteriums "Plausibilität" noch im Rahmen der Beschwerde gegen den Zuschlagsentscheid zu überprüfen, nachdem gegen die Ausschreibung kein Rechtsmittel ergriffen worden war (vgl. <ref-ruling> E. 4 S. 245 ff.; <ref-ruling> E. 6 S. 321 ff.; <ref-ruling> E. 3a S. 205 ff.; Urteil 2C_409/2015 vom 28. September 2015 E. 4.2).
7.8. Mit der Verwendung des Unterkriteriums "Plausibilität" (Gewichtung: 20%) verringerte sich die effektive Gewichtung des Zuschlagskriteriums "Preis" von 30% auf 24%. Da das Unterkriterium "Ansätze für Zusatzleistungen" seinerseits mit 10% gewichtet wurde, floss der Preis für das Grundangebot noch mit einer Gewichtung von 21% in die Gesamtbewertung der Offerten ein (vgl. E. 7.4.1 hiervor). Die Gewichtung des Preises für das Grundangebot bewegt sich damit am untersten Rand dessen, was die bundesgerichtliche Rechtsprechung bei der Beschaffung komplexer Werke und Dienstleistungen noch erlaubt (vgl. E. 6.4 hiervor). Von einer solchen hohen Komplexität des ausgeschriebenen Auftrags ist mit Blick auf seine Grösse und die technischen, baulichen sowie denkmalpflegerischen Besonderheiten im vorliegenden Fall auszugehen; die tiefe Gewichtung des Preises erscheint daher gerade noch als zulässig. Dass die Bewertungsmethode keine steile Preiskurve vorsah, ändert daran im vorliegenden Fall nichts (vgl. E. 6.4 hiervor) : Gemäss einlässlicher Prüfung der Vorinstanz orientierte sich die Stadt Zürich bei ihrer Bewertungsmethode mit linearer Skala an einer Preisspanne, die gestützt auf die eingereichten Angebote realistisch erscheint, was die Beschwerdegegnerin im bundesgerichtlichen Verfahren im Übrigen auch nicht mehr in Frage stellt.
7.9. Im Ergebnis ist festzuhalten, dass die Verwendung eines Zuschlagskriteriums unter dem Titel der "Plausibilität" in der konkreten Ausgestaltung zulässig war, weil es nicht den Angebotspreis als solchen, sondern die vom Angebot umfassten Leistungen nach zulässigen Kriterien beurteilte (vgl. E. 7.4 und 7.5 hiervor). Dabei bewegte sich die Stadt Zürich innerhalb des Beurteilungsspielraums, der ihr im Rahmen ihrer Gemeindeautonomie auf dem Gebiet des öffentlichen Beschaffungswesens zusteht (vgl. E. 6.3.2 hiervor). Dass die "Plausibilität" als Unterkriterium zum Offertpreis beurteilt wurde, ist mit dem beschaffungsrechtlichen Transparenzprinzip vereinbar, weil die Vergabebehörde in der Ausschreibung ausdrücklich auf dieses Vorgehen hinwies und die Anbieter erkennen konnten, was unter der zu beurteilenden "Plausibilität" zu verstehen war (vgl. E. 7.7 hiervor). Schliesslich führte die Anwendung des Unterkriteriums "Plausibilität" nicht dazu, dass der Preis zu wenig stark gewichtet wurde (vgl. E. 7.8 hiervor). Folglich dringt die Stadt Zürich in diesem Punkt mit ihrer Beschwerde (Verfahren 2C_1021/2016) durch.
8.
8.1. Vor dem Verwaltungsgericht machte die X._ AG nicht geltend, dass das Unterkriterium "Plausibilität" grundsätzlich unzulässig sei. Sie rügte vielmehr, die Stadt Zürich habe bei der Bewertung ihrer Offerte ungerechtfertigte Abzüge vorgenommen. Das Verwaltungsgericht ging auf diese Vorbringen der X._ AG nicht ein, weil es das Unterkriterium "Plausibilität" ganz grundsätzlich als unzulässig erachtete. Die diesbezüglichen Rügen der X._ AG blieben folglich ungeprüft.
8.2. Aus prozessökonomischen Gründen rechtfertigt es sich, dass das Bundesgericht diese Prüfung selber vornimmt, anstatt die Sache an die Vorinstanz zurückzuweisen (<ref-law>; <ref-ruling> E. 9.1 S. 381; <ref-ruling> E. 1.5 S. 24 und E. 8.2 S. 38). Es kann den rechtserheblichen Sachverhalt gestützt auf die Akten selber feststellen, soweit er sich nicht aus dem angefochtenen Urteil ergibt (<ref-law>; <ref-ruling> E. 1.6 S. 24 f.). Das rechtliche Gehör der Parteien ist gewahrt; es war ihnen bewusst, dass das Bundesgericht allenfalls reformatorisch entscheiden würde. Zudem hatte die X._ AG vor der Vorinstanz und auch im bundesgerichtlichen Verfahren Gelegenheit, sich ausführlich zu äussern und sich zu sämtlichen Standpunkten der Stadt Zürich und der Y._ GmbH vernehmen zu lassen (vgl. <ref-ruling> E. 8.2 S. 38). Das Bundesgericht beschränkt sich bei der Prüfung der im vorinstanzlichen Verfahren erhobenen Rügen auf eine Rechtskontrolle. Es steht ihm nicht zu, die Angemessenheit des Vergabeentscheids bzw. einzelner Bewertungen zu prüfen. Das ergibt sich aus Art. 16 Abs. 1 und Abs. 2 der hier gestützt auf § 1 des Beitrittsgesetzes anwendbaren Interkantonalen Vereinbarung über das öffentliche Beschaffungswesen vom 15. März 2001. Art. 16 IVöB steckt die Kognition der kantonalen Beschwerdeinstanz und damit zugleich die Gemeindeautonomie der Stadt Zürich (<ref-law>) ab (vgl. E. 6.3.1 hiervor).
8.3. Die Stadt Zürich erteilte dem Angebot der X._ AG im Unterkriterium "Plausibilität" 14 von insgesamt 20 Punkten. Sie stützte sich dabei auf die in E. 7.4.1 bereits wiedergegebenen Kriterien, allerdings nicht ohne die X._ AG in der Bewertungsphase auf die erhebliche Abweichung ihres Angebots beim Stundenaufwand hinzuweisen und ihr in Nachachtung des Anspruchs auf rechtliches Gehör (<ref-law>; vgl. <ref-ruling> E. 3.3 S. 496 f.) Gelegenheit für entsprechende Erläuterungen einzuräumen.
8.3.1. Gegen die Bewertung des Unterkriteriums "Plausibilität" durch die Stadt Zürich brachte die X._ AG vor, dass der von ihr angegebene Stundenaufwand sehr wohl plausibel sei. Beim Umbau könne aufgrund zweier zeitlich versetzter Bauetappen von einem gewissen Wiederholungsfaktor profitiert werden. Ihre grosse Erfahrung und Fachkompetenz führten ebenfalls zu einem geringeren Zeitaufwand. Hinzu komme, dass die Y._ GmbH einen längeren Anfahrtsweg habe und der grosse Unterschied beim Stundenaufwand hauptsächlich den Hin- und Rückreisen der ausländischen Anbieterin geschuldet sei.
8.3.2. Dagegen machte die Stadt Zürich geltend, dass weder der Anfahrtsweg, noch der Wiederholungsfaktor für die grosse Differenz beim Aufwand im Fachbereich "Verfahrenstechnik" verantwortlich sein könnten. Allfällige Reisezeit könne ortsunabhängig produktiv für Planung und Projektierung genutzt werden. Aus der Kalkulation der Y._ GmbH ergebe sich sodann, dass sie den Wiederholungsfaktor ebenfalls berücksichtigt habe. Zudem argumentiere die X._ AG hauptsächlich mit dem Wiederholungsfaktor durch die Etappierung in zwei Bauphasen, der die Differenz für Ingenieurleistungen im Bereich Verfahrenstechnik jedoch nicht erkläre. Gestützt auf die Offertunterlagen und die Erläuterungen der X._ AG im Rahmen der Anbieterpräsentation gelangte die Stadt Zürich zur Überzeugung, dass jene eine Verlagerung von Ingenieurleistungen auf eine weitere Lieferfirma vornehmen wolle und mit Auseinandersetzungen über Nachträge für Zusatzleistungen zu rechnen sei.
8.3.3. Die Vorbehalte der Stadt Zürich gegenüber der Offerte der X._ AG sind nicht sachfremd. Die Befürchtung, dass die X._ AG versucht wäre, gewisse Ingenieurleistungen auf weitere Unternehmer abzuwälzen oder Nachträge zu stellen, ist gestützt auf die Submissionsunterlagen und die Äusserungen der X._ AG in der Bewertungsphase nachvollziehbar. Hinzu kommt, dass die X._ AG nicht stichhaltig erklären konnte, wie sie im Stande sein will, mit deutlich weniger Personalaufwand eine qualitativ ebenso gute Leistung zu erbringen wie ihre Mitbewerberin. Ihren Stellungnahmen lässt sich nicht schlüssig entnehmen, dass sie die bestehende Differenz mit entsprechend grösserer Erfahrung, Qualifikation oder Innovation wettmachen könnte (vgl. E. 7.4.3 hiervor). Schliesslich machte sie auch nicht geltend, zwar den Aufwand für die Projektausführung realistisch eingeschätzt zu haben, aber bewusst ein grundsätzlich zulässiges Unterangebot (vgl. E. 7.1 hiervor) eingereicht zu haben. Angesichts dessen überschritt die Stadt Zürich ihr Ermessen nicht, indem sie dem Angebot der X._ AG im Unterkriterium "Plausibilität" 14 von 20 Punkten erteilte.
9.
Die Stadt Zürich bewertete das Zuschlagskriterium "Preis" nach dem Gesagten innerhalb des Beurteilungsspielraums, der ihr aufgrund ihrer Gemeindeautonomie zukommt. Die ursprüngliche Punkteverteilung (Y._ GmbH: 24,8 Punkte / X._ AG: 27,8 Punkte) ist wiederherzustellen. Dies führt dazu, dass die Y._ GmbH mit 90,2 Punkten wiederum den ersten und die X._ AG mit 88,9 Punkten den zweiten Platz einnimmt.
Qualität Honorar Referenzen Qualifikation Total Y._ 27,5 24,8 19,0 18,9 90,2 X._ 24,2 27,8 17,7 19,2 88,9
Die Beschwerde der Stadt Zürich (Verfahren 2C_1021/2016), die mit ihrer Rüge einer Verletzung der Gemeindeautonomie durchdringt, ist folglich gutzuheissen und das angefochtene Urteil ist aufzuheben. Die Zuschlagsverfügung vom 9. Dezember 2015 an die Y._ GmbH ist zu bestätigen. Auf die weiteren Rügen der Stadt Zürich braucht dabei nicht näher eingegangen zu werden.
10.
Im Rahmen der von ihr erhobenen subsidiären Verfassungsbeschwerde rügt die Y._ GmbH in erster Linie eine willkürliche Anwendung der einschlägigen Submissionsgesetzgebung, wozu sie legitimiert ist (vgl. E. 3.1 und 5.2 hiervor). Sie beruft sich dabei aber auch auf die Gemeindeautonomie der Stadt Zürich. Im Rahmen der subsidiären Verfassungsbeschwerde ist dies entgegen der Auffassung der Beschwerdegegnerin zulässig (vgl. E. 5.2 hiervor). Wie sich aus den vorstehenden Erwägungen (E. 6.-9. hiervor) ergibt, hat die Vorinstanz in unzulässiger Weise in die Gemeindeautonomie der Stadt Zürich eingegriffen. Folglich ist auch das Rechtsmittel der Y._ GmbH gutzuheissen. Ihre weiteren Rügen müssen bei dieser Sachlage ebenfalls nicht weiter behandelt werden.
VI. Ergebnis
11.
Im Ergebnis ist im Verfahren 2C_1021/2016 auf die subsidiäre Verfassungsbeschwerde nicht einzutreten. Hingegen ist die gleichzeitig erhobene Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten ebenso gutzuheissen wie die subsidiäre Verfassungsbeschwerde im Verfahren 2D_39/2016. Der Zuschlagsentscheid der Stadt Zürich vom 9. Dezember 2015 ist zu bestätigen. Bei diesem Verfahrensausgang wird die Beschwerdegegnerin kostenpflichtig (<ref-law>). Sie schuldet der Y._ GmbH eine Parteientschädigung (<ref-law>), nicht hingegen der Stadt Zürich, die in ihrem amtlichen Wirkungskreis obsiegt (<ref-law>). Zur Neuregelung der Kosten- und Entschädigungsfolgen des kantonalen Verfahrens ist die Angelegenheit an die Vorinstanz zurückzuweisen.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Verfahren 2C_1021/2016 und 2D_39/2016 werden vereinigt.
2.
Auf die subsidiäre Verfassungsbeschwerde im Verfahren 2C_1021/2016 wird nicht eingetreten.
3.
Die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten im Verfahren 2C_1021/2016 und die subsidiäre Verfassungsbeschwerde im Verfahren 2D_39/2016 werden gutgeheissen. Das Urteil des Verwaltungsgerichts des Kantons Zürich vom 27. September 2016 wird aufgehoben und die Zuschlagsverfügung vom 9. Dezember 2015 bestätigt.
4.
Die Gerichtskosten von Fr. 11'000.-- werden der Beschwerdegegnerin auferlegt.
5.
Die Beschwerdegegnerin hat die Y._ GmbH für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 6'000.-- zu entschädigen.
6.
Zur Neuverlegung der Kosten und Parteientschädigungen des kantonalen Verfahrens wird die Sache an das Verwaltungsgericht des Kantons Zürich zurückgewiesen.
7.
Dieses Urteil wird den Verfahrensbeteiligten, dem Verwaltungsgericht des Kantons Zürich, 1. Abteilung, und der Wettbewerbskommission schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 18. Juli 2017
Im Namen der II. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Seiler
Der Gerichtsschreiber: Fellmann